Kỹ thuật điều khiển bằng máy tính, Vi xử lý trong đo lường và điều khiển....cùng với những hiểu biết về những thiết bị điện tử, chúng em đã quyết định thực hiện đề tài: Đo độ ẩm và điều khiển máy bơm
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI: ĐO ĐỘ ẨM VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY BƠM HIỂN THỊ TRÊN GIAO DIỆN C# Sinh viên: Trần Văn Lanh Nhóm: Giảng viên hướng Phạm Văn Nam dẫn: 2019604790 Hà Nội, 2021 LỜI NĨI ĐẦU Ngày khoa học cơng nghệ ngày phát triển, vi điều khiển AVR vi điều khiển PIC ngày thơng dụng hồn thiện hơn, xuất Arduino vào năm 2005 Italia mở hướng cho vi điều khiển Sự xuất Arduino hỗ trợ cho người nhiều lập trình thiết kế,nhất người bắt đầu tìm hiểu vi điều khiển mà khơng có q nhiều kiến thức, hiểu biết sâu sắc vật lý điện tử Trên sở kiến thức học môn học: Kỹ thuật điều khiển máy tính, Vi xử lý đo lường điều khiển với hiểu biết thiết bị điện tử, chúng em định thực đề tài: Đo độ ẩm điều khiển máy bơm Giảng viên Phạm Văn Nam hướng dẫn Xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu .7 Kết cấu Phương pháp nghiên cứu .8 CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG TRONG NÔNG NGHIỆP 1.1 Khái quát nhà trồng thông minh 1.2 Thực tiễn áp dụng Arduino vào đề tài 10 CHƯƠNG 2: 11 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 11 2.1 Giới thiệu chung Arduino 11 2.1.1 Board Arduino Uno R3 11 a Thông số kĩ thuật .11 b Vi điều khiển 12 c Năng lượng .13 d Các chân lượng 13 e Bộ nhớ .14 2.2 Màn hình LCD 20x4 15 2.3 Mạch I2C 16 2.3.1 Giới thiệu module I2C 16 2.3.2 Thông số kĩ thuật 16 2.4 Cảm biến độ ẩm đất 17 2.4.1 Cảm biến đất .17 2.4.2 Module chuyển đổi 17 2.5 Relay kênh 18 2.6 Motor 19 2.8 Điện trở, biến trở, tụ điện .21 2.8.1 Điện trở 21 2.8.3 Tụ điện 22 2.9 Một số linh kiện khác .23 CHƯƠNG III: 25 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ .25 3.1 Giới thiệu 25 3.2 Thiết kế tính tốn hệ thống 25 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 25 3.2.2 Sơ đồ mô proteus 26 CHƯƠNG IV: 30 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 33 4.1 Đánh giá kết 33 4.3 Hướng phát triển đề tài 34 4.3.1 Đo thông báo thông số môi trường xung quanh .34 4.3.2 Phát triển giao diện giám sát mô phần mềm C# 34 4.3 Đưa đề tài phát triển rộng vào thực tế 34 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Ảnh họa khái qt sản phẩm Hình 1.2 Arduino 10 Hình 2.1.1 Arduino UNO R3 10 11 Hình 2.1.2 Vi điều khiển Arduino UNO R3 11 12 Hình 2.1.3 Các chân Arduino UNO R3 12 13 Hình 2.2 Hình ảnh LCD 20x4 14 15 Hình 2.3.1 Hình ảnh module I2C 15 16 Hình 2.4 Cảm biến độ ẩm đất 17 Hình 2.5 Relay kênh 17 18 Hình 2.6 Motor bơm nước mini.18 19 Hình 2.7 Ảnh đèn LED 19 20 Hình 2.8.1 Điện trở 20 Hình 2.8.2 Biến trở 21 Hình 2.8.3 Tụ điện 21 Hình 2.9.1 Dây nối.21 21 Hình 2.9.2 BreadBoard 22 Hình 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 24 Hình 3.2.2 Sơ đồ mơ Proteus Hình 3.2.3 Giao diện C# 26 27 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nền nông nghiệp nước ta nơng nghiệp cịn lạc hậu chưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật áp dụng vào thực tế Rất nhiều quy trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc tiến hành cách chủ quan khơng đảm bảo u cầu Có thể nói nơng nghiệp ngồi kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc tưới nước khâu quan trọng trồng trọt, để đảm bảo sinh trưởng phát triển bình thường, tưới tưới đủ theo yêu cầu, cách khoa học Ngoài tuyến phố khu vực trung tâm thành phố bắt gặp hình ảnh xe bồn chở nước tưới dọc đường gây ùn tắc, an tồn giao thơng Mặt khác nước ta giai đoạn cơng nghiệp hóa, đại hóa thiết bị máy móc tự động đưa vào phục vụ thay sức lao động người Vì thiết bị tưới nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đưa vào thực tiễn ngày áp dụng nhiều Hơn nữa, với việc thiết kế hệ thống tưới tự động giúp cho người tốn chi phí nhân cơng tưới nước 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 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 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 khơng ngừng lĩnh vực Ngành nông 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, 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 như: 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 chúng em nghiên cứu tiến hành thiết kế : “Đo độ ẩm điều khiển máy bơm hiển thị giao diện C#’’ Mục đích nghiên cứu Vận dụng kiến thức học để nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống tưới tự động, từ đưa vào ứng dụng thực tiễn Giúp cho việc tưới tiêu trồng nước ta có phương án đạt hiệu cao Kết cấu - Tổng quan đề tài - Giới thiệu linh kiện sử dụng mạch điều khiển - Thiết kế hệ thống tưới tự động - Kết định hướng phát triển Phương pháp nghiên cứu Để thực nội dung đề tài nghiên cứu, em tiến hành phương pháp nghiên cứu sau: • Các kết nghiên cứu kế thừa - Kế thừa cơng trình nghiên cứu hệ trước sở lý thuyết phần mềm lập trình mơ - Kế thừa nghiên cứu có thực tiễn • Định hướng nghiên cứu: - Nghiên cứu phần mềm lập trình mơ máy tính - Tìm phương pháp lập trình đơn giản, dễ sử dụng, hiệu • Kiểm chứng: - Chạy thử mơ hình nhiều lần, kiểm tra phát lỗi từ hồn thiện hệ thống CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG TRONG NÔNG NGHIỆP 1.1 Khái quát nhà trồng thơng minh Hình 4.1 Ảnh họa khái qt sản phẩm 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,mơi trường nước ta Thực tế sống ngày bận rộn, nhiều người có thú vui cảnh,vườn rau khơng gian trống nhà sân thượng hay ban công Tuy nhiên,lúc bạn bận rộn cơng việc ngày cảnh khơng tưới nước 10 Điện trở( Resistor) linh kiện điện tử thụ động với tiếp điểm nối Chức dùng để điều chỉnh mức độ tín hiệu, hạn chế cường độ dòng điện chảy mạch Dùng để chia điện áp,kích hoạt linh kiện điện tử chủ động transistor, tiếp điểm cuối đường truyền điện đồng thời có ứng dụng khác 2.9.2 Biến trở Hình 2.8.2 Biến trở Biến trở loại điện trở thay đổi trở khang núm vặn điều chỉnh âm lượng 2.9.3 Tụ điện Hình 2.8.3 Tụ điện 23 Tụ điện linh kiện điện tử thụ động cấu tạo hai cực đặt song song ngăn cách lớp điện môi Khi chênh lệch điện bề mặt,tại bề mặt xuất điện tích điện lượng trái dấu Tụ điện có tính chất điện chiều cho dịng điện xoay chiều qua nhờ nguyên lý phóng nạp Chúng sử dụng mạch điện tử: mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động 2.10 Một số linh kiện khác 2.10.1 Dây nối Hình 2.9.1 Dây nối 2.10.2 BreadBoard 24 Hình 2.9.2 BreadBoard Breadboard thiết bị đơn giản thiết kế phép bạn tạo mạch điện mà khơng cần hàn Chúng có nhiều kích thước khác nhau, thiết kế khác theo nguyên tắc chung Các đường điện chạy theo chiều ngang, thành hàng 25 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 3.1 Giới thiệu Mơ hình tưới tự động thiết kế thi công phải đáp ứng yêu cầu sau: Hiện thị giá trị độ ẩm đất Bật hệ thống tự động tưới Kiểm tra thông tin qua đèn báo Hệ thống kiểm tra chế độ: đủ nước, thiếu nước thừa nước Mơ hình phải đạt tính xác cao Phù hợp với điều kiện kinh tế 3.2 Thiết kế tính tốn hệ thống 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 6.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 26 Khối điều khiển trung tâm: Khối điều khiển trung tâm sử dụng Arduino UNO R3 có hiệu cao,dùng để điều khiển linh kiện khác hệ thống + Đọc liệu cảm biến + Giao tiếp hiển thị LCD Khối cảm biến: bao gồm cảm biến nhiệt độ có tính xác cao, dùng để đo nhiệt độ độ ẩm đất,từ đưa tín hiệu khối điều khiển trung tâm Khối hiển thị: Khối thị sử dụng hình LCD 20x4 đung để hiển thị số đọc từ cảm biến Khối nguồn: nơi cung cấp điện cho toàn hệ thống.Vì cần tính tốn hợp lý để mạch điện ổn định 3.2.2 Sơ đồ mô proteus Hình 3.2.2 Sơ đồ mơ Proteus 27 Hình 3.2.3 Giao diện c# Phần mềm Proteus- phần mềm chuyên dụng cho việc thiết kế mạch điện tử, mô hoạt động mạch điện tử, mô hoạt động mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch viết chương trình điều khiển cho họ vi điều khiển MSC-51, PIC, AVR, Phần mềm bao gồm chương trình: ISIS cho phép mô mạch ARES dùng để vẽ mạch in Proteus công cụ mô vi điều khiển tốt, ngồi cịn mơ mạch số, mạch tương tự cách hiệu Vì phần mềm Proteus phần mềm có ưu điểm vượt trội để dễ dàng hỗ trợ thực thiết kế, mô trước lắp đặt nhằm khắc phục tối đa lỗi xảy 3.2.3 Code cho mạch điện CODE ARDUINO 28 #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4); #define sensor A1 #define led_red 13 #define motor unsigned char data_rev = '0'; unsigned int che_do_may_bom = ; unsigned int che_do_he_thong = ; int value; // void setup() { Serial.begin(9600); lcd.init(); lcd.backlight(); pinMode(sensor, INPUT); pinMode(led_red, OUTPUT); pinMode(motor, OUTPUT); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("**VUON THONG MINH**"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Do am dat: %"); lcd.setCursor(0,2); lcd.print("May bom: "); } // void chon_che_do(){ if( data_rev == '1'){ // tat may bom 29 che_do_may_bom = ; } if( data_rev == '2'){ //mo may bom che_do_may_bom = ; } if( data_rev == '3'){ // mo he thong che_do_he_thong = ; } if( data_rev == '4'){ // tat he thong che_do_he_thong = ; } } void dodoam() { value= analogRead(sensor); value=map(value,0,1024,0,100); lcd.setCursor(12, 1); lcd.print(value); } void hoatdong() { if( che_do_he_thong == 0){ che_do_may_bom = ; lcd.setCursor(0,1); lcd.print("HE THONG "); lcd.setCursor(0,2); 30 lcd.print("NGUNG HOAT DONG digitalWrite(motor,LOW); }else if( che_do_he_thong == ){ Serial.println(value); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Do am dat: %"); dodoam(); if(value >=90|| value