Đang tải... (xem toàn văn)
Vui lòng liên hệ ZALO 0353764719 hoặc gmail : 123docntcgmail.com để mua với giá ưu đãi, giảm giá mua từ 20 60%. Xin cám ơn Vui lòng liên hệ ZALO 0353764719 hoặc gmail : 123docntcgmail.com để mua với giá ưu đãi, giảm giá mua từ 20 60%. Xin cám ơn
ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC THEO THỜI GIAN KẾT HỢP BỘ CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT KHƠNG DÂY SINH VIÊN : TRẦN HỒI NAM MSSV : 15021901 LỚP : DHDI11A GVHD : THS PHẠM QUỐC NGHIỆP TP HCM, NĂM 2019 PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (1): Trần Hoài Nam, MSSV: 15021901 Tên đề tài NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC THEO THỜI GIAN KẾT HỢP BỘ CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT KHƠNG DÂY Nội dung Tìm hiểu thiết bị đóng mở theo thời gian Tìm hiểu Timer 24H, cảm biến độ ẩm, mạch thu phát RF 433Mhz Thiết kế tủ bơm nước theo thời gian thu phát khơng dây độ ẩm đất Tìm hiểu chế an tồn cố xảy Tìm hiểu nhu cầu tưới long Kết Mô hình hồn thiện đưa vào thực tế, giá hợp lí Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng Sinh viên Trưởng môn i năm 2019 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii MỤC LỤC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ v DANH SÁCH CÁC BẢNG vii CHƯƠNG 1: THỰC TRẠNG CHƯƠNG 2: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP – NỘI DUNG ĐỀ TÀI 3.1 Sơ đồ nguyên lí 3.1.1 Sơ đồ tủ 3.1.2 Sơ đồ thu RF 433Mhz 3.1.3 Sơ đồ cảm biến độ ẩm đất không dây 3.2 Các vật tư thiết bị 3.2.1 Circuit Breaker (CB) 3.2.2 Contactor 10 3.2.3 Rơ le trung gian 14 3.2.4 Arduino 18 3.2.5 Timer 24H 22 3.2.6 Cảm biến độ ẩm đất 26 3.2.7 Mạch thu phát RF 433Mhz 28 3.2.8 Phần mềm vẽ mạch easyEDA 34 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN LỰA CHỌN THIẾT BỊ 37 iii 4.1 Tính tính tốn chọn contactor CB 37 4.2 Chọn rơ le trung gian 38 4.3 Chọn Arduino 38 4.4 Chọn Timer 24H 39 4.5 Mạch thu phát RF 39 4.6 Cảm biến độ ẩm đất 40 4.7 Bộ thu RF 40 4.8 Bộ cảm biến độ ẩm không dây 42 4.9 Pin dự phòng 45 4.10 Bảng vật tư 47 Chương 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 48 5.1 Ưu điểm 48 5.2 Khuyết điểm 48 5.3 Kết luận 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 LỜI CẢM ƠN 50 iv DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 3.1 Mạch điều khiển Hình 3.2 Mạch động lực Hình 3.3 Sơ đồ thu RF 433Mhz Hình 3.4 Mạch in Hình 3.5 Sơ đồ cảm biến độ ẩm không dây Hình 3.6 Sơ đồ mạch in Hình 3.7 Circuit Breaker (CB) Hình 3.8 Cấu tạo CB Hình 3.9 Contactor 11 Hình 3.10 Cấu tạo contactor 12 Hình 3.11 Rơ le trung gian 15 Hình 3.12 Cấu tạo rơ le 16 Hình 3.13 Ngun lí hoạt động 17 Hình 3.14 Arduino 18 Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lí arduino 19 Hình 3.16 Sơ đồ chân ATMEGA 328 20 Hình 3.17 Giao diện IDE 22 Hình 3.18 Cấu tạo Timer 24H 23 Hình 3.19 Timer 24 Hình 3.20 Timer điện tử 25 Hình 3.21 Module cảm biến độ ẩm 26 Hình 3.22 Cảm biến độ ẩm 27 Hình 3.23 Bộ chuyển đổi 27 Hình 3.24 Cấu tạo cảm biến độ ẩm 28 Hình 3.25 Bộ thu phát RF 433 Mhz 29 Hình 3.26 Sơ đồ khối 30 v Hình 3.27 Bộ thu 31 Hình 3.28 Bộ phát 31 Hình 3.29 Sơ đồ kết nối 32 Hình 3.30 Giao diện easyEDA 35 Hình 3.31 Thư viện easyEDA 35 Hình 3.32 Thiết kế PCB 36 Hình 4.1 Thơng số động 37 Hình 4.2 Sơ đồ linh kiện 38 Hình 4.3 Sơ đồ mạch in 39 Hình 4.4 Sơ đồ bố trí linh kiện mạch in 40 Hình 4.5 Mạch in 41 Hình 4.6 Mạch thực tế 41 Hình 4.7 Sơ đồ bố trí linh kiện 43 Hình 4.8 Mạch in 43 Hình 4.9 Mạch thực tế 44 Hình 4.10 Pin dự phòng 45 vi DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 3.1 Hàm chức 33 Bảng 3.2 Hàm dùng cho truyền liệu 33 Bảng 3.3 Hàm dùng cho nhận liệu 34 Bảng 4.1 Vật tư thiết bị 47 vii Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Hoài Nam CHƯƠNG 1: THỰC TRẠNG Với kinh tế lên từ nước nông nghiệp, đến nước ta gần 68.25% dân cư sống vùng nông thôn 41.86% lực lượng lao động nước làm việc lĩnh vực nông – lâm - thủy sản [1] Hiện nhiều nông dân tích cực học hỏi kinh nghiệm, tham khảo quy trình trồng trọt khoa học tiến nhằm chuyển đổi loại trồng có hiệu kinh tế thấp sang loại cho suất hiệu kinh tế cao, có long Thanh long trồng 30 tỉnh thành nước ta tập trung chủ yếu ba tỉnh: Bình Thuận, Tiền Giang Long An; chiếm 93,6% diện tích 95,5 % sản lượng nước Giá trị xuất tăng hàng năm từ 70-80% Tính đến tháng 10 năm 2018 kim ngạch xuất long đạt gần 400 triệu USD [2] Tuy nhiên, để đạt mức sản lượng cao người dân phải tiêu hao nhiều sức lao động, chi phí thời gian chăm sóc họ áp dụng phương pháp truyền thống q trình canh tác Đặt biệt, việc chăm sóc cho long tiêu hao nhiều thời gian khâu tưới tiêu theo định kỳ Ví dụ, nơng trại long với diện tích 2000 m2 tương đương với 400 gốc long phải 4.5-5h để cung cấp đầy đủ lượng nước cho gốc long theo phương pháp thủ công, định kỳ ngày tưới lần [3] Về khâu chuẩn bị thực lại thêm lãng phí thời gian sức lao động người nơng dân phải di chuyển vòi nước tới gốc long diện tích trồng trọt rộng lớn người lao động hạn chế Ngồi ra, việc tưới thủ cơng làm lãng phí nước, khơng cung cấp đặn cho nên suất đạt giá trị không cao, đặc biệt chủ động thời gian tưới… Vì vậy, để giảm bớt thời gian nước tiêu nhiều hệ thống tưới nước phun sương đời, hệ thống gồm hệ thống ống nối đến trụ, van thủy lực máy bơm [4] Tuy nhiên hệ thống nhược điểm lớn phụ thuộc nhiều vào vận hành quản lí người việc đóng mở động bơm nước [5] Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Hồi Nam CHƯƠNG 2: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Với cơng cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, ngày thiết bị tự động hóa đời thay người trực tiếp thực công việc khâu sản xuất, ngành nơng nghiệp trọng nghiên cứu đưa vào sử dụng phổ biến Nhiều thiết bị tự động đưa vào để thay dần người việc chăm sóc, quản lí tưới tiêu Đặt biệt hệ thống tưới cho long Với 2000 m2 tương đương với 400 gốc long kết hợp với hệ thống tưới phun sương cần khoảng 15-30 phút tưới thời gian tưới thích hợp khoảng đến 10 [6] Để vận hành thời gian, người lao đông cần phải canh thời gian bật tắt hệ thống bơm nước cho hệ thống phun sương Việc gây khó khăn bất tiện cho người nơng dân việc tưới nước cho long bị gián đoạn Chính vậy, tủ bơm nước theo thời gian kết hợp với cảm biến độ ẩm đất không dây tiết kiệm thời gian sức lao động tiết kiệm chi phí cho người nơng dân việc quản lí vận hành hệ thống tưới nước Với thiết kế điều khiển tưới tự động có khả hẹn tưới nhiều lần, giúp thời gian tưới ngày giảm bớt, khơng phải quan tâm đến thời gian tưới sau cài đặt hệ thống tự động tưới đến Kết hợp với cảm biến độ ẩm đất, trời mưa độ ẩm đất cao hệ thống tưới không hoạt động đảm bảo tiết kiệm nước chi phí vận hành Tủ cịn có chế độ vận hành tay để đảm bảo can thiệp người cần thiết Việc lắp đặt tủ tưới tự động giúp cho người dân có nhiều thời gian việc chăm sóc cho Có thời gian để nghiên cứu nhằm phịng trừ sâu bệnh, giúp tăng suất thêm thu nhập cho hộ canh tác long Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Hồi Nam Hình 3.32 Thiết kế PCB 36 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Hồi Nam CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN LỰA CHỌN THIẾT BỊ Để tưới cho công long tương đương 2000m2 khoảng 350-400 gốc long ta chọn máy bơm hp - 1.5 hp Thời gian tưới hết 15 - 30 phút Thông số động 1.5Hp [9]: Hình 4.1 Thơng số động 4.1 Tính tính toán chọn contactor CB Động 220V, 1.1 kW, dịng I đm 7.21 A Ta có I tc= (1.2 – 1.4) I đm= 7.21*1.4 = 10A Ta chọn contactor có điện áp cuộn hút 220V dịng lớn 10A Chọn CB 16A Ta có Idm = 7.21 Dòng khởi động 1.5 -2 dòng định mức Ikd = 7.21 * = 14.42A Ta chọn dây điện động 1.5 mm CADIVI 37 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Hoài Nam 4.2 Chọn rơ le trung gian Đây mạch điều khiển sử dụng điện áp 220 VAC nên ta chọn rơ le có điện áp hoạt động 220VDC dòng khoảng 5A Trong mạch chọn rơ le trung gian chân 4.3 Chọn Arduino Mã nguồn mở : Phần cứng phần mềm Arduino nguồn mở - sơ đồ public trực tuyến nên bạn hồn tồn mua linh kiện tự làm lấy Đễ dàng kết nối với modul cảm biến độ ẩm mạch RF 433Mhz Việc lập trình kết nối với máy tính đơn giản phù hợp với người khơng chun Sơ đồ bố trí thiết bị Hình 4.2 Sơ đồ linh kiện 38 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Hồi Nam Mạch in arduino Hình 4.3 Sơ đồ mạch in 4.4 Chọn Timer 24H Điện áp hoạt động 220VAC, phù hợp với điện áp tủ Đóng cắt theo thời gian thực Có độ bề cao Giá thành rẻ, nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt sử dụng Có thể chỉnh thời gian dễ dàng Có pin dự phịng đảm bảo nguồn Thời gian tưới phù hợp với hệ thống 30 phút 4.5 Mạch thu phát RF Modul giá rẻ phù hợp tất dự án không dây Khoảng cách tối đa 100 m điều kiện thực tế 30 - 35 m yêu cầu độ ẩm 10m nên modul hồn tồn dáp ứng 39 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Hồi Nam Module dễ dàng giao tiếp với arduino 4.6 Cảm biến độ ẩm đất Cảm biến xác độ ẩm Có thể tích hợp với arduino Độ bền cao Giá thành rẻ 4.7 Bộ thu RF Bộ thu RF bao gồm arduino, thu RF, relay Hình 4.4 Sơ đồ bố trí linh kiện mạch in 40 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Hồi Nam Hình 4.5 Mạch in Hình 4.6 Mạch thực tế Mạch gắn ATMEGA 328, nạp code gắn vào tủ Code nhận: 41 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Hoài Nam #include void setup() { Serial.begin(9600); vw_set_rx_pin(12); // dùng chân digital 12 vw_setup(2000); // cài đặt cho module mức 2000 vw_rx_start(); pinMode(13,OUTPUT); } void loop() { uint8_t buf[VW_MAX_MESSAGE_LEN]; // tạo mảng tối đa 80 phần tử uint8_t buflen = VW_MAX_MESSAGE_LEN; if( vw_get_message(buf, &buflen) ){ for (int i = 0; i < buflen; i++) // chạy hàm for xuất phần tử mảng Serial.print(buf[i]); Serial.println(); } int giatri = atoi((char*)buf); // chuyển chuỗi kí tự sang số nguyên if (giatri < 800) digitalWrite(13,HIGH); else digitalWrite(13,LOW); } 4.8 Bộ cảm biến độ ẩm khơng dây 42 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Hồi Nam Hình 4.7 Sơ đồ bố trí linh kiện Hình 4.8 Mạch in 43 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Hồi Nam Hình 4.9 Mạch thực tế Mạch gắn thêm ATMEGA 328, nạp code, cấp nguồn từ pin dự phịng đóng hộp để đảm độ ẩm nước mưa không tác động đến linh kiện Code gửi: #include // thư viện truyền không dây char msg[8]; // tạo mảng kí tự int da =A0 ; // sử dung chân A0 cho cảm biến void setup() { vw_set_tx_pin(12); // sử dụng chân 12 vw_setup(2000); // cài đặt tốc độ truyền } int doam (){ // hàm đọc am int giatri = analogRead(da); // đọc giá trị từ cảm biến return giatri; // trả giá trị đọc } void loop() { int giatri = doam(); // gán giá trị dtostrf(giatri, 7, 2, msg); // chuyển kiểu thực sang chuỗi kí tự vw_send((uint8_t *)msg, strlen(msg)); //gửi thông số đo từ cảm biến vw_wait_tx(); } 44 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Hồi Nam 4.9 Pin dự phịng Trong mơ hình sử dụng pin dự phịng có dung lượng 12000mAH để làm nguồn cung cấp cho tồn cảm biến khơng dây Hình 4.10 Pin dự phịng Thơng số kỹ thuật: Hiệu suất sạc 70% Có đèn led báo hiệu pin Nguồn vào : 5V-1A/2A Lõi pin : pin Li-lon Dung lượng pin 12000mAH Cổng USB : 5V-2A Kích thước: dài 10.7cm – ngang 6.6cm –dày 0.75 cm Trọng lượng : 200g Xuất sứ Trung Quốc Mơ hình sử dụng pin dự phịng pin dự phịng gọn nhẹ dễ dàng gắn vào mơ hình mà đảm bảo cung cấp đủ nguồn cho mơ hình Dựa vào dịng hoạt động thiết bị có mơ hình ta tính dịng sử dụng tồn hệ thống Để chọn pin dự phòng phù hợp ta cần tính tổng dịng hoạt động mơ hình : Arduino dòng 30mA Bộ phát 5mA 45 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Hồi Nam Cảm biến độ ẩm 10mA Năng lượng mạch sử dụng ngày: A= (30 + + 10) * 24 = 1080 mA.h Với pin dự phòng dung lượng 12000mA.h chọn mơ hình hoạt động liên tục 11 ngày 46 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Hoài Nam 4.10 Bảng vật tư Đơn giá Số Thành (VNĐ) lượng tiền Cái 86.000 172.000 Cái 135.000 135.000 Cái 28.000 28.000 STT Tên TB Đơn vị tính CB Contactor Ghi Sino (việt Nam) 16A, Rơ le trung gian 10A LS 220VAC 50Hz 12A Omron 220VAC chân 5A Arduino Cái 80.000 160.000 Timer 24H Cái 250.000 250.000 Cái 14.000 14.000 Modul 35.000 35.000 35.000 105.000 ON OFF MAIN\AUTO 70.000 140.000 5VDC Cảm biến độ ẩm đất Mạch thu phát RF 433Mhz Nút bấm Pin dự phòng Tự làm Panasonic 220 – 240VAC 50 – 60 hz 3ONEDATA 3.3 – 5V – 12 VDC 10 – 15mA 10m 10 Đèn báo Cái 30.000 60.000 220VAC 11 Tủ Cái 280.000 280.000 30 x 40 cm 12 Dây điện mét 4.000 10 40.000 Cadivi 1.5mm Tổng tiền 1.419.000 Bảng 4.1 Vật tư thiết bị 47 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Hoài Nam Chương 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 5.1 Ưu điểm Tắt mở động bơm nước theo thời gian Hệ thống sử dụng Timer 24h có độ bền thời gian đóng mở xác Có thể cài đặt thời gian theo ý muốn Thiết bị có cảm biến độ ẩm tự động tắt trời mưa độ ẩm đất cao Dễ lắp đặt sử dụng Vận hành đơn giản Có chế độ vận hành tay tự động Cảm biến độ ẩm đất không dây giúp di chuyển cảm biến đến vị trí khảo sát khác dễ dàng 5.2 Khuyết điểm Bộ cảm biến độ ẩm có giới hạn khoảng cách truyền (nhỏ 10m) Bộ cảm biến độ ẩm sử dụng nguồn dự phòng nên cần phải sạc hết pin Chỉ có khả bật tắt theo chỉnh bật tắt theo ngày Mất nguồn điện khơng thể hoạt động Có sẵn hệ thồng phun sương 5.3 Kết luận Tủ lắp đặt đáp ứng hệ thống bơm nước vườn long 2000m2 Ngoài việc đóng mở hệ thống bơm nước cho vườn long áp cho hệ thống bơm tự động khác tưới cho cà phê, cam,….Thời gian đóng mở cài đặt theo ý muốn Giúp tiết kiệm chi phí cho nơng dân Tuy nhiên hệ thống cần cải tiến thêm để tắt mở theo ngày tuần 48 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Hồi Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cổng Thơng Tin Điện Tử Bộ nông nghiệp Phát triển nông thôn https://www.mard.gov.vn/Pages/su-chuyen-dich-co-cau-lao-dong-nongthon-theo-huong-giam-ty-trong-lao-dong-nganh-nong-nghiep-tang .aspx [2] VTV Xuất long sơi động trở lại https://vtv.vn/kinhte/xuat-khau-thanh-long-dang-soi-dong-tro-lai-20181009135817873.htm [3] Truyền hình Đồng Tháp Tưới long tiết kiệm nước https://www.youtube.com/watch?v=7ydnTKfrl0g&t=256s [4] NHABEARGI Công nghệ tưới nhỏ giọt long https://nhabeagri.com/cong-nghe-tuoi-nho-giot-cho-thanh-long/ [5] Tin môi trường Tưới nhỏ giọt cho long lượng mặt trời http://www.tinmoitruong.vn/khoa-hoc cong-nghe/tuoi-nho-giot-cho-thanhlong-bang-nang-luong-mat-troi_33_13904_1.html [6] Phát triển nông nghiệp bền vững Kỹ thuật trồng chăm sóc long ruột đỏ https://biosacotec.com/ky-thuat-trong-va-cham-socthanh-long-ruot-do.html [7] RANDOM NERD TUTORIALS https://randomnerdtutorials.com/rf433mhz-transmitter-receiver-module-with-arduino/ [8] EPEC Cấu tạo công dụng nguồn tổ ông http://dientucongsuat.net/arti-nguon-to-ong-la-gi-cau-tao-va-cong-dungcua-nguon-to-ong-ra-sao [9] Động Toàn Phát https://mayxaydungbinhduong.com/san- pham/motor-11kw-15hp-toan-phat.html Giáo trình khí cụ điện Đại Học Cơng Nghiệp TPHCM 49 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Hồi Nam LỜI CẢM ƠN Đề hồn thành khóa luận, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Phạm Quốc Nghiệp, tận tình hướng dẫn suốt khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô khoa Công nghệ Điện, Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM tận tình truyền đạt kiến thức năm qua Với kiến thức học không sở quan trọng để tơi hồn thành khóa luận mà cịn hành trang giúp tơi tự tin bước vào đời Ngồi ra, tơi gửi lời cảm ơn đến hội đồng duyệt dành thời gian để đánh giá luận văn Tôi mong hội đơng có đánh giá nhận xét để tơi rút kinh nghiệm học hỏi thêm nhiều kiến thức Cuối tơi kính chúc q thầy, cô dồi sức khỏe thành công nghiệp cao quý Xin chân thành cảm ơn! TP HCM, Ngày 02 Tháng 06 Năm 2019 Sinh viên thực Trần Hoài Nam 50