Đang tải... (xem toàn văn)
HỆ THỐNG tưới cây tự ĐỘNG DÙNG PIC (có code và layout) ................... HỆ THỐNG tưới cây tự ĐỘNG DÙNG PIC (có code và layout) ................... HỆ THỐNG tưới cây tự ĐỘNG DÙNG PIC (có code và layout) ................... HỆ THỐNG tưới cây tự ĐỘNG DÙNG PIC (có code và layout) ................... HỆ THỐNG tưới cây tự ĐỘNG DÙNG PIC (có code và layout) ...................
ĐỒ ÁN HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN Trang 2/37 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 1.1 Giới thiệu Nhằm tự động hố việc chăm sóc trồng áp dụng khoa học công nghệ vào lĩnh vực trồng trọt Hệ thống tưới tự động giúp người trồng tiết kiệm nhiều thời gian việc tưới cây, hệ thống phát vùng đất xung quanh khu vực gốc thiếu nước tự động tưới cho 1.2 Mục đích nghiên cứu Sử dụng vi điều khiển PIC16F877A kỹ lập trình tảng lập trình CCS compiler để tạo hệ thống tưới tự động 1.3 Đối tượng nghiên cứu Vi điều khiển, cảm biến độ ẩm đất, thu phát RF, LCD 1.4 Phạm vi nghiên cứu Mơ hình sử dụng với máy bom cơng xuất nhỏ 12v, van nước điện từ 12v với cảm biến hoạt động từ 0% đến 100% độ ẩm đất Khoảng cách truyền RF phạm vi ngắn 1.5 Kết mong muốn Hệ thống tưới hoạt động khi: Độ ẩm đất vị trí đặt cảm biến khoảng giá trị đặt trước máy bơm van nước điện từ vị trí đặt cảm biến hoạt động vượt ngưỡng giá trị đặt hệ thống tắt theo bảng sau: Cảm biến Cảm biến Vượt khoảng giá Vượt khoảng trị đặt giá trị đặt Dưới khoảng giá Vượt khoảng trị đặt giá trị đặt Vượt khoảng giá Dưới khoảng Động bơm Khoá vị Khố vị trí cảm biến trí cảm biến Tắt Đóng van Đóng van Hoạt động Mở van Đóng van Đóng van Mở van Mở van Mở van Hoạt động trị đặt giá trị đặt Dưới khoảng giá Dưới khoảng Hoạt động Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 3/37 trị đặt giá trị đặt Bảng 1-1: Hệ thống tưới mong muốn Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 4/37 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 1.6 Sơ đồ khối hệ thống Hình 2-1: Sơ đồ khối bên phát Hình 2-2: Sơ đồ khối bên thu - 1.1.1 Khối nguồn Khối nguồn cung cấp lượng cho toàn hệ thống mạch, mơ hình hệ thống tưới tự động ta sử dụng cấp điện áp chiều 5v cung cấp toàn hệ thống, 12v cho động van nước điện từ - Nguồn 12v ta lấy trực tiếp từ adapter 12v, nguồn 5v ta sử dụng IC LM7805 để hạ điện áp từ 12v xuống 5v Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 5/37 Hình 2-3: IC LM7805 [1] - Thông số IC LM7805: Điện áp ngõ 5v Điện áp đầu vào thấp 7v Điện áp đầu vào cao 12v Dòng ngõ cao 1.5A Kiểu đóng gói Nhiệt độ hoạt động TO-220 0oc đến 125oc Bảng 2-2: Thông số IC LM7805 - Sơ đồ chân IC LM7805: + Chân số 1: Chân ngõ vào điện áp + Chân số 2: Chân nối đất + Chân số 3: Chân ngõ điện áp ổn định 5V - 1.1.2 Khối cảm biến độ ẩm đất Để đo độ ẩm đất vị trí trồng ta sử dụng cảm biến độ ẩm đất - Cảm biến độ ẩm đất có cấu trúc kim loại với đầu vô ohm độ ẩm đất 0% ngắn mạch độ ẩm đất 100% Ngõ cảm biến độ ẩm đất đo dạng ohm biến thiên từ vô ohm đến ngắn mạch Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 6/37 Hình 2-4: Cảm biến độ ẩm đất - Module đọc cảm biến độ ẩm đất cho đầu dạng số (chân D0) tương tự (chân A0) Hình 2-5: Module đọc cảm biến độ ẩm đất - Thông số kỹ thuật module đọc cảm biến độ ẩm đất: + Điện áp hoạt động: 3.3v đến 5v + IC để so sánh điện áp LM393 - Sơ đồ chân module đọc cảm biến độ ẩm đất: + Chân + –: chân gắn vào cảm biến độ ẩm đất + Chân GND: Chân nối đất + Chân VCC: Chân nối với nguồn + Chân D0: Cho đầu dạng số + Chân A0: Cho đầu dạng tín hiệu tương tự - 1.1.3 Khối Điều khiển PIC16F877A sử dụng làm vi điều khiển trung tâm cho hệ thống tưới tự động Từ đọc cảm biến, truyền liệu qua RF, hiển thị liệu qua LCD đến điều khiển thiết bị Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 7/37 - PIC16F877A dòng PIC phổ biến đầy đủ tính để đáp ứng nhu cầu phục vụ thực tế PIC16F877A thuộc dòng PIC16Fxx nên có thơng số sau: + Ngơn ngữ lập trình với 35 tập lệnh độ dài 14bit + Tất câu lệnh thực chu kì lệnh ngoại trừ câu lệnh rẽ nhánh thực chu kỳ lệnh chu kỳ lệnh chu kỳ dao động thạch anh + Bộ nhớ chương trình flash 8KB với khoảng 100 ngàn lần ghi xoá + Bộ nhớ EEPROM 256x8bytes + Bộ nhớ RAM 368x8bytes + Điện áp hoạt động từ 2v đến 5.5v + Dòng tiêu thụ 25mA + Có timer: • Timer 0, 2: bit với chức định thời đếm • Timer 1: 16 bit với chức định thời đếm + Có kênh chuyển đổi ADC 10 bit + Hỗ trợ số chuẩn giao tiếp SPI, I2C, USATR Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 8/37 Hình 2-6: PIC16F877A [2] Hình 2-7: Sơ đồ chân PIC16F877A - Sơ đồ chân PIC16F877A gồm 40 chân đó: Tên chân số chân vị trí chân Tính chân VDD 11, 32 Chân nối nguồn VSS 12, 31 Chân nối đất MCLR/Vpp 1 OSC1, OSC2 13, 14 PORT A 2, 3, 4, 5, 6, Chân reset PIC chân nối với thạch anh ngoại I/O analog I/O digital chuyển đồi ADC Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 9/37 Ngõ vào so sánh điện áp PORT B 33, 34, 35, 36, I/O digital 37, 38, 39, 40 Hổ trợ nạp chương trình cho PIC I/O digital PORT C 15, 16, 17, 18, 23, 24, 25, 26 Băm xung PWM Hổ trợ giao tiếp ISP, I2C, USART PORT D 19, 20, 21, 22, 27, 28, 29, 30 I/O digital I/O digital PORT E 8, 9, 10 Ngõ vào analog Bảng 2-3: Sơ đồ chân PIC16F877A - 1.1.4 Khối hiển thị Để hiển thị ký tự, thông số kỹ thuật hệ thống người ta thường chọn LCD thiết bị Vì dễ đàng đưa vào mạch điện với nhiều giao tiếp khác Tốn tài nguyên hệ thống giá thành rẻ - Ở đề tài ta chọn LCD 16x2 với độ rộng hiển thị 16 hàng, cột - Các thông số hoạt động LCD16x2: + Điện áp hoạt động: Từ 2.7v đến 5.5v + Dòng điện hoạt động: Từ 350uA đến 600uA + Nhiệt độ hoạt động: Từ -30oc đến 75oc Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 10/37 Hình 2-8: LCD 16x2 [3] Hình 2-9: Sơ đồ chân LCD 16x2 Sơ đồ chân LCD 16x2: Tên chân vị trí chân chức VSS 1, 16 Chân nối đất VDD 2, 15 Chân cấp nguồn VEE Chân điều chỉnh độ tương phản cho LCD Chân chọn ghi o RS RS =0: D0 đến D7 nối với ghi IR LCD, nối với đếm địa LCD o RS =1: D0 đến D7 nối với ghi DR LCD RW Hệ thống tưới tự động Chân chọn chế độ đọc ghi ĐỒ ÁN Trang 23/37 CHƯƠNG - GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN 1.10 Hoạt động hệ thống Mạch bên phát: + Khi cấp nguồn 12v cho mạch bên phát IC LM7805 hạ áp ổn áp 5v cấp nguồn cho vi điều khiển, cảm biến độ ẩm đất, LCD, module phát RF hệ thống Relay hoạt động Vi điều khiển cho phép nhập khoảng giá trị đặt tưới từ nút nhấn kết nối với chân B3 B4 vi điều khiển ( Nút nhấn nối với chân B3 để đếm lên nút nhấn nối với chân B4 để đếm xuống) cảm biến độ ẩm đất đo độ ẩm khu vực đất cần tưới nối với chân A0 A1 vi điều khiển( cảm biến nối với A0, cảm biến nối với A1) Khoảng giá trị đặt tưới hiển thị dòng thứ giá trị cảm biến độ ẩm đất hiển thị dòng thứ LCD Giá trị độ đẩm đất so sánh với giá trị đặt tưới để điều khiển động van nước điện từ theo bảng 1- - Và RF truyền thơng tin tình trạng tưới qua mạch thu RF Mạch bên thu: + Khi cấp nguồn cho mạch bên thu IC LM7805 hạ áp ổn áp 5v cấp nguồn cho vi điều khiển, module thu RF, LCD hoạt động Khi RF nhận tín hiệu bên phát hiển thị LCD theo bảng sau: Mạch bên phát Động bơm Tắt Hoạt động Hoạt động Hoạt động Mạch bên thu Van vị trí cảm Van vị trí cảm biến Đóng van Mở van Đóng van Mở van biến Đóng van Đóng van Mở van Mở van LCD hiển thị “HT TUOI TAT” “HT TUOI TAT CA” “TAT KHOA 1” “TAT KHOA 2” Bảng 3-7: Tình trạng máy bơm bên thu nhận 1.11 Lưu đồ giải thuật Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 24/37 Hình 3-28: Lưu đồ nút nhấn đếm lên Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 25/37 Hình 3-29: Lưu đồ nút nhấn đếm xuống Hình 3-30: Lưu đồ chế độ tắt Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 26/37 Hình 3-31: Lưu đồ chế độ tưới tất Hình 3-32: Lưu đồ chế độ đóng van nước Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 27/37 Hình 3-33: Lưu đồ chế độ đóng van nước Hình 3-34: Lưu đồ thu tín hiệu từ bên phát hiển thị LCD CHƯƠNG 1.12 Các bước thực nghiệm Hệ thống tưới tự động THỰC NGHIỆM ĐỒ ÁN Trang 28/37 - Bước 1: Kết nối động bơm với ngõ relay 1, van nước điện từ với ngõ - relay 2: Van nước điện tử với ngõ relay Bước 2: Cấp nguồn 12v cho mạch bên phát bên thu Bước 3: Chỉnh giá trị đặt tưới phù hợp Bước 4: So sánh giá trị đặt tưới với cảm biến xem hệ thống bơm có hoạt động - theo u khơng Bước 5: Kiểm tra mạch bên thu hiển thị tình trạng hệ thống tưới có bên phát hoạt động không - 1.13 Kết thực nghiệm Sao cấp nguồn ta đo điện áp vị trí mạch theo thơng số bảng sau: Mạc h bên Phát bên thu Vị trí mạch Điện áp đo Đo nguồn Đo chân 11, 12 PIC Đo chân nguồn cảm biến Đo chân 1, LCD Đo ngỏ relay Đo chân nguồn module phát RF Đo nguồn Đo chân 1, LCD Đo chân nguồn module thi RF 11.5v 4.6v 4.5v 4.5v 12v 4.6v 11.8v 4.7 4.7 Bảng 4-8: Điện áp đo thực nghiệm - Hệ thống khởi động Hình 4-35: Hệ thống khởi động - Giả sử chỉnh giá trị tưới 63% phù hợp với trồng ta đo Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 29/37 + Hệ thống hoạt động độ ẩm đất ngưỡng 63% Hình 4-36: Hệ thống tắt + Hệ thống hoạt động độ ẩm đất vị trí đặt cảm biến 63% cảm biến 63% Hình 4-37: Hệ thống dóng van + Hệ thống hoạt động độ ẩm đất vị trí đặt cảm biến 63% cảm biến 63% Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 30/37 Hình 4-38: Hệ thống tưới đóng van + Hệ thống hoạt động hai cảm biến đo giá trị 63% Hình 4-39: Hệ thống tưới tất 1.14 Kết luận thực nghiệm Hệ thống hoạt động ổn định yêu cầu đề tài đặt RF thu phát truyền tín hiệu tốt Các ngõ động van nước điện từ hoạt động tốt Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 31/37 CHƯƠNG - KẾT LUẬN 1.15 Ưu điểm Hệ thống hoạt động tương đối ổn định, yêu cầu đề tài Mạch đơn giản dễ sử dụng áp dụng vào thực tiễn đời sống Giá thành thấp Dễ chế tạo 1.16 Nhược điểm Bên cạnh ưu điển hệ thống tưới tự động tồn số nhược điểm việc sử dụng relay công suất thấp nên khơng thể sử dụng động có công suất lớn Hệ thống sử dụng RF thông thường có khoảng cách truyền ngắn 1.17 Hướng phát triển Từ hệ thống này, ta phát triển thêm nhiều tính đáp ứng yêu cầu phức tạp đời sống tính ứng dụng thực tế cao đa dạng việc trồng trọt cách sử dụng vi điều khiển có tốc độ xử lí cao Thay RF thơng thường hệ thống truyền qua wifi sử dụng thiết bị điều khiển động có cơng suất cao Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 32/37 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng anh: [1] http://www.learningaboutelectronics.com [2] http://www.microchip.com Tiếng Việt: [3] http://arduino.vn [4] http://www.dientuvietnam.net [5] https://chipkool.wordpress.com [6] http://robocon.vn [7] https://linhkienbandan.com Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 33/37 PHỤ LỤC A Code bên phát: #include #fuses HS, NOWDT, PROTECT #device ADC=10 #use delay(clock=20M) #define LCD_RS_PIN #define LCD_RW_PIN PIN_d1 PIN_d2 #define LCD_ENABLE_PIN PIN_d3 #define LCD_DATA4 PIN_d4 #define LCD_DATA5 PIN_d5 #define LCD_DATA6 PIN_d6 #define LCD_DATA7 PIN_d7 #include int16 GiaTriADC; float RH1; float RH2; float A; int count; #define batmaybom output_high(PIN_b0) #define tatmaybom output_low(PIN_b0) #define batkhoa1 output_high(PIN_b1) #define tatkhoa1 output_low(PIN_b1) #define batkhoa2 output_high(PIN_b2) #define tatkhoa2 output_low(PIN_b2) #define khongtuoi 0x0a #define tuoi1 0x0b #define tuoi2 0x0c #define tuoi3 0x0d void nutnhan(); void Doc_ADC(); void main() { set_tris_a(0b00000011); set_tris_c(0x00); set_tris_b(0b0011000); Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 34/37 set_tris_d(0x00); LCD_Init(); LCD_gotoxy(1, 1); LCD_Putc(" doc am dat "); delay_ms(1000); LCD_gotoxy(1, 1);; LCD_Putc(" "); SETUP_TIMER_1 (T1_INTERNAL|T1_DIV_BY_2); setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); setup_adc_ports(AN0_AN1_AN2_AN3_AN4 ); while(true) { nutnhan(); Doc_ADC(); if(RH1 >= A && RH2 >= A) { tatmaybom; tatkhoa1; tatkhoa2; output_c(khongtuoi); delay_ms(500); output_c(0); } if(RH1 < A && RH2 < A) { batmaybom; batkhoa1; batkhoa2; output_c(tuoi1); delay_ms(500); output_c(0); } if(RH1 = A) { batmaybom; batkhoa1; tatkhoa2; Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 35/37 output_c(tuoi2); delay_ms(500); output_c(0); } if(RH1 >= A && RH2 100) count=0; A=count; } if (input(PIN_B4)==0) { while(input(PIN_B4)==0); count=count-1; if ( count > 100) count=100; Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 36/37 A=count; break; } else { A=count; break; } } void Doc_ADC() { set_adc_channel(0); delay_us(50); GiaTriADC = read_adc(); RH1 = 100f -((100f*(float)GiaTriADC)/1023f); set_adc_channel(1); delay_us(50); GiaTriADC = read_adc(); RH2 = 100f -((100f*(float)GiaTriADC)/1023f); } Code bên thu: #include #fuses HS, NOWDT, NOPUT #use delay(clock=20M) #define LCD_RS_PIN #define LCD_RW_PIN PIN_d7 PIN_d6 #define LCD_ENABLE_PIN PIN_d5 #define LCD_DATA4 PIN_d4 #define LCD_DATA5 PIN_d3 #define LCD_DATA6 PIN_d2 #define LCD_DATA7 PIN_d1 #include #define khongtuoi 0x0a #define tuoi1 0x0b #define tuoi2 0x0c #define tuoi3 0x0d Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 37/37 unsigned int8 dem=0; void read_input() { int1 bit[4]; bit[0]=input(pin_c0); bit[1]=input(pin_c1); bit[2]=input(pin_c2); bit[3]=input(pin_c3); dem=bit[0] + bit[1]*2 + bit[2]*4 + bit[3]*8; } void main() { read_input(); set_tris_c(0x0f); lcd_init(); lcd_gotoxy(1, 1); lcd_putc("TINH TRANG MAY"); while(true) { read_input(); lcd_gotoxy(1, 2); if(dem == khongtuoi){ lcd_putc("HT TUOI TAT "); delay_ms(100); } else if(dem==tuoi1){ lcd_putc("HT TUOI TAT CA "); delay_ms(100); } else if(dem==tuoi2){ lcd_putc("TAT KHOA "); delay_ms(100); } else if(dem==tuoi3){ lcd_putc("TAT KHOA delay_ms(100); } } } Hệ thống tưới tự động "); ... Hoạt động Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 3/37 trị đặt giá trị đặt Bảng 1-1: Hệ thống tưới mong muốn Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 4/37 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 1.6 Sơ đồ khối hệ thống. .. 2/37 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 1.1 Giới thiệu Nhằm tự động hố việc chăm sóc trồng áp dụng khoa học công nghệ vào lĩnh vực trồng trọt Hệ thống tưới tự động giúp người trồng tiết... thực nghiệm - Hệ thống khởi động Hình 4-35: Hệ thống khởi động - Giả sử chỉnh giá trị tưới 63% phù hợp với trồng ta đo Hệ thống tưới tự động ĐỒ ÁN Trang 29/37 + Hệ thống hoạt động độ ẩm đất