ĐỒ ÁN THIẾT KẾ TƯỚI CÂY TRỒNG TỰ ĐỘNG LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện đề tài với nội dung nghiên cứu,thiết kế và chế tạo hệ thống tưới cây tự động, nhóm đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã học ở trường, trong thực tế. Cùng với sự giúp đỡ của cô Đinh Thị Thanh Hoa cho tới nay đã hoàn thành những yêu cầu của đề tài. Đó là nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển của hệ thống tưới cây tự động đạt độ chính xác và hoạt động tốt. Em xin chân thành cảm ơn cô Đinh Thị Thanh Hoa đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ nhóm hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Do kiến thức còn hạn chế và thời gian hạn chế trong quá trình thực hiện đồ án nhóm không tránh khỏi những sai xót kính mong cô chỉ dẫn, bỏ qua và giúp đỡ nhóm.Nhóm rất mong được sự đóng góp của cô và các bạn để nội dung đề tài này ngày càng hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP -o0o - ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TRỒNG TỰ ĐỘNG GVHD: ĐINH THỊ THANH HOA NHĨM: SVTH: NGUYỄN VĂN THƠNG LỚP: CĐ ĐĐT 18G LÊ ANH TUẤN LỚP: CĐ ĐĐT 18G CAO KHÁNH DUY LỚP: CĐ ĐĐT 18G TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2020 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đề tài với nội dung nghiên cứu,thiết kế chế tạo hệ thống tưới tự động, nhóm cố gắng vận dụng kiến thức học trường, thực tế Cùng với giúp đỡ cô Đinh Thị Thanh Hoa hoàn thành yêu cầu đề tài Đó nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển hệ thống tưới tự động đạt độ xác hoạt động tốt Em xin chân thành cảm ơn cô Đinh Thị Thanh Hoa tận tình bảo giúp đỡ nhóm hồn thành đồ án tốt nghiệp Do kiến thức cịn hạn chế thời gian hạn chế trình thực đồ án nhóm khơng tránh khỏi sai xót kính mong dẫn, bỏ qua giúp đỡ nhóm.Nhóm mong đóng góp bạn để nội dung đề tài ngày hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TP.HCM, ngày … tháng… năm 20… Giảng viên hướng dẫn (GV ký tên ghi rõ họ tên) MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU 1.2 KHÁI NIỆM, NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 1.2.1 Tổng quan thiết kế hệ thống tưới 1.2.2 Thiết kế hệ thống tưới 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI ĐẠT ĐƯỢC CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ARDUINO 2.2 BOARD ARDUINO UNO R3 2.2.1 Sơ đồ chân sơ đồ nguyên lý ARDUINO UNO R3 2.2.2 Cấu trúc vi điều khiển 2.3 MÀN LCD 16x2 2.4 LIQUID CRYSTAL I2C 2.5 CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT TH-50K 11 2.6 ĐỘNG CƠ CHIỀU 5VDC 13 2.7 NGUỒN 7,4V SỬ DỤNG KHAY PIN 3,7V 13 2.8 MODULE RELAY 5VDC 15 2.9 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROTEUS .18 2.10 THƯ VIỆN ARDUINO TRONG PROTEUS 18 2.11 ARDUINO IDE LẬP TRÌNH CHO ARDUINO .19 2.12 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG MẠCH IN ALTIUM 20 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THI CÔNG LẮP ĐẠT PHẦN CỨNG 23 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI 23 3.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 24 3.3 SƠ ĐỒ MẠCH IN .26 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ THI CÔNG PHẦN MỀM 27 4.1 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 27 4.2 CHƯƠNG TRÌNH CODE 28 KẾT LUẬN 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO .32 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI I GIỚI THIỆU Tại số địa phương canh tác số loại cây, hoa, rau có giá trị kinh tế cao, nhiên cịn đơn vị tiến hành nghiên cứu thiết kế mơ hình tự động đáp ứng điều kiện kinh tế, môi trường nước ta Thực tế sống ngày bận rộn, nhiều người có thú vui trồng cảnh, vườn rau không gian trống nhà sân thượng, ban cơng Tuy nhiên, lúc bạn bận cơng việc ngày cảnh vườn hoa nhà không tưới nước Hình 1.1 Hệ thống tưới trồng Ngồi phương pháp tưới thủ cơng, phương pháp tưới cịn lại cần thiết kế, tính tốn thơng số cho phù hợp Nhìn chung, phương pháp tưới có dùng ống có ngun lý tính tốn sở mơn học cấp nước thủy lực đường ống, là: xác định diện tích tưới, nguồn nước, nhu cầu nước tưới phù hợp với loại trồng, diện tích, địa hình vùng tưới Từ thơng số này, ta tính tốn đường kính ống chính, ống phụ, ống nhánh, vận tốc nước chảy ống, áp lực nước ống; tính tốn chiều dài loại ống, chi tiết nối (co, tê, van, lơi vv…), số Trang lượng bét phun, bét đế chân, ống dẫn đến gốc vv cuối lập bảng tổng hợp số lượng loại vật tư, tính tốn chí mua vật tư, tiền cơng xây lắp vv Hình 1.2 hệ thống tưới tự động dàn rau mầm 1.2 KHÁI NIỆM ,NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG Thiết kế hệ thơng tưới tự động địi hỏi phải có số thông tin vật tư thiết bị, vi xử lí, cảm biến, điều khiển đóng cắt Vậy nên việc đặt tốn thiết kế cần thiết 1.2.1 Tổng quan thiết kế hệ thống tưới Để thiết kế hệ thống tưới nước cho trồng, cần quan tâm đến vấn đề sau: – Hình dạng vùng tưới – Diện tích vùng tưới – Số cần cung cấp nước tưới – Nhu cầu nước loại trồng/đơn vị thời gian (lít/ngày) – Địa hình khu tưới Để xác định hình dáng, diện tích vùng tưới, khơng có cách khác phải đo đạc Khoảng cách giữ yếu tố tạo nên chất lượng yêu cầu đề Khoảng cách tạo chênh lệch lượng nước tới không chênh lệch cao tạo sản phẩm Với diện tích to quy hoạch lớn nên đo xác vừa đủ với lưu lượng nước cần tưới phù hợp với cơng suất bơm + Khi có “cái nền” hình dáng, diện tích ta bắt đầu phát họa sơ đồ bố trí trồng 1.2.2 thiết kế hệ thống tưới: a Xác định lần tưới nhu cầu nước/lần tưới khả cung cấp nước: Tùy thuộc loại trồng, ta xác định lần tưới nhu cầu nước cho lần tưới.Số lần tưới phụ thuộc vào đặc tính lồi trồng khả ẩm đất.Ta cần tính tốn gần thơng số lần tưới dùng để tính tốn nguồn nước Trong sản xuất, dựa vào thực tế đất đai, thời tiết để điều chỉnh số lần tưới cho phù hợp.Nhu cầu nước/lần tưới thông số quan trọng để tính tốn, thiết kế hệ thống tưới tính tốn nguồn nước.Chun ngành thủy lợi có bảng tra nhu cầu nước cho loại trồng/vụ ngày tra nghiên cứu mạng; nhiên, người trồng có nhiều kinh nghiệm thực tế để xác định nhu cầu nước tưới cho loại trồng.Trong thực tế, nhu cầu nước trồng nhiều so với lượng nước ta cung cấp; mà lượng nước tưới tùy thuộc vào phương pháp tưới.Thông thường nhu cầu nước tưới cho cần tưới giao động từ 5-10 lít (tưới nhỏ giọt); 15-20 lít (tưới phun tia) 30 đến 40 lít nước (tưới rãnh, tưới phun mưa) Từ xác định nhu cầu nước cho lần tưới, số lần tưới/tháng, số tháng cần tưới, ta xác định nhu cầu nguồn nước tưới b ) Phân chia khu tưới: Nếu bạn tưới cho diện tích nhỏ trở lại khu tưới; diện tích tưới lớn phải phân chia vùng tưới thành nhiều khu tưới Nếu chi khu tưới lớn, công suất máy bơm đường kính ống dẫn nước tăng lên lớn dẫn đến khơng có hiệu kinh tế Khi phân chia khu tưới, bạn phải lên vẽ thể rõ hình dáng, diện tích khu tưới, kích thước cạnh khu tưới, vẽ hàng chiều dài hàng cây, từ ta tính số lượng trồng khu tưới, tính đường kính, chiều dài đường ống c ) Tính tốn đường ống chính: Đường ống tải nước tưới đến khu tưới cho vùng tưới, đó, ta phải tính tốn chiều dài đường kính ống phù hợp áp lực để chọn loại ống phù hợp (lớn q sinh thừa – tốn tiền vơ ích, ống nhỏ không cung cấp đủ nước cho khu tưới, ống dễ hỏng dẫn đến tốn kém…) 1.3 GIỚI HẠN MÀ ĐỀ TÀI ĐẠT ĐƯỢC Nhóm mơ hệ thống phần mền phát triển thành mô hình mạch in thực tế : - Hồn thành tốt mạch điện tử - Hiểu nguyên lý hoạt động mạch điện tử cảm biến TH50K., đông DC 5V,Adruino UNO R3 - Lắp ráp phận mạch điện cảm biến vào khung khí chắn, đảm bảo an tồn tính thẩm mĩ cao - Hệ thống hoạt động tương đối ổn định Những điểm chưa đạt nguyên nhân - Chưa tự viết tồn code mà phải tìm hiểu mạng - sử dụng cảm biến chưa có độ xác cao - mạch tương đối đơn giản chưa có độ xác cao CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN CHƯƠNG : GIỚI THIỆU LINH KIỆN 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ARDUINO Arduino thực gây sóng gió thị trường người dùng DIY toàn giới vài năm gần đây,gần giống với Apple làm thị trường thiết bị di động Số lượng người dùng cực lớn đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học làm cho người tạo chúng phải ngạc nhiên mức độ phổ biến Hình 2.1 thành vienr khởi xướng Arduino Arduino mà khiến sinh viên nhà nghiên cứu trường đại học danh tiếng MIT, Stanford, Carnegie Mellon phải sử dụng; Google muốn hỗ trợ cho đời kit Arduino Mega ADK dùng để phát triển ứng dụng Android tương tác với cảm biến thiết bị khác Arduino thật bo mạch vi xử lý dùng để lập trình tương tác với thiết bị phần cứng cảm biến, động cơ, đèn thiết bị khác Đặc điểm bật Arduino môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với ngơn ngữ lập trình học cách nhanh chóng với người am hiểu điện tử lập trình Và điều làm nên tượng Arduino mức giá thấp tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm Chỉ với khoảng $30, ngƣời Trang 10 2.9 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROTUEUS Phần mềm Proteus phần mềm cho phép mô hoạt động mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch viết chương trình điều khiển cho họ vi điều khiển MCS-51, PIC, AVR, … Proteus phần mềm mô mạch điện tử Lancenter Electronics, mô cho hầu hết linh kiên điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho MCU PIC, 8051, AVR, Motorola Phần mềm bao gồm chương trình: ISIS cho phép mơ mạch ARES dung để vẽ mạch in Proteus công cụ mô cho loại vi điều khiển tốt, hỗ trợ dịng vi điều khiển PIC, 8051, PIC, dsPIC, AVR, 26 HC11,… Các giao tiếp I2C, SPI,CAN, USB, Ethenet… Ngồi cịn mơ mạch số, mạch tương tự cách hiệu Hình 2.12 phần mềm proteus v8.1 2.10 THƯ VIỆN ARDUINO TRONG PROTEUS Thư viện Arduino bổ sung hay cho phần mềm mơ Proteus giúp cho việc mô Arduino thuận tiện dễ dàng thay mơ chip ATmega328 (nhân Arduino), thư viện phát triển kĩ sư Cesar, Osaka, Daniel Cezar, Roberto Bauer đăng tải blog tiếng Bồ Đào Nha: http://blogembarcado.blogspot.de/ Thư viện bao gồm linh kiện sau: - Arduino Uno (Phiên chip ATmega328 chân DIP) - Arduino Uno (Phiên chip ATmega328 chân SMD - Arduino Mega - Arduino Lilypad - Arduino Nano - Cảm biến siêu âm Ultrasonic V2 Hình 2.13 Thư viện arduino proteus 2.11 ARDUINO IDE VÀ LẬP TRÌNH CHO ARDUINO Thiết kế bo mạch nhỏ gọn, trang bị nhiều tính thơng dụng mang lại nhiều lợi cho Arduino, nhiên sức mạnh thực Arduino nằm phần mềm Môi trường lập trình đơn giản dễ sử dụng, ngơn ngữ lập trình Wiring dễ hiểu dựa tảng C/C++ quen thuộc với ngƣời làm kỹ thuật Và quan trọng số lượng thư viện code viết sẵn chia sẻ cộng đồng nguồn mở lớn Hình 2.14 giao diện phần mềm Arduino IDE Arduino phần mềm dùng để lập trình cho arduino Mơi trường lập trình cho arduino IDE chạy ba tảng phổ biến Windows, Macintosh OSX Lunix Do có tính chất nguồn mở nên mơi trường lập trình hồn tồn miễn phí mở rộng người dùng có kinh nghiệm Ngơn ngữ lập trình mở rộng thông qua thư viện C++.Và ngơn ngữ lập trình dựa tảng ngơn ngữ C AVR nên ngƣời dùng hồn tồn nhúng thêm code viết AVR vào chương trình muốn Hiện tại, Arduino IDE download từ trang chủ http://arduino.cc/ 2.12 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG MẠCH IN ALTIUM Altium Designer công cụ thiết kế mạch điện tử mạnh sử dụng nhiều Altium cung cấp cho người dùng môi trường làm việc chuyên nghiệp địi hỏi người dùng phải có kiến thức nhạy bén với phần mềm Đó trở ngại lớn cho người lần đầu tiếp xúc với phần mềm việc làm chủ phần mềm thiết kế cần thiết kĩ sư Altium Designer có số đặc trưng sau: - Giao diện thiết kế, quản lý chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng biên dịch, quản lý file, quản lý phiên cho tài liệu thiết kế - Hỗ trợ mạnh mẽ cho việc thiết kế tự động, dây tự động theo thuật toán tối ưu, phân tích lắp ráp linh kiện Hỗ trợ việc tìm giải pháp thiết kế chỉnh sửa mạch, linh kiện, netlist có sẵn từ trước theo tham số - Mở, xem in file thiết kế mạch dễ dàng với đầy đủ thông tin linh kiện, netlist, liệu vẽ, kích thước, số lượng… - Hệ thống thư viện linh kiện phong phú, chi tiết hoàn chỉnh bao gồm tất linh kiện nhúng, số, tương tự… - Đặt sửa đối tượng lớp khí, định nghĩa luật thiết kế, tùy chỉnh lớp mạch in, chuyển từ schematic sang PCB, đặt vị trí linh kiện PCB - Mô mạch PCB 3D, đem lại hình ảnh mạch điện trung thực khơng gian chiều, hỗ trợ MCAD-ECAD, liên kết trực tiếp với mô hình STEP, kiểm tra khoảng cách cách điện, cấu hình cho 2D 3D - Hỗ trợ thiết kế PCB sang FPGA ngược lại Từ đó, thấy Altium designer có nhiều điểm mạnh so với phần mềm khác đặt luật thiết kế, quản lý đề tài mô dễ dàng, giao diện thân thiện,… Hình 2.15 Giao diện phần mềm ALTIUM CHƯƠNG 3: THIẾT KỀ THI CÔNG LẮP ĐẶT PHẦN CỨNG CHƯƠNG 3: THIẾT KỀ THI CÔNG LẮP ĐẶT PHẦN CỨNG 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI Hệ thống tưới tự động cho máy bơm nước tự động biểu diễn sau: NGUỒN 5V NGUỒN 5V CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT TH-50K LCD+I2C NGUỒN 7.4Vdc NGUỒN 3.7Vdc Arduino UNO R3 RELAY 5V MOTOR 5V VƯỜN Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống Trang 28 -Giảỉ thích nguyên lý : Khi độ ẩm đạt ngưỡng cài đặt cảm biến xuất tín hiệu tương ứng Adruino xử lý sau xuất tín hiệu lên LCD để hiển thị độ ẩm Adruino đưa tín hiệu điều khiển Relay 5v để đóng ngắt động , dùng nguồn chung cho arduino motor khay pin 3.7V 3.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ Nhóm độ ẩm truyền Arduino LCD Về vấn đề mô phải thực thực tế khơng có thư viện mơ Proteus thay cảm biến độ ẩm DHT11 proteus để mô Tiếp đến phần kết nối với relay để điều khiển động DC chiều 5V Việc cài đặt thông button so sánh qua điện áp vi điều khiển thông qua lập trình Hình 3.2 Mạch mơ proteus 3.3 SƠ ĐỒ MẠCH IN Để làm mạch in hoàn chỉnh, ta cần thiết kế mạch in phần mềm ALTIUM , phần mềm chuyên hỗ trợ thiết kế mạch in máy tính dễ dàng sử dụng Hình 3.3 mạch in phần mềm ALTIUM CHƯƠNG THIẾT KẾ , THI CÔNG PHẦN MỀM CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ , THI CÔNG PHẦN MỀM 4.1 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN HỆ THỐNG Bắt đầu ĐỌC TH-50K SAI NẾU ĐỘ ẨM > NGƯỠNG ĐÚNG MOTOR BẬT Kết thúc Hình 3.5 Lưu đồ thuật toán hệ thống Trang 32 4.2 CHƯƠNG TRÌNH CODE #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); int doam=0; int doamyeucau=50; int dentadoamyeucau=0; int set = 1; void setup() { lcd.begin(16,2); lcd.backlight(); pinMode(4,INPUT); pinMode(7,INPUT); pinMode(6,INPUT); pinMode(9,INPUT); pinMode(10,OUTPUT); lcd.setCursor(0,0); lcd.print(" HE THONG TUOI "); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(" CHON SET DE CD"); delay(3000); lcd.clear(); } void loop() { if (digitalRead(4) == 1) set = 1; if (digitalRead(9) == 1) set = 2; if(set == 1) { doam = analogRead (A0); doam = map(doam,1023,700,0,100); dentadoamyeucau=doamyeucau-doam; lcd.setCursor(0,0); lcd.print("soil: "); lcd.print(doam); lcd.print("% "); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("SET DO AM: "); lcd.print(doamyeucau); lcd.print("% "); if (dentadoamyeucau< 1) digitalWrite(10,HIGH); if (dentadoamyeucau>-1) digitalWrite(10,LOW); delay(200); } if( set ==2) { lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("H yeu cau:"); lcd.setCursor(10,1); lcd.print(doamyeucau); if (digitalRead(6)==0) { delay(150); if (digitalRead(6)==0) doamyeucau=doamyeucau-1; } if (digitalRead(7)==0) { delay(150); if (digitalRead(7)==0) doamyeucau=doamyeucau+1; } } } CHƯƠNG THIẾT KẾ , THI CƠNG PHẦN MỀM KẾT LUẬN Tóm tắt điểm đạt Nhóm mơ hệ thống phần mền phát triển thành mơ hình mạch in thực tế : • Hồn thành tốt mạch điện tử Hiểu nguyên lý hoạt động mạch điện tử cảm biến TH-50K., • đơng DC 5V,Adruino UNO R3 Lắp ráp phận mạch điện cảm biến vào khung khí chắn, • đảm bảo an tồn tính thẩm mĩ cao • Hệ thống hoạt động tương đối ổn định Tóm tắt điểm chưa đạt nguyên nhân • Chưa tự viết code hết cho hệ thống phải tìm hiểu mạng • Hệ thống mang tính mơ hình nhỏ cần thay số chi tiết để phát triển mơ hình cơng suất lớn • Do mơ hình nhỏ nên độ ẩm đất khơng chuẩn xác so với đặt ngồi mơi trường nên cảm biến không ổn định Trang 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO • https://www.youtube.com/watch?v=EscQfLicEi4 • https://www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/68131/IRF/IRF3205.html • Nguyễn Đức Thành Đo lường điều khiển máy tính NXB Đại học Quốc gia Tp HCM 2005 • Trang Web điện lực Việt Nam: http://www.evn.com.vn • Báo điện tử Việt Nam Net URL: http://vietnamnet.com.vn • Các tài liệu OPC Server OPC Client URL: http://www.OPC.com • Trang Web hãng Siemens :http://www.ad.siemens.de/simatic-pcs7 Trang Web hãng Siemens: http://www.ad.siemens.de/training ... lắp vv Hình 1.2 hệ thống tưới tự động dàn rau mầm 1.2 KHÁI NIỆM ,NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG Thiết kế hệ thông tưới tự động địi hỏi phải có số thơng tin vật tư thiết bị, vi xử lí, cảm... việc đặt toán thiết kế cần thiết 1.2.1 Tổng quan thiết kế hệ thống tưới Để thiết kế hệ thống tưới nước cho trồng, cần quan tâm đến vấn đề sau: – Hình dạng vùng tưới – Diện tích vùng tưới – Số... cầu nước cho lần tưới, số lần tưới/ tháng, số tháng cần tưới, ta xác định nhu cầu nguồn nước tưới b ) Phân chia khu tưới: Nếu bạn tưới cho diện tích nhỏ trở lại khu tưới; diện tích tưới lớn phải