Cách cấp nguồn cho máy bơm

5. Cấu trúc khoá luận

2.3.5.2 Cách cấp nguồn cho máy bơm

Hình 2.5. Adapter DC 12V và jack đực có domino

Để tạo ra nguồn 12V, ta sử dụng Adapter 12V DC.

 Nối hai đầu của máy bơm vào jack đực có domino, chú ý nối đúng cực.  Cắm Adapter vào nguồn điện để cấp nguồn 12V cho máy bơm.

2.3.5.4 Sử dụng nguồn 9V

Nguồn 9V bao gồm pin 9V và nắp pin được nối dây cái ra ngoài. Để cấp nguồn 9V ta nối hai đầu của máy bơm (hai đầu đực) vào hay đầu cái của nắp pin

2.3.5.5 Sử dụng nguồn 4.5V

Nguồn 4,5V bao gồm khay pin và 3 pin 1,5V. Cấp nguồn tương tự nguồn 9V.

2.3.6Rơle

Chức năng của Rơle như một khoá gồm 6 chân.

 Ba chân COM, NO, NC. Một chân COM và NO hoặc NC sẽđược nối với máy bơm và nguồn cấp điện cho máy bơm.

Hình 2.6. Chân NO, COM và NC của rơle

 Ba chân còn lại IN, DC+, DC- với chân IN nhận tín hiệu đầu vào để kích hoặc không kích rơle, chân DC+ và DC- nối với nguồn điện

22

Hình 2.7. Chân DC+, DC- và IN của rơle

Sơ đồ mạch điện và nguyên tắc hoạt động của Rơle

Hình 2.8 Sơ đồ mô tả nguyên lí hoạt động của rơle

 Hai đầu máy bơm nối với COM và NO hoặc NC trên rơle, trong trường hợp này nối với NO để khi có tín hiệu máy bơm mới hoạt động. Thông thường, trong các rơle, NC (Normally Close) nối với COM. GV có thể kiểm tra hoặc giới thiệu cách kiểm tra COM đang nối với NO hay NC bằng đồng hồđo điện.

 Máy bơm và nguồn cấp điện cho máy bơm phải được nối vào chân COM và một chân NO hoặc NC. Điều kiện chọn NO hoặc NC là lúc chưa kích rơle hoạt động, COM chưa nối với chân nào thì chọn chân đó để nối. Ví dụnhư trong hình chân COM chưa nối với NO thì sẽ cho nối máy bơm với NO và COM.

23

Hình 2.9. Sơ đồ mô tả hoạt động của role khi nối với máy bơm

2.3.7Uno Arduino

2.3.7.1 Thông tin chung

Hình 2.10. Arduino Nano

Điện áp đầu vào 6V-20V có nghĩa là cấp nguồn cho Arduino từ6V đến 20V thì Arduino hoạt động bình thường.

24

2.3.7.2 Nội dung lập trình cho chủđề

Hình 2.11. Đoạn chương trình trên phần mềm lập trình Arduino

Dựa vào bảng số liệu về giá trị hiệu điện thế mà HS đo được theo độẩm, HS sẽ thay đổi giá trị được tô vàng cho phù hợp với cây của mình. Tuy nhiên, Arduino không hiểu các giá trịdưới dạng điện thế mà thông tin truyền đến Arduino được mã hoá dưới dạng bit vì vậy giá trị tô vàng phải được thay bằng giá trị bit. HS thực hiện nhân chéo chia ngang để tìm ra giá trị tín hiệu bit cần thay thế vào khung vàng.

5V tương đương với 210− 1 bit

Khi độẩm tăng thì hiệu điện thế giảm hay tín hiệu bit giảm, như vậy điều kiện để tưới cây là giá trịđộẩm nhỏhơn ngưỡng hay giá trị hiệu điện thế và tín hiệu bit phải lớn hơn ngưỡng.

Tên loài cây Độ ẩm Điện thế Tín hiệu bit

Sống đời 30% 0.221 V 47

Cúc và cẩm nhung

50% 0.046 V 9

2.3.7.3 Lập trình với mBlock

Trong triển khai dạy học trên lớp, việc lập trình từng dòng lệnh sẽ dễ dẫn đến sai sót, gây ra lỗi, việc kiểm tra lỗi cho từng nhóm HS sẽ mất thời gian. Để khắc phục

25

vấn đề này, GV có thể sử dụng phần mềm lập trình mBlock theo hình thức scratch hay lập trình khối.

Hướng dẫn sử dụng mBlock: http://tinyurl.com/mBlock-using

Đoạn code sử dụng mBlock:

Bước 1. Chọn Boards  Arduino Nano Bước 2. Chọn Edit  Arduino mode Bước 3.

+ Nhóm Robot và

+ Nhóm Operator

+ Nhóm Control và

+ Nhóm Data&Block

Bước 4. Kết nối các thẻ lệnh và chỉnh sửa giá trị phù hợp với chậu cây của mình

Bước 5. Kết nối với Arduino

+ Cắm cáp nối giữa Laptop và Arduino + Chọn Connect  Serial Port  COM…. + Chọn Upload to Arduino

Như vậy cả ba thiết bị đều cần nguồn cấp vào. Và để giải quyết vấn đề nguồn cho cả hệ thống ta kết hợp cấp 1 nguồn chung cho cả mạch.

26

2.3.8Sơ đồ kết nối các bộ phận của hệ thống tưới tựđộng

Hình 2.12. Sơ đồ kết nối các bộ phận

2.3.9Bảng mạch đồng

Mạch đồng được thiết kế sẵn cho HS.

Hình 2.13. Mạch đồng được in và hàn một số chi tiết cơ bản

2.3.10 Hệ thống tưới nước tựđộng

2.3.10.1 Bộ dụng cụ hệ thống tưới nước tựđộng

STT Dụng cụ Số lượng Kích thước Ghi chú/ Hình vẽ

1 Chậu cây 1

Chậu cây kiểng nhỏ, có thể sử dụng trang trí. Gợi ý: sống đời, sen đá, cúc…

27 2 Cảm biến độ ẩm 1 3 Role 5V 1 4 Nano Arduino 1 5 Nguồn 1 6 Công tắc 1 7 Header 1 8 Domino 4

28 9 Dim 3 1 dim 4 chân, 1 dim 3 chân, 2 dim 15 chân 10 Dây nối 5 dây dài khoảng 10cm Dây dẫn và dây đực đực 11 Motor máy bơm 12V 1 12 Mạch đồng 1 8cm x 6cm 13 Ống nhựa mềm trong suốt 2 ∅ 8mm Dài 30cm

Tuỳ theo khoảng cách có thể thay đổi chiều dài ống

14 Chai nước 1 500 ml, 1 lit Tuỳ theo ý thích có thể thay bằng bất cứ vật gì làm bình trữ nước

15 Ốc vít 4 bộ

2.3.10.2 Dụng cụ khác

STT Dụng cụ Số lượng Kích thước Ghi chú/ Hình vẽ

1 Kiềm 1

2 Tua vít 1

3 Súng bắn

keo 1 Để giữ cố định công tắc vào mạch

2.3.10.3 Quy trình lắp đặt và vận hành

29

1 Lắp Role bằng cách bắt 4 ốc vít vào 4 đầu của Role

2 Cắm chân DC+, DC- và IN theo thứ tự lần lượt vào 3 chốtcủa dim

3 Nối hai đầu NO và COM vào chốt Domino

4 Lắp Arduino vào hai Dim 15 chân

30

6 Lắp Cảm biến độ ẩm vào Dim 4 chân

7 Kết nối máy bơm và chạy thử

Ở bước số 7, HS sẽ thử nghiệm trên đất khô để xem hệ thống hoạt động tưới và sau đó ngưng khi tưới đến độ ẩm thích hợp. Sau đó HS sẽ thiết kế, bố trí vị trí hệ thống, ống dẫn nước sao cho phù hợp với chậu cây của mình.

Kế hoạch bài dạy

2.4.1Định hướng thiết kế bài dạy

Chủđềđược triển khai trong vòng 3 tiết. GV có hai phương án để tiến hành 3 tiết:  Phương án 1: Chủ đề thực hiện trong một buổi học hoàn chỉnh với thời

lượng 3 giờ.

 Phương án 2: Chủđềđược triển khai trong 3 buổi học, mỗi buổi 45 phút Do điều kiện thực nghiệm, cách triển khai giáo án sau đây sẽ theo phương án 2.

2.4.2Kế hoạch tổng thể

Chủ đề

HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG CHO CHẬU CÂY ĐỂ

31 Đối tượng HS ;Lớp 7 - 8 Sốlượng HS 5 HS/nhóm GV hướng dẫn Thời lượng 3 tiết (135 phút) hoặc 1 buổi học 3 giờ (150-180 phút) Thiết bị

1. Bộ thiết bị hệ thống tưới tựđộng (Tài liệu hướng dẫn 2.9.1)

2. Dụng cụ hỗ trợ khác (Tài liệu hướng dẫn 2.9.2)

Mô tả chủđề

Cây trồng đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống của con người và nước là một thành tố quan trọng đảm bảo sự tồn tại và phát triển của cây trồng. Chủđề giúp HS giải quyết vấn đềchăm sóc một chậu cây nhỏ khi vắng nhà một thời gian bằng cách tạo ra một hệ thống tưới tự động cho chậu cây nhỏ. Với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin cùng với những thiết bị máy móc đa dạng như cảm biến độ ẩm, động cơ máy bơm, rơle và lập trình Arduino, HS có thể thực hiện tìm hiểu cấu tạo, cách vận hành thiết bị, lắp ráp, lập trình cơ bản. Thông qua khám phá các hoạt động học tập, HS có thể rèn luyện kỹnăng đo đạc, xử lý số liệu, thao tác thí nghiệm, kỹnăng lắp ráp cơ bản.

Bài học dựa trên quy trình 6E bao gồm: Khơi gợi và tạo hứng thú (Engaging), Khám phá (Exploring), Giải thích (Explaining), Thiết kế và chế tạo (Engineering), Mở rộng (Enrich) và Đánh giá (Evaluating). Học liệu cũng có nguồn gốc từ mô hình dạy học và phù hợp với HS cấp 2. Chủđềtheo định hướng khơi gợi để HS vận dụng kiến thức đã học hoặc tìm hiểu thêm kiến thức để giải quyết vấn đề, đồng thời HS được rèn luyện các thao tác kĩ thuật, hình thành tư duy giải quyết vấn đề trong cuộc sống.

Các nội dung liên quan

- Vật lý lớp 7:

o Bài 19: Dòng điện. Nguồn điện

o Bài 25: Hiệu điện thế

o Bài 26: Hiệu điện thế giữa hai đầu dụng cụ dùng điện

o Bài 27, 28: Thực hành đo hiệu điện thếvà cường độdòng điện

- Công nghệ lớp 7:

o Bài 19: Các biện pháp chăm sóc cây trồng - Tin học lớp 8:

32

o Bài 2: Làm quen với chương trình và ngôn ngữ lập trình

o Bài 6: Câu lệnh điều kiện

o Bài 7: Câu lệnh lặp Hoạt động của HS  HS tiến hành tìm hiểu vềđộẩm đất, độẩm phù hợp với một số loại cây trồng  HS thiết kế cấu trúc hệ thống tưới tựđộng.

 HS hiểu được các hoạt động của cảm biến độ ẩm, động cơ máy bơm, role điều khiển, linh kiện hỗ trợ

 HS tiến hành đo đạc hiệu điện thếđầu ra của cảm biến độ ẩm, lắp ráp và hàn các linh kiện vào mạch điện

 HS bước đầu lập trình với Arduino

Tài liệu hướng

dẫn GV File hướng dẫn, hình ảnh, video, bộ thiết bị thực hành

Mục tiêu theo quy trình 6E

Kết nối, tạo hứng thú【Engaging】

1. HS giới thiệu về loại cây trồng đã chọn.

2. HS khẳng định vai trò quan trọng của nước trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây.

3. HS đề xuất một số biện pháp để cung cấp đủ nước cho cây khi vắng nhà.

Tìm tòi, khám phá【Exploring】

1. HS hiểu nguyên tắc hoạt động của cảm biến độẩm, động cơ máy bơm, rơle và lập trình Arduino.

2. HS hiểu và đề xuất cách xác định độẩm của đất.

3. HS biết cách sử dụng các linh kiện và thiết kế mạch điện hệ thống tựđộng hóa.

Giải thích 【Explaining】

1. HS giải thích được nguyên lí cơ bản của hệ thống tưới tự động.

2. HS trình bày rõ được vai trò và nhiệm vụ của các bộ phận chính của hệ thống tưới tựđộng cơ bản.

Thực hành kĩ thuật【Engineering】

1. HS xác định được các linh kiện điện tử khác nhau và cách lắp đặt đúng vào vị trí trên bảng mạch đồng.

33 linh kiện.

3. HS vận hành được hệ thống tưới tựđộng và nhận xét hiệu quả của sản phẩm.

Mở rộng【Enriching】

1. HS suy nghĩ vềphương án với hệ thống nhiều cây hơn.

Đánh giá 【Evaluating】

1. HS tựđề xuất cải tiến đối với sản phẩm đã thực hiện. 2. HS có thể sử dụng mô hình hệ thống tưới tự động để

chăm sóc cho chậu cây của bản thân.

Tiến trình dạy học Buổi học Nội dung 1

- GV giới thiệu vai trò của cây trồng và nhấn mạnh yếu tố nước đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của cây trồng.

- GV cung cấp bảng độ ẩm thích hợp ứng với từng loại cây trồng, và giới thiệu công thức độẩm.

- GV đặt vấn đề và hình thành sơ đồ tư duy để thiết kế sản phẩm.

- HS tìm hiểu về cảm biến độ ẩm và cách tiến hành đo hiệu điện thếđầu ra AO của cảm biến.

2

- GV nêu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ bơm nước, rơle, giới thiệu lập trình Arduino.

- GV giới thiệu phần mềm lập trình dạng scratch “mBlock”. - GV giải thích ý nghĩa các thẻ lệnh trong chương trình và đưa

ra chương trình mẫu.

- HS tiến hành code và nạp code cho Arduino.

3

- GV giới thiệu board đồng và cách tạo ra board đồng.

- GV giới thiệu tên các linh kiện hỗ trợ để kết nối động cơ, rơle, Arduino vào mạch đồng.

- HS tiến hành lắp ráp các thiết bị vào mạch đồng. - GV tổ chức nhóm để HS hoàn thiện sản phẩm.

34

Tài liệu tham khảo

Bảng tham khảo độ ẩm thích hợp với một số loại cây trồng https://www.acurite.com/blog/soil-moisture-guide-for-plants- and-vegetables.html TIẾN TRÌNH DẠY HỌC Hoạt động dạy TG Học liệu Buổi 1 –Độẩm của đất và cây trồng Hoạt động 1. Khởi động 【Tạo hứng thú】【Khám phá】

1. Mỗi nhóm lần lượt giới thiệu về loại cây nhóm đã chọn trong vòng 1 phút.

 tên loài cây

 độ ẩm đất trồng thích hợp  công dụng của cây

5

2. HS xem hình ảnh và nhận xét nước đóng vai trò

quan trọng đối với cây trồng. 2

3. GV đưa ra bảng độẩm cho một số loại cây 5 Hướng dẫn GV 2.1

Hoạt động 2. Tạo tình huống có vấn đề

【Tạo hứng thú】

1. Tình huống:Ai cũng có những chuyến nghỉngơi dài hạn cùng gia đình bạn bè, khi đó những con vật cưng trong nhà thì được gửi đến nhờ bạn bè, hàng xóm chăm sóc. Vậy những cây trồng trong nhà thì sẽnhư thế nào?

2

2. HS thảo luận nhómđề xuất phương án. HS vẽ

để thể hiện ý tưởng. 5

3. GV dẫn dắt vào chủđề

Một vài loại cây có thể chịu được một thời gian dài mà không cần nước, tuy nhiên có những loại cây chúng ta phải tưới nước hằng ngày. Như vậy khi đi chơi, chúng ta vẫn phải đảm bảo cây

35

của chúng ta nhận đủnước để tồn tại. GV đề cập về hệ thống tưới tựđộng.

Hoạt động 3. Hình thành sơ đồtư duy thiết kế hệ thống tưới tựđộng 【Khám phá】【Giải thích】

1. GV hình thành tư duy thiết kế sản phẩm hệ thống

tưới tựđộng thông qua sơ đồ. 5

Hướng dẫn GV 2.2 Hoạt động 4. Tìm hiểu về cảm biến độẩm 【Khám phá】【Thiết kế, chế tạo】 1. Giới thiệu cảm biến độẩm và công thức tính độ ẩm đất 3 Hướng dẫn GV 2.3.1 và 2.1

2. GV hướng dẫn HS đo hiệu điện thếđầu ra AO

trên cảm biến 3

3. HS thực hành đo giá trị hiệu điện thế đầu ra AO

ứng với giá trị độ ẩm. 12

Hướng dẫn GV 2.3.2

GV tổng kết buổi 1. 2

Buổi 2 – Máy bơm, role, và Arduino Hoạt động 1. Tìm hiểu vềmáy bơm

【Khám phá】【Thiết kế, chế tạo】

1. GV nêu nguyên tắc hoạt động của máy bơm 5 Hướng dẫn GV 2.4

2. HS khảo sát hoạt động của máy bơm ứng với hai giá trị hiệu điện thế nguồn cấp khác nhau và tìm đầu xảnước, đầu hút nước của máy bơm.

10 Hướng dẫn GV 2.4

Hoạt động 2. Tìm hiểu vềrơle

【Khám phá】

1. GV đưa ra sơ đồ mạch điện và giải thích nguyên

tắc hoạt động của rơle. 5

Hướng dẫn GV 2.5

Hoạt động 3. Giới thiệu về Arduino.

36

1. HS tìm hiểu về Arduino Nano 3 Hướng dẫn GV 2.6

2. GV giới thiệu và hướng dẫn HS sử dụng phần

mềm lập trình dưới dạng scratch “mBlock” 2

3. HS thực hành lập trình và nap code vào

Arduino. 10

GV tổng kết buổi 2 10

Buổi 3 - Kỹsư nhí Hoạt động 1. Xây dựng sơ đồ kết nối các bộ phận cho hệ thống tưới tựđộng 【Khám phá】【Thiết kế, chế tạo】 7 Hướng dẫn GV 2.7 Hoạt động 2. Giới thiệu mạch đồng 【Khám phá】【Thiết kế, chế tạo】

1. GV giới thiệu board đồng (phíp đồng) 2 Hướng dẫn GV 2.8

2. GV chỉ ra vị trí các bộ phận cần được lắp trên

board mạch 1

Hoạt động 3. Kỹsư lắp ráp

【Thiết kế, chế tạo】

1. GV hướng dẫn HS bắt ốc, gắn Rơle vào board 3

Hướng dẫn GV 2.9.3

2. GV hướng dẫn nối dây giữa role và domino và

lắp động cơ máy bơm, cảm biến 15

Hoạt động 4. Chạy thử và vận hành sản phẩm

【Thiết kế, chế tạo】

1. HS cắm cảm biến vào đất và chạy thửtrên đất

khô 5

2. HS thiết kế, áp dụng cho chậu cây của mình và