Thiết kế mô hình hệ thống tưới tự động

i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v LỜI CẢM ƠN vi MỞ ĐẦU vii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG 1.1 Khái niệm hệ thống tự động 1.2 Vai trò tự động hóa q trình sản xuất 1.3 Ứng dụng tự động hóa tưới tiêu cho trồng 1.4 Các dạng hệ thống tưới tự động 1.5 Các nghiên cứu nước 11 1.6 Các nghiên cứu nước 12 1.7 Quy trình cơng nghệ 12 1.8 Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung 13 1.9 Kết luận chương 13 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG 14 2.1 Xây dựng sơ đồ khối 14 2.2 Chức khối 15 2.2.1 Khối vi điều khiển PIC 18F4520 15 2.2.2 Khối cảm biến nhiệt độ độ ẩm 21 2.2.3 Khối hiển thị thời gian thực Ds1307 25 2.2.4 Khối hiển thị LCD 29 2.2.5 Khối nguồn sử dụng LM2576 31 2.2.6 Khối tạo dao động 32 2.3 Giao thức I2C 32 ii 2.3.1 Giới thiệu 32 2.3.2 Đặc điểm giao tiếp I2C 32 2.3.3 Chế độ hoạt động (tốc độ truyền) 34 2.3.4 Tín hiệu START STOP 36 2.4 Lưu đồ thuật toán 37 2.5 Kết luận chương 38 CHƯƠNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 39 3.1 Mơ hình thực nghiệm 39 3.1.1 Sơ đồ nguyên lí 39 3.1.2 Sơ đồ mạch in mạch thực tế 40 3.2 Đánh giá kết luận 42 3.2.1 Kết đạt 42 3.2.2 Kết luận chương 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 PHỤ LỤC 46 iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1 Hệ thống tưới nước phun mưa Hình Hệ thống tưới nước phun xương Hình Hệ thống tưới nước nhỏ giọt Hình Hệ thống tưới nước cảnh quan, cỏ Hình Sơ đồ khối hệ thống tưới nước tự động Hình 2 Sơ đồ chân PIC 18F4520 Hình Tổ chức nhớ chương trình Hình Bộ nhớ liệu RAM Hình Cảm biến LM35 Hình Cảm biến HS1101 Hình Chip cảm biến SHT10 Hình Cảm biến SHT10 Hình Sơ đồ chân SHT10 Hình 10 Sơ đồ ghép nối MCU với SHT10 Hình 11 Sơ đồ chân Ds1307 Hình 12 Sơ đồ tổ chức nhớ Ds1307 Hình 13 Tổ chức nhớ ghi thời gian Ds1307 Hình 14 Khối hiển thị LCD Hình 15 Sơ đồ chân LM2576 Hình 16 Kết nối thiết bị vào bus I2C chế độ chuẩn Hình 17 Trình tự truyền bit đường truyền Hình 18 Tín hiệu Start Stop Hình 19 Lưu đồ thuật toán Hình Sơ đồ ngun lí Hình Mạch in 2D iv Hình 3 Mạch khởi tạo Hình Cài đặt thời gian Hình Cài đặt nhiệt độ, độ ẩm v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh SSP Synchronous Serial Port SPI Serial Peripheral Interface I2C Inter- Intergrated Circuit PSP Parallel Slave Port Tiếng Việt Cổng giao tiếp đồng Giao diện ngoại vi nối tiếp Chuẩn giao tiếp nối tiếp Cổng giao tiếp song song Thanh ghi chức SFG Special Function Register đặc biệt nhớ liệu GPR General Purpose Register MSSP Master Synchronous Serial Port RTC Real- Time Clock SQW/ OUT LCD Square Wave/ Output Driver Liquid Crystal Display Thanh ghi mục đích chung Khối giao diện đồng nối tiếp Đồng hồ thời gian thực Ngõ tạo xung vng Ds1307 Màn hình hiển thị LCD vi LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội tận tình dạy dỗ suốt năm qua Trong phải kể đến q thầy khoa Điện Tử tạo điều kiện cho em thực đồ án tốt nghiệp Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn ThS Xxx tận tình giúp đỡ em trình lựa chọn đề tài hỗ trợ em trình thực đề tài Cung cấp cho em kiến thức quý báu lời khuyên hữu ích Tạo động lực cho em hồn thành tốt nhiệm vụ Em xin cảm ơn ý kiến đóng góp thầy giáo bạn cho việc thực đề tài Để hoàn thành em nỗ lực nghiên cứu, thiết kế chế tạo, thời gian kiến thức hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận lời góp ý chân thành từ thầy bạn để có thêm hiểu biết hồn thiện q trình làm việc sau Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực xxxxxxxxxxxxxxxx vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nền nông nghiệp nước ta nơng nghiệp cịn lạc hậu chưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật áp dụng vào thực tế Rất nhiều quy trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc tiến hành cách thủ công không đảm bảo yêu cầu Có thể nói nơng học ngồi kỹ thuật trồng trọt, chăm sóc tưới nước khâu quan trọng trồng trọt, để đảm bảo trồng sinh trưởng phát triển bình thường, tưới tươi đủ theo yêu cầu nông học trồng không sinh sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an toàn, đạt suất hiệu cao Mặt khác nước ta giai đoạn cơng nghiệp hóa, đại hóa thiết bị máy móc tự động đưa vào phục vụ thay sức lao động người Vì thiết bị tưới nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đưa vào thực tiễn ngày nhiều Thiết bị tưới đa dạng chủng loại (vòi phun nước, phun sương, vòi nhỏ giọt bù áp, dây tưới nhỏ giọt) có thơng số khác phục vụ cho loại trồng khác chế tạo từ nhiều nước Israel, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc thuận tiện cho người sử dụng lựa chọn phù hợp với nhu cầu Hệ thống tưới phun đáp ứng độ ấm gốc, độ ẩm lả khơng khí cho trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm nước tạo điều kiện cho trồng hấp thụ dinh dưỡng không gây rửa trôi, thối hóa đất, khơng gây nhiễm mơi trường Hơn nữa, với việc thiết kế hệ thống tưới tự động giúp cho người tưới cây, khơng phải tốn chi phí nhân cơng tưới nước giám sát thời gian tưới cây, Với hệ thống này, việc tưới tự động tùy theo nhiệt độ, thời tiết nắng hay mưa, độ ẩm cao hay thấp, mùa năm Tất điều kiện đưa vào hệ thống tính tốn đưa thời gian xác để bơm nước Người lao động không cần phải quan tâm đến việc tưới viii sinh trưởng phát triển tốt nhờ việc tưới phù hợp xác Lý chọn đề tài Hệ thống tưới tự động (tưới nhỏ giọt, phun sương ) hệ thống thiết bị tưới tốt đáp ứng theo yêu cầu sinh trưởng trồng ứng dụng rộng nước phát triển Hệ thống tưới nước tự động hình thức tưới nước hợp lý, tiết kiệm sức lao động chi phí nhân cơng Vốn phổ biến tử nhiều nước giới Tuy nhiên Việt Nam vài ba năm trở lại việc vận dụng hệ thống trở thành xu hướng Hệ thống tưới nước tự động trở nên phổ biến với người nông dân nông thôn với q trình đại hóa, nơng nghiệp hóa nơng thôn người dân mạnh dạn đưa vào sử dụng chi phí đầu tư cao Mặt khác khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ làm thay đổi sống người, làm cho sống người ngày trở nên tiện nghi đại Kỹ thuật điện tử phát triển người tạo thiết bị máy móc đại thay cho người công việc nặng nhọc địi hỏi độ xác cao Ngành nơng nghiệp nước ta phụ thuộc nhiều vào khí hậu tự nhiên với phương pháp canh tác truyền thống không mang lại suất cao Khi kinh tế xã hội phát triển nhu cầu người nâng cao, đòi hỏi chất lượng nâng cao Do cần đến thiết bị kỹ thuật tiên tiến có khả đo đạc điều khiển thông số môi trường như: nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp với giai đoạn phát triển trồng Xuất phát từ vấn đề thực tiễn em nghiên cứu tiến hành thiết kế mơ hình hệ thống tưới tự động CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG 1.1 Khái niệm hệ thống tự động Hệ thống điều khiển tự động hệ thống, bao gồm phần tử tự động nhằm điều khiển quy trình xảy thiên nhiên, sống mà khơng có tham gia trực tiếp người Hệ thống tự động xuất ngày phổ biến: - Hệ thống điều hịa khơng khí - Hệ thống tự động báo cháy - Hệ thống điều chỉnh độ ẩm - Hệ thống tưới nước tự động Trong môi trường sản xuất: - Các máy tự động - Các đường dây sản xuất, lắp ráp tự động - Các robot, máy tính 1.2 Vai trị tự động hóa q trình sản xuất Tự động hóa ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác nhau: công nghiệp sản xuất, gia công khí, dây chuyền lắp ráp tự động, ứng dụng kiểm soát chất lượng… Các hệ thống điều khiển thường dùng để vận hành trình sản xuất bao gồm servo, PLC, mạch điện tử, G code… Các hệ điều khiển bao gồm việc điều khiển từ đơn giản đến thuật toán phức tạp, điều khiển máy móc đơn giản hệ thống cơng nghiệp lớn Có nhiều nhân tố ảnh hưởng tới q trình tự động hóa quốc gia, lĩnh vực Trong đó, kể đến nhân tố quan trọng như: Cơng nghệ số hóa, trình độ nhân sự, nguồn lực vốn Để trình diễn thuận lợi, cần hiểu rõ chất tự động hóa lĩnh vực, quy trình sản xuất, từ ứng dụng tối ưu, giúp tăng suất, giảm chi phí 1.3 Ứng dụng tự động hóa tưới tiêu cho trồng Công trường thực vật địa sản xuất nơng nghiệp đại hóa Tồn q trình điều khiển tự động để giảm bớt sức người, nâng cao sản lượng… Mặc dù tự động hóa ứng dụng từ lâu cho việc tưới tiêu, song phát triển số nước phát triển, nước chậm phát triển nông nghiệp chiếm tỉ lệ lớn việc ứng dụng tự động hóa cho việc tưới chậm Hiện nay, trợ giúp nước nước phát triển đưa dần tự động hóa vào đời sống sản xuất, đặc biệt nước Đơng Nam Á nói chung có Việt Nam Ngày với phát triển mạnh mẽ công nghệ chế tạo thiết bị tự động hóa, kết hợp với thành tựu cơng nghệ vi điện tử công nghệ thông tin, cho phép tạo nên giải pháp tự động hóa lĩnh vực không lĩnh vực nông nghiệp Có thể nói tự động hóa trở thành xu hướng tất yếu cho quốc gia, vùng lãnh thổ muốn phát triển kinh tế Thế giới 1.4 Các dạng hệ thống tưới tự động Về hệ thống tưới nước tự động có dạng chính: - Tưới phun mưa: Đây hệ thống tưới nước tạo tia nước bắn xung quanh nhờ đầu phun tạo mưa, phun trực tiếp lên bề mặt Hệ thống giúp bà nông dân tưới nhanh hơn, hiệu hơn, nâng cao hiệu kinh tế Phương pháp có tác dụng làm tăng độ ẩm cho đất làm mát cho trồng, tạo điều kiện kích thích trồng sinh trưởng phát triển Hệ thống áp dụng phổ biến phù hợp với nhiều mô hình canh tác từ hoa màu ăn quả, cơng nghiệp Nước vịi phun, béc phun theo dạng mưa, hạt, hạt có khả văng xa, tùy theo áp lực nước Ưu điểm: Tưới phun mưa có hiệu sử dụng cao hạn chế cao độ tổn thất nước bốc tia phun ngắn 48 // Tong so phut tinh tu thang 1, vi du : het thang 2,tinh tu 1/1 da troi qua 84960 phut boolean flag_turn_on_pump = 0; int32 time_work; void display_time(); void display_tem(); void main_ini(); void write_float_eeporm(long int n, float data); float read_float_eeprom(long int n); void write_int32_eeporm(long int n, int32 data); int32 read_int32_eeprom(long int n); void control_input_value_int(int8 *input_value); void set_time(); void control_input_value_float(float *input_value); void set_conditon_turn_on_pump(); void check_turn_on_pump(); void check_turn_off_pump(); void check_before_start(); void main() { main_ini(); lcd_init(); lcd_gotoxy(1,1); lcd_putc(" Duc Quynh "); delay_ms(2000); ds1307_init();// khoi tao DS1307 49 // ds1307_set_date_time(6,5,20,5,22,48,0); ds1307_get_date(day,month,yr,dow); ds1307_get_time(hrs,min,sec); if (Set_BT == ) { set_time(); // Set time by BUTTON } delay_ms(2); SHT_Init(SHT_14_12_BIT); check_before_start(); while(TRUE) { ds1307_get_date(day,month,yr,dow); ds1307_get_time(hrs,min,sec); // delay_us(1); display++; ///display= 30 ; //Test chi hien thi am if (display < 40)display_time(); // 2s hien thi thoi gian if (display >= 40) // 2s hien thi nhiet , am { display_tem(); if (display >= 80)display = 0; } SHT_ReadTemHumi(&nhiet_do,&do_am); check_turn_on_pump(); check_turn_off_pump(); if (Set_BT == ) { 50 set_conditon_turn_on_pump(); } if (Up_BT == ) { Led_test =1 ; May_Bom=1; } if(Down_BT == 0) { Led_test = ; May_Bom=0; } } } void display_time() { lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc,"Time: %d:%d:%d ",hrs,min,sec); if (flag_turn_on_pump ==0) { lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"Check:%d:%dIn%d time_turn_on_pump ); } else { ",hrs_point,min_point, 51 lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"%d-%d/Remain: %Lu ",hrs_point,min_point, (time_turn_on_pump- time_work-1) ); } } void display_tem() { lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc," T:%2.1f/H:%2.1f ",nhiet_do,do_am); lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"Set:%2.1f&%2.1f } void main_ini() { //Set Pin OF LCD is Output TRISB3 = ; TRISB5 = ; TRISB4 = ; TRISB2 = ; TRISB1 = ; TRISB0 = ; TRISD7 = ; TRIS_Led_test = ; TRIS_May_Bom = ; TRIS_Up_BT = 1; ",temp_point,humi_point); 52 TRIS_Down_BT = 1; TRIS_Set_BT = 1; TRIS_Next_BT = 1; //Turn off led and pump machine Led_test = ; May_Bom=0; // Read eeprom temp_point = read_float_eeprom(temp_add); humi_point = read_float_eeprom (humi_add); hrs_point = read_EEPROM (hour_add); min_point = read_EEPROM (minute_add); time_turn_on_pump = read_EEPROM (time_turn_on_pump_add); } void write_float_eeporm(long int n, float data) { int i; for (i=0;i 23) hrs = ; if (hrs < 0) hrs = 23 ; break; case 4: //Set Minute lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc,"Set Minute: %d control_input_value_int(&min); if (min >59) = 0; if (min