Đang tải... (xem toàn văn)
Hiện nay, với sự phát triển không ngừng của ngành điện điện tử mà trong đó vấn đề cấp bách được quan tâm hàng đầu của các nhà nghiên cứu trên thế giới là tiết năng lượng nói chung và tiết kiệm điện nói riêng, không những vậy đối với chúng ta còn cần phải tiết kiệm tiền của, sức người và thời gian . Không nằm ngoài chiến lược đó, hệ thống tưới cây thông minh giúp tiết kiệm điện và thời gian cũng được nhiều nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm. Một trong những hướng đi của các nhà thiết kế là nhằm hỗ trợ trong việc cắt giảm chi phí vào việc sử dụng lãng phí nguồn năng lượng điện cũng như giúp rút ngắn thời gian làm việc và giảm lượng công việc hằng ngày. Lĩnh vực này đã có một số công trình nghiên cứu về tưới cây tự động áp dụng vào nông nghiệp sử dụng các phương pháp như: dùng Relay, cảm biến độ ẩm hay cảm biến nhiệt độ. Phương pháp tưới tự động dùng Relay thời gian có ưu điểm là hoạt động với một khung giờ chính xác ổn định không chịu tác động từ môi trường bên ngoài. Tuy nhiên, lại có nhược điểm là không hiệu quả đối với tiết kiệm điện với những trường hợp đặc biệt như: Khi đất vẫn còn ẩm hoặc trời đang mưa thì hệ thống vẫn hoạt động. Mô hình tưới cây tự động dùng cảm biến nhiệt độ, độ ẩm để điều khiển động cơ, có nhiều loại cảm biến nhiệt độ, độ ẩm trên thị trường nhưng nhìn chung thì nó vẫn hoạt động giống nhau khi độ ẩm thấp thì motor sẽ tưới khi độ ẩm cao thì motor sẽ dừng, và ngược lại khi nhiệt độ cao thì motor sẽ hoạt động và nhiệt độ thấp thì motor sẽ không hoạt động Phương pháp dùng cảm biến nhiệt độ, độ ẩm khắc phục được nhược điểm là khi nhiệt độ, độ ẩm thấp motor sẽ hoạt động và. Với 2 phương pháp dùng Relay và cảm biến nhiệt độ, độ ẩm khi điều khiển bật hoặc tắt động cơ sẽ phải mở đồng loạt toàn bộ motor trong khuôn viên hoặc vườn tược kể cả những khu vực nhiệt độ, độ ẩm không đủ yêu cầu làm giảm tuổi thọ của thiết bị, hao phí điện năng. Trong hai hướng phát triển cho “mô hình tưới cây tự động” phương pháp dùng cảm biến nhiệt độ, độ ẩm là phương pháp thích hợp và có nhiều ưu điểm hơn hết. Hệ thống tưới cây có thể hoạt động theo thời gian, quản lý bật tắt motor theo nhiệt độ, độ ẩm của đất và môi trường. Từ việc phân tích những ưu nhược điểm của các phương pháp trên ta nhận thấy phương pháp dùng cảm biến nhiệt độ, độ ẩm là phương pháp tối ưu nhất, với phương pháp này có thể được xem là mô hình có khả năng tiết kiệm điện và thời gian và tăng tuổi thọ của thiết bị một cách tối đa vì khi nhiệt độ, độ ẩm đủ yêu cầu thì hệ thống mới hoạt động Vì vậy trong đề tài này chúng em chọn phương án dùng cảm biến nhiệt độ, độ ẩm để áp dụng vào mô hình hệ thống tưới cây tự động. Đối với cây cối điều quan trọng nhất là tưới đúng liều lượng và đúng lúc, để cây có thể phát triển một cách nhanh và tốt nhất.
MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG .3 DANH MỤC HÌNH A MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .8 Đối tượng nghiên cứu Phạm vi đề tài Cấu trúc đề tài B NỘI DUNG .10 CHƯƠNG TỔNG QUAN 11 Giới thiệu tổng quan hệ thống tưới tự động .11 Giới thiệu cảm biến 12 2.1 Khái niệm phân loại cảm biến 12 2.1.1 Khái niệm cảm biến độ ẩm 12 2.1.2 Khái niệm cảm biến nhiệt độ LM35 13 2.1.3 Các thông số đặc trưng cảm biến 14 Vi điều khiển PIC 16F877A 15 3.1 Đặc điểm của vi điều khiển 15 3.2.Ứng dụng PIC 16F877A 18 CHƯƠNG 2.THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ MƠ HÌNH MÁY TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG .19 Sơ đồ khối tổng quát mạch điều khiển hệ thống 19 1.1 Sơ đồ khối .19 1.1.1Các phần tử mạch điều khiển hệ thống tới theo độ ẩm 19 1.1.2 Chức khối 20 Thiết kế mạch 22 2.1 Mạch điều khiển 22 2.1.1 Mô proteus .22 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 23 2.1.3 Thiết kế mạch 26 Ta sử dụng relay điều khiển đống ngắt 5VDC , motor nước 5VDC, transistor C1815 NPN, điện trở 220 để giảm dòng điện qua led 3V, diode, điện trở 1k .27 Thiết kế thi cơng mơ hình .28 3.1 Thiết kế mơ hình 28 3.2 Thi công 28 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM VÀ KẾT QUẢ THỰC HIỆN 31 Thiết kế phần mềm 31 Kết thực thành phần mơ hình 33 Mơ tả hoạt động mơ hình 37 3.1 Mô tả chức nút nhấn BT(Button) 37 3.2 Mô tả cách chuyển chế độ cài đặt thông số 37 3.3 Mô tả cách hoạt động chế độ bặt tắt máy bơm thủ công 39 3.4 Mô tả cách hoạt động chế độ tưới tự động 40 C KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .43 Kết luận 43 2.Khuyến nghị 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO .45 PHỤ LỤC A HÌNH ẢNH .47 PHỤ LỤC B CHƯƠNG TRÌNH HỆ THỐNG (MAIN) 51 PHỤ LỤC C THƯ VIỆN LCD 56 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Ý nghĩa chân LM 35 11 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm Hình 1.2 PIC16F877A 12 Hình 1.3 Sơ đồ chân PIC 16F877A 12 Hình 2.1 Lưu đồ mơ tả phần cứng 16 Hình 2.2 Nguồn chuyển đổi 5VDC 17 Hình 2.3 PIC 16F877A 17 Hình 2.4 Cảm biến độ ẩm .18 Hình 2.5 Khối điều khiển báo hiệu 18 Hình 2.6 Nút nhấn 18 Hình 2.7 Màn hình LCD hiển thị 19 Hình 2.8 Mô hệ thống tưới sử dụng PIC 16F877A .19 Hình 2.9 Lưu đồ thuật tốn chương trình tổng .20 Hình 2.10 Lưu đồ thuật tốn chế độ thủ cơng 21 Hình 2.11 Lưu đồ thuật toán chế độ cài đặt nhiệt độ 22 Hình 2.12 Lưu đồ thuật toán chế độ cài đặt độ ẩm .22 Hình 2.13 PIC 16F877A .23 Hình 2.14 Mạch I/O nút nhấn cài đặt chế độ 23 Hình 2.15 Mạch rơ le kích ngõ motor 24 Hình 2.16 LCD 20x04 24 Hình 2.17 Mơ Hình .25 Hình 2.18 Kính mica 26 Hình 2.19: Thùng xốp 26 Hình 2.20 Mơ tả cơng đoạn thi cơng mơ hình 27 Hình 3.1 Lưu đồ thuật giải chương trình 28 Hình 3.2 Xây dựng phần mềm PIC C 29 Hình 3.3 Mạch vi điều khiển 30 Hình 3.4 Mạch hiển thị LCD 30 Hình 3.5 Mạch cảm biến nhiệt độ, độ ẩm .31 Hình 3.6 Mạch điều khiển động 31 Hình 3.7 Khối nút nhấn 32 Hình 3.8 Hộp điều khiển (mặt ngồi) 32 Hình 3.9 Hộp điều khiển (mặt bên trong) .33 Hình 3.10 Mơ hình hệ thống tưới hoàn thiện 33 Hình 3.11 Nút Reset hệ thống 34 Hình 3.12 Các nút điều chỉnh chế độ thông số hệ thống 34 Hình 3.13 Chế độ bật tắt máy bơm thủ công 35 Hình 3.14 Chế dộ cài đặt nhiệt độ 35 Hình 3.15 Chế độ cài đặt độ ẩm 36 Hình 3.16 Máy bơm bật thủ công 37 Hình 3.17 Máy bơm tắt thủ công 37 Hình 3.18 Minh họa máy bơm tự động tưới 38 Hình 3.19 Minh họa máy bơm khơng tự động tưới 38 A MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu Nền nơng nghiệp nước ta nơng nghiệp cịn lạc hậu chưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật áp dụng vào thực tế Rất nhiều quy trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc tiến hành cách chủ quan không đảm bảo yêu cầu Có thể nói nơng học ngồi kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc tưới nước khâu quan trọng trồng trọt, để đảm bảo sinh trưởng phát triển bình thường, tưới tưới đủ theo yêu cầu nông học trồng không sinh sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an toản, đạt suất, hiệu cao Ngoài tuyến phố khu vực trung tâm thành phố bắt gặp hình ảnh xe bồn chở nước tưới dọc đường gây ủn tắc, an toàn giao thông Mặt khác nước ta giai đoạn cơng nghiệp hóa, đại hóa thiết bị máy móc tự động đưa vào phục vụ thay sức lao động người Vì thiết bị tưới dạng nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đưa vào thực tiễn ngày áp dụng nhiều Thiết bị tưới đa dạng chủng loại (vỏi phun mưa, phun sương, vỏi nhỏ giọt bù áp, vải khơng bù áp, dây tưới nhỏ giọt…) có thơng số khác phục vụ cho loại khác chế tạo từ nhiều nước Israel, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc , thuận tiện cho người sử dụng lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng Việc tính tốn để lựa chọn thiết bị hệ thống tưới đáp ứng nhu cầu tưới theo nông học trồng phủ hợp điều kiện kinh tế, kỹ thuật cho hiệu cao việc cần thiết cho việc phát triển diện rộng hệ thống tưới Hệ thống tưới phun đáp ứng độ ẩm gốc, độ ẩm không cho trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm nước tạo điều kiện cho trồng hấp thu dinh dưỡng khơng gây rửa trơi, thối hóa đất, khơng gây ô nhiễm môi trường Hệ thống tưới nước tự động kết hợp với bón phân, phun thuốc hóa học Hơn nữa, với việc thiết kế hệ thống tưới tự động giúp cho người khơng phải tưới cây, khơng phải tốn chi phí nhân công tưới nước giám sát thời gian tưới Với hệ thống này, việc tưới tự động tùy theo nhiệt độ thời tiết nắng hay mưa, độ ẩm cao hay thấp, mùa năm Tất điều kiện đưa vào hệ thống tính tốn đưa thời gian xác để bơm nước Người lao động không cần phải quan tâm đến việc tưới cây, sinh trưởng phát triển tốt nhờ việc tưới phù hợp xác Lý chọn đề tài Hệ thống tưới tự động (tưới nhỏ giọt, phun sương ) hệ thống thiết bị tưới tốt đáp ứng theo yêu cầu sinh trưởng trồng ứng dụng rộng nước phát triển Hệ thống tưới nước tự động hình thức tưới nước hợp lý, tiết kiệm sức lao động chi phí nhân cơng Vốn phổ biến từ nhiều nước giới Tuy nhiên Việt Nam vài ba năm trở lại việc vận dụng hệ thống trở thành xu hướng Hệ thống tưới nước tự động trở nên phổ biến với người nông dân nông thôn với q trình 18 đại hóa nơng nghiệp nông thôn người dân mạnh dạn đưa vào xử dụng chi phí đầu tư cao Mặt khác khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ làm thay đổi sống người, làm cho sống người ngày trở nên tiện nghi đại Kỹ thuật điện tử phát triển người tạo thiết bị máy móc đại thay cho người công việc nặng nhọc địi hỏi xác cao Kỹ thuật điện tử phát triển nhanh chóng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực: công nghiệp, giao thông vận tải, hàng không vũ trụ Các thiết bị điều khiển tự động giữ vai trò quan trọng góp phần lớn cho tiến khơng ngừng lĩnh vực Ngành nông nghiệp nước ta cịn phụ thuộc nhiều vào khí hậu tự nhiên, với phương pháp sản xuất canh tác truyền thống không mang lại suất cao Khi kinh tế xã hội phát triển nhu cầu người cảng nâng cao, đòi hỏi chất lượng nâng cao Do cần đến thiết bị kỹ thuật tiên tiến có khả đo đạc điều khiển thông số môi trường như: nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, chất dinh dưỡng cung cấp phủ hợp với giai đoạn phát triển trồng Xuất phát từ vấn đề thực tiễn em nghiên cứu tiến hành thiết kế: “Hệ Thống Tưới Cây Tự Động theo độ ẩm” Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế hồn chỉnh mơ hình hệ thống tưới tự động hóa, tưới dựa theo độ ẩm đất nhiệt độ môi trường Để đạt mục tiêu cần thực nhiệm vụ cụ thể sau: - Khảo sát hệ thống tưới tự động thực tế - Tìm hiểu số loại cảm biến - Thiết kế mạch điện điều khiển - Thiết kế mô vườn - Thiết kế phần mềm điều khiển - Hồn thiện mơ hình Phương pháp nghiên cứu Để thực nội dung đề tài nghiên cứu, em tiến hành phương pháp nghiên cứu sau: Các kết nghiên cứu kế thừa - Kế thừa cơng trình nghiên cứu hệ trước sở lý thuyết phần mềm lập trình mơ -Kế thừa nghiên cứu có thực tiễn Định hướng nghiên cứu - Nghiên cứu phần mềm lập trình mơ máy tính Tìm phương pháp lập trình đơn giản, dễ sử dụng, hiệu kiểm chứng - Chạy thử mơ hình nhiều lần, kiểm tra phát lỗi tử hồn thiện hệ thống Đối tượng nghiên cứu Hệ thống tưới tự động Phạm vi đề tài Do thời gian hạn chế, kinh phí có hạn kiến thức chưa chuyên sâu nên đề tài nghiên cứu dừng lại mức thiết kế chế tạo mơ hình có hệ thống tưới tự động thu nhỏ với kích thước 40x80(cm), mơ hình lắp đặt cảm biến độ ẩm cảm biến nhiệt độ để thu thập thơng tin bên mơ hình Cấu trúc đề tài Cấu trúc đề tài gồm nội dung sau: A MỞ ĐẦU Tình hình nghiên cứu Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phạm vi đề tài B NỘI DUNG CHƯƠNG TỔNG QUAN Giới thiệu tổng quan hệ thống tưới tự động Giới thiệu cảm biến Vi điều khiển PIC 16F877A CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG Sơ đồ khối tổng quan hệ thống Thiết kế mạch Thiết kế thi cơng mơ hình CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM VÀ KẾT QUẢ THỰC HIỆN MÔ HÌNH Thiết kế phần mềm Kết thực nghiệm C KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ