BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG TƯỚI NHỎ GIỌT TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Họ vầ tên sinh viên: NGUYỄN CƠNG HỒNG MSSV: 08153038 ĐẶNG BẢO DUY     MSSV: 08153037 Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ Niên khóa: 2008-2012 Tp Hồ Chí Minh, Tháng 6/2012   KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG TƯỚI NHỎ GIỌT TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Tác giả NGUYỄN CƠNG HỒNG MSSV: 08153038 ĐẶNG BẢO DUY     MSSV: 08153037   Khóa luận trình đề để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư chuyên ngành Cơ Điện Tử Giáo viên hướng dẫn : Thạc sĩ NGUYỄN TẤN PHÚC Tháng năm 2012      i  LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu thầy cô trường trường Đại Học Nông Lâm TPHCM Đặc biệt thầy cô khoa Cơ khí – Cơng nghệ, chun ngành Cơ - Điện tử, tận tình dạy, truyền đạt kiến thức tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em suốt trình học tập vừa qua Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Tấn Phúc dành nhiều thời gian công sức, quan tâm theo dõi, tận tình hướng dẫn, động viên nhắc nhở chúng em hoàn thành tốt luận văn Qua đây, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến tất bạn bè người thân xung quanh động viên, giúp đỡ chúng em nhiều trình học tập TP.HCM, tháng / 2012 Nhóm sinh viên gồm: NGUYỄN CƠNG HỒNG ĐẶNG BẢO DUY      ii  TÓM TẮT Đề tài “THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG TƯỚI NHỎ GIỌT TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” đề tài nghiên cứu cách sử dụng lượng mặt trời để điều khiển hệ thống tười nhỏ giọt phục vụ nông nghiệp Đề tài có tính khả thi cao, ứng dụng cơng nghệ xanh vào phục vụ sản xuất, tiết kiệm lượng, tiết kiệm nước, sử dụng nguồn lượng phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới nước ta Thời gian nhận đề tài ngày 10 tháng năm 2012, ngày hoàn thành ngày 30 tháng năm 2012 Đề tài thực nhà riêng bạn Duy phòng trọ bạn Hồng Nội dung sơ lược đề tài sau: Đề tài ứng dụng nguồn lượng mặt trời thông qua việc sử dụng pin mặt trời biến ánh sáng mặt trời thành điện điều khiển hệ thống tưới nhỏ giọt Hệ thống tưới nhỏ giọt gồm phần chính: phần khí phần điện tử Đặc biệt tập trung chủ yếu phần điện tử bao gồm: pin mặt trời, solar controller, acquy, mạch hẹn điều khiển van điện từ 2/2 (1 van chính, van phụ ), mạch nhiệt độ mạch ẩm độ Điện từ pin mặt trời qua solar controller nạp vào acquy, acquy cung cấp cho hệ thống Với nội dung chúng em tiến hành thực theo trình tự sau :  Tìm hiểu hiểu hệ thống tưới nhỏ giọt  Thiết kế mơ hình hệ thống tưới nhỏ giọt với bình chứa , van điều khiển ON,OFF  Xây dựng mô mơ hình pro-E  Tìm hiểu nguồn lượng mặt trời pin lượng mặt trời  Xây dựng bảng thông tin dùng vi điều khiển hiển thị led đoạn thông số lưu lượng tưới qua van chính, nhiệt độ, độ ẩm khơng khí xung quanh      iii   Hệ thống nút button để nhập thông số cài đặt chu kỳ tưới hệ thống, hệ thống điều khiển xuống van điện Kết nhóm em thu mơ hình thu nhỏ hệ thống tưới nhỏ giọt tự động sử dụng nguồn lượng mặt trời Có bảng led thị thông tin lưu lượng tướicủa van chính, nhiệt độ, độ ẩm mơi trường xung quanh, thị thời gian tưới(ở mơ hình tính theo giây(s) để dễ kiểm tra) Nội dung luận văn gồm chương: Chương 1: MỞ ĐẦU Chương 2: TỔNG QUAN Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Trong đề tài chúng em cố gắng đưa vào nội dung phần lý thuyết quan trọng hệ thống pin mặt trời Phần mạch điện chưa thật hoàn thiện quan tâm đến vi điều khiển PIC lấy làm ví dụ để tham khảo Mặc dù kết tâm huyết gần tháng làm việc khơng tránh sai sót, xin q thầy bạn đóng góp ý kiến      iv  MỤC LỤC Trang Trang tựa……………………………………………………………………………… i Lời cảm ơn…………………………………………………………………………… ii Tóm tắt…………………………………………………………………………………iii Mục lục………………………………………………………………………………….v Danh sách bảng hình…………………………………………………… viii CHƯƠNG : MỞ ĐẦU……………………………………………………………….1 1.1 Sơ lược đề tài……………………………………………………………….1 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ đề tài………………………………………………………1 CHƯƠNG : TỔNG QUAN………………………………………………………….2      I Giới thiệu lượng mặt trời pin lượng mặt trời……………… Tổng quan nguồn lượng giới…………………………… 2 Nguồn lượng mặt trời……………………………………………… 3 Ứng dụng lượng mặt trời……………………………………… 4 Pin lượng mặt trời………………………………………………… 4.1 Cấu tạo……………………………………………………………………6 4.2 Nguyên lý hoạt động…………………………………………………… 4.3 Hệ thống pin lượng mặt trời………………………………………12 4.3.1 Thiết kế hệ thống pin mặt trời……………………………………… 12 4.3.1.1 Sơ đồ khối……………………………………………………………….12 4.3.1.2 Tính tốn nguồn điện pin mặt trời………………………………………12 4.3.1.2.1 Tính phụ tải điện theo yêu cầu………………………………………….12 4.3.1.2.2 Tính lượng mặt trời cần thiết Ec………………………………… 13 4.3.1.2.3 Công suất dàn pin lượng mặt trời………………………………….13 4.3.1.2.4 Tính dung lượng acquy………………………………………………13 v       4.3.1.3 Các điều phối lượng……………………………………………14 4.4 Ứng dụng pin mặt trời………………………………………………… 15 II Sơ lược hệ thống tưới nhỏ giọt nay………………………………….16 Tổng quan tưới nhỏ giọt………………………………………………… 16 Lợi ích việc tưới nhỏ giọt……………………………………………… 18 Hệ thống tưới nhỏ giọt kiểu Israel………………… ………………………18 Áp dụng vào Việt Nam…………… ……………………………………….20 III Phần linh kiện điện tử……………… ………………………………… 21 Nguyên lý cấu tạo van điện từ (van 2/2)……………….…………… 21 1.1 Cấu tạo……………………………………………………… …………… 21 1.2 Nguyên lý hoạt động………………………… …………………………….21 1.3 Thông số kỹ thuật……………………………………………………………22 Khái quát vi điều khiển Pic 16F877a………………… ……………… 22 2.1 Các đặc tính bật………………………………………………………….22 2.2 Sơ đồ chân chức chân……………………………………… 24 2.3 Tổ chức nhớ…………………………………………………………… 29 2.3.1 Bộ nhớ chương trình……………………………………………………… 29 2.3.2 Bộ nhớ liệu……………………………………………………………….30 2.4 Các ghi đặc biệt……………………………………………………….31 Sơ lược cảm biến nhiệt độ LM35……………………………………… 34 3.1 Cấu tạo………………………………………………………………………34 3.2 Nguyên lý hoạt động……………………………………………………… 35 Cấu tạo đặc tính cảm biến độ ẩm HS1101………………………… 36 Cấu tạo đặc tính IC 555…………………………………………… 37 Nguyên lý hoạt động mạch đo độ ẩm………………………………… 40 Sơ lược led đoạn……………………………………………………… 41 7.1 Quét led đoạn…………………………………………………………… 42 Sơ lược IC dịch 74HC245……………………………………………… 45 vi  CHƯƠNG : NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……………… 44 Nội dung………………………………………………………………………44 Phương pháp nghiên cứu…………………………………………………… 44 CHƯƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……………………………………….46 I Kết thiết kế thi công đề tài……………… ………………………… 46 Kết thiết kế phần khí……………… ……………………………… 46 Các mạch điện tử…………………………………………………………… 49 2.1 Kết thi công mạch đo nhiệt độ môi trường xung quanh sử dụng LM35 tích hợp với mạch hẹn thị led đoạn………………………………………… 49 2.1.1 Mạch hẹn giờ……………………………………………………………….…49 2.1.1.1 Phần hiển thị……… ……………………………………………………….49 2.1.1.2 Phần hiệu chỉnh……………………………………………….…………….50 2.1.2 Thiết lập modun led đoạn…………………………………….…… 50 2.1.3 Kết phần mô thi công mạch thực tế……… ……… …… 52 2.1.3.1 Mạch mô phỏng……………………………………………………………52 2.1.3.2 Mạch nguyên lý mạch thưc tế………………………………………… 52 2.2 Kết mạch đo độ ẩm môi trường xung quang sử dụng cảm biến HS1101 thị led đoạn………………………………………………………………… 54 2.2.1 Kết phần mô thi công mạch thực tế… …………………….54 2.2.1.1 Mạch mô phỏng……………………………………………………………54 2.2.1.2 Mạch nguyên lý mạch thực tế………………………………………… 55 II Kết khảo nghiệm lưu lượng nước…………….……………………… 56 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ………………………………………….63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC…………………………………………………………………………… 66      vii  DANH SÁCH BẢNG VÀ CÁC HÌNH ẢNH Bảng 2.1 : So sánh IC 8051 với Pic 16F877a Bảng 2.2 :Chức chân Pic 16F877a Bảng 2.3 : Bảng quy đổi tần số ứng với giá trị tần số tương đối Bảng 3.1 : Bảng kết khảo nghiệm pin mặt trời ngày 30/5/2012 Bảng 4.1 : Bảng mã hex cho led đoạn anode chung Bảng 4.2 : Bảng số liệu thay đổi h(t) Bảng 4.3 : Kết lượng nước giảm xả van vòng 40s Hình 2.1 :Biểu đồ thống kê nguồn lượng sử dụng tồn giới năm 2008 Hình 2.2 :Mặt trời Hình 2.3 : Nhà máy điện mặt trời Hình 2.4 : Các tuốc bin gió phát điện nhờ sức gió thủy triều, tận thu cách gián tiếp lượng Mặt Trời Hình 2.5 : Một pin mặt trời Hình 2.6 : Cấu tạo pin mặt trời Hình 2.7 : Các loại cấu trúc tinh thể pin mặt trời Hình 2.8 : Một số loại panel pin mặt trời Hình 2.9 : Nguyên lý hoạt động pin mặt trời Hình 2.10 : Hệ mức lượng (E2>E1) Hình 2.11 : Các vùng lượng Hình 2.12 : Hiện tượng quang điện bên Hình 2.13 : Nguyên lý hoạt động pin mặt trời Hình 2.14 : Sơ đồ khối hệ thống pin mặt trời Hình 2.15 : Acquy khơ kín hiệu K&V Hình 2.16 : Bộ điều khiển trình nạp acquy Việt Linh      viii  Hình 2.17 : Inverter Việt Linh Hình 2.18 : Trạm vũ trụ ISS Hình 2.19 : Mặt trời ứng dụng hộ gia đình nơng nghiệp  Hình 2.20 : Một thi thiết kế xe chạy lượng mặt trời cho sinh viên Hình 2.21 : Vùng rễ tích cực tập trung Hình 2.22 : Lợi ích vùng khơ Hình 2.23 : Lợi ích vùng ướt Hình 2.24 : Vùng ướt thieo loại đất Hình 2.25 :Thành phần đất Hình 2.26: Cơng nghệ đại Israel ứng dụng nhiều nơng nghiệp Hình 2.27 : Các ống nhỏ mao mạch dẫn tới gốc Hình 2.28 : Trong nhà kính trồng cà chua Israel Hình 2.29 : Tưới nước tiết kiệm Việt Nam Hình 2.30 : Van điện từ 2/2 Hình 2.31 : Sơ đồ cấu tạo van điện từ Hình 2.32 : Hình dạng vi điều khiển Pic 16F877a Hình 2.33 : 8051 Hình 2.34 : 16F877a Hình 2.35 : Sơ đồ chân Pic 16F877a Hình 2.36 : Sơ đồ nguyên lý Pic 16F877a Hình 2.37 : Bộ nhớ chương trình pic 16F877a Hình 2.38 : Bộ nhớ liệu pic 16F877a Hình 2.39 : Thanh ghi STATUS Hình 2.40 : Thanh ghi OPTION_REG Hình 2.41 : Thanh ghi tùy chọn Hình 2.42 : Thanh ghi điều khiển ngắt INTCON Hình 2.43 : Cấu tạo bên ngồi LM35 Hình 2.44 : Cấu tạo bên LM35 Hình 2.45 : (a) biến dung, (b) hình dạng bên ngồi cảm biến, (c) đường cong đặc tính Hình 2.46 : IC 555 Hình 2.47 : Sơ đồ nguyên lý IC 555      Hình 2.48 : Cấu trúc bên IC 555 ix    Khoảng t(s) q(out)(lít) thực tế q(out)(lít) lý thuyết Q(còn lại) thực tế Q(còn lại) lý thuyết 0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 2.653 2.653 2.281 2.175 1.751 1.538 1.432 1.167 2.66 2.5506 2.4413 2.3319 2.2226 2.1132 2.0039 1.8945 18.57 15.917 13.264 10.983 8.808 7.057 5.519 4.087 2.92 18.57 15.91 13.3594 10.9181 8.5862 6.3636 4.2504 2.2465 0.352 Bảng 4.3 : Kết lượng nước giảm xả van vòng 40s Dựa vào bảng ta tính hệ số C3 theo công thức : (4.8) Với qout tính mililít từ ta lấy hệ số C3 = 35 ta vẽ qout theo t excel hình sau :      61    Hình 4.27 : Biểu đồ qout theo khoảng thời gian xả Qua biểu đồ ta có thẻ thấy chênh lệch lưu lượng nước (Qout ) lý thuyết thực tế khơng nhiều Qout min: 1.167 lít khoảng 35s-40s Qout max: 2.653 lít khoảng 0s-5s Người sử dụng tính tốn gần xác lượng nước cho tồn hệ thống, từ chủ động việc quản lý lượng nước tưới tiêu      62    Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ  Kết luận: I Phần mạch điện tử Ưu điểm: Kết đo thực tế mạch phù hợp với lý thuyết kết mô Các modun led đoạn thị rõ ràng, nút nhấn bị nhiễu Khuyết điểm: để bảo vệ linh kiện điện tử mạch khỏi bị dính nước gây nhiễu mạch đặt hộp điện Điều lại khiến cho cảm biến nhiệt độ độ ẩm thể khơng thật xác nhiệt độ độ ẩm môi trường xung quanh II Phần khí Ưu điểm : phần khung làm thép chữ V vững Các số liệu kích thước xác với phần vẽ Mơ hình thật hồn thành giống 99% so với mơ hình mơ Pro-E Khuyết điểm : bồn chứa nước chưa chuẩn , hệ thống đầu nhỏ giọt chảy chưa nguồn nước không sạch, dẫn tối việc đầu nhỏ giọt bị nghẹt Ngoài cơng suất pin mặt trời bé, đạt tối đa 20W nên thời gian sạc vào ắc quy lâu      63     Đề nghị hướng phát triển Vì đề tài Việt Nam nên xem đề tài tiềm với nhiều hướng phát triển Do thời gian có hạn nên nhóm triển khai bước đâu cách khát quát đề phần hiển thị, lưu lượng tưới độ ổn định tâm pin mặt trời độ ổn định mạch điện Những có nhiệt huyết muốn phát triển tiếp đề tài tham khảo đề nghị sau:  Có thể nâng cấp phần mạch điện điều khiển kết nối với máy tính để điều khiển cách chủ động mơ hình lớn  Bên cạnh nâng cấp nên nâng cấp ln hệ thống pin mặt trời để cung cấp đủ lượng cho toàn hệ thống vận hành tốt ổn định  Ngồi nên kết hợp mơ hình tưới nhỏ giọt với hệ thong tướ phun sương để tròng phát triển tốt Nhóm hi vọng đề tài phát triển nữa, giúp cho người nơng dân vừa tiết kiệm thời gian, tiết kiệm nước Từ giảm nhiều chi phí cho việc tưới tiêu canh tác Diều góp phần vào cơng phát triển nông nghiệp nước ta      64    TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Datasheet pic 16f877a [2] Datasheet LM35 [3] Datasheet HS1101 [4] Nguyễn Đình Phú, “ Vi Xử Lý 2”, 2007 [5] Nguyễn Văn Linh, “ Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị đo độ ẩm không khí hệ thống sấy dạng hạt”, 2008 [6] Ngơ Minh An, “Luận văn tốt nghiệp”, 2008 [7] TS Hoàng Dương Hùng, “Năng lượng mặt trời – Lý thuyết & Ứng dụng” [8] Trần Xuân Trường, “Tài liệu sử dụng CCS Tiếng Việt” [9] http://tailieu.vn/ [10] http://www.picvietnam.com/forum/ [11] http://www.alldatasheet.com/ [12] http://www.irritech.vn/ Công ty CP Công nghệ tưới Khang Thịnh      65    PHỤ LỤC I Code phần mềm Code phần đo nhiệt độ hẹn thời gian #include #include #device *=16 adc=10 #use delay(clock=20000000) #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT #include #include //khai bao bien #define k1 RD0 //khai bao chan cam bien #define k2 RD1 #define k3 RD2 #define k4 RD3 #define led1 RD6 #define led2 RD7 #define L1 RC0 #define L2 RC1 #define L3 RC2 #define L4 RC3 #define L5 RC4 #define L6 RC5 #define L7 RC6 #define L8 RC7      66    int32 read,temp; int nd = 40; int temp1,temp2,temp3,i=0; const unsigned char so[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; int16 count=0; int16 tg1,tg2,tg; int16 pt; //chuong trinh #INT_TIMER1 //khai bao ngat de dinh thoi gian VOID NGAT_TIMER1() { SET_TIMER1(15536); count++; IF(count==100) //20*50000us = 1000000us = 1s { if(tg>0)tg ; else tg = tg1+tg2; count=0; } } //hien thi tren led doan //======== void hienthi7doan() { int i; for(i=0;itg2) portb = so[(tg-tg2)/10]; else portb = so[0]; l1 = 0; delay_us(100); portC = 255; if(tg>tg2) portb = so[(tg-tg2)%10]; else portb = so[0]; l2 = 0; delay_us(100); portC = 255; if(tg200) { read=read_adc(); temp = (int)read*500/102,3; temp1 = (temp / 100); temp = temp % 100; temp2 = (temp / 10); temp3 = temp1 * 10 + temp2; i=0; } i++; if(k3==0) {while(k3==0){hienthi7doan();} chinh(); tg=tg1+tg2; pt = (int)(tg1*100/(tg1+tg2));} } } Code phần đo độ ẩm #include #include #fuses NOWDT,PUT,XT,NOPROTECT #use delay(clock=20000000) #include #define L1 RD2 #define L2 RD3 #define L3 RD4 #define L4 RD5      71    #define L5 RD6 #define L6 RD7 #priority ext,timer1 //KHAO BAO BIEN int32 dem=0; int32 count=0; //DEM SO XUNG TRONG 50 MS int32 x=0; //SO XUNG TRONG GIAY int doam=0; //DO AM 6300Hz - 98 6400Hz -92 6500Hz 86 6600Hz 81 6700 75 6800 -68 7000 -57 7100 -51 // 7300 -39 7500 -27 7600 -22 7700 -16 7800 -10 7900 -04 const unsigned char so[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; // Chuong trinh ngat void hienthi(int32 x); #INT_TIMER1 void process() { set_timer1(15536); // so xung = (65536-15536)*4/4Mhz= 50ms , max=65ms dem++; if(dem==20) { x=count*5; count = 0; dem=0; } } #int_ext void ngat_RB0() { ++count; } // Chuong trinh hien thi so led doan void hienthi(int32 x)      72    { int32 a[4]={0,0,0,0}; int8 i=0; //lay cac chu so a[3]= x/1000; a[2]=(x/100)%10; a[1]=(x/10)%10; a[0]=(x%10); if(x>8000) doam=0; else if(x>7900) doam=4;else if(x>7800) doam=10;else if(x>7700) doam=16;else if(x>7600) doam=22;else if(x>7500) doam=27; else if(x>7400) doam=33;else if(x>7300) doam=39;else if(x>7200) doam=45;else if(x>7100) doam=51;else if(x>7000) doam=57; else if(x>6900) doam=62;else if(x>6800) doam=68;else if(x>6700) doam=75;else if(x>6600) doam=81;else if(x>6500) doam=86; else if(x>6400) doam=92;else if(x>6300) doam=99;//else doam=99; // quet led for(i=0;i