Thiết kế hệ thống tưới cây tự động bằng cảm biến độ ẩm cho diện tích lớn

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 bản 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. 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 khi tại nhà màng bảo hiệu cần nước, tín hiệu này sẽ đưa đến hộp điều khiển PLC.

Tại đây các 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. Hệ thống tưới phun tự động đa năng là sản phẩm khoa học có ý tưởng hay, tính thiết thực và đã được thử nghiệm có hiệu quả thực tế.

TÀI

• Giới thiệu về Arduino
• Các thiết bị và linh kiện

- Trong những năm qua, Arduino là bộ não cho hàng ngân dự án điện tử lớn nhỏ, từ những sản phẩm ra đời ứng dụng đơn giản trong cuộc sống đến những dự án khoa học phức tạp. Bạn muốn làm 1 con robot mini, Bạn muốn quản lý tắt mở thiết bị điện trong nhà, bạn muốn điều khiển motor, nhận dạng ID, Khó hơn xíu là bạn muốn làm một máy CNC hoặc máy in 3D mini, máy bay không người lái. ( Flycam) một hệ thống thu thập dữ liệu thông qua GSM, xử lý ảnh, điều khiển vạn vật thông qua internet giao tiếp với điện thoại thông minh.

- Để làm được điều đó, từ đơn giản đến phức tạp bạn cần sử dụng ngôn ngữ lập trình Arduino dựa trên sơ đồ hệ thống của bạn thiết kế, thông qua phần mềm Arduino IDE, để thực hiện những yêu cầu đó đưa về bộ phận xử lý trung tâm (Arduino). - Arduino Uno R3 là một board mạch vi điều khiển được phát triển bởi Arduino.cc, một nền tảng điện tử mã nguồn mở chủ yếu dựa trên vi điều khiển AVR Atmega328P. - Phiên bản hiện tại của Arduino Uno R3 đi kèm với giao diện USB, 6 chân đầu vào analog, 14 cổng kỹ thuật số I / O được sử dụng để kết nối với các mạch điện tử, thiết bị bên ngoài.

Trong đó có 14 công I/O, 6 chân đầu ra xung PWM cho phép các nhà thiết kế kiểm soát và điều khiển các thiết bị mạch điện tử ngoại vi một cách trực quan. - Arduino Uno R3 được kết nối trực tiếp với máy tính thông qua USB để giao tiếp với phần mềm lập trình IDE, tương thích với Windows, MAC hoặc Linux Systems, tuy nhiên Windows thích hợp hơn để sử dụng. - Ngoài USB, người dùng có thể dùng nguồn điện ngoài để cấp nguồn cho bo mạch - Các bo mạch Arduino Uno khá giống với các bo mạch khác trong các loại Arduino về mặt sử dụng và chức năng, tuy nhiên các bo mạch Uno không đi kèm với chip điều khiển FTDI USB to Serial.

- Khi tính chất và chức năng của nhiệm vụ trở nên phức tạp, thẻ nhớ SD Mirco có thể được kết nối thêm vào Arduino để lưu trữ được nhiều thông tin hơn. + Bộ vi điều khiển Atmega328 sử dụng trên bo mạch đi kèm với một số tính năng như hẹn giờ, bộ đếm, ngắt, chân PWM, CPU, chân I/O và dựa trên xung nhịp 16 MHz giúp tạo ra nhiều tần số và số lệnh hơn trong mỗi chu kỳ. + Arduino đi kèm với một tính năng điều chỉnh tích hợp giúp giữ điện áp trong tầm kiểm soát khi thiết bị được kết nối với thiết bị bên ngoài.

Các chân này đo từ 0 đến 5V, tuy nhiên, chúng có thể được cấu hình ở phạm vi cao bằng cách sử dụng chức năng analogReference () và chân ISF. Arduino có thể hỗ trợ nguồn điện bên ngoài lên đến 12 V có thể được điều chỉnh và giới hạn ở mức 5 V hoặc 3,3 V dựa trên yêu cầu của projects. Van điện từ có thiết kế nhỏ gọn, hoạt động nhanh, bền, giá thành hợp lí nhưng mang lại hiệu quả công việc cao.Sử dụng trong hệ thống tự động hóa tưới tiêu sẽ mang lại hiệu quả rất cao.

Arduino là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Arduino giống như một máy tính nhỏ để người dùng có thể lập trình và thực hiện các dự án điện tử mà không cần phải có các công cụ chuyên biệt để phục vụ việc nạp code. Cảm biến độ ẩm đất, trạng thái đầu ra mức thấp (0V), khi đất thiếu nước đầu ra sẽ là mức cao (5V), độ nhạy cao chúng ta có thể điều chỉnh được bằng biến trở.

Phần đầu đo được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm của đất, khi độ ầm của đất đạt ngưỡng thiết lập, đầu ra DO sẽ chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao.

ARDUINO

Khi đất thiếu nước cảm biến độ ẩm sẽ xuất mức cao(5V), Arduino nhận tính hiệu mức cao thực hiện so sánh, nếu điều kiện sai sẽ xuất tính hiệu mức thấp (0V) làm cho relay đóng lại, relay đóng lại van điện và mô tơ sẽ hoạt động tưới cho đến khi đất đủ độ ẩm cảm biến sẽ xuất mức thấp (0V) Arduino nhận tính hiệu thực hiện so sánh, nếu điều kiện dúng sẽ xuất tính hiệu mức cao (5V) làm cho relay ngắt, van điện và mô tơ sẽ ngừng bơm. Chương trình lập trình hệ thống tưới cây tự động theo cảm biến độ ẩm của đất trên phần mềm Arduino IDE. Chương trình code này sử dụng 4 thiết bị cảm biến độ ẩm, 4 module relay, 4 van điện và 1 mô tơ nước.