Nghiên cứu và thiết kế “ hệ thống tưới cây tự động ”

LỜI CẢM ƠN Kính thưa q thầy cơ! Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội nhiệt tình giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian vừa qua Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo khoa Điện- Điện tử , đặc biệt ThS Nguyễn Thị Minh Tâm – người tận tình bảo giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, em xin cảm ơn đến tất bạn bè, gia đình động viện giúp đỡ em nhiều để em hồn thành cơng việc Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên NGUYỄN DUY KHÁNH i LỜI CAM ĐOAN Để hồn thành khóa luận tốt nghiệp này, em có tham khảo số tài liệu liên quan đến hệ thông tưới tự động Em xin cam đoan đề tài em thực hiện, số liệu thu thập kết phân tích đề tài trung thực, đề tài không trùng với đề tài nghiên cứu khoa học Những thơng tin tham khảo khóa luận trích dẫn cụ thể nguồn sử dụng Ngày 15 tháng 04 năm 2016 Sinh viên Nguyễn Duy Khánh ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOANii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC HÌNH LỜI MỞ ĐẦU v vi 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Lý chọn đề tài Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu .3 Kết cấu đồ án CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 1.1 Khái niệm hệ thống tự động 1.2 Vị trí tầm quan trọng hệ thống tự động 1.3 Ứng dụng tự động hóa tưới tiêu cho trồng 1.4 Một số hệ thống tưới tự động thị trường CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 2.1 Vi điều khiển AT89C55 2.1.1 Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C55 2.1.2 Cấu trúc vi điều khiển AT89C55 .9 2.1.3 Các timer AT89C55 11 2.1.4 Điều khiển ngắt (INTERRUPT) AT89C55 11 iii 2.2 Đồng hồ thời gian thực DS1307 11 2.3 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm 13 2.4 Màn hình LCD .17 2.5 Rơ le (relay) 18 2.6 Tụ điện 18 2.7 Cuộn cảm .20 2.8 Điện trở 21 2.9 Điot 22 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 23 3.1 Xây dựng toán 24 3.2 Thiết kế mạch điều khiển .25 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển tưới 25 3.2.2 Các khối mạch 27 3.3.2 Mạch in thực tế sau thiết kế 29 3.3.3 Thiết kế phần mềm .30 3.3.4 Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển 31 3.3.4 Mạch sau chạy mô phần mềm Proteus .34 3.3.5 Mạch thực tế sau chạy thử .34 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 PHỤ LỤC 38 iv 36 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Viết tắt MCU DC AC VĐK Viết đầy đủ tiếng Anh Microcontroller Unit Direct Current Alternating Current Viết đầy đủ tiếng Việt Bộ vi điều khiển Dòng điện chiều Dòng điên xoay chiều Vi điều khiển DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 : Sơ đồ chân VĐK AT89C55 Hình 2.2: Hai gói cấu tạo chip DS1307 12 v Hình 2.3: Ghép nối DS1307 với VĐK .13 Hình 2.4: Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 .13 Hình 2.5: Sơ đồ kết nối vi điều khiển 14 Hình 2.6: Sơ đồ chân kết nối LCD với VĐK 17 Hình 2.7: Rơ le 5V sơ đồ chân .18 Hình 2.8 : Ký hiệu hình dạng thực tế tụ hóa 19 Hình 2.9 : Ký hiệu hình dạng thực tế tụ gốm .20 Hình 2.10: Ký hiệu v0à hình ảnh thực tế cuộn dây 20 Hình 2.11: Ký hiệu hình ảnh thực tế cuộn dây lõi sắt bụi 21 Hình 2.12: Ký hiệu điện trở 21 Hình 2.13: Các loại điện trở có giá trị cố định .22 Hình 2.14: Điot .22 Hình 3.1 : Sơ đồ khối mạch điều khiển .23 Hình 3.2: Sơ đồ mạch nguyên lý .26 Hình 3.3: Mạch in sau thiết kế 29 Hình 3.4: Mạch in hiển thị dạng 3D .30 Hình 3.5: Giao diện phần mềm Keil C .31 Hình 3.6 :Lưu đồ thuật tốn hệ thống tưới tự động 33 Hình 3.7: Mạch sau chạy mơ 34 Hình 3.8: Mạch thực tế sau thiết kế chạy thử .35 vi LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nền nông nghiệp nước ta cịn nơng nghiệp lạc hậu, ứng dụng khoa học kĩ thuật chưa áp dụng nhiều vào thực tế Rất nhiều quy trình chăm sóc, kĩ thuật trồng trọt tiến hành cách chủ quan không đảm bảo yêu cầu Có thể nói nơng học ngồi chăm sóc, kĩ thuật trồng trọt “tưới nước khâu quan trọng trồng trọt” “Hiện rau vấn đề quan tâm hàng đầu thị trường rau ,người tiêu dùng phải đối mặt với loại rau củ có sử dụng dư lượng thuốc trừ sâu, thuốc kích thích, vi khuẩn, hóa chất gây bệnh…bởi lẽ đằng sau lo lắng chất lượng, sức khoẻ cho thân gia đình Trước thực trạng đó, nhiều hộ gia đình áp dụng phương pháp trồng rau nhà, để chăm sóc rau đảm bảo tiêu chuẩn an tồn lại tốn thời gian cơng sức.” Ngồi nhiều tuyến đường thành phố, bắt gặp hình ảnh xe chở nước tưới dọc đường gây ùn tắc, an tồn giao thơng Mặt khác nước ta giai đoạn công nghiệp hóa, đại hóa thiết bị tự động hóa đưa vào phục vụ thay sức lao động người Vì thiết bị tưới nghiên cứu, thiết kế, chế tạo áp dụng ngày nhiều vào thực tiễn “Thiết bị tưới đa dạng chủng loại (vòi phun sương, phun mưa, vịi nhỏ giọt bù áp, khơng bù áp, tưới nhỏ giọt ) có thơng số khác phục vụ cho loại khác chế tạo từ nhiều nước Hàn Quốc, Israel, Trung Quốc, Đài Loan , thuận tiện giúp cho người sử dụng lựa chọn sản phẩm phù hợp với nhu cầu sử dụng Việc tính tốn thơng số để lựa chọn thiết bị hệ thống tưới đáp ứng nhu cầu tưới cho tùng loại theo nông học phù hợp điều kiện kinh tế, kỹ thuật cho hiệu cao việc cần thiết cho việc phát triển diện rộng hệ thống tưới Hệ thống tưới phun đáp ứng độ ẩm khơng khí, độ ẩm gốc độ ẩm cho trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm nước giúp tăng suất, tăng chất lượng sản phẩm, tạo điều kiện cho trồng hấp thu dinh dưỡng không gây rửa trơi, khơng gây nhiễm mơi trường, thối hóa đất Hệ thống tưới nước tự động kết hợp với phun thuốc hóa học, bón phân Hơn nữa, với việc thiết kế hệ thống tưới tự động giúp cho tiết kiệm thời gian tưới cây, tiết kiệm chi phí nhân cơng tưới nước không cần phải giám sát thời gian tưới 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 cây, sinh trưởng phát triển tốt nhờ việc tưới phù hợp xác Vì việc thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển tưới nước có ý nghĩa quan trọng việc trì nhiệt độ độ ẩm, kiểm soát tỷ lệ chất dinh dưỡng nồng độ chất bảo vệ thực vật phun tới rau để đảm bảo sinh trưởng phát triển bình thường, tưới tưới 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.” (Forum nông học 2013) 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 công Vốn phổ biến từ 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 nơng dân nơng thơn với q trình đại hóa nơng nghiệp nơng thơn khơng phải 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 cơng việc nặng nhọc địi hỏi xác cao Kỹ thuật điện tử phát triển nhanh chóng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực: công nghiệp, giao thông vận tải, hàng không vũ trụ Các thiết bị điều khiển tự động giữ vai trò quan trọng góp phần lớn cho tiến không ngừng lĩnh vực Ngành nông nghiệp nước ta phụ thuộc nhiều vào khí hậu tự nhiên, với phương pháp sản xuất 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 : 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 thiết kế : “ Hệ Thống Tưới Cây Tự Động ” Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu phương pháp tưới nhằm thiết kế mơ hình hệ thống tưới tự động, từ ứng dụng vào thực tiễn giúp cho việc tưới đạt hiệu cao giúp cho việc trồng trọt nước ta có phương án Nhiệm vụ nghiên cứu: Để thực mục tiêu trên, em xác định cho nhiệm vụ sau đây: Thứ nhất, nghiên cứu cơng trình nghiên cứu hệ trước, tìm hiểu hệ thống tưới có thị trường, từ đánh giá ưu điểm nhược điểm hệ thống Thứ hai, nghiên cứu phần mềm lập trình mơ máy tính Thứ ba, tiến hành làm mơ hình, thử nghiệm mơ hình nhiều lần, kiểm tra lỗi từ hoàn thiện hệ thống Kết cấu đồ án Đồ án bố cục thành chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống tưới tự động Chương 2: Giới thiệu phần tử hệ thống tưới tự động Chương 3: Thiết kế điều khiển LCD_Puts("% Run:"); LCD_PutChar(phunsuong2/10+0x30); LCD_PutChar(phunsuong2%10+0x30); LCD_Puts("m"); LCD_SendCommand(0xD0); LCD_Puts("Doam"); LCD_PutChar(Minute/10+0x30); LCD_PutChar(Minute%10+0x30); LCD_Puts(" "); break; case 2: LCD_PutChar(Hour/10+0x30); LCD_PutChar(Hour%10+0x30); LCD_PutChar(':'); LCD_PutChar(Minute/10+0x30); LCD_PutChar(Minute%10+0x30); LCD_Puts(" "); LCD_SendCommand(0x90); LCD_Puts(">"); LCD_Puts(Days[Day-1]); LCD_Puts(" "); LCD_PutChar(Date/10+0x30); LCD_PutChar(Date%10+0x30); LCD_PutChar('/'); 57 LCD_PutChar(Month/10+0x30); LCD_PutChar(Month%10+0x30); LCD_PutChar('/'); LCD_PutChar(Year/10+0x30); LCD_PutChar(Year%10+0x30); LCD_Puts(" "); LCD_SendCommand(0xD0); LCD_Puts(" "); break; case 3: LCD_SendCommand(0x90); LCD_Puts(Days[Day-1]); LCD_Puts(" "); LCD_Puts(">"); LCD_PutChar(Date/10+0x30); LCD_PutChar(Date%10+0x30); LCD_PutChar('/'); LCD_PutChar(Month/10+0x30); LCD_PutChar(Month%10+0x30); LCD_PutChar('/'); LCD_PutChar(Year/10+0x30); LCD_PutChar(Year%10+0x30); LCD_Puts(" "); LCD_SendCommand(0xD0); LCD_Puts(" "); break; case 4: 58 LCD_SendCommand(0x90); LCD_Puts(Days[Day-1]); LCD_Puts(" "); LCD_PutChar(Date/10+0x30); LCD_PutChar(Date%10+0x30); LCD_PutChar('/'); LCD_Puts(">"); LCD_PutChar(Month/10+0x30); LCD_PutChar(Month%10+0x30); LCD_PutChar('/'); LCD_PutChar(Year/10+0x30); LCD_PutChar(Year%10+0x30); LCD_Puts(" "); LCD_SendCommand(0xD0); LCD_Puts(" "); break; case 5: LCD_SendCommand(0x90); LCD_Puts(Days[Day-1]); LCD_Puts(" "); LCD_PutChar(Date/10+0x30); LCD_PutChar(Date%10+0x30); LCD_PutChar('/'); LCD_PutChar(Month/10+0x30); LCD_PutChar(Month%10+0x30); LCD_PutChar('/'); LCD_Puts(">"); 59 LCD_PutChar(Year/10+0x30); LCD_PutChar(Year%10+0x30); LCD_Puts(" "); LCD_SendCommand(0xD0); LCD_Puts(" "); break; } */ } void update_time() { Ds1307_Read_Time(&Hour, &Minute, &Second, &Mode); Ds1307_Read_Date(&Day, &Date, &Month, &Year); Hour=Hour+zhour; Minute=Minute+zmin; Day=Day+zday; Date=Date+zdate; Month=Month+zmonth; Year=Year+zyrs; } void main_display() { LCD_SendCommand(0x80); LCD_Gotoxy(1,1); LCD_Puts(Days[Day-1]); LCD_PutChar(' '); LCD_PutChar(Date/10+0x30); LCD_PutChar(Date%10+0x30); 60 LCD_PutChar('/'); LCD_PutChar(Month/10+0x30); LCD_PutChar(Month%10+0x30); LCD_PutChar('/'); LCD_PutChar(Year/10+0x30); LCD_PutChar(Year%10+0x30); LCD_Puts(" "); LCD_SendCommand(0xC0); if(old_second != Second) { old_second = Second; LCD_PutChar(Hour/10+0x30); LCD_PutChar(Hour%10+0x30); LCD_PutChar(':'); LCD_PutChar(Minute/10+0x30); LCD_PutChar(Minute%10+0x30); LCD_PutChar(':'); LCD_PutChar(Second/10+0x30); LCD_PutChar(Second%10+0x30); LCD_Puts(" "); } if(DHT_GetTemHumi(&dht_nhiet_do,&dht_do_am)) { LCD_SendCommand(0x90); sprintf(str,"Do Am :%u%% ",(uint16_t)dht_do_am); LCD_Puts(str); LCD_SendCommand(0xD0); 61 sprintf(str,"Nhiet Do: %uoC ",(uint16_t)dht_nhiet_do); LCD_Puts(str); } } int timebom(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char z,unsigned char a,unsigned char b,unsigned char c) { if(dht_do_am