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 CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU iv DANH MỤC CÁC HÌNH v LỜI MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Lý chọn đề tài .2 Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Kết cấu đồ án .4 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 .5 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 .8 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 .8 2.1.3 Các timer AT89C55 10 2.1.4 Điều khiển ngắt (INTERRUPT) AT89C55 11 2.2 Đồng hồ thời gian thực DS1307 11 iii 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 .22 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 .31 3.3.4 Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển 32 3.3.4 Mạch sau chạy mô phần mềm Proteus .35 3.3.5 Mạch thực tế sau chạy thử 35 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 PHỤ LỤC 38 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Viết tắt Viết đầy đủ tiếng Anh iv Viết đầy đủ tiếng Việt MCU DC AC VĐK Microcontroller Unit Direct Current Alternating Current Bộ vi điều khiển Dòng điện chiều Dòng điên xoay chiều Vi điều khiển DANH MỤC CÁC HÌNH LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU iv DANH MỤC CÁC HÌNH v v LỜI MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Lý chọn đề tài .2 Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Kết cấu đồ án .4 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 .5 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 .8 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 .8 2.1.3 Các timer AT89C55 10 2.1.4 Điều khiển ngắt (INTERRUPT) AT89C55 11 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 vi 2.7 Cuộn cảm .20 2.8 Điện trở 21 2.9 Điot .22 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN .22 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 .31 3.3.4 Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển 32 3.3.4 Mạch sau chạy mô phần mềm Proteus .35 3.3.5 Mạch thực tế sau chạy thử 35 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 PHỤ LỤC 38 vii 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 khơng đảm bảo u 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 toàn 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 toàn giao thông Mặt khác nước ta giai đoạn cơng 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 thông 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 trôi, không gây ô nhiễm môi 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 công 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 khơng 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 sốt 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 cơng 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 nông dân nông thôn với q trình đại hóa nơng nghiệp nơng thơn 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 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 trị quan trọng góp phần lớn cho tiến không ngừng lĩnh vực Ngành nơng nghiệp nước ta cịn 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, địi 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 không 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: 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('/'); LCD_PutChar(Month/10+0x30); LCD_PutChar(Month%10+0x30); LCD_PutChar('/'); 57 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: LCD_SendCommand(0x90); LCD_Puts(Days[Day-1]); LCD_Puts(" "); 58 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(">"); LCD_PutChar(Year/10+0x30); LCD_PutChar(Year%10+0x30); LCD_Puts(" "); 59 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); LCD_PutChar('/'); LCD_PutChar(Month/10+0x30); LCD_PutChar(Month%10+0x30); 60 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); sprintf(str,"Nhiet Do: %uoC ",(uint16_t)dht_nhiet_do); LCD_Puts(str); } 61 } int timebom(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char z,unsigned char a,unsigned char b,unsigned char c) { if(dht_do_am