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

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

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 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG 1

1.1 Khái niệm về hệ thống tự động 1

1.2 Vai trò của tự động hóa trong quá 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 11

1.6 Các nghiên cứu trong nước 12

1.7 Quy trình công nghệ 12

1.8 Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung 13

1.9 Kết luận chương 1 13

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG .14 2.1 Xây dựng sơ đồ khối 14

2.2 Chức năng của từng khối 15

2.2.1 Khối vi điều khiển PIC 18F4520 15

2.2.2 Khối cảm biến nhiệt độ và 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

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 và STOP 36

2.4 Lưu đồ thuật toán 37

2.5 Kết luận chương 2 38

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 39

3.1 Mô hình thực nghiệm 39

3.1.1 Sơ đồ nguyên lí 39

3.1.2 Sơ đồ mạch in và mạch thực tế 40

3.2 Đánh giá và kết luận 42

3.2.1 Kết quả đạt được 42

3.2.2 Kết luận chương 3 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

PHỤ LỤC 46

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Hệ thống tưới nước phun mưa 2

Hình 1 2 Hệ thống tưới nước phun xương 2

Hình 1 3 Hệ thống tưới nước nhỏ giọt 2

Hình 1 4 Hệ thống tưới nước cảnh quan, cây cỏ 2

Hình 2 1 Sơ đồ khối của hệ thống tưới nước tự động 2

Hình 2 2 Sơ đồ chân của PIC 18F4520 2

Hình 2 3 Tổ chức bộ nhớ chương trình 2

Hình 2 4 Bộ nhớ dữ liệu RAM 2

Hình 2 5 Cảm biến LM35 2

Hình 2 6 Cảm biến HS1101 2

Hình 2 7 Chip cảm biến SHT10 2

Hình 2 8 Cảm biến SHT10 2

Hình 2 9 Sơ đồ chân của SHT10 2

Hình 2 10 Sơ đồ ghép nối MCU với SHT10 2

Hình 2 11 Sơ đồ chân của Ds1307 2

Hình 2 12 Sơ đồ tổ chức bộ nhớ của Ds1307 2

Hình 2 13 Tổ chức bộ nhớ của các thanh ghi thời gian của Ds1307 2

Hình 2 14 Khối hiển thị LCD 2

Hình 2 15 Sơ đồ chân của LM2576 2

Hình 2 16 Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn 2

Hình 2 17 Trình tự truyền bit trên đường truyền 2

Hình 2 18 Tín hiệu Start và Stop 2

Hình 2 19 Lưu đồ thuật toán 2

Hình 3 1 Sơ đồ nguyên lí 2

Hình 3 2 Mạch in 2D 2

Hình 3 3 Mạch khi được khởi tạo 2

Hình 3 4 Cài đặt thời gian 2 Hình 3 5 Cài đặt nhiệt độ, độ ẩm 2

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

SSP Synchronous Serial Port Cổng giao tiếp đồng

bộSPI Serial Peripheral Interface Giao diện ngoại vi

nối tiếpI2C Inter- Intergrated Circuit Chuẩn giao tiếp nối

tiếp

songSFG Special Function Register

Thanh ghi chức năng đặc biệt của bộnhớ dữ liệu

GPR General Purpose Register Thanh ghi mục đích

chungMSSP Master Synchronous Serial Port Khối giao diện đồng

bộ nối tiếp

thựcSQW/

OUT Square Wave/ Output Driver

Ngõ ra tạo xung vuông của Ds1307LCD Liquid Crystal Display Màn hình hiển thị

LCD

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trường Đại Học Công Nghiệp Hà

Nội đã tận tình dạy dỗ trong suốt những năm qua Trong đó phải kể đến quýthầy cô trong khoa Điện Tử đã tạo điều kiện cho em thực hiện đồ án tốtnghiệp này

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn ThS Xxx đã tận

tình giúp đỡ em trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ em trong quá trìnhthực hiện đề tài Cung cấp cho em những kiến thức quý báu cũng như nhữnglời khuyên cực kỳ hữu ích Tạo động lực cho em hoàn thành tốt nhiệm vụ củamình

Em xin cảm ơn những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạncho việc thực hiện đề tài này Để hoàn thành em đã nỗ lực nghiên cứu, thiết

kế và chế tạo, nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không thểtránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những lời góp ý chânthành từ thầy cô và các bạn để có thêm những hiểu biết và hoàn thiện hơntrong quá trình làm việc sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

xxxxxxxxxxxxxxxx

MỞ ĐẦUTính cấp thiết của đề tài

Nền nông nghiệp của nước ta là nền nông nghiệp vẫn còn lạc hậu cũngnhư chưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật được áp dụng vào thực tế Rấtnhiều quy trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc được tiến hành một cách thủcông và không đảm bảo được đúng yêu cầu Có thể nói trong nông học ngoàinhững kỹ thuật trồng trọt, chăm sóc thì tưới nước là một trong các khâu quantrọng nhất trong trồng trọt, để đảm bảo cây trồng sinh trưởng và phát triểnbình thường, tưới đúng và tươi đủ theo yêu cầu nông học của cây trồng sẽkhông sinh sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an toàn, đạt năngsuất hiệu quả cao

Mặt khác hiện nay nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đạihóa các thiết bị máy móc tự động được đưa vào phục vụ thay thế sức lao độngcủa con người Vì vậy thiết bị tưới đang được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo vàđưa vào thực tiễn ngày càng nhiều Thiết bị tưới cũng rất đa dạng về chủngloại (vòi phun nước, phun sương, vòi nhỏ giọt bù áp, dây tưới nhỏ giọt) cóthông số khác nhau phục vụ cho các loại cây trồng khác nhau được chế tạo từnhiều nước như Israel, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc sẽ rất thuận tiện chongười sử dụng lựa chọn phù hợp với nhu cầu của mình Hệ thống tưới phunđáp ứng độ ấm gốc, độ ẩm lả và không khí cho cây trồng phát triển tốt, hệthống tiết kiệm nước tạo điều kiện cho cây trồng hấp thụ dinh dưỡng khônggây rửa trôi, thoái hóa đất, không gây ô nhiễm môi trường Hơn thế nữa, vớiviệc thiết kế một hệ thống tưới cây tự động sẽ giúp cho con người không phảitưới cây, không phải tốn chi phí nhân công tưới nước cũng như giám sát thờigian 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 cácđiều kiện đó sẽ đưa vào hệ thống tính toán và đưa ra thời gian chính xác đểbơm nước Người lao động sẽ không 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 xáchơn

Lý do chọn đề tài

Hệ thống tưới tự động (tưới nhỏ giọt, phun sương ) là hệ thống thiết bịtưới tốt nhất đáp ứng theo yêu cầu sinh trưởng cây trồng đang được ứng dụngrộng ở các nước phát triển Hệ thống tưới nước tự động là một hình thức tướinước hợp lý, tiết kiệm sức lao động và chi phí nhân công Vốn đã rất phổ biến

tử nhiều nước trên thế giới Tuy nhiên ở Việt Nam chỉ vài ba năm trở lại đâyviệc vận dụng hệ thống này mới trở thành xu hướng Hệ thống tưới nước tựđộng cũng trở nên phổ biến hơn với người nông dân ở nông thôn cùng với quátrình hiện đại hóa, nông nghiệp hóa nông thôn nhưng không phải người dânnào 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 sốngcon người, làm cho cuộc sống con người ngày càng trở nên tiện nghi và hiệnđại Kỹ thuật điện tử phát triển con người đã tạo ra những thiết bị máy móchiện đại thay thế cho con người những công việc nặng nhọc và đòi hỏi độchính xác cao

Ngành nông nghiệp nước ta hiện nay còn phụ thuộc nhiều vào khí hậu tựnhiên và với những phương pháp canh tác truyền thống không mang lại năngsuất cao Khi kinh tế xã hội phát triển thì nhu cầu con người càng được nângcao, đòi hỏi chất và lượng nâng cao Do đó cần đến các thiết bị kỹ thuật tiêntiến có khả năng đo đạc và điều khiển các thông số của môi trường như: nhiệt

độ, độ ẩm không khí, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp với từng giai đoạnphát triển của cây trồng

Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn trên em đã nghiên cứu và tiến hànhthiết kế mô hình hệ thống tưới tự động

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG1.1 Khái niệm về hệ thống tự động

Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống, bao gồm các phần tử tự độngnhằm điều khiển các quy trình xảy ra trong thiên nhiên, cuộc sống mà không

có sự tham gia trực tiếp của con người

Hệ thống tự động xuất hiện ngày nay rất phổ biến:

- Hệ thống điều hòa không khí

1.2 Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất

Tự động hóa đang được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực khácnhau: công nghiệp sản xuất, gia công cơ khí, dây chuyền lắp ráp tự động, ứng dụng kiểm soát chất lượng… Các hệ thống điều khiển thường dùng để vận hành quá 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 toán phức tạp, điều khiển những máy móc đơn giản cho đến những hệ thống công nghiệp lớn

Có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng tới quá trình tự động hóa của một quốc gia, hoặc một lĩnh vực Trong đó, có thể kể đến những nhân tố quan trọng như: Công nghệ số hóa, trình độ nhân sự, nguồn lực vốn Để quá 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

Công trường thực vật là căn cứ địa sản xuất nông nghiệp của hiện đại hóa Toàn bộ quá 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, còn đối với các nước chậm phát triển tuy nền nông nghiệp chiếm tỉ lệ lớn nhưng việc ứng dụng tự động hóa cho việc tưới cây vẫn còn rất chậm Hiện nay, được sự trợ giúp của nước ngoài các nước đang phát triển đã đưa dần tự động hóa vào đời sống và sản xuất, đặc biệt là các nước Đông Nam Á nói chung và trong đó có Việt Nam

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo thiết bị tự động hóa, kết hợp với thành tựu trong công nghệ vi điện tử và công nghệ thông tin, đã cho phép tạo nên một giải pháp tự động hóa trong mọi lĩnh vực không chỉ trên lĩnh vực nông 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 đầuphun tạo mưa, phun trực tiếp lên bề mặt lá cây Hệ thống này giúp bà connông 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 câytrồng, tạo điều kiện kích thích cây trồng sinh trưởng và phát triển Hệ thốngnày được áp dụng phổ biến nhất do phù hợp với nhiều mô hình canh tác từhoa màu cho đến cây ăn quả, cây công nghiệp Nước ra vòi phun, béc phuntheo dạng mưa, từng hạt, từng hạt có khả năng văng xa, tùy theo áp lực nước

Ưu điểm: Tưới phun mưa có hiệu quả sử dụng rất cao vì hạn chế cao

độ tổn thất nước do bốc hơi vì tia phun ngắn

 Cường độ tưới phun mưa và diện tích làm ướt có thể được điều chỉnhcho phù hợp sự tăng trưởng của cây trồng Không tạo nên dòng chảy trên mặtđất không phá vỡ cấu tượng đất do hạt mưa nhỏ.

 Cường độ tưới phun mưa và diện tích làm ướt có thể được điều chỉnhcho phù hợp sự tăng trưởng của cây trồng Cường độ tưới phun mưa và diệntích làm ướt có thể được điều chỉnh cho phù hợp sự tăng trưởng của câytrồng

 Do toàn bộ hệ thống đường ống tưới phun mưa đặt ngầm nên tiếtkiệm đất Thuận tiện việc chăm sóc, canh tác trên đồng ruộng Mặt khác cũng

dễ dàng tự động hóa từng phần hoặc toàn phần hệ thống tưới phun mưa Cũngnhư việc cơ khí hoá và tự động hóa phần thiết bị điều khiển Thiết bị tướiphun mưa được điều khiển toàn bộ hệ thống từ xa theo chương trình lập sẵn.Nên tiết kiệm sức lao động và nâng cao năng suất tưới

 Nâng cao năng suất tưới và năng suất các khâu canh tác nông nghiệpkhác Sử dụng áp lực làm việc loại trung bình và thấp Đồng thời lưu lượngtưới phun mưa yêu cầu nhỏ nên tiết kiệm năng lượng và nguồn nước Có tácdụng cải tạo vi khí hậu khu tưới Hạn chế sâu bệnh, cỏ dại phát triển Kết hợpđược tưới tưới phun mưa với phun thuốc trừ sâu, bón phân hóa học Rất phùhợp với các cây trồng mềm yếu (vườn hoa, vườn ươm, cây đang ra hoa, thụphấn)

 Thiết bị tưới phun sương cho phép người sử dụng có thể pha thêmmột số dung dịch an toàn chống lại sâu bệnh gây hại Tuy nhiên, nếu phảithường xuyên tiếp xúc với các chất này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe conngười Vì thế, sản phẩm này giúp đảm bảo sức khỏe của người dùng Bêncạnh đó, với mật độ phun đều, lượng nước và chất phòng ngừa sâu hại không

bị tồn đọng quá nhiều gây ngập úng hay dư thừa chất bảo vệ thực vật

Nhược điểm:

 Các loại béc tưới phun mưa dễ bị tắc nghẽn (khi nước tưới có nhiềutạp chất), nhất là đối với các vòi phun sương mù (Mist Sdrayer) có các lỗ tướiphun mưa rất nhỏ.

 Yêu cầu trình độ nhất định trong thiết kế xây dựng và quản lý hệthống tưới phun mưa

 Vốn đầu tư cho hệ thống tưới phun mưa ban đầu cao hơn so với các

kỹ thuật tưới cổ điển

 Các đường ống tưới phun mưa và thiết bị hay hư hỏng, dễ bị mất mát,phá hoại do con người và côn trùng tại mặt ruộng (điều này rất dễ xảy ra ởViệt Nam)

Hình 1 1 Hệ thống tưới nước phun mưa [2]

- Tưới phun sương:

Tưới phun sương là một hệ thống tưới nước chịu áp suất của máy bơmtăng áp Nguồn nước đưa vào được nén với áp suất cao qua những vòi đượcthiết kế đặc biệt sẽ chuyển hóa thành dạng sương siêu mỏng với kích thướchạt nhỏ, dễ khuếch tán vào môi trường xung quanh Tưới phun sương thường

được lắp trong các khu vườn ươm giống, các vườn hoa trong nhà kính, trồngrau hữu cơ, rau thủy canh, trồng hoa, tưới cảnh quan…

Ưu điểm:

 Có tác dụng ngăn bụi, điều hòa vi khí hậu, giúp không khí mát mẻ và

có thể tận dụng lúc tưới để phun các loại thuốc bổ trợ cho cây trồng Kíchthước hạt nhỏ, mịn nên sẽ an toàn đối với hoa và cây trồng, không gây hại chocây

 Nhắc đến thiết bị tưới phun sương là phải nhắc đến công dụng đầutiên của sản phẩm này là chống lãng phí nước Nếu so với việc tưới thủ côngtốn khá nhiều nước, thì thiết bị này giúp người trồng trọt tiết kiệm đượcnguồn tài nguyên quý giá và không thể thiếu đối với sự sống của cây trồng.Cường độ tưới có thể điều chỉnh cho thích hợp với từng loại cây trồng, cộngthêm thiết bị có thể tưới trên diện rộng, nên thiết bị này không chỉ chống lãngphí nước mà còn tiết kiệm thời gian tưới cây

 Lợi thế tiếp theo của thiết bị này là giúp cho người trồng trọt đỡ vất

vả, đỡ tốn công sức tưới hoặc thuê người tưới Thay vì mất vài giờ đồng hồchỉ để tưới cây, trong khi thời gian là tiền bạc, chủ vườn cây có thể dành thờigian đó để làm việc khác, hoặc ngồi ngắm nhìn khu vườn đang sai trĩu quảhoặc đang trổ hoa đẹp mắt Vừa tiết kiệm nước, vừa tiết kiệm công sức laođộng quả là thiết bị đáng phải xem xét để đầu tư

 Thiết bị tưới phun sương cho phép người sử dụng có thể pha thêmmột số dung dịch an toàn chống lại sâu bệnh gây hại Tuy nhiên, nếu phảithường xuyên tiếp xúc với các chất này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe conngười Vì thế, sản phẩm này giúp đảm bảo sức khỏe của người dùng Bêncạnh đó, với mật độ phun đều, lượng nước và chất phòng ngừa sâu hại không

bị tồn đọng quá nhiều gây ngập úng hay dư thừa chất bảo vệ thực vật

 Với sân vườn nhỏ, khách hàng có thể tự lắp ráp hệ thống tưới phunsương tự động theo hướng dẫn ghi trên hộp, hoặc theo hướng dẫn của nhàcung cấp Đối với diện tích sân vườn lớn hơn, bạn vẫn có thể tự lắp ráp nhưng

tốt nhất là nên có sự hỗ trợ kỹ thuật từ phía người bán, vì họ có nhiều kinhnghiệm và họ sẽ giúp bạn có được hệ thống tưới hiệu quả nhất Tính năng tựđộng không thể không nhắc đến khi nói về sản phẩm này Người sử dụng chỉcần đứng ở đầu nguồn nước để mở vòi, hoặc lắp đặt hệ thống tưới tự độnghẹn giờ, lúc này thiết bị sẽ tưới theo đúng thời gian và lượng nước được càiđặt sẵn.

 Không gây dòng chảy mặt: Các hạt sương có kích thước nhỏ, dichuyển với vận tốc bé trong không khí

 Độ ẩm đồng đều

Nhược điểm:

 Hệ thống này nếu muốn tưới tự động thì bạn cần đầu tư chi phí đểmua bộ thiết bị hẹn giờ, cảm biến mưa, các vòi phun và đường ống tốt Đặcbiệt đối với hệ thống lắp đặt ngầm, bạn càng cần có sản phẩm tốt để có thể sửdụng lâu dài mà không tốn công thay thế bộ phận, chi tiết hay phải sửa lạiđường ống nếu ống dẫn không tốt Tuy vốn đầu tư ban đầu lớn, nhưng điều đókhông có nghĩa chi phí trung bình cao vì hệ thống thiết bị tưới phun sương cóthể sử dụng từ 10 đến 20 năm Nếu bạn lấy vốn ban đầu chia cho số năm sửdụng, bạn sẽ thấy được thiết bị này vừa tiện lợi, lại vừa tốn ít chi phí trungbình phải bỏ ra

• Thiết bị sử dụng công nghệ hiện đại đòi hỏi người sử dụng phải cókiến thức nhất định về sản phẩm, cũng như cách dùng Với diện tích đất trồnghay sân vườn lớn, bạn cần có bản thiết kế hoàn chỉnh trước khi bắt tay vào lắpđặt, chưa kể đến bạn cần có thông tin cách sử dụng sao cho hiệu quả nhất.Tuy nhiên, bạn cũng không cần quá lo lắng, vì đa phần các nhà cung cấp thiết

bị tưới phun sương uy tín đều có đội ngũ nhân viên kỹ thuật giàu kinhnghiệm Họ sẽ giúp đỡ bạn từ khâu thiết kế, lắp đặt, đến vận hành hệ thốngtưới tự động này

Hình 1 2 Hệ thống tưới nước phun xương [2]

- Tưới nhỏ giọt:

Tưới nhỏ giọt là hệ thống tưới nước đưa nước đến từng gốc cây, nước

sẽ được tưới trực tiếp lên bề mặt của đất chứ không phải phun trên bề mặt lá

Từ đây hạn chế đến tối đa việc bốc hơi của nước, giúp cây thu đủ chất dinhdưỡng để phát triển Nước ra từ các đầu vòi theo dạng từng giọt, từng giọtmột tưới trực tiếp vào gốc cây thích hợp cho việc tưới không gian lớn cho cây

ăn quả, cây lâu năm

Ưu điểm

 Đảm bảo cung cấp độ ẩm đồng đều cho đất canh tác, ngoài ra cònđiều hòa được các yếu tố như nhiệt độ, chế độ không khí, nước, thức ăn,quang hơp của cây…

 Tưới nhot giọt giúp tiết kiệm nước một cách tối đa, giảm đến mứcthấp nhất sự hao hụt về nước do thấm ra đất hay bốc hơi

 Tránh hiện tượng xói mòn, rửa trôi đất, tập trung muối về 1 nơi khiếnđất không đồng đều về dinh dưỡng

 Là bước đệm cho cơ giới hóa, tự động hóa trong nông nghiệp, năngsuất lao động tăng lên đáng kể nhưng lại ít tốn nhân công và giảm thời gianlao động chân tay bởi vì thao tác bón phân hay bơm thuốc bảo vệ thực vật dễdàng kết hợp cùng quá trình tưới.

 Tưới nhỏ giọt ít phụ thuộc vào cấu trúc địa hình, không phá vỡ kết cấu củađất, thích hợp với mọi điều kiện địa hình ở nước ta

 Tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành

 Góp phần ngăn chặn cỏ dại, sâu bệnh do chỉ đủ nước cho gốc cây chứ khôngphung phí ra các vùng xung quanh

 Và đặc biệt, hệ thống tưới nhỏ giọt luôn duy trì độ ẩm ở mức độ tốt nhất,phù hợp với từng loại cây trồng, do đó, tăng năng suất cây và giúp cây đạtchất lượng vượt trội

Nhược điểm:

 Dễ bị tắc ngẽn do rong rêu, bùn, chất cặn trong dinh dưỡng hay nguồnnước, do đó nguồn dung dịch đi qua ống tưới cần có bộ lọc trước khi đến câytrồng

 Không thể làm mát cây và tăng khả năng quang hợp của lá nhưng các

hệ thống tưới khác

Chi phí ban đầu khá cao

 Đòi hỏi người đầu tư phải am hiểu về kỹ thuật tưới nhỏ giọt mới vậnhành được

 Nếu quá trình tưới nhỏ giọt bị gián đoạn chất lượng cây trồng sẽxuống cấp cực kỳ nhanh so với những cách tưới khác

Như vậy, sau khi so sánh những ưu – nhược điểm của hệ thống tưới nhỏ giọtbạn có thể chọn cho mình cách tưới tiêu hợp lý nhất tùy vào loài cây và khảnăng tài chính của bạn

Có 2 hệ thống tưới nước nhỏ giọt phổ biến:

 Tưới nhỏ giọt dọc luống: Được áp dụng đầu tiên trong nông nghiệp

có lẽ là hình thức tưới nhỏ giọt dọc luống Với khả năng nhân rộng cao, chủvườn chỉ cần lắp đặt một đường ống nước và đặt dọc theo các luống cây Mỗigốc cây sẽ lắp thêm một béc để dòng nước chảy nhỏ giọt ra từ từ

 Tưới nhỏ giọt quanh gốc: Từ phương pháp tưới nhỏ giọt dọc luống

cũ, các nhà khoa học đã nghiên cứu và cải tạo thành tưới nhỏ giọt quấn quanhgốc Phương pháp này phù hợp để sử dụng cho những loại cây trồng có nhucầu cao về lượng nước, nhưng việc áp dụng các biện pháp tưới phun sương lạikhông phù hợp

Hình 1 3 Hệ thống tưới nước nhỏ giọt [2]

- Tưới cảnh quan, tưới cỏ:

Hệ thống tưới tự động được hiểu đơn giản là có thể hoạt động màkhông cần sự tác động của con người Mọi hệ thống tưới nhỏ giọt, phun mưa,

tưới cảnh quan, sân vườn đều có thế áp dụng tưới tự động thống tưới tự độngthông qua các thiết bị điện tử như bộ hẹn giờ và các thiết bị cơ khí khác .

Việc áp dụng hệ thống tưới tự động có thể làm tăng chi phí ban đầunhưng về lâu dài các năm sau chi phí để chăm sóc cây trồng sẽ giảm thiểu tối

đa do giảm thiểu về nhân công lao động, tiền điện, tiền nước

Ưu điểm

 So với việc tưới cây thủ công thì hệ thống tưới cảnh quan tự độnggiúp tiết kiệm được 60% lượng nước Chính điều này đã giúp giảm chi phítiền nước hàng tháng của mỗi gia đình, mỗi công ty Đồng thời cũng giúpgiảm được sức lực chăm sóc của con người Không chỉ vậy, đặc điểm của hệthống này đó là được lắp đặt cố định nên nó sẽ giúp đảm bảo tuổi thọ lâu dàicho các thiết bị tưới tiêu

 Bên cạnh đó, hệ thống tưới cảnh quan còn giúp bạn tiết kiệm đượcnhiều thời gian chăm sóc cây, từ đó có thêm thời gian để tập trung vào nhữngviệc khác trong cuộc sống Khu vườn của bạn sẽ trở nên tươi mới, sống độnghơn nếu được lắp đặt hệ thống tưới cảnh quan tự động Từ đó công trình sânvườn do bạn tâm huyết chăm sóc sẽ trở nên ấn tượng và thu hút hơn rất nhiều.Điều này cũng giúp con người thư thái và thoải mái hơn khi ngắm những loạicây cảnh ưa thích Vì hệ thống này có bộ cảm biến và tắt tự động vì vậy nógiảm lượng bụi bẩn, ô nhiễm vào nguồn nước từ các dòng chảy, giúp bảo vệmôi trường trong lành hơn

Hình 1 4 Hệ thống tưới nước cảnh quan, cây cỏ [2]

1.5 Các nghiên cứu ở nước ngoài

Ở nước ngoài đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng về hệ thống tưới cây tựđộng: Đầu những năm 80, Liên Xô (cũ) đã chế tạo ra một loại máy tự động ứng dụng trong nông nghiệp Khi làm việc loại máy này có thể quan sát được

độ ẩm của thổ nhưỡng, nhiệt độ không khí, sức gió… Nó có thể xác định được phương pháp tưới và tiến hành tưới cho cây trồng, nhờ một loại máy làm mưa nhân tạo khác Hãng robot Droplet giới thiệu robot tưới cây tích hợpnhững công nghệ tự động mới nhất, điện toán đám mây và một số dịch vụ kết nối khác cho phép Droplet có khả năng tự động ngắm hướng vòi phun, lượng nước và tần suất tưới để tự động tưới nước cho cây theo những lịch trình tự tính toán dựa trên phân tích các dữ liệu đầu vào Droplet là 1 chiếc vòi phun

tự động có khả năng tự điều chỉnh hướng dòng nước phun ra từ ống đến thân cây trong bán kính 9,14 mét Trước khi robot tự động vận hành, người dùng chỉ cần khai báo tên của các loại cây có mặt trong vườn thông qua điện thoại, máy tính bảng, được kết nối không dây với robot Dựa trên thông tin về tên các loại cây, Droplet sẽ tự tra cứu thông tin trên mạng nhằm xác định lượng

nước cũng như tần số tưới cho phù hợp với từng loại cây Bên cạnh đó,

Droplet cũng tự tra cứu dữ liệu về tình hình thời tiết của địa điểm làm việc để xác định mưa/nắng nhằm đưa ra lịch làm việc thích hợp Bộ điều khiển tưới cây tự động Israel dễ dàng được lập trình theo yêu cầu tưới của người sử dụng Chỉ cần vài thao tác lập trình, cung cấp cho hệ thống một nguồn nước đầu vào và dẫn các đầu tưới đến các vị trí cần tưới là đã hoàn tất việc lắp đặt

hệ thống tưới tự động theo công nghệ tưới tiên tiến

1.6 Các nghiên cứu trong nước

Ở nước ta đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng hệ thống tự động vào trong cuộc sống Người dân đã sáng tạo ra các hệ thống bán tự động giúp tiết kiệm sức lao động, hiệu quả mang lại cao hơn so với tưới thủ công Tuy nhiên

hệ thống này còn nhiều nhược điểm cần khắc phục để mang lại hiệu quả cao nhất có thể Ở các trường đại học chuyên ngành kĩ thuật đã có nhiều đề tài về

hệ thống tưới nước tự động do sinh viên thực hiện Tuy nhiên vẫn còn nhiều mặt hạn chế cần khắc phục

Hệ thống tưới phun tự động đa năng- một công trình khoa học của 2 giảng viên rường Cao đẳng Công nghiệp (CĐCN) Huế: Tiến sĩ Lê Văn Luận

và thạc sĩ Lê Đình Hiếu Các thiết bị chính của hệ thống tưới phun đa năng này gồm có 1 cảm biến đo nhiệt độ và 1 cảm biến đo độ ẩm của đất được cài đặt tại nhà màng trồng hoa, hệ điều khiển được lập trình trên PLC-S7- 1200 Khi các cảm biến cho thông số độ ẩm của đất hoặc nhiệt độ không khí tại nhà màng báo hiệu cần nước, tín hiệu này sẽ đưa đến hộp điều khiển PLC Tại đâycác chức năng sẽ được điều khiển tự động để nhận nước và đưa tưới tự động tưới phun theo các vòi phun lắp đặt, và sẽ tự ngừng trong đúng 5 phút, khi cảm biến báo độ ẩm hoặc nhiệt độ đã đạt yêu cầu

1.7 Quy trình công nghệ

- Cảm biến đo độ ẩm, nhiệt độ truyền dữ liệu đến bộ điều khiển để tưới nướcmột cách tự động (khô thì tưới, thừa nước thì ngừng luôn duy trì độ ẩm ở mức

ổn định để cây phát triển nhanh) Có thể điều khiển tưới thước bằng tay khicần thiết

- Cảm biến đo mức nước truyền dữ liệu đến bộ điều khiển để xác định xem cócần bơm nước vào bình hay không (cạn thì bơm, đầy thi tự ngắt) Có thể điềukhiển máy bơm bằng tay khi cần thiết

- Cảm biến đo áp nước trên đường ống từ máy bơm lên bể nước truyền dữliệu đến bộ điều khiển để xem áp suất nước có quả tải đường ống không

- Khi nước được tưới ở đâu thì sẽ có đèn báo hiệu ở vị trí đó

1.8 Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung

Các nghiên cứu ở trên đã được ứng dụng trong thực tiễn Tuy nhiên, do giá thành quá cao nên nhiều người chưa có điều kiện để sử dụng các thiết bị

đó Vì vậy, em đã thực hiện nghiên cứu hệ thống tưới sử dụng cảm biến độ

ẩm của không khí để quyết định thời gian tưới cho cây trồng Hệ thống chế tạo đơn giản, chi phí thấp dễ sửa chữa…

1.9 Kết luận chương 1

Qua những thông tin về nền nông nghiệp, công nghiệp của Việt Nam vàcủa các nước phát triển trên thế giới nên trên Chúng ta thấy rằng không ápdụng công nghệ cao vào sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam là một thiếu sót rấtlớn đối với một đất nước chủ yếu về nông nghiệp Tuy nhiên để áp dụng côngnghệ hiện đại như ở Israel hay Nhật Bản vào nền nông nghiệp nước ta ngaylúc này là điều rất khó khăn vì những hệ thống đó đòi hỏi phải đầu tư rất caovới những người nông dân ở Việt Nam Từ thực tế đó chúng em thấy rằngmình hoàn toàn có thể học hỏi và thiết kế những hệ thống tự động hóa đơngiản trong nông nghiệp với giá thành rẻ hơn nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầucủa một hệ thống thông minh Qua quá trình khảo sát tại một số khu vườn vàthực tế trồng trọt tại gia đình, để tài của em làm là “Thiết kế hệ thống tướinước tự động sử dụng vi điều khiển PIC 18F4520" Đây là một đề tài có tínhứng dụng rất thực tế Nội dung thiết kế chi tiết sẽ được trình bày ở các chươngtiếp theo

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG

2.1 Xây dựng sơ đồ khối

Theo những gì đã trình bày ở trên và khảo sát thực tế Em đưa ra sơ đồkhối của hệ thống như sau

Hình 2 1 Sơ đồ khối của hệ thống tưới nước tự động

Trong sơ đồ khối trên gồm các khối:

- Khối điều khiển trung tâm PIC18F4520: Điều khiển toàn bộ chức năngcủa mạch, nhận dữ liệu giải mã tín hiệu nhiệt độ, độ ẩm Đưa hiển thịlên LCD sau đó đưa ra tín hiệu điều khiển bật/ tắt máy bơm

- Khối cảm biến: SHT10 và module thời gian thực Ds1307 Xác định giátrị nhiệt độ, độ ẩm và thời gian

- Khối hiển thị LCD: Là LCD 2 dòng 16 kí tự để hiển thị nhiệt độ, độ ẩmtrong môi trường, thời gian

- Khối nguồn LM2576: Là khối cơ bản nhất, tạo ra điện áp ổn định, cungcấp nguồn nuôi cho toàn bộ linh kiện trong mạch

- Khối dao động thạch anh: Cung cấp xung cho vi điều khiển PIC18F4520 hoạt động

2.2 Chức năng của từng khối

2.2.1 Khối vi điều khiển PIC 18F4520

Hình 2 2 Sơ đồ chân của PIC 18F4520 [3]

Các chức năng:

- Chân 1->7: Port A (RA) là các port I/O

- Chân 33->40: Port B (RB) là các port I/O

- Chân 15->18: và chân 23->26: Port C (RC) là các chân I/O

- Chân 19->22 và chân 27->30: Port D (RD) là các chân I/O

- Chân 12 và 31: Nối mass

- Chân 11 và 32: Nối nguồn

2.2.1.1 Một vài thông số về PIC 18F4520

Bộ vi điều khiển ghi tắt là Micro- controller là mạch tích hợp trên một chip

có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của hệ thống Theo cáctập lệnh của người lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin,

xử lí thông tin, đo thời gian và tiến hành đóng mở một cơ cấu nào đó

Trong các thiết bị điện và điện tử các bộ vi điều khiển điều khiển hoạt độngcủa TV, máy giặt, điện thoại…Trong hệ thống sản xuất tự động, bộ vi điều

khiển sử dụng trong robot, các hệ thống đo lường giám sát, các hệ thống càngthông minh, hiện đại thì vai trò của vi điều khiển càng ngày càng quan trọng.Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như: 6811 củaMotorola, 8051 của Intel, Z8 của Zilog, PIC của Microchip Technology…Trong đề tài này nghiên cứu về PIC 18f4520 vì nó có nhiều ưu điểm hơncác loại vi điều khiển khác như: ADC 10 bit, PWM 10 bit, EEPROM 256Byte, Comparater…ngoài ra nó còn được các trường đại học trên thế giới, đặcbiệt là các nước Châu Âu hầu hết xem PIC là một môn học trong bộ môn viđiều khiển Nói vậy các bạn cũng thấy sự phổ biến rộng rãi của nó Ngoài raPIC còn được rất nhiều nhà sản xuất phần mềm tạo ra các ngôn ngữ hõ trợcho việc lập trình ngoài ngôn ngữ Assembly như: MPLAB, CCSC, HTPIC…Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:

- CPU tốc độ cao có 75 cấu trúc lệnh, nếu được cho phép có thể kéo dàiđến 83 cấu trúc lệnh

- Hầu hết các cấu trúc lệnh chỉ mất một chù kì máy, ngoại trừ lệnh rẽnhánh chương trình mất hai chu kì máy

- Tốc độ làm việc: Xung clock đến 40MHz, tốc độ thực thi lệnh 125ns

- Bộ nhớ chương trình (Flash Program Memory) là 32 Kbyte

- Bộ nhớ dữ liệu SRAM là 1536 byte

- Bộ nhớ dữ liệu EEFROM là 256 byte

- 5 port vào/ ra (PORTA, PORTB, PORT C, PORT D, PORT E)

- 4 bộ Timer (Timer 0, Timer 1, Timer 2, Timer 3)

- 1 capture/ compare/ PWM modules

- 1 enhanced capture/ compare/ PWM modules

- Các chuẩn giao tiếp nối SSP (Synchronous Serial Port), SPI (SerialPeripheral Interface), I2C (Inter- Intergrated Circuit)

- Chuẩn giao tiếp USART nối với 9 bit địa chỉ

- Cổng giao tiếp song song PSP (Parrallel Slave Port)

- 13 kênh chuyển đổi ADC 10 bit

Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác nhau của vi điều khiển như:

- Bộ nhớ Flash với khả năng ghi xóa 100.000 lần

- Bộ nhớ EEFROM với khả năng ghi xóa 1.000.000 lần

- Flash/ dữ liệu bộ nhớ EEFROM có thể lưu trữ hàng trăm năm

- Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần phềm

- Watchdog Timer với bộ dao động trong

- Chức năng bảo mật mã chương trình

Bộ nhớ chương trình: Dòng vi điều khiển Pic18xxxx là thiết bị với 21 bit

bộ đếm chương trình PC (Program counter) có thể quản lý 2Mbyte bộ nhớchương trình Với Pic18F4520 có 32Kbytes bộ nhớ Flash có thể lưu trữlên tới 16,384 câu lệnh đơn, dòng Pic này có hai vector ngắt: Reset vector

có địa chỉ 0000H và Interrupt vector ở địa chỉ 0008H và 0018H

Hình 2 3 Tổ chức bộ nhớ chương trình [3]

 Bộ nhớ dữ liệu

Pic18Fxxxx là họ Statis Ram mỗi thanh ghi bộ nhớ dữ liệu có 12 bit địachỉ, cho phép truy nhập tới 4096 bytes dữ liệu bộ nhớ Không gian bộ nhớchia làm 16 bank gồm 256 byte mỗi bank Pic18F4520 như sơ đồ phía sau Bộnhớ dữ liệu bao gồm: thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR), thanh ghi mục đíchchung (GPR) Thanh ghi SFR dùng để điều khiến trạng thái và chức năngthiết bị ngoại vi, trong khi thanh ghi GPR dùng để lưu trữ hoặc làm vùng nhớtạm thời đang hoạt động của các ứng dụng

Theo cấu trúc lệnh và kiến trúc dòng Pic18Fxxxx cho phép các bank hoạtđộng đồng thời Toàn bộ bộ nhớ dữ liệu có thể cho phép truy nhập có hướng,

vô hướng hay địa chỉ có chỉ số, đặc điểm chung của các thanh ghi là cho phép

xử lý trong một chu kì đơn Pic 18Fxxxx cung cấp một AccessBank gồm 256byte bộ nhớ cho phép truy cập nhanh SFRs và phần Bank GPR nếu không sửdụng BSR

Hình 2 4 Bộ nhớ dữ liệu RAM [3]

2.2.1.3 Các cổng xuất nhập của PIC18F4520

Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng đểtương tác với thế giới bên ngoài Sự tương tác này rất đa dạng và thông quaquá trình tương tác đó, chức năng của vi điều khiển được thể hiện một cách rõràng Một cổng xuất nhập của vi điều khiển bao gồm nhiều chân (I/O pin), tuỳtheo cách bố trí và chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng xuất nhập

và số lượng chân trong mỗi cổng có thể khác nhau Bên cạnh đó, do vi điềukhiển được tích hợp sẵn bên trong các đặc tính giao tiếp ngoại vi nên bêncạnh chức năng là cổng xuất nhập thông thường, một số chân xuất nhập còn

có thêm chức năng khác để thế hiện sự tác động của các đặc tính ngoại vi nêubên trên đối với thế giới bên ngoài Chức năng của từng chân xuất nhập trongmỗi cổng hoàn toàn có thế được xác lập và điều khiển được thông qua cácthanh ghi SFR liên quan đến chân xuất nhập đó

Vi điều khiển PIC18F4520 có 5 cổng xuất nhập, bao gồm PORTA,PORTB, PORTC, PORTD và PORTE Cấu trúc và chức năng của từng cổngxuất nhập như sau:

- PORTA:

PORTA (RA) bao gồm 6 pin I/O (pin 2,3,4,5,6,7) Đây là các chân “haichiều" (bidirectional pin), nghĩa là có thể xuất và nhập được Chức năng I/O

này được điều khiến bởi thanh ghi TRISA (địa chi 92H) Muốn xác lập chứcnăng của một chân trong PORTA là input, ta "set" bit điều khiến tương ứngvới chân đó trong thanh ghi TRISA và ngược lại, muốn xác lập chức năng củamột chân trong PORTA là output, ta "clear" bit điêu khiến tương ứng vớichân đó trong thanh ghi TRISA Thao tác này hoàn toàn tương tự đối với cácPORT và các thanh ghi điều khiến tương ứng TRIS (đối với PORTA làTRISA, đối với PORTB là TRISB, đổi với PORTC là TRISC, đối vớiPORTD là TRISD, đổi với PORTE là TRISE)

Bên cạnh đó PORTA còn là ngõ ra của bộ ADC, bộ so sánh, ngõ vàoanalog, ngõ vào xung clock của Timer0 và ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP(Master Synchronous Serial Port)

Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTA bao gồm:

+ PORTA (địa chi 80H): chức giá trị các pin trong PORTA

+ TRISA (địa chi 92H): điều khiển xuất nhập

+CMCON (địa chỉ B4H): thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp

+ CVRCON (địa chỉ B5H): thanh ghi điều khiến bộ so sánh điện áp

+ ADCON1 (địa chỉ ClH): thanh ghi điều khiển bộ ADC

- PORTB:

PORTB(RB) gồm 8 pin I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng làTRISB Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quátrình Nạp chương trình cho vi điều khiến với nhiều chế độ khác nhau.PORTB còn liên quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer0 PORTB còn được tíchhợp chức năng điện trở kéo lên được điều khiển bởi chương trình

Các thanh ghi liên quan đến PORTB bao gồm:

+ PORTB (địa chỉ 81H): chứa giả trị các pin trong PORTB

+ TRISB (địa chi 93H): điều khiển xuất nhập

- PORTC:

PORTC (RC) gồm 8 pin I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tươngứng là TRISB Bên cạnh đó PORTC còn chứa các chân chức năng của bộ so

sánh, bộ Timer1, bộ PWM và các chuân giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP,USART

Các thanh ghi liên quan đến PORTC:

+ PORTC (địa chi 82H): chứa giá trị các pin trong PORTC

+ TRISC (địa chi 94H): điều khiến xuất nhập

- PORTD:

PORTD (RD) gồm 8 chân I/O Thanh ghi điều khiến tương ứng là TRISD.PORTD còn là cổng xuất dữ liệu của chân giao tiếp PSP (Parallel Slave Port).Các thanh ghi liên quan đến PORTD bao gồm:

+ PORTD (địa chỉ 83H): chứa giá trị các pin trong PORTD

+ TRISD (địa chỉ 95H): điều khiển xuất nhập

- PORTE:

PORTE (RE) gồm 3 chân I/O Thanh ghi điều khiến xuất nhập tương ứng

là TRISE Các chân của PORTE có ngõ vào analog Bên cạnh đó PORTE còn

là các chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP

Các thanh ghi liên quan đến PORTE bao gồm:

+ PORTE (địa chỉ 85h): chứa giá trị các chân trong PORTE

+ TRISE (địa chỉ 96h): điều khiển xuất nhập và xác lập các thông số chochuẩn giao tiếp PSP

+ ADCON1(địa chỉ C1H): thanh ghi điều khiển khối ADC

2.2.2 Khối cảm biến nhiệt độ và độ ẩm

2.2.2.1 Một số cảm biến nhiệt đô và độ ẩm thông dụng

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều cảm biến do nhiệt độ và độ ẩm như:

- LM35, LM335…: Cảm biến đo nhiệt độ

Hình 2 5 Cảm biến LM35 [4]

LM35 là một cái cảm biến nhiệt độ giá rẻ (tầm 26k) thường được tiêudùng mang thể được sử dụng để đo nhiệt độ (theo °C) Nó với thể đo nhiệt độchính xác hơn so với một điện trở nhiệt (thermistor) cùng tầm giá Cảm biếnnày tạo ra điện áp có đầu ra cao hơn các cặp nhiệt điện và có thể ko cần điện

áp đầu ra được khuếch đại

- Trong thực tế, người ta thường ghép nối HS1101 và IC NE555 Khi đógiá trị điện dung của HS1101 thay đổi thì làm thay đổi tần số đầu ra của

IC555 Như vậy chỉ cần đo tần số đầu ra là có thể đo được điện dungcủa HS1101.

Hình 2 7 Chip cảm biến SHT10 [5]

SHT10 có độ sai số nhỏ, phù hợp với khảo sát ở những nơi cần độ chính xáccao như nhà máy, phòng thí nghiệm Trong phạm vi để tài, thì để có thể manglại độ chính xác cao và mang lại kết quả cao nhất thì em sẽ sử dụng cảm biếnSHT10

2.2.2.2 Cảm biến SHT10

Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ không khi SHT10 được sử dụng trong cácứng dụng nông nghiệp đòi hỏi độ bên, độ chinh xác và độ ổn đinh cao, cấu tạogồm cảm biến SHT10 phia trong, bên ngoài là lớp vỏ bảo vệ cảm biến khỏicác tác động vật lý từ môi trường như bụi, nước Cảm biến độ ẩm, nhiệt độkhông khi SHT10 khuyến cáo chỉ được dùng để đo độ ẩm và nhiệt độ khôngkhí, không sử dụng cảm biến trong môi trường nước ngập cảm biến hoặc chôndưới đất, tránh để nước xịt trực tiếp vào cảm biến vì có thể làm hư cảm biến Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm SHT10 được thiết kế với đầu dò không thấm nước.Tích hợp chip cảm biển nhiệt độ, độ ẩm SHT10 SHT10 có độ tin cậy cao, cóthể đo nhiệt độ môi trường xung quanh và độ ẩm không khí tương đổi chínhxác

+ Công suất tối đa: 0.2W

+Tín hiệu ngõ ra: Digital

+Kích thước: Đường kính 14mm, dài 50mm, chiều dài cáp: 0.5 mét

Sơ đồ chân và chức năng của các chân của SHT10:

Hình 2 9 Sơ đồ chân của SHT10 [7]

- Tên chân chức năng:

+ Chân 1 (GND): Chân mass

+ Chân 2 (DATA): Chân dữ liệu nối tiếp 2 chiều

+ Chân 3 (SCK): Chân chuỗi xung Clock

+ Chân 4 (VDD): Điện áp cung cấp

+ Chân NC: Không kết nối

- Chức năng của các chân:

+ Chân 1 (GND): Điện áp cung cấp của SHT10 phải nằm trong khoảng 2.4 ->5.5V Điện áp cung cấp yêu cầu là 3.3VDC Cung cấp điện vào chân VDD vàGND phải nối với tụ 100nF

+ Chân 2 (DATA): Chuyển dữ liệu vào và ra của cảm biến

+ Chân 3 (SCK): Đồng bộ giao tiếp giữa Micro-Controller và SHT10

Sơ đồ ghép nối với vi xử lí:

Hình 2 10 Sơ đồ ghép nối MCU với SHT10 [7]

2.2.3 Khối hiển thị thời gian thực Ds1307

DS1307 là chip đồng hồ thời gian thực (RTC: Real-time clock), kháiniệm thực ở đây được dùng với ý nghĩa tuyệt đối mà con người đang sử dụng,tính hằng giờ, phút, giấy DS1307 là một sản phẩm của DallasSemiconductor (một công ty thuộc Maxim Integrated Products) Chip này có

8 bit chứa thời gian là: giây, phút, giờ, thứ (trong tuần), ngày, tháng, năm.Ngoài ra DS1307 còn có 1 thanh ghi điều khiến ngõ ra phụ và 56 thanh ghitrống có thể dùng như RAM DS1307 xuất hiện ở 2 gói SOIC và DIP 8 chân

Thông số kĩ thuật:

- Điện áp làm việc: 3.3V đến 5V

- Bao gồm 1 IC thời gian thực DS1307

- Các thành phần cần thiết như thạch anh 32768kHz, điện trở pull-up và

tụ lọc nguồn đều được tích hợp trên board

- LED báo nguồn

- Có sẵn pin dự phòng duy trì thời gian khi mất điện

- 5-pin bao gồm giao thức I2C sẵn sàng giao tiếp: INT (QWO), SCL,SDA, VCC và GND

- Dễ dàng thêm một đồng hồ thời gian thực để dự án của bạn

- Nhỏ gọn và dễ dàng để lắp thêm vào bo mạch hoặc test board

2.2.3.1 Sơ đồ chân Ds1307

Hình 2 11 Sơ đồ chân của Ds1307 [8]

- Các chân của DS1307 được mô tả như sau:

+ X1 và X2: Là 2 ngõ kết nối với thạch anh 32768HZ làm nguồn tạo daođộng cho chip

+ VBAT: Cực dương của một nguồn pin 3V nuôi chip

+ GND: Chân mass chung cho cả pin 3V và Vcc

+ Vcc: Nguồn cho giao diện I2C, thường là 5V và dùng chung với vi điềukhiển Nếu Vcc không được cấp nguồn nhưng VBAT được cấp thị DS1307vẫn hoạt động (nhưng không ghi và đọc được)

+ SOW/OUT: Một ngõ ra phụ tạo xung vuông (Square Wave/ Output Driver),tần số của xung được tạo có thể lập trình Chân này hầu như không liên quanđến chức năng của DS1307 là đồng hồ thời gian thực, chúng ta sẽ bỏ trốngchân này khi nối mạch

+ SCL và SDA: là 2 đường giao xung nhịp và dữ liệu của giao diện I2C + Thông thường khi kết nối với mạch điện thật thì 2 chân SCL và SDA sẽđược nổi với 2 điện trở kéo lên 10k

2.2.3.2 Cấu tạo bên trong của DS1307

Cấu tạo bên trong của DS1307 bao gồm một số thành phần như mạchnguồn, mạch dao động, mạch điều khiển logic, mạch giao diện I2C, con trỏđịa chỉ và các thanh ghi (hay RAM)

Sử dụng Ds1307 chủ yếu là để ghi/đọc các thanh ghi trong chip Vì thế

có 2 vấn để cơ bản đó là cấu trúc các thanh ghi và cách truy xuất các thanh

ghi này thông qua giao diện I2C Bộ nhớ DS1307 có tất cả 64 thanh ghi 8 bitđược đánh địa chỉ từ 0 đến 63 từ 00H đến 3FH theo hệ hexa) Tuy nhiên thựcchất chỉ có 8 thanh ghi đầu là dùng cho chức năng “đồng hồ" (RTC) còn lại

56 thanh ghi bỏ trống có thể dùng chứa biến tạm như RAM nếu muốn Bảythanh ghi đầu tiên chứa thông tin về thời gian của đồng hồ bao gồm: giây(SECOND), phút (MINUTES), giờ (HOURS), thứ (DAY), ngày (DATE),tháng (MONTH) và năm (YEAR) Việc ghi giá trị vào 7 thanh ghi này tươngđương với việc “cài đặt" thời gian khởi động cho RTC Việc đọc giá trị từ 7thanh ghi là đọc thời gian thực mà chip tạo ra

2.2.3.3 Sơ đồ tổ chức bộ nhớ của Ds1307

Hình 2 12 Sơ đồ tổ chức bộ nhớ của Ds1307 [8]

Hình 2 13 Tổ chức bộ nhớ của các thanh ghi thời gian của Ds1307 [8]

Tổ chức của các thanh ghi thời gian:

- Thanh ghi giây (SECONDS):