BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH MÁY GIEO LÚA ĐIỀU KHIỂN TỪ XA Họ tên sinh viên: LÊ KƠNG CHÍ Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Niên khóa: 2008 - 2012 Tháng 06 năm 2012   MƠ HÌNH MÁY GIEO LÚA ĐIỀU KHIỂN TỪ XA Tác giả LÊ KƠNG CHÍ Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp kỹ sư ngành Điều Khiển Tự Động Giáo viên hướng dẫn: Th.S LÊ VĂN BẠN Tháng 06 năm 2012 i      LỜI CẢM TẠ Để đạt kết ngày hôm nay, xin cảm ơn cha mẹ sinh ra, ni dưỡng, chăm sóc, động viên, thương yêu chỗ dựa vững cho suốt năm học vừa qua Sau đó, em xin gởi lời cảm ơn đến quý thầy cô trường đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh nói chung tồn thể thầy Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ nói riêng tận tình dạy dỗ truyền đạt cho em kiến thức cần thiết suốt năm theo học trường Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Th.S Lê Văn Bạn – Trưởng môn Điều Khiển Tự Động trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn em suốt trình thực đề tài Cuối cùng, xin cảm ơn bạn tập thể lớp DH08TD giúp đỡ suốt năm học vừa qua thời gian thực khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012 Sinh viên thực LÊ KƠNG CHÍ ii      TĨM TẮT Với phát triển nhanh chóng trình độ khoa học kỹ thuật nhiều loại máy móc đại chế tạo phục vụ cho việc giới hóa nơng nghiệp như: máy gặt đập liên hợp, máy phun thuốc,…, nhằm đại hóa hoạt động sản xuất nơng nghiệp, tăng suất, giảm chi phí sản xuất, giảm thiểu lao động chân tay cho người nông dân Xuất phát từ vấn đề nêu trên, em thực khóa luận với nội dung “ MƠ HÌNH MÁY GIEO LÚA ĐIỀU KHIỂN TỪ XA”, nghiên cứu vấn đề khoa học – kỹ thuật sở ứng dụng kiến thức tích lũy năm học trường Đề tài thực Phòng thực tập Bộ môn Điều Khiển Tự Động, Trường Đại Học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh, khoảng thời gian từ ngày 20/03/2012 – 10/06/2012 Bao gồm phần sau:  Nghiên cứu máy gieo có thực tế  Tìm hiểu nâng cấp máy gieo sạ có: sử dụng vi điều khiển PIC để thiết kế mạch điều khiển thay cho động RC servo đóng ngắt tiếp điểm khí từ xa  Thiết kế mạch điều khiển từ xa: với tính thay đổi tốc độ, rẽ trái phải  Vận hành chạy thử Đạt số kết sau:  Số hàng gieo được: hàng  Bề rộng hàng: – cm  Khoảng cách hàng: 11.5 cm  Mật độ hạt: 11 hạt  Vận tốc: 0.60 m/s Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực Th.S Lê Văn Bạn Lê Kơng Chí iii      MỤC LỤC Trang Trang tựa i Lời cảm tạ ii Tóm tắt iii Mục lục iv Danh sách chữ viết tắt vii Danh sách hình viii Danh sách bảng x Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Giới hạn đề tài Chương 2: TRA CỨU TÀI LIỆU 2.1 Máy gieo sạ thực tế 2.2 Bộ điều khiển từ xa 2.4Ghz 6Ch Transmitter 2.2.1 Cấu tạo 2.2.2 Nguyên lý hoạt động 2.3 Bộ nhận Channel Receiver 2.3.1 Cấu tạo 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 2.4 Vi điều khiển PIC 16F887 2.4.1 Phạm vi ứng dụng 2.4.2 Cấu trúc chức 2.4.2.1 Các cổng xuất nhập PIC 16F887 2.4.2.2 Các Timer đếm định thời 11 2.4.2.3 Khối chức CCP 14 iv      2.4.2.4 Giao tiếp EUSART 18 2.5 IC L298N 22 2.5.1 Phạm vi ứng dụng 22 2.5.2 Cấu trúc chức 22 2.5.3 Nguyên lý hoạt động 24 2.6 IC KA7805 25 2.7 IC 74LS08 25 2.8 Động DC 12V 26 2.8.1 Phạm vi ứng dụng 26 2.8.2 Cấu tạo 27 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN 28 3.1 Địa điểm thời gian thực đề tài 28 3.1.1 Địa điểm 28 3.1.2 Thời gian 28 3.2 Phương pháp nghiên cứu phần khí 28 3.3 Phương pháp nghiên cứu phần điện – động lực 28 3.4 Phương pháp nghiên cứu phần mềm 28 3.5 Phương tiện thực 29 Chương 4: THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 30 4.1 Khảo sát nghiên cứu mơ hình máy gieo sạ lúa có 30 4.1.1 Tổng quan mơ hình máy 30 4.1.2 Nguyên lý hoạt động 32 4.2 Thiết kế phần điện – động lực 33 4.2.1 Sơ đồ khối 33 4.2.2 Các khối chức mạch điều khiển 33 4.2.2.1 Khối phát nhận tín hiệu 33 v      4.2.2.2 Khối xử lý tín hiệu điều khiển 36 4.2.2.3 Khối động lực 38 4.2.2.4 Khối mạch nguồn 39 4.2.2.5 Sơ đồ mạch điều khiển tổng hợp 40 4.3 Thiết kế chương trình điều khiển 41 4.3.1 Lưu đồ giải thuật điều khiển 41 4.3.2 Chương trình điều khiển 43 4.4 Nguyên tắc trình điều khiển 43 Chương 5: KẾT QUẢ 46 5.1 Kết đạt 46 5.1.1 Mạch điều khiển 46 5.1.2 Sơ đồ cấu tạo máy sau hoàn thành 47 5.2 Kiểm tra chạy thử 48 5.2.1 Kiểm tra 48 5.2.2 Chạy thử nghiệm máy 49 5.3 Khảo nghiệm thực tế 50 5.3.1 Kết 52 5.3.2 Nhận xét 52 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 53 6.1 Kết luận 53 6.2 Đề nghị 53 6.3 Hạn chế 53 6.4 Phương án khắc phục 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC vi      DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT PIC Programable Intelligent Computer RISC Reduced Instructions Set Computer CPU Central Processing Units I/O Input/Output ROM Read Only Memory EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory RAM Random Access Memory ADC Analog Digital Converter SFR Special Function Register PWM Pulse Width Modulation I2C Inter Intergrated Circuit SPI Serial Peripheral Interface SSP System Service Processor USART Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter PSP Parallel Slave Port CCP Capture/Compare/Pwm EUSART Enhanced Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter SCI Serial Communication Interface TSR Transmit Shift Register RSR Receiver Shift Register IC Integrated Circuit DC Direct Current TTL Transistor-Transistor Logic MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor vii      DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1: Dụng cụ gieo sạ huyện Long Mỹ – Cần Thơ Hình 2.2: Bộ điều khiển 2.4Ghz 6Ch Transmitter Hình 2.3: Mặt sau điều khiển Hình 2.4: Bộ nhận Channel Receiver Hình 2.5: PIC 16F887 PDIP 40 chân Hình 2.6: Sơ đồ khối PIC 16F887 Hình 2.7: Sơ đồ khối timer 11 Hình 2.8: Sơ đồ khối timer 12 Hình 2.9: Sơ đồ khối timer 14 Hình 2.10: Sơ đồ khối chế độ capture 15 Hình 2.11: Sơ đồ khối chế độ compare 16 Hình 2.12: Sơ đồ khối chế độ PWM 17 Hình 2.13: Giản đồ xung điều chế PWM 18 Hình 2.14: Sơ đồ khối truyền liệu EUSART 19 Hình 2.15: Sơ đồ khối nhận liệu EUSART 21 Hình 2.16: Sơ đồ chân L298N 22 Hình 2.17: Sơ đồ khối L298N 23 Hình 2.18: Sơ đồ khối 1/2 L298N 24 Hình 2.19: Sơ đồ chân IC KA7805 25 Hình 2.20: Sơ đồ chân 74LS08 25 Hình 2.21: Bảng chân trị cổng AND 26 Hình 2.22: Động DC 12V 26 Hình 4.1: Cấu tạo chung máy gieo sạ 31 Hình 4.2: Máy gieo sạ nhìn từ trước 32 Hình 4.3: Sơ đồ khối mạch điều khiển 33 Hình 4.4: Bộ phát 2.4Ghz 4Ch Transmitter 34 viii      Hình 4.5: Mặt sau điều khiển 34 Hình 4.6: Sơ đồ kênh phát 2.4Ghz 4Ch Transmitter 35 Hình 4.7: Các kênh sử dụng nhận Channel Receiver 35 Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý tín hiệu 36 Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý khối động lực 38 Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn +5V 39 Hình 4.11: Mạch nguyên lý tổng hợp 40 Hình 4.12: Lưu đồ giải thuật vi điều khiển 41 Hình 4.13: Lưu đồ giải thuật vi điều khiển 42 Hình 4.14: Chương trình Mikro Pro for PIC V4.60 43 Hình 4.15: Cơng tắt ON/OFF mơ hình 44 Hình 4.16: Điều khiển kênh để thay đổi tốc độ 44 Hình 4.17: Điều khiển kênh để rẽ trái phải 45 Hình 5.1: Sơ đồ thiết kế mạch in layout 46 Hình 5.2: Sơ đồ mạch điều khiển thực tế 47 Hình 5.3: Mơ hình máy sau hồn thành 47 Hình 5.4: Lúa giống cho vào trống gieo 50 Hình 5.5: Lúa gieo 51 Hình 5.6: Lúa gieo thành hàng 51 ix      Hình 5.2: Sơ đồ mạch điều khiển thực tế 1: Vi điều khiển 2: Vi điều khiển 3: Khối nguồn 4: IC 74LS08 5: Ic tích hợp cầu H L298 6: Domino động bên trái 7: Domino động bên phải 5.1.2 Sơ đồ cấu tạo máy sau hoàn thành                 Hình 5.3 Mơ hình máy sau hoàn thành 47      5.2 Kiểm tra chạy thử 5.2.1 Kiểm tra Khi hoàn thành việc lắp linh kiện vào mạch in, tiến hành chạy thử chỗ để kiểm tra vận tốc máy, độ ổn định tín hiệu điều khiển Mơ tả thí nghiệm:  Dụng cụ: máy tính, đồng hồ bấm giờ, bình acqui 12V  Cách tiến hành: cho máy chạy chỗ khơng tải Tính thời gian bánh xe quay 10 vòng ứng với cấp độ điều khiển vận tốc max Từ ta xác định vận tốc sơ máy thông qua công thức V = S/t Nhận xét: máy chạy tương đối ổn định bán kính điều khiển 1-10m Vận tốc khoảng 0.50 – 0.52 m/s, vận tốc max 0.95 – 0.97 m/s Vận tốc trung bình đạt 0.74 m/s Với khoảng cách điều khiển khác ta thu kết sau: Khoảng cách điều Vận tốc (m/s) Thứ tự Max 0.96 khiển (m) Min 0.52 0.51 0.96 0.51 0.97 0.52 0.96 0.51 0.96 0.52 0.95 0.52 0.96 0.51 0.96 0.50 0.95 Bảng 5.1: Kết thử nghiệm chỗ 48    10   5.2.2 Chạy thử nghiệm máy Sau hoàn thành mạch điều khiển, ta tiến hành chạy thử nghiệm mơ hình máy để lấy kết so sánh  Dụng cụ: máy tính, đồng hồ bấm giờ, thước dây, bình acqui 12V  Cánh tiến hành: cho máy chạy đoạn đường thẳng cố định, sử dụng đồng hồ bấm tính thời gian được, sau xác định vận tốc max Nhận xét: với kết đạt ta thấy chạy đường có ma sát nên vận tốc giảm so với khảo sát chỗ Vận tốc khoảng từ 0.38 – 0.48 m/s, chạy chế độ khoảng cách điều khiển có ảnh hưởng đến tốc độ, khoảng cách điều khiển xa vận tốc giảm Vận tốc max tương đối ổn định khoảng 0.89 – 0.92 m/s Ngoài với thiết kế phần cứng mơ hình máy gieo chưa ổn định nên ảnh hưởng đến hướng vận tốc mơ hình máy Ta có bảng kết sau: Thứ tự Chiều dài đường (m) Vận tốc (m/s) Min Max 0.48 0.91 0.45 0.89 0.49 0.92 0.44 0.89 0.46 0.90 0.46 0.90 0.46 0.90 0.47 0.90 0.44 0.90 10 0.38 0.90 0.39 0.89 0.40 0.89 11 12 25 25 25 25 Bảng 5.2: Kết thử nghiệm sơ 49    Khoảng cách điều khiển (m) 15 30   5.3 Khảo nghiệm thực tế  Mục đích khảo nghiệm: sau có mơ hình máy hồn thiện, ta tiến hành khảo nghiệm lấy kết quả, để kiểm tra so sánh với thông số kĩ thuật thiết kế ban đầu, tìm nguyên nhân sai lệch khắc phục  Cách tiến hành:  Dụng cụ: máy tính, đồng hồ bấm giờ, thước dây, thước thanh, bình acqui 12V  Chuẩn bị 5kg lúa, ngâm lúa nước khoảng 24 sau ủ tiếp 36 để lúa nứt mộng  Cho lúa nứt mộng vào trống gieo sau tiến hành gieo  Lần lượt xác định kết quả: Vận tốc: chiều dài quảng đường thời gian hết quảng đường đó, v=s/t Bề rộng hàng sau gieo dùng thước xác định Khoảng cách hàng dùng thước xác định Mật độ hàng số hạt nằm đoạn 100 mm Số hàng gieo Hình 5.4: Lúa giống cho vào trống gieo 50      Hình 5.5: Lúa gieo Hình 5.6: Lúa gieo thành hàng 51      5.3.1 Kết Sau khảo nghiệm ta kết sau:  Ngày khảo nghiệm: 11/06/2012  Địa điểm: quận Thủ Đức, Tp Hồ Chí Minh  Người khảo nghiệm: Lê Kơng Chí Thứ tự Vận tốc Bề rộng Khoảng cách Mật độ lần chạy ( m/s) hàng (cm) hàng (cm) hạt ( hạt) 0.61 11.5 10 0.59 4.5 11 0.60 12 12 0.60 4.5 11.5 10 0.61 12 11 0.59 11.5 13 0.61 12 0.60 11 10 0.60 4.5 11.5 12 10 0.61 4.5 12 TB 0.60 4.5 11.5 11 Số hàng Bảng5.3: Kết khảo nghiệm 5.3.2 Nhận xét Vận tốc làm việc máy tương đối ổn định trung bình khoảng 0.60 m/s Số hàng gieo hàng, thiết kế ban đầu máy Bề rộng hàng thay đổi khoảng - cm Khoảng cách trung bình hàng gieo 11.5 cm Mật độ hạt trung bình 11 hạt 52      Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 6.1 Kết luận Sau thời gian nghiên cứu thực đề tài, đề tài hoàn thành với nhiệm vụ đề sau:  Phần khí: mơ hình máy gieo tương đối thẳng đều, đảm bảo thông số thiết kế ban đầu như: số hàng gieo hàng lỗ dày, hàng lỗ thưa, khoảng cách hàng nhau, hai động hoạt động tương đối ổn định  Phần điện tử: mạch điện hoạt động tốt, phát nhận tín hiệu giao tiếp với mạch điện ổn định, tượng bị nhiễu  Kết quả: Số hàng gieo được: hàng Bề rộng hàng: – cm Khoảng cách hàng: 11.5 cm Mật độ hạt: 11 hạt Vận tốc: 0.60 m/s 6.2 Đề nghị Nếu có điều kiện tốt thời gian thực nhiều hơn, đề tài nên cho chạy thực tế đồng ruộng để kiểm tra mơ hình máy gieo sạ có đáp ứng yêu cầu thiết kế có bị trượt bề mặt ruộng thực tế hay không 6.3 Hạn chế Mơ hình máy gieo sạ lúa điều khiển từ xa hoàn thành thu số kết tốt Tuy nhiên số hạn chế sau: Đây hệ thống chạy điện acqui ảnh hưởng đến thời gian hoạt động mơ hình Thể tích trống gieo giới hạn nên cần có thời gian để nạp liệu 53      Mơ hình máy gieo gồm có trống gieo nên muốn thay đổi diện tích làm việc cần phải thay đổi phần khí Trong mạch điều khiển với cầu H nên sử dụng MOSFET thay cho IC L298N để sử nguồn áp linh động 6.4 Phương án khắc phục Sử dụng pin lượng mặt trời thay cho nguồn acqui Thiết kế thêm phần điều khiển gieo ngưng gieo 54      TÀI LIỆU THAM KHẢO Dương Minh Trí, 1998 Sơ đồ chân linh kiện bán dẫn Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Lê Văn Bạn Bài giảng thiết kế mạch điều khiển Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM Nguyễn Tấn Phước, 2008 Linh kiện điện tử Nhà xuất Hồng Đức Nguyễn Cao Trí, 2011 Xây dựng mơ hình gieo sạ lúa điều khiển từ xa Tiểu luận tốt nghiệp Trường Đại Học Nông Lâm Nguyễn Quốc Tuấn, 2011 Điều khiển từ xa mơ hình máy gieo sạ lúa Tiểu luận tốt nghiệp Trường Đại Học Nông Lâm Tài liệu tham khảo từ Internet: www.dientuvietnam.net www.alldatasheet.com www.micro-examples.com www.mycoolheli.com  55      PHỤ LỤC Phụ lục: chương trình cho hai vi điều khiển  Vi điều khiển 1: int xung,xung1,xung2; long kt=0; char check1,check2,check3,check4,xungl,xungh; void main() { ANSEL = 0; // Configure AN pins as digital ANSELH = 0; C1ON_bit = 0; // Disable comparators C2ON_bit = 0; TRISD=255; // PortD is input PORTD=0; TRISC=0; // PortC is output PORTC=0; T1CON = 0B00110001; TMR1H = 0x00; // Timer1 settings // Initialize Timer1 register TMR1L = 0x00; OPTION_REG = 0B10000011; // Timer0 settings TMR0 = 0; UART1_Init(9600); Delay_ms(100); // Initialize UART module at 9600 bps // delay 100ms 56      while (1) // Endless loop { if (RD0_bit&&!check1) { TMR1H=0; TMR1L=0; check1=1; kt=0; } if (RD1_bit&&!check3) { TMR0 = 0; check3=1; kt=0; } if (!RD0_bit&&check1) { xungl=TMR1L; xungh=TMR1H; check1=0; check2=0; } if (!RD1_bit&&check3) { xung2 = TMR0; check3 = 0; check4 = 0; } 57      if ((!check4) && (!check2)) { xung=xungh*256+xungl; xung1=xung/2; if (xung1>255) xung1=255; Uart1_Write(xung1); // Goi du lieu luu bien i thong qua USART delay_ms(2); Uart1_Write(xung2); check2=1; check4=1; } if (!RD0_bit&&!RD1_bit)kt++; if (kt>30000) { Uart1_Write(0); delay_ms(2); Uart1_Write(0); RC4_bit=1; while(!RD0_bit&&!RD1_bit); RC4_bit=0; } } } 58       Vi điều khiển 2: int xung1,xung2,y1,y2,y3,y4; void main() { ANSEL = 0; // Configure AN pins as digital ANSELH = 0; C1ON_bit = 0; // Disable comparators C2ON_bit = 0; RC1_bit = 0; // pin RC1/CCP2 to RC2_bit = 0; // pin RC2/CCP1 to PWM1_Init(5000); // Initialize PWM1 module at 5KHz PWM2_Init(5000); // Initialize PWM2 module at 5KHz PWM1_Start(); // start PWM1 PWM2_Start(); // start PWM2 UART1_Init(9600); Delay_ms(100); TRISD=0; // Initialize UART module at 9600 bps // Delay 100ms // PortD as output RD0_bit=1; RD2_bit=1; RD1_Bit=0; RD3_bit=0; while (1) // Vong lap vo tan { 59      while(!Uart1_Data_Ready()); xung1 = Uart1_Read(); // Doc du lieu nhan duoc while(!Uart1_Data_Ready()); xung2 = Uart1_Read(); // Doc du lieu nhan duoc if (xung1!=0&&xung2!=0) { y1 = 7.5*xung1-675; y2 = 300-6*xung2+420; if (y1255) y2=255; if (y1