Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤCLỜI CẢM ƠNiLỜI CAM ĐOANiiDANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆUvDANH MỤC CÁC HÌNHviLỜI MỞ ĐẦU11. Tính cấp thiết của đề tài12. Lý do chọn đề tài23. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu34. Kết cấu đồ án4CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG51.1. Khái niệm hệ thống tự động51.2. Vị trí và tầm quan trọng của hệ thống tự động51.3. Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng.61.4. Một số hệ thống tưới cây tự động trên thị trường61.5. Các loại vòi tưới và van điện tử8CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG92.1. Vi điều khiển AT89S5292.1.1. Sơ đồ của vi điều khiển AT89S5292.1.2. Cấu trúc của vi điều khiển AT89S52112.1.3. Các bộ timer của AT89S52122.1.4. Điều khiển ngắt (INTERRUPT) của AT89S52132.2. Đồng hồ thời gian thực DS1307132.3. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm152.4. Màn hình LCD182.5. Rơ le (relay)202.6. Tụ điện212.7. Cuộn cảm222.8. Điện trở232.9. Điot24CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN253.1. Xây dựng bài toán263.2. Thiết kế mạch điều khiển283.2.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển tưới cây283.2.2. Các khối trong mạch293.2.2.1 Khối nguồn nuôi293.2.2.2 Khối giao tiếp Rơle 5V293.2.2.3 Khối giao tiếp LCD303.2.2.4 Khối cảm biến nhiệt độ và độ ẩm303.2.2.5 Khối giao tiếp I2C DS1307313.2.2.6 Khối nút bấm313.3.2. Mạch in323.3.3. Thiết kế phần mềm333.3.4. Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển.353.3.4. Mạch sau khi chạy mô phỏng bằng phần mềm Proteus.363.3.5. Mạch thực tế sau khi chạy thử36KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI38TÀI LIỆU THAM KHẢO39PHỤ LỤC40
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện tử LỜI CẢM ƠN Kính thưa quý thầy cô! Để có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô giáo trong trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian vừa qua Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Điện tử , đặc biệt là ThS Nguyễn Thị Minh Tâm – người đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Cuối cùng, em xin cảm ơn đến tất cả bạn bè, gia đình đã động viên và giúp đỡ em rất nhiều để em hoàn thành được công việc của mình Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên NGUYỄN DUY KHÁNH SV: Nguyễn Duy Khánh i Đồ án tốt nghiệp Lớp: Điện tử 2 – k7 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện tử LỜI CAM ĐOAN Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, em có tham khảo một số tài liệu liên quan đến hệ thông tưới cây tự động Em xin cam đoan đề tài này là do chính em thực hiện, các số liệu thu thập và kết quả phân tích trong đề tài là trung thực, đề tài không trùng với bất kỳ đề tài nghiên cứu khoa học nào Những thông tin tham khảo trong khóa luận đều được trích dẫn cụ thể nguồn sử dụng Ngày 15 tháng 4 năm 2016 Sinh viên Nguyễn Duy Khánh SV: Nguyễn Duy Khánh ii Đồ án tốt nghiệp Lớp: Điện tử 2 – k7 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện tử MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii LỜI MỞ ĐẦU 1 1 Tính cấp thiết của đề tài 1 2 Lý do chọn đề tài 2 3 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 3 4 Kết cấu đồ án 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 5 1.1.Khái niệm hệ thống tự động 5 1.2.Vị trí và tầm quan trọng của hệ thống tự động .5 1.3 Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng .6 1.4.Một số hệ thống tưới cây tự động trên thị trường 6 1.5 Các loại vòi tưới và van điện tử .8 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 9 2.1 Vi điều khiển AT89S52 9 2.1.1 Sơ đồ của vi điều khiển AT89S52 9 2.1.2 Cấu trúc của vi điều khiển AT89S52 11 2.1.3 Các bộ timer của AT89S52 12 2.1.4 Điều khiển ngắt (INTERRUPT) của AT89S52 13 2.2 Đồng hồ thời gian thực DS1307 13 2.3 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm 14 SV: Nguyễn Duy Khánh iii Đồ án tốt nghiệp Lớp: Điện tử 2 – k7 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện tử 2.4 Màn hình LCD 18 2.5 Rơ le (relay) 20 2.6 Tụ điện 21 2.7 Cuộn cảm .22 2.8 Điện trở 23 2.9 Điot 24 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 25 3.1 Xây dựng bài toán .26 3.2 Thiết kế mạch điều khiển 28 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển tưới cây 28 3.2.2 Các khối trong mạch 31 3.2.2.1 Khối nguồn nuôi 31 3.2.2.2 Khối giao tiếp Rơle 5V 31 3.2.2.3 Khối giao tiếp LCD 32 3.2.2.4 Khối cảm biến nhiệt độ và độ ẩm 32 3.2.2.5 Khối giao tiếp I2C DS1307 .33 3.2.2.6 Khối nút bấm 33 3.3.2 Mạch in 35 3.3.3 Thiết kế phần mềm 36 3.3.4 Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển 38 3.3.4 Mạch sau khi chạy mô phỏng bằng phần mềm Proteus 39 3.3.5 Mạch thực tế sau khi chạy thử .39 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 SV: Nguyễn Duy Khánh iv Đồ án tốt nghiệp Lớp: Điện tử 2 – k7 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện tử PHỤ LỤC .42 SV: Nguyễn Duy Khánh v Đồ án tốt nghiệp Lớp: Điện tử 2 – k7 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện tử DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Viết tắt MCU DC AC VĐK Viết đầy đủ tiếng Anh Microcontroller Unit Direct Current Alternating Current SV: Nguyễn Duy Khánh Viết đầy đủ tiếng Việt Bộ vi điều khiển Dòng điện một chiều Dòng điên xoay chiều Vi điều khiển vi Đồ án tốt nghiệp Lớp: Điện tử 2 – k7 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện tử DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Hệ thống tưới rau bằng điện thoại 7 Hình 1.2: Hệ thống tưới phun tự động đa năng 8 Hình 1.3: Các loại van điện tử 8 Hình 1.4: Các loại van tưới nước 8 Hình 2.1 : Sơ đồ chân của VĐK AT89S52 9 Hình 2.2 : Sơ đồ khối của VĐK AT89S52 10 Hình 2.3: Cấu tạo chip DS1307 13 Hình 2.4: Ghép nối DS1307 với VĐK 14 Hình 2.6: Sơ đồ kết nối vi điều khiển 15 Hình 2.7: Sơ đồ chân và kết nối LCD với VĐK 19 Hình 2.8: Rơ le 5V và sơ đồ các chân 20 Hình 2.9: Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ hóa 22 Hình 2.10 : Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ gốm 22 Hình 2.11: Ký hiệu và hình ảnh thực tế cuộn dây 23 Hình 2.13: Ký hiệu điện trở 23 Hình 2.14: Các loại điện trở có giá trị cố định 24 Hình 2.15: Điot .24 Hình 3.1 : Sơ đồ khối của mạch điều khiển .25 Hình 3.2: Sơ đồ mạch nguyên lý 30 Hình 3.3: Khối nguồn nuôi 31 Hình 3.4: Khối Rơle .32 Hình 3.5: Khối LCD 32 Hình 3.6: Khối cảm biến nhiệt độ và độ ẩm 32 SV: Nguyễn Duy Khánh vii Đồ án tốt nghiệp Lớp: Điện tử 2 – k7 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện tử Hình 3.7: Khối giao tiếp I2C DS1307 33 Hình 3.8: Khối nút nhấn .34 Hình 3.9: Mạch in sau khi thiết kế .35 Hình 3.10: Mạch in hiển thị dưới dạng 3D 36 Hình 3.11: Giao diện của phần mềm Keil 37 Hình 3.12 :Lưu đồ thuật toán hệ thống tưới cây tự động 38 Hình 3.13: Mạch sau khi chạy mô phỏng 39 Hình 3.14: Mạch thực tế sau khi thiết kế và chạy thử .40 SV: Nguyễn Duy Khánh viii Đồ án tốt nghiệp Lớp: Điện tử 2 – k7 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện tử LỜI MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài Nền nông nghiệp của nước ta hiện nay vẫn còn là nền nông nghiệp lạc hậu, ứng dụng khoa học kĩ thuật chưa được áp dụng nhiều vào thực tế Rất nhiều quy trình chăm sóc, kĩ thuật trồng trọt được tiến hành một cách chủ quan và không đảm bảo được đúng yêu cầu Có thể nói trong nông học ngoài chăm sóc, những kĩ thuật trồng trọt thì “tưới nước là một trong những khâu quan trọng nhất trong trồng trọt” “Hiện nay rau sạch đang là vấn đề được quan tâm hàng đầu khi trên thị trường rau quả, người tiêu dùng luôn phải đối mặt với các loại rau củ quả có sử dụng dư lượng thuốc trừ sâu, thuốc kích thích, vi khuẩn, hóa chất gây bệnh…bởi lẽ đằng sau đó là sự lo lắng về chất lượng, về sức khoẻ cho bản thân và gia đình Trước thực trạng đó, nhiều hộ gia đình đã áp dụng các phương pháp trồng rau sạch trong nhà, nhưng để chăm sóc được rau đảm bảo được các tiêu chuẩn về an toàn thì lại rất tốn thời gian và công sức.” Ngoài ra trên nhiều tuyến đường trong thành phố, chúng ta vẫn bắt gặp hình ảnh các xe chở nước tưới cây dọc đường gây ùn tắc, mất an toàn giao thông Mặt khác hiện nay nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa các thiết bị tự động hóa được đưa vào phục vụ thay thế sức lao động của con người Vì vậy thiết bị tưới cây đang được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo được áp dụng ngày càng nhiều vào thực tiễn “Thiết bị tưới cũng rất đa dạng về chủng loại (vòi phun sương, phun mưa, vòi nhỏ giọt bù áp, không bù áp, tưới nhỏ giọt ) có thông số khác nhau phục vụ cho các loại cây khác nhau được chế tạo từ nhiều nước như Hàn Quốc, Israel, Trung Quốc, Đài Loan , sẽ rất thuận tiện giúp cho người sử dụng lựa chọn sản phẩm phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình Việc tính toán SV: Nguyễn Duy Khánh 1 Đồ án tốt nghiệp Lớp: Điện tử 2 – k7 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện tử các thông số để lựa chọn thiết bị hệ thống tưới đáp ứng được nhu cầu tưới cho từng loại cây theo nông học và phù hợp điều kiện kinh tế, kỹ thuật cho hiệu quả cao là việc cần thiết cho việc phát triển trên diện rộng của hệ thống tưới này Hệ thống tưới phun đáp ứng độ ẩm không khí, độ ẩm gốc và độ ẩm lá cho cây trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm nước giúp tăng năng suất, tăng chất lượng sản phẩm, tạo điều kiện cho cây trồng hấp thu dinh dưỡng không gây rửa trôi, không gây ô nhiễm môi trường, thoái hóa đất Hệ thống tưới nước tự động có thể kết hợp với phun thuốc hóa học, bón phân Hơn thế nữa, với việc thiết kế một hệ thống tưới cây tự động sẽ giúp cho chúng ta tiết kiệm thời gian tưới cây, tiết kiệm chi phí nhân công tưới nước và không cần phải giám sát thời gian tưới cây Với hệ thống này, việc tưới cây sẽ là tự động tùy theo nhiệt độ thời tiết nắng hay mưa, độ ẩm cao hay thấp, mùa nào trong năm…Tất cả các điều kiện đó sẽ được đưa vào hệ thống tính toán và đưa ra thời gian chính xác để bơm nước Người lao động sẽ không cần phải quan tâm đến việc tưới cây, cây sẽ được sinh trưởng và phát triển tốt hơn nhờ việc tưới cây phù hợp và chính xác hơn Vì vậy việc thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển tưới nước có ý nghĩa rất quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ độ ẩm, kiểm soát tỷ lệ các chất dinh dưỡng cũng như nồng độ các chất bảo vệ thực vật phun tới cây rau để đảm bảo cây sinh trưởng và phát triển bình thường, tưới đúng và tưới đủ theo yêu cầu nông học của cây trồng sẽ không sinh sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an toàn, đạt năng suất, hiệu quả cao.” (Forum nông học 2013) 2 Lý do chọn đề tài Hệ thống tưới tự động (tưới nhỏ giọt, phun sương…) là hệ thống thiết bị tưới tốt nhất đáp ứng theo yêu cầu sinh trưởng cây trồng đang được ứng dụng rộng trên các nước phát triển Hệ thống tưới nước tự động là một hình thức tưới nước hợp lý, tiết kiệm sức lao động và chi phí nhân công Vốn đã rất phổ biến từ SV: Nguyễn Duy Khánh 2 Đồ án tốt nghiệp Lớp: Điện tử 2 – k7 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện tử { LCD_Puts("Che Do:>Thu Cong"); } LCD_SendCommand(0x90); LCD_Puts("Tmax:"); LCD_PutChar(t_max/10+0x30); LCD_PutChar(t_max%10+0x30); LCD_Puts(" "); LCD_SendCommand(0xD0); if(ON4==1) { LCD_Puts("Hmax:"); LCD_PutChar(h_max/10+0x30); LCD_PutChar(h_max%10+0x30); LCD_Puts(" "); } else { LCD_Puts("ChuKy:"); LCD_PutChar(cycle/10+0x30); LCD_PutChar(cycle%10+0x30); LCD_Puts(" "); } } void lam_mat() { if(ON4==0) { SV: Nguyễn Duy Khánh 54 Đồ án tốt nghiệp Lớp: Điện tử 2 – k7 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện tử LCD_SendCommand(0x80); LCD_Puts(" Lam Mat "); LCD_SendCommand(0xC0); LCD_Puts("Doam"); LCD_PutChar(Date/10+0x30); LCD_PutChar(Date%10+0x30); LCD_PutChar('/'); LCD_PutChar(Month/10+0x30); LCD_PutChar(Month%10+0x30); SV: Nguyễn Duy Khánh 60 Đồ án tốt nghiệp Lớp: Điện tử 2 – k7 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện tử LCD_PutChar('/'); LCD_PutChar(Year/10+0x30); LCD_PutChar(Year%10+0x30); LCD_Puts(" "); LCD_SendCommand(0xD0); LCD_Puts(" "); break; case 4: LCD_SendCommand(0x90); LCD_Puts(Days[Day-1]); LCD_Puts(" "); LCD_PutChar(Date/10+0x30); LCD_PutChar(Date%10+0x30); LCD_PutChar('/'); LCD_Puts(">"); LCD_PutChar(Month/10+0x30); LCD_PutChar(Month%10+0x30); LCD_PutChar('/'); LCD_PutChar(Year/10+0x30); LCD_PutChar(Year%10+0x30); LCD_Puts(" "); LCD_SendCommand(0xD0); LCD_Puts(" "); break; case 5: LCD_SendCommand(0x90); LCD_Puts(Days[Day-1]); LCD_Puts(" "); SV: Nguyễn Duy Khánh 61 Đồ án tốt nghiệp Lớp: Điện tử 2 – k7 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện tử LCD_PutChar(Date/10+0x30); LCD_PutChar(Date%10+0x30); LCD_PutChar('/'); LCD_PutChar(Month/10+0x30); LCD_PutChar(Month%10+0x30); LCD_PutChar('/'); LCD_Puts(">"); LCD_PutChar(Year/10+0x30); LCD_PutChar(Year%10+0x30); LCD_Puts(" "); LCD_SendCommand(0xD0); LCD_Puts(" "); break; } */ } void update_time() { Ds1307_Read_Time(&Hour, &Minute, &Second, &Mode); Ds1307_Read_Date(&Day, &Date, &Month, &Year); Hour=Hour+zhour; Minute=Minute+zmin; Day=Day+zday; Date=Date+zdate; Month=Month+zmonth; Year=Year+zyrs; } void main_display() { SV: Nguyễn Duy Khánh 62 Đồ án tốt nghiệp Lớp: Điện tử 2 – k7 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện tử LCD_SendCommand(0x80); LCD_Gotoxy(1,1); LCD_Puts(Days[Day-1]); LCD_PutChar(' '); LCD_PutChar(Date/10+0x30); LCD_PutChar(Date%10+0x30); LCD_PutChar('/'); LCD_PutChar(Month/10+0x30); LCD_PutChar(Month%10+0x30); LCD_PutChar('/'); LCD_PutChar(Year/10+0x30); LCD_PutChar(Year%10+0x30); LCD_Puts(" "); LCD_SendCommand(0xC0); if(old_second != Second) { old_second = Second; LCD_PutChar(Hour/10+0x30); LCD_PutChar(Hour%10+0x30); LCD_PutChar(':'); LCD_PutChar(Minute/10+0x30); LCD_PutChar(Minute%10+0x30); LCD_PutChar(':'); LCD_PutChar(Second/10+0x30); LCD_PutChar(Second%10+0x30); LCD_Puts(" "); } if(DHT_GetTemHumi(&dht_nhiet_do,&dht_do_am)) SV: Nguyễn Duy Khánh 63 Đồ án tốt nghiệp Lớp: Điện tử 2 – k7 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện tử { LCD_SendCommand(0x90); sprintf(str,"Do Am :%u%% ",(uint16_t)dht_do_am); LCD_Puts(str); LCD_SendCommand(0xD0); sprintf(str,"Nhiet Do: %uoC ",(uint16_t)dht_nhiet_do); LCD_Puts(str); } } int timebom(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char z,unsigned char a,unsigned char b,unsigned char c) { if(dht_do_am