BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP TRẠM THEO DÕI ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT TRONG NHÀ LƯỚI Sinh viên thực : NGUYỄN MINH LONG Nghành : ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Niên khóa : 2007 – 2011 Tháng 06/ 2011 TRẠM THEO DÕI ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT TRONG NHÀ LƯỚI TÁC GIẢ NGUYỄN MINH LONG Khóa luận đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu cấp kỹ sư nghành Điều Khiển Tự Động Giáo viên hướng dẫn : Th.S Lê Văn Phận Tháng 06 năm 2011 i LỜI CẢM ƠN Để hồn thành khóa luận tốt nghiệp xin cảm ơn công lao sinh thành, dạy bảo tất điều tốt đẹp mà bố mẹ dành cho con, cho có ngày hơm Em xin chân thành cảm ơn đến tất thầy cô dạy bảo, cho em kiến thức làm tiền đề cho việc hoàn thành luận văn tiếp đến có đủ điều kiện kiến thức tự tin làm việc Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp em xin chân thành cảm ơn đến thầy LÊ VĂN PHẬN Thầy tận tình hướng dẫn vấn đề mấu chốt để thực tốt khóa luận tốt nghiệp Một lần em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy LÊ VĂN PHẬN Và để hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp, xin cảm ơn đến bạn lớp DH07TD người học tập, vui chơi chia sẻ niềm vui nỗi buồn suốt năm học nơi Khi hồn thành khóa luận tốt nghiệp lúc phải chia tay, để người phương trời tiếp tục theo đuổi ước mơ riêng Và khơng qn cảm ơn trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM Nơi cho sống học tập biết sinh viên, sống đầy màu sắc Và nơi nơi ươm mầm dự định, ước mơ tương lai TP.HCM, tháng 06 năm 2011 Sinh viên thực NGUYỄN MINH LONG ii TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu : TRẠM THEO DÕI ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT TRONG NHÀ LƯỚI Ngày u cầu cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước đặt theo nhu cầu tất yếu thời kỳ Và đất nước nơng Việt Nam, nhu cầu cấp thiết đưa công nghệ khoa học tiên tiến vào sản xuất trồng trọt quan trọng để tăng suất trồng nông nghiệp.Và điều quan trọng giám sát, đo lường điều khiển thông số quan trọng trồng trọt nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng Từ xưa đến công việc làm thủ công, nhiều sức lao động mà lại không hiệu Nay xin đưa mơ hình :" TRẠM THEO DÕI ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT TRONG NHÀ LƯỚI " Dĩ nhiên muốn làm điều cần phải có chương trình phần mềm phù hợp, giới hạn đề tài thực chương trình phù hợp phần cứng để thu thập thông số độ ẩm đất  Các kết đạt :  Đã chế tạo thành công máy đo độ ẩm đất có giới hạn với dãy đo : độ ẩm từ 0% đến 45%  Trong đó, kết hiển thị lên hình LCD Vi xử lí ứng dụng để thiết kế mạch đo có tốc độ xử lí nhanh  Phần mềm hoạt động ổn định, kết đo hiển thị nhanh lên hình iii MỤC LỤC Trang tựa i Lời cảm ơn .ii Mục lục iv Danh sách hình vii Danh sách bảng ix CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đich tiểu luận 1.2.1 Mục đích chung 1.2.2 Mục đích cụ thể 1.3 Giới hạn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 Tìm hiểu tổng quan độ ẩm đất 2.1.1 Tính toán độ ẩm đất theo lý thuyết 2.2 Phương pháp xác định độ ẩm đất 2.2.1 Dùng tủ sấy phòng thí nghiệm 2.2.2 Dùng sóng microwave phòng thí nghiệm 2.3 Một số mẫu máy đo độ ẩm tham khảo 2.3.1 Máy đo độ ẩm đất PMS -714 LUTRON 2.3.2 Máy đo độ ẩm đất TDR 100 2.3.3 Máy đo độ ẩm đất Trident T -90 2.4 Tra cứu linh kiện phục vụ đề tài 2.4.1 Vi điều khiển PIC 16F877A 2.4.2 Cảm biến độ ẩm đất SMS - BTA 16 iv 2.4.3 Tra cứu MAX 232 18 2.4.4 Tra cứu LM 7805 18 2.4.5 Màn hình hiển thị LCD 19 2.5 Tìm hiểu phần mềm CCS C lập trình cho vi điều khiển 21 2.6 Mạch nạp cho vi xử lý 23 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 3.1 Thời gian địa điểm nghiên cứu đề tài 26 3.1.1 Địa điểm tiến hành đề tài 26 3.1.2 Phân bố thời gian tiến hành đề tài 26 3.2 Đối tượng thiết bị nghiên cứu 27 3.2.1 Đối tượng nghiên cứu 27 3.2.2.Thiết bị nghiên cứu 27 3.3 Phương pháp thực đề tài 27 3.3.1 Lựa chọn phương pháp thiết kế hệ thống đo lường 27 3.3.2 Phương pháp thực phần khí 28 3.3.3 Phương pháp thực phần điện- điện tử 28 3.3.4 Phương pháp thực phần mềm 28 3.4 Phương tiện thực đề tài …… 28 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 4.1 Thiết kế máy đo độ ẩm 29 4.1.1 Thiết kế mơ hình máy 29 4.1.2 Chọn vật liệu chế tạo chi tiết máy 30 4.2 Thực phần khí 30 4.2.1 Chế tạo hộp điều khiển 30 4.3.Thực phần điện tử 31 4.3.1 Mạch nguồn 31 v 4.3.2 Mạch kết nối chống nhiễu cho cảm biến 31 4.3.3 Mạch giao tiếp máy tính 32 4.3.4 Mạch tổng hợp 33 4.4 Thực phần mềm 34 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 35 4.4.2 Viết chương trình cho vi điều khiển 35 4.4.3 Giao diện hiển thị máy tính Visual Basic 6.0 36 4.5 Kiểm tra chạy thử hoàn thành hệ thống 36 4.5.1 Kiểm tra máy 36 4.5.2 Thử nghiệm máy 37 4.6 Khảo nghiệm trình đo độ ẩm 39 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 41 5.1 Kết luận 42 5.2 Đề nghị 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO vi DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1 Máy đo độ ẩm PMS -714 LUTRON Hình 2.2 Máy đo độ ẩm đất TDR 100 Hình 2.3 Máy đo độ ẩm đất Trident T -90 Hình 2.4 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A Hình 2.5 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC 16F877A 10 Hình 2.6 Bộ nhớ chương trình PIC16F877A 10 Hình 2.7 Sơ đồ nhớ liệu PIC16F877A 11 Hình 2.8 Cảm biến độ ẩm đất SMS-BTA 26 Hình 2.9 Vùng hoạt động cảm biến 28 Hình 2.10 Sơ đồ chân Max 232 29 Hình 2.11 Sơ đồ chân LM7805 29 Hình 2.12 Sơ đồ khối LCD 30 Hình 2.13 Sơ đồ chân LCD 30 Hình 2.14 Giao diện phần mềm CCS C 31 Hình 2.15 Khai báo thư viện cho vi điều khiển 33 Hình 2.16 Sơ đồ mạch mạch nạp Falleaf PIC1 33 Hình 2.17 Mạch in phần mềm Falleaf PIC1 33 Hình 2.18 Hình mạch nạp Falleaf PIC1 33 Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống máy đo hiển thị kết 40 Hình 4.1 Máy đo độ ẩm 28 Hình 4.2 Cấu tạo hộp điều khiển 30 Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 30 Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến độ ẩm 31 Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp với máy tính 32 vii Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý mạch tổng hợp 33 Hình 4.7 Lưu đồ giải thuật 34 Hình 4.8 Giao diện hiển thị độ ẩm máy tính 36 Hình 4.9 Sơ đồ mạch điều khiển máy đo độ ẩm 37 Hình 4.10 Hệ thống máy hoàn chỉnh chạy thử nghiệm máy 38 Hình 4.11 Màn hình hiển thị chương trình điều khiển 38 Hình 4.12 Đồ thị thể độ ẩm máy theo lần 40 Hình 4.13 Đồ thị thể độ ẩm máy theo lần 41 viii DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1 Bảng sơ đồ chân LCD 16x2 21 ix 4.3.4 Mạch tổng hợp  Nguyên lí hoạt động : Khi tín hiệu điện áp từ cảm biến đưa chân vi điều khiển phải qua chuyển đổi ADC để chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu số Sau đó, vi điều khiển xử lí số liệu giá trị đo hiển thị lên LCD Để giao tiếp với máy tính ta dùng IC Max232, thực việc truyền nhận liệu vi điều khiển máy tính Cảm biến sử dụng cảm biến độ ẩm SMS – BTA Tín hiệu độ ẩm lấy từ cảm biến, chuyển đổi ADC tích hợp sẵn vi điều khiển PIC 16F877A có nhiệm vụ chuyển tín hiệu ngõ vào tương tự (điện áp) thành dạng mã số nhị phân tương ứng Trong đề tài này, sử dụng biến đổi ADC tích hợp sẵn vi điều khiển PIC loại PIC 16F877A Loại vi điều khiển tích hợp sẵn biến đổi tương tự sang số (ADC) với độ phân giải 10bit Ngồi ra, có dồn kênh với ngõ vào, ngõ vào dẫn riêng lẽ tới chuyển đổi ADC LCD sử dụng gồm dòng 16 cột, hiển thị kết đo 33 Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý mạch tổng hợp 4.4 Thực phần mềm Dựa vào mơ hình khí phần khảo sát sơ bộ, vi điều khiển đọc giá trị độ ẩm hiển thị LCD Vi điều khiển phải có chương trình nhận tín hiệu từ cảm biến, để có chương trình phải có lưu đồ giải thuật, lưu đồ giải thuật thực sau: 34 4.4.1 Lưu đồ giải thuật BẮT ĐẦU Khởi tạo LCD Khởi tạo ADC Đọc liệu cảm biến ADC Xử lý liệu điện áp - độ ẩm Hiển thị LCD Truyền liệu RS232 Hiển thị giao diện VB Kết thúc Hình 4.7 Lưu đồ giải thuật 4.4.2 Viết chương trình cho vi điều khiển  Chương trình viết phần mềm CCS C Compiler, dựa vào lưu đồ giải thuật thiết lập  Chương trình đo độ ẩm trình bày phần phụ lục 35 4.4.3 Giao diện hiển thị máy tính Visual Basic 6.0 Hình 4.8 Giao diện hiển thị độ ẩm máy tính Dữ liệu độ ẩm truyền từ vi xử lý qua MAX232 sau hiển thị qua giao diện máy tính 4.5 Kiểm tra chạy thử hoàn thành hệ thống 4.5.1 Kiểm tra máy  Phần điện tử Sau chế tạo xong mạch in tiến hành hàn linh kiện lắp ráp, kiểm tra Trong trình lắp ráp linh kiện lắp ráp đến đâu kiểm tra đến để tránh mạch in gặp cố Khi lắp ráp xong tồn mạch in tiến hành thử để kiểm tra độ ổn định, khả chống nhiễu, độ xác 36  Phần khí Khi chế tạo xong hộp điều khiển tiến hành lắp ráp mạch vào vỏ máy chạy thử cho máy tiến hành đo hiển thị xem kết có tính tốn chưa 4.5.2 Thử nghiệm máy  Một số hình ảnh hệ thống Hình 4.9 Sơ đồ mạch điều khiển máy đo độ ẩm 37 Hình 4.10 Hệ thống máy hồn chỉnh chạy thử nghiệm máy  Một số hình ảnh hiển thị lên LCD Hình 4.11 Màn hình hiển thị chương trình điều khiển 38 Quá trình tiến hành đo hiển thị gặp số vấn đề sau: giá trị sai lệch so với phần tính tốn, tín hiệu bị nhiễu Sau tìm hiểu lại nguyên nhân tiến hành sửa lại mạch sửa lại chương trình Kết khảo nghiệm tốt 4.6 Khảo nghiệm trình đo độ ẩm Trong trình khảo nghiệm ta so sánh giá trị độ ẩm đất theo kết mơ hình đo giá trị độ ẩm đất theo máy đo độ ẩm đất TH2O Soil Moisture Meter đo  Tiến hành đo lần : STT A1 10 11 12 51 42 51 73 56 53 43 53 54 56 58 51 TB B1 B2 B3 MÁY 52 52 51.67 16.8 18.2 14.3 43 42 42.33 13 14.4 13.9 51 52 51.33 16.2 16.5 16.4 70 71 71.33 25.2 25.7 27 57 57 56.67 20.2 19.7 17.8 54 54 53.67 19.7 14.2 19.9 44 45 44.00 16.1 15.1 12.2 54 54 53.67 15.7 17.1 18.1 54 54 54.00 17.9 15.9 17.3 56 56 56.00 18.7 17 23.6 59 59 58.67 19.8 19.2 20.4 51 52 51.33 18.1 14.1 17.3 Trung bình TB MÁY/TB CHUẨN A2 A3 TB CHUẨN 16.43 13.77 16.37 25.97 19.23 17.93 14.47 16.97 17.03 19.77 19.80 16.50 TB MÁY/TB CHUẨN 3.14 3.08 3.14 2.75 2.95 2.99 3.04 3.16 3.17 2.83 2.96 3.11 3.03 Ta thấy giá trị TB MÁY/TB CHUẨN qua lần đo có chênh lệch so với khơng đáng kể.Ta có đồ thị thể kết đo độ ẩm máy : 39 Hình 4.12 Đồ thị thể độ ẩm máy theo lần  Sau ta chỉnh sửa máy tiến hành đo lần : STT 10 11 12 L1 18 12 17 24 18 17 14 17 18 19 19 17 L2 18 13 17 24 19 18 15 18 18 19 20 17 L3 18 13 17 23 19 18 15 18 18 18 19 17 40 TB MÁY 18.00 12.67 17.00 23.67 18.67 17.67 14.67 17.67 18.00 18.67 19.33 17.00 TB CHUẨN 16.43 13.77 16.37 22.63 19.23 17.93 14.47 16.97 17.03 19.77 20.87 16.5 Ta có đồ thị thể kết đo độ ẩm máy : Hình 4.13 Đồ thị thể độ ẩm máy theo lần 41 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận  Sau thời gian thực khóa luận này, phần thực bao gồm : thiết kế mơ hình máy, chọn cảm biến độ ẩm, thiết kế mạch điều khiển, viết chương trình điều khiển, xử lí số liệu đo hiển thị kết lên hình LCD  Phần khí : thiết kế - chế tạo hộp điều khiển, độ ổn định kết cấu khí tốt  Phần điện tử: board mạch giao tiếp tốt, khả chống nhiễu cao, hoạt động ổn định, chuyển đổi ADC hoạt động theo yêu cầu, vi điều khiển xử lí số liệu nhanh, kết xác  Phần mềm: viết chương trình theo yêu cầu, đọc liệu, xử lí thơng báo kết hình LCD  Máy có dãy đo độ ẩm ÷ 45%  Sau khảo nghiệm chỉnh sửa máy đo độ ẩm tương đối xác 5.2 Đề nghị Để cho trạm theo dõi độ ẩm đất nhà lưới thêm phong phú, em có đề nghị khóa sau mở rộng thêm phần theo dõi thông qua mạng Internet 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO Dương Minh Trí Cảm biến ứng dụng Nhà Xuất Khoa Học & Kĩ Thuật Nguyễn Vũ Cường, 2010 Xây dựng phần cứng trạm quản lý thời tiết nhiệt - ẩm môi trường Luận văn tốt nghiệp kỹ sư Điều Khiển Tự Động, Đại học Nông Lâm, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam Phạm Minh Hà Kỹ thuật mạch điện tử Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Tài liệu tham khảo từ hệ thống internet:  http://www.docs-finder.com/lap-trinh-pic.html  http://www.picvietnam.com/forum/showthread.php?t=85  http://www.hlab.com.vn/index.php?option=com_content&view=article& id=141:vi-iu-khin-pic-hc-nhanh-i-vao-ng-dng&catid=59:c-bn-vmcu&Itemid=112  http://dientuvienthong.name/diendan/showthread.php/21261-Phan-2Dong-lenh-co-ban-dau-tien-ve-lap-trinh-C-cho-pic  http://www.dientuvietnam.net/forums/showthread.php/15756-Hi?n-Th?LCD-dùng-PIC16F877 43 PHỤ LỤC Phụ lục 1.Chế tạo mạch điện tử: Bản vẽ mạch in thiết kế phần mềm Proteus Sau có mạch in tiền hành kiểm tra mạch in hàn linh kiện  Khi hàn linh kiện tiến hành theo bước sau:  Hàn linh kiện nguồn  Kiểm tra nguồn cung cấp cho mạch  Hàn phần theo nhiệm vụ mạch  Kiểm tra hoạt động phần  Cắt chân linh kiện  Kiểm tra tổng thể board mạch  Làm Chế tạo phần vỏ hộp điều khiển: Sau chế tạo xong phần vỏ hộp : nút điều khiển, board mạch, LCD, công tắc nguồn, đèn nguồn Sau lắp ráp xong tiến hành chạy thử kiểm tra Phụ lục Viết chương trình cho vi điều khiển PIC 16F877A : ************Chương trình điều khiển*************** #include #include #device *=16 adc=10 #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT #use delay (clock=4000000) #use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=9) #include int8 low,high,i; 44 void convert_bcd(int8 x); // void main() { Float value; i=0; trisa = 0xFF; trisb = 0x00; trisd = 0x00; RD0 = 0; RD1 = 0; RD2 = 0; RD3 = 0; LCD_init (); Printf (LCD_putchar," MACH DO DO AM "); LCD_putcmd (0xC0); Printf (LCD_putchar,"Khoi tao "); // Khoi tao cho ngat ngoai //enable_interrupts (INT_EXT); //ext_int_edge (H_TO_L); //enable_interrupts (GLOBAL); // Khoi tao che cho bo ADC setup_adc_ports (AN0); setup_adc (ADC_CLOCK_INTERNAL); delay_ms (500); LCD_putcmd (0xC0); Printf (LCD_putchar," Init OK"); delay_ms (500); while (1) { 45 if (i==250) { value = read_adc (); //value = (value-558.5)/2.048; value = (value*5/1023)*100; if(value>99) value=99; convert_bcd ((int8)value); LCD_putcmd (0xC0); Printf (LCD_putchar,"Do am la: "); LCD_putchar(high); LCD_putchar(low); LCD_putchar(32); LCD_putchar(37); //printf("%d",(int)value); putc((int)value); i=0; } delay_ms(2); i++; } } //end main void convert_bcd(int8 x) { low=x%10; //chia lay phan du, so hang don vi high=x/10; //tach hang tram va hang chuc low = low + 0x30; high = high + 0x30; } 46 Phụ lục Viết chương trình Visual Basic : ************Chương trình *************** Dim nd As Integer Dim n As Integer Private Sub Form_Load() n=0 MSComm1.CommPort = MSComm1.Settings = "9600,n,8,1 " MSComm1.InputLen = MSComm1.RThreshold = MSComm1.PortOpen = True End Sub ………………………………………………………………………………………… Private Sub MSComm1_OnComm() If MSComm1.CommEvent = And n > Then nd = Asc(MSComm1.Input) Label2.Caption = Str(nd) End If n=n+1 End Sub 47 ...TRẠM THEO DÕI ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT TRONG NHÀ LƯỚI TÁC GIẢ NGUYỄN MINH LONG Khóa luận đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu cấp kỹ sư nghành Điều Khiển Tự Động Giáo viên hướng... Và nơi nơi ươm mầm dự định, ước mơ tương lai TP.HCM, tháng 06 năm 2011 Sinh viên thực NGUYỄN MINH LONG ii TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu : TRẠM THEO DÕI ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT TRONG NHÀ LƯỚI Ngày yêu cầu cơng