Mạch cảm biến mưa hoạt động bằng cách so sánh hiệu điện thế của mạch cảm biến nằm ngoài trời với giá trị định trước (giá trị này thay đổi được bằng cách thông qua một biến trở màu xanh) từ đó phát ra các tín hiệu đóng hoặc ngắt rơ-le qua chân D0.
Khi cảm biến khô ráo (trời không mưa), chân D0 của mô-đun cảm biến sẽ được giữ ở mức cao (5V-12V). Khi có nước trên bề mặt (trời mưa), đèn Led màu đỏ sẽ sáng lên, chân D0 được kéo xuống thấp (0V)
- Thông số kỹ thuật
Điện áp hoạt động trong khoảng từ 3-5V.
Hoạt động dựa trên nguyên lý: Nước rơi vào board sẽ tạo ra môi trường dẫn điện.
Có 2 dạng tín hiệu: Analog (AO) và Digital (DO).
Dạng tín hiệu: TLL, đầu ra 100 mA (có thể sử dụng trực tiếp Rơ-le, cịi cơng suất nhỏ …)
Điều chỉnh độ nhạy bằng biến trở. Sử dụng LM358 để chuyển AO DO Kích thước: 5.4*4.0mm
Dày 1.6mm
- Cách nối dây Arduino và cảm biến mưa.
Cảm biến mưa Arduino
VCC 5V
GND GND
D0 3
A0 A0
2.2.5 Cảm biến nhiệt độ DS18B20
Cảm biến nhiệt độ DS18B20d dây mềm, là phiên bản chống nược, chống ẩm của cảm biến nhiệt độ DS18B20 (xem Hình 2.10). Cảm biến nhiệt độ DS18B20 là cảm biến loại Digital đọ nhiệt dộ mới của hãng MAXIM với độ phân giải cao (12bit). IC sử dụng giao tiếp 1 dây rất gọn gàng, dễ lập trình. IC cịn có chức năng cảnh báo nhiệt độ khi vượt ngưỡng và đặc biệt hơn là có thể cấp nguồn từ chân data (parasite power). Cảm
Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống tưới rau thơng minh
biến nhiệt độ này có thể hoạt động ở 125° C nhưng cáp bọc PVC => nên giữ nó dưới 100° C. Đây là cảm biến kỹ thuật số, nên khơng bị suy hao tín hiệu đường dây dài.
Hình 2.10: Cảm biến nhiệt độ. - Thông số kỹ thuật
Nguồn : 3-5.5V
Dải đo nhiệt độ : -55 đến 1250C (-57 đến 2670F) Sai số : ± 0.50C khi đo ở dải -10 – 850C Độ phân giải : Người dùng có thể chọn từ 9 – 12 bits Chuẩn giao tiếp : 1-wire (1 dây)
Đường kính đầu dị : 6mm Chiều dài dây : 1m
Thời gian chuyển đổi nhiệt độ tối đa 750ms (khi chọn độ phân giải 12 bit). Có cảnh báo nhiệt khi vượt ngưỡng cho phép và cấp nguồn từ chân data. Mỗi IC có một mã riêng (lưu trên EEPROM của IC) nên có thể giao tiếp nhiều
DS18B20 trên cùng 1 dây.
Ống thép khơng gỉ (chấm ẩm, nước) đường kính 6mm, dài 50mm.
2.2.6 Cảm biến độ ẩm
Cảm biến độ ẩm đất, trạng thái đầu ra mức thấp (0V), khi đất thiếu nước sẽ là mức cao (5V), độ nhạy cao chúng ta có thể điều chỉnh được bằng biến trở. Phần 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 ẩm đất của đất đạt ngưỡng thiết lập, đầu ra DO sẽ chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao. Nhờ thế, các bạn có thể sử dụng Analog hoặc Digital của vi điều khiển để đọc giá trị từ cảm biến (xem Hình 2.11). Hình 2.11: Cảm biến độ ẩm - Thông số kỹ thuật Điện áp hoạt động : 3.3V-5V Kích thước PCB : 3cm * 1.6cm IC so sánh : LM393 VCC : 3.3V-5V GND : 0V DO : Đầu ra tín hiệu số (0 và 1)
AO : Đầu ra Analog (Tín hiệu tương tự) Led đỏ báo nguồn vào, Led xanh báo độ ẩm.
- Nguyên lý hoạt động:
Khi cấp nguồn, led báo nguồn sáng (mạch có 2 đầu ra D0 và A0 tương ứng với Digital Output và Analog Output) (xem Hình 2.12).
Ở chân Digital Output: Mạch hoạt động như sau: Cài đặt ngưỡng so sánh bằng biến trở. Điện trở của cảm biến tỷ lệ thuận với độ ẩm, độ ẩm càng cao điện trở càng cao, mặt khác theo sơ đồ phân áp, điện áp đầu ra mạch phân áp tỉ lệ thuận với điện trở cảm biến, vậy độ ẩm đất tỷ lệ thuận với điện áp đầu ra. Khi thay đổi độ ẩm -> điện trở trên cảm biến thay đổi dẫn đến điện áp đầu ra đưa vào cổng so sánh trên opam thay đổi, điện áp này được so sánh với điện áp đặt được đặt bằng biến trở, nếu điện áp đọc về từ cảm biến
Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống tưới rau thơng minh
chưa vượt qua ngưỡng đặt thì đầu ra D0 là mức thấp và led báo trạng thái không sáng, khi điện áp đầu vào vượt qua ngưỡng đặt thì đầu ra D0 là mức cao và led báo trạng thái sẽ sáng lên.
Ở chân Analog Output: chân này được nối trực tiếp với mạch phân áp của cảm biến không qua mạch so sánh Opam, đưa trực tiếp tín hiệu điện áp tới đầu ra A0, phục vụ cho các mục đích đo lường, quan trắc, giảm sát …
Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý
2.2.7 LCD 16x2
LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng của vi điều khiển. LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác. Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa) dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống (xem Hình 2.13)
- Thơng số kỹ thuật
Điện áp hoạt động là 5V Kích thước: 80 x 36 x 12.5mm
Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Bereadboard.
Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi dây điện.
Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chỉnh độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn.
Có thể điều khiển với 6 dây tín hiệu.
Có bộ ký tự được xây dựng hỗ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật.
Hình 2.13: LCD 16X2
- Chức năng của từng chân của LCD 16x2 (xem Hình 2.14)
Chân số 1 – VSS: chân nối đất cho LCD được nối với GND của mạch điều khiển.
Chân số 2- VDD: chân cấp nguồn cho LCD, được nối với VCC = 5V của mạch điều khiển.
Chân số 3 – VưE: điều chỉnh tương phản của LCD.
Chân số 4 – RS: Chân chọn thanh ghi, được nối với logic “0” hoặc logic “1” Chân số 5 – R/W: chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write), được nối với logic
“0” hoặc logic “1” đọc
Chân số 6 – E: chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt tên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xunh cho phép của chân này như sau:
+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào thanh ghi bên trong khi phát hiện một xung (high - to – low transition của tín hiệu chân E
+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low – to – high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp
Chân số 7 đến 14 – D0 đến D7: 8 đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thơng tin với MPU có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này là: chế độ 8 bit (dữ liệu truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7) và chế độ bit (dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB8 tới DB7, bit MSB là DB7)
Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống tưới rau thơng minh
Chân 15- A: nguồn dương co đèn nền Chân 16 – K: nguồn âm cho đèn nền
Hình 2.14: Các chân của LCD 16x2
2.2.8 Contactor
Contactor là một loại khí cụ điện hạ áp dùng để đóng cắt mạch động lực. Nếu kết hợp thiết bị này với thiết bị khí cụ điện khác như CB, nút nhấn, … thì có thể thực hiện việc đóng cắt thiết bị điện tử từ thao tác tay hay tự động. Việc sử dụng thiết bị này có ưu điểm là dập tắt hồ quang do các tiếp điểm của thiết bị này đóng ngắt nhanh, có thể lên đến 1500 lần/giờ (xem Hình 2.15).
Ta thường nhầm lẫn khởi động từ là contactor (công tắc tơ), thật ra khởi động từ là cơng tắc tơ có gắn thêm rơ-le nhiệt. Chức nắng của rơ-le nhiệt là để bảo vệ quá tải cho động cơ, bằng cách ngắt lệnh chạy của công tắc tơ khi quá tải.
- Cấu tạo Contactor: Contactor được cấu tạo gồm các thành phần: Cơ cấu điện từ (nam châm điện), hệ thống dập hồ quang, hệ thống tiếp điểm (tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ).
Hệ thống dập hồ quang điện: Khi contactor chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm cháy, mịn dần. Vì vậy, cần có hệ thống dập hồ qunag gồm nhiều vách ngăn làm bằng kim loại đặt cạnh bên hai tiếp điểm tiếp xúc với nhau, nhất là ở cách tiếp điểm chính của Contactor.
Nam châm điện: