Đồ án tốt nghiệp ngành Điện tử: Thiết kế mô hình hệ thống tưới tự động

Nội dung của đồ án bao gồm 3 chương với các nội dung tổng quan về hệ thống tưới nước tự động; thiết kế hệ thống tưới nước tự động; mô hình thực nghiệm và kết quả. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu.

i MỤC LỤC  MỤC LỤC                                                                                                  I  DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH                                                                III  DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT                                                           IV  LỜI CẢM ƠN                                                                                            V  MỞ ĐẦU                                                                                                  VI CHƯƠNG 1  TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG                   1  1.1. Khái niệm về hệ thống tự động                                                                        1  1.2. Vai trị của tự động hóa trong q trình sản xuất                                              1  1.3. Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng                                2  1.4. Các dạng chính của hệ thống tưới tự động                                                      2  1.5. Các nghiên cứu ở nước ngoài                                                                            12  1.6. Các nghiên cứu trong nước                                                                               13  1.7. Quy trình cơng nghệ                                                                                          14  1.8. Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung                                                                14  1.9. Kết luận chương 1                                                                                            14 CHƯƠNG 2  THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG                               16  2.1 Xây dựng sơ đồ khối                                                                                          16  2.2 Chức năng của từng khối                                                                                   17  2.2.1. Khối vi điều khiển PIC 18F4520                                                                17  2.2.2. Khối cảm biến nhiệt độ và độ ẩm.                                                            23  2.2.3. Khối hiển thị thời gian thực Ds1307                                                          28  2.2.4. Khối hiển thị LCD                                                                                       33  2.2.5. Khối nguồn sử dụng LM2576                                                                    34 ii  2.2.6. Khối tạo dao động                                                                                       35  2.3. Giao thức I2C                                                                                                     35  2.3.1. Giới thiệu                                                                                                     35  2.3.2. Đặc điểm giao tiếp I2C                                                                               36  2.3.3. Chế độ hoạt động (tốc độ truyền)                                                             38  2.3.4. Tín hiệu START và STOP.                                                                          40  2.4. Lưu đồ thuật toán                                                                                              42  2.5. Kết luận chương 2                                                                                            43 CHƯƠNG 3  MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ                                           44  3.1. Mơ hình thực nghiệm                                                                                        44  3.1.1. Sơ đồ nguyên lí                                                                                            44  3.1.2. Sơ đồ mạch in và mạch thực tế                                                                 45  3.2. Đánh giá và kết luận                                                                                          48  3.2.1. Kết quả đạt được                                                                                        48  3.2.2. Kết luận chương 3                                                                                      50  TÀI LIỆU THAM KHẢO                                                                          51                                                                                                            52       PHỤ LỤC                                                                                                  53 iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH iv 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 SFG Special Function Register GPR General Purpose Register MSSP Master Synchronous Serial Port RTC Real­ Time Clock SQW/  OUT LCD Square Wave/ Output Driver Liquid Crystal Display Tiếng Việt Cổng giao tiếp  đồng bộ Giao diện ngoại vi  nối tiếp Chuẩn giao tiếp  nối tiếp Cổng giao tiếp  song song Thanh ghi chức  năng đặc biệt của  bộ nhớ dữ liệu      Thanh ghi mục đích  chung Khối giao diện  đồng bộ nối tiếp Đồng hồ thời gian  thực Ngõ ra tạo xung  vng của Ds1307 Màn hình hiển thị  LCD v LỜI CẢM ƠN      Em xin chân thành cảm  ơn q thầy, cơ trường Đại Học Cơng Nghiệp  Hà Nội đã tận tình dạy dỗ  trong suốt những năm qua. Trong đó phải kể  đến q thầy cơ trong khoa Điện Tử đã tạo điều kiện cho em thực hiện đồ  án tốt nghiệp này      Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn ThS. Xxx  đã  tận tình giúp đỡ  em trong q trình lựa chọn đề  tài và hỗ  trợ  em trong q  trình thực hiện đề tài. Cung cấp cho em những kiến thức q báu cũng như  những lời khun cực kỳ  hữu ích. Tạo động lực cho em hồn thành tốt  nhiệm vụ của mình.       Em xin cảm ơn những ý kiến đóng góp của các thầy cơ giáo và các bạn  cho việc thực hiện đề  tài này. Để  hồn thành em đã nỗ  lực nghiên cứu,  thiết kế  và chế  tạo, nhưng do thời gian và kiến thức cịn hạn chế  nên  khơng thể  tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những lời   góp ý chân thành từ thầy cơ và các bạn để có thêm những hiểu biết và hồn  thiện hơn trong q trình làm việc sau này      Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện xxxxxxxxxxxxxxxx vi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài       Nền nơng nghiệp của nước ta là nền nơng nghiệp vẫn cịn lạc hậu cũng  như chưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật được áp dụng vào thực tế.  Rất nhiều quy trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc được tiến hành một cách  thủ cơng và khơng đảm bảo được đúng u cầu. Có thể nói trong nơng học  ngồi những kỹ  thuật trồng trọt, chăm sóc thì tưới nước là một trong các  khâu quan trọng nhất trong trồng trọt, để đảm bảo cây trồng sinh trưởng và  phát triển bình thường, tưới đúng và tươi đủ  theo u cầu nơng học của   cây trồng sẽ khơng sinh sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an   tồn, đạt năng suất hiệu quả cao.       Mặt khác hiện nay nước ta đang trong giai đoạn cơng nghiệp hóa, hiện  đại hóa các thiết bị máy móc tự  động được đưa vào phục vụ  thay thế  sức   lao động của con người. Vì vậy thiết bị  tưới đang được nghiên cứu, thiết   kế, chế tạo và đưa vào thực tiễn ngày càng nhiều. Thiết bị tưới cũng rất đa  dạng về  chủng loại (vịi phun nước, phun sương, vịi nhỏ  giọt bù áp, dây  tưới nhỏ giọt) có thơng số  khác nhau phục vụ  cho các loại cây trồng khác   nhau được chế  tạo từ  nhiều nước như  Israel, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung   Quốc sẽ  rất thuận tiện cho người sử dụng lựa chọn phù hợp với nhu cầu  của mình. Hệ thống tưới phun đáp ứng độ ấm gốc, độ ẩm lả và khơng khí  cho cây trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm nước tạo điều kiện cho cây  trồng hấp thụ  dinh dưỡng khơng gây rửa trơi, thối hóa đất, khơng gây ơ   nhiễm mơi trường. Hơn thế nữa, với việc thiết kế một hệ thống tưới cây   tự động sẽ giúp cho con người khơng phải tưới cây, khơng phải tốn chi phí  nhân cơng tưới nước cũng như  giám sát thời gian tưới cây, Với hệ  thống  này, việc tưới cây sẽ là tự động tùy theo nhiệt độ, thời tiết nắng hay mưa,   độ ẩm cao hay thấp, mùa nào trong năm . . . Tất cả các điều kiện đó sẽ đưa  vii vào hệ  thống tính tốn và đưa ra thời gian chính xác để  bơm nước. Người  lao động sẽ  khơng cần phải quan tâm đến việc tưới cây sẽ  được sinh  trưởng và phát triển tốt hơn nhờ việc tưới cây phù hợp và chính xác hơn.  Lý do chọn đề tài       Hệ thống tưới tự động (tưới nhỏ giọt, phun sương . . .) là hệ thống thiết  bị tưới tốt nhất đáp ứng theo u cầu sinh trưởng cây trồng đang được ứng  dụng rộng ở các nước phát triển. Hệ thống tưới nước tự động là một hình  thức tưới nước hợp lý, tiết kiệm sức lao động và chi phí nhân cơng. Vốn đã  rất phổ biến tử nhiều nước trên thế giới. Tuy nhiên ở Việt Nam chỉ vài ba   năm trở  lại đây việc vận dụng hệ  thống này mới trở  thành xu hướng. Hệ  thống tưới nước tự động cũng trở nên phổ biến hơn với người nơng dân ở  nơng thơn cùng với q trình hiện  đại hóa, nơng nghiệp hóa nơng thơn   nhưng khơng phải người dân nào cũng mạnh dạn đưa vào sử  dụng vì chi  phí đầu tư cao.       Mặt khác khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ đã làm thay đổi cuộc   sống con người, làm cho cuộc sống con người ngày càng trở  nên tiện nghi  và hiện đại. Kỹ thuật điện tử phát triển con người đã tạo ra những thiết bị  máy móc hiện đại thay thế  cho con người những cơng việc nặng nhọc và  địi hỏi độ chính xác cao.       Ngành nơng nghiệp nước ta hiện nay cịn phụ thuộc nhiều vào khí hậu   tự  nhiên và với những phương pháp canh tác truyền thống khơng mang lại   năng suất cao. Khi kinh tế  xã hội phát triển thì nhu cầu con người càng   được nâng cao, địi hỏi chất và lượng nâng cao. Do đó cần đến các thiết bị  kỹ thuật tiên tiến có khả  năng đo đạc và điều khiển các thơng số  của mơi  trường như: nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp   với từng giai đoạn phát triển của cây trồng.  viii      Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn trên em đã nghiên cứu và tiến hành  thiết kế mơ hình hệ thống tưới tự động CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG 1.1. Khái niệm về hệ thống tự động       Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống, bao gồm các phần tử tự động  nhằm  điều khiển các quy trình xảy ra trong thiên nhiên, cuộc sống mà  khơng có sự tham gia trực tiếp của con người.       Hệ thống tự động xuất hiện ngày nay rất 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 mơi trường sản xuất:  ­ Các máy tự động.  ­ Các đường dây sản xuất, lắp ráp tự động.  ­ Các robot, máy tính . . .  1.2. Vai trị của tự động hóa trong q trình sản xuất   Tự động hóa đang được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực  khác nhau: cơng nghiệp sản xuất, gia cơng cơ khí, dây chuyền lắp ráp tự  động, ứng dụng kiểm sốt chất lượng… Các hệ thống điều khiển thường  dùng để vận hành q trình sản xuất bao gồm servo, PLC, mạch điện tử, G  code… Các hệ điều khiển này có thể bao gồm việc điều khiển từ đơn giản  đến các thuật tốn phức tạp, điều khiển những máy móc đơn giản cho đến  những hệ thống cơng nghiệp lớn Có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng tới q trình tự động hóa của một  quốc gia, hoặc một lĩnh vực. Trong đó, có thể kể đến những nhân tố quan  trọng như: Cơng nghệ số hóa, trình độ nhân sự, nguồn lực vốn  Để q  trình này được diễn ra thuận lợi, cần hiểu rõ bản chất tự động hóa trong  từng lĩnh vực, từng quy trình sản xuất, từ đó ứng dụng tối ưu, giúp tăng  năng suất, giảm chi phí 1.3. Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng  Cơng trường thực vật là căn cứ địa sản xuất nơng nghiệp của hiện  đại hóa. Tồn bộ q trình đều có thể điều khiển tự động để giảm bớt sức  người, nâng cao sản lượng… Mặc dù tự động hóa ứng dụng từ rất lâu cho  việc tưới tiêu, song nó chỉ phát triển ở một số nước phát triển, cịn đối với  các nước chậm phát triển tuy nền nơng nghiệp chiếm tỉ lệ lớn nhưng việc  ứng dụng tự động hóa cho việc tưới cây vẫn cịn rất chậm. Hiện nay, được  sự trợ giúp của nước ngồi các nước đang phát triển đã đưa dần tự động  hóa vào đời sống và sản xuất, đặc biệt là các nước Đơng Nam Á nói chung  và trong đó có Việt Nam.  Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của cơng nghệ chế tạo thiết bị  tự động hóa, kết hợp với thành tựu trong cơng nghệ vi điện tử và cơng  nghệ thơng tin, đã cho phép tạo nên một giải pháp tự động hóa trong mọi  lĩnh vực khơng chỉ trên lĩnh vực nơng nghiệp. Có thể nói tự động hóa trở  thành xu hướng tất yếu cho bất kì quốc gia, vùng lãnh thổ nào muốn phát  triển kinh tế trên Thế giới.  1.4. Các dạng chính của hệ thống tưới tự động   Về cơ bản hệ thống tưới nước tự động có 4 dạng chính:  ­ Tưới phun mưa:        Đây là hệ thống tưới nước tạo các tia nước bắn ra xung quanh nhờ đầu  phun tạo mưa, phun trực tiếp lên bề mặt lá cây. Hệ thống này giúp bà con  nơng dân tưới cây nhanh hơn, hiệu quả  hơn, nâng cao hiệu quả  kinh tế.  Phương pháp này có tác dụng làm tăng độ   ẩm cho đất và làm mát cho cây   trồng, tạo điều kiện kích thích cây trồng sinh trưởng và phát triển. Hệ  thống này được áp dụng phổ biến nhất do phù hợp với nhiều mơ hình canh   tác từ hoa màu cho đến cây ăn quả, cây cơng nghiệp. Nước ra vịi phun, béc  56    lcd_gotoxy(1,1);    lcd_putc(" Duc Quynh      ");    delay_ms(2000);    ds1307_init();// khoi tao DS1307   // 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 == 0 )     {       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 do am       if (display = 40) // 2s hien thi nhiet do , do am          {          display_tem();          if (display >= 80)display = 0;          } 57        SHT_ReadTemHumi(&nhiet_do,&do_am);        check_turn_on_pump();      check_turn_off_pump();       if (Set_BT == 0 )       {          set_conditon_turn_on_pump();       }       if (Up_BT == 0 )       {          Led_test =1 ;          May_Bom=1;       }       if(Down_BT == 0)       {          Led_test = 0 ;          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)      { 58       lcd_gotoxy(1,2);             printf(lcd_putc,"Check:%d:%dIn%d           ",hrs_point,min_point,  time_turn_on_pump );      }      else      {       lcd_gotoxy(1,2);             printf(lcd_putc,"%d­%d/Remain:   %Lu         ",hrs_point,min_point,  (time_turn_on_pump­ time_work­1) );      }       } 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       ",temp_point,humi_point); } void main_ini() {    //Set Pin OF LCD is Output    TRISB3 = 0 ;    TRISB5 = 0 ;       TRISB4 = 0 ;      TRISB2 = 0 ;       TRISB1 = 0 ;     TRISB0 = 0 ; 59    TRISD7 = 0 ;            TRIS_Led_test = 0 ;    TRIS_May_Bom = 0 ;    TRIS_Up_BT = 1;    TRIS_Down_BT = 1;     TRIS_Set_BT  = 1;    TRIS_Next_BT = 1;         //Turn off led and pump machine    Led_test = 0 ;    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