1. Trang Chủ
  2. Điện-Điện tử-Viễn thông
  3. Đồ án điện công nghiệp: Thiết kế hệ thống tưới cây tự động sử dụng Arduino

Đồ án điện công nghiệp: Thiết kế hệ thống tưới cây tự động sử dụng Arduino

Mục tiêu của đồ án là thiết kế một hệ thống tưới cây tự động đơn giản với nguyên lý là thông qua cảm biến độ ẩm của đất để truyền tín hiệu cho hệ thống để biết lúc nào nên vận hành động cơ bơm nước cho khu vườn. Tất cả mọi việc đều tự động diễn ra trong quá trình cài đặt sẵn và qua các cảm biến để điều tiết việc tưới cây hợp lí trong mọi thời tiết. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ ĐỐ ÁN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG ARDUINO Cán bộ hướng d

Thể loại Tài liệu miễn phí Điện-Điện tử-Viễn thông

Số trang 31

Ngày tạo 7/8/2020 12:01:40 PM +00:00

Loại tệp DOCX

Kích thước 1.59 M

Tên tệp

Tải Đồ án điện công nghiệp: Thiết kế hệ thống tưới cây... (.pdf)

Xem mẫu

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ ĐỐ ÁN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ  ĐỘNG SỬ DỤNG ARDUINO Cán bộ hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Ths. Hoàng Đăng Khoa Lê Trường Thuận B1603753 Phan Thành Nam B1603734
  2. Đồ án điện công nghiệp GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  2
  3. Đồ án điện công nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, vi điều khiển AVR và vi   điều khiển PIC ngày càng thông dụng và hoàn thiện hơn. Nhưng có thể nói sự xuất  hiện của Arduino vào năm 2005 tại Italia đã mở  ra một hướng đi mới cho vi điều   khiển. Sự xuất hiện của Arduino đã hỗ trợ cho con người rất nhiều trong lập trình   và thiết kế, nhất là đối với những người mới bắt đầu tìm tòi về  vi điều khiển mà  không có quá nhiều kiến thức, hiểu biết sâu sắc về  vật lý và điện tử. Phần cứng   của thiết bị  đã được tích hợp nhiều chức năng cơ  bản và là mã nguồn mở. Ngôn   ngữ lập trình trên nền Java lại vô cùng dễ sử dụng tương thích với ngôn ngữ C/C++   và hệ thống thư viện rất phong phú và được chia sẻ miễn phí. Chính vì những lý do   như  vậy nên Arduino hiện đang dần phổ  biến và được phát triển ngày càng mạnh   mẽ  trên toàn thế  giới...Trong đề  tài này, em sẽ  thiết kế  một hệ  thống tưới cây tự  động được xây dựng với trung tâm là Arduino UNO R3 (một trong các loại Board   Arduino), chi phí thấp, thiết kế đơn giản, có ứng dụng rộng rải từ mô hình nhỏ đơn  giản đến mô hình lớn phức tạp. GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  3
  4. Đồ án điện công nghiệp LỜI CẢM ƠN Qua đồ  án này, nhóm em xin cảm  ơn thầy Hoàng Đăng Khoa đã giúp đỡ  cho   chúng em trong quá trình hoàn thành đồ  án. Giúp chúng em hiểu rõ hơn về  mạch  Arduino, cách thiết kế  mạch, chạy code hay biết  được nhiều  ứng dụng hay của  mạch Arduino. Ngoài ra, nhờ  thầy hướng dẫn nên chúng em cũng đã hoàn thành   mạch in, hiểu được một quá trình làm một mạch in với các công đoạn thiết kế, làm   mạch, khoan và hàn các linh kiện. Qua đó giúp chúng em tiến bộ hơn và đã có bước   đầu hiểu hơn về các mạch điện tử. Thông qua đồ  án, chúng em đã tích lũy và học  được một ít kinh nghiệm thực tế rất có ít cho việc học tập và công việc của chúng  em sau này. Bên cạnh đó còn có nhiều mặt hạn chế  do lần đầu tiếp xúc với linh   kiện điện tử thực tế và còn do kỹ năng yếu kém nên dẫn đến sản phẩm còn nhiều  khuyết điểm, mông thầy sẽ thông cảm và bỏ qua cho chúng em. Một lần nửa tụi em  xin cảm ơn thầy Hoàng Đăng Khoa đã giúp đở nhóm em hoàng thành đồ án này.   GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  4
  5. Đồ án điện công nghiệp MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC 1 MỤC LỤC HÌNH ẢNH 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1.  Đặt vấn đề 4 1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu đề tài..............................................4 CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 2.1.  Arduino UNO R3 5 2.1.1. Các thông số cơ bản của Arduino UNO R3........................................6 2.1.2. Vi điều khiển 6 2.1.3. Các chân của Arduino 6 2.1.4. Lập trình cho Arduino 7 2.2.  Cảm biến độ ẩm và module chuyển đổi.................................................7 2.2.1. Cảm biến độ ẩm 7 2.2.2.  Module chuyển đổi 7 2.3.  Module 5VDC 2 kênh 9 2.4.  Động cơ bơm 12V 10 2.5.  Điện trở 220Ω và Led 11 2.6.  Bộ nguồn nhiều ngõ ra 12 CHƯƠNG 3.GIỚI THIỆU ARDUINO IDE & PROTEUS VÀ MÔ PHỎNG HỆ  THỐNG 3.1.  Phần mềm mô phỏng Proteus 13 3.2.  Thư viện Arduino cho Proteus 14 3.3.  Arduino IDE và lập trình cho Arduino...................................................14 3.4.  Mô phỏng hệ thống 15 3.4.1 Mô phỏng mạch nguyên lý trên Proteus..............................................16 GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  5
  6. Đồ án điện công nghiệp 3.4.2 Nguyên lý hoạt động 16 3.4.3 Viết code chương trình cho Arduino...................................................16 CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ MẠCH 4.1.   Thiết kế mạch in 21 4.2.   Thi công mạch 21 CHƯƠNG 5. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 5.1.  Nhận xét 23 5.2.  Kết luận 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  6
  7. Đồ án điện công nghiệp MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1. Hình dáng bên ngoài của Arduino 5 Hình 2. Thông số cơ bản của Arduino 6 Hình 3. Cảm biến độ ẩm 7 Hình 4. Module chuyển đổi 7 Hình 5. Module relay 5VDC 2 kênh 9 Hình 6. Động cơ bơm 12V 10 Hình 7. Điện trở 220Ω  11 Hình 8. Led 11 Hình 9. Bộ nguồn nhiều ngõ ra 12 Hình 10. Giao diện phần mềm Proteus 8.713 Hình 11. Các linh kiện trong thư viện Arduino cho Proteus...................................14 Hình 12. Giao diện phần mềm Arduino IDE..........................................................15 Hình 13. Mạch nguyên lý vẽ trên Proteus 16 Hình 14. Viết code bằng Arduino IDE 16 Hình 15. Sơ đồ mạch in trên Proteus 21 Hình 16. Mạch thực tế sau khi hoàn thành22 Hình 17. Mô hình thực tế sau khi lắp đặt 22 GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  7
  8. Đồ án điện công nghiệp CHƯƠNG 1. TỔNG QUANG VỀ ĐỀ TÀI 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Thực tế  trong cuộc sống ngày càng bận rộn, nhiều người vẫn có thú vui là  trồng  những cây  cảnh,  vườn rau trong  không  gian  trống  của  nhà  mình  như  sân   thượng, ban công. Tuy nhiên, trong những lúc bạn bận các công việc hằng ngày thì   những cây cảnh và vườn hoa  ở  nhà sẽ  không được ai tưới nước. Ngoài phương  pháp tưới cây phổ  thông, chúng ta có thể  tạo ra những hệ  thống tưới cây tự  động   đơn giản cho khu vườn nhỏ của mình thậm chí có thể  mở  rộng hệ thống tưới cây  cho cả một khu vườn lớn. 1.1 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Mục tiêu của đồ  án là thiết kế  một hệ  thống tưới cây tự  động đơn giản với   nguyên lý là thông qua cảm biến độ ẩm của đất để truyền tín hiệu cho hệ thống để  biết lúc nào nên vận hành động cơ  bơm nước cho khu vườn. Tất cả mọi việc đều  tự  động diễn ra trong quá trình cài đặt sẵn và qua các cảm biến để  điều tiết việc   tưới cây hợp lí trong mọi thời tiết. Với mô hình mạch đơn giản, chi phí thấp, dễ thiết kế nên có thể áp dụng rộng  rải vào cuộc sống thực tế của chúng ta. GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  8
  9. Đồ án điện công nghiệp CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 2.1 ARDUINO UNO R3 Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thì trường thế giới trong nhiều năm qua  với số  lượng người dùng cực lớn và đa dạng với trình độ  trải rộng từ  bậc phổ  thông đến bậc đại học. Arduino UNO R3 là một trong những mạch Arduino được sữ dụng phổ biến  nhất. Hiện nay, dòng mạch này đã phát triển đến thế hệ thứ 3 (R3). Hình 1: Hình dáng bên ngoài Arduino 2.1.1 Các thông số cơ bản của Arduino UNO R3 GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  9
  10. Đồ án điện công nghiệp Hình 2: Thông số cơ bản của Arduino 2.1.2 Vi điều khiển. Arduino Uno được xây dựng với phân nhân là vi điều khiển ATmega328P  sử  dụng thạch anh có chu kì dao động là 16 MHz. Với vi điều khiển này, ta có 14 ngỏ  ra/vào được đánh số từ 0 đến 13. Song song đó, ta có thêm 6 ngỏ nhậ tín hiệu analog   được đánh ký hiệu từ A0 đến A5. Trên board còn có 1 nút reset, 1 ngõ kết nối với máy tính qua cổng USB và 1   ngõ cấp nguồn sử dụng jack 2.1mm lấy năng lượng trực tiếp từ AC­DC adapter hay   thông qua ắc­quy nguồn. 2.1.3 Các chân của Arduino. Các chân năng lượng: GND (Ground), 5V, 3.3V, Vin (Voltage Input), IOREF,   RESET. GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  10
  11. Đồ án điện công nghiệp Các cổng ra/vào: Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín   hiệu và 6 chân analog (A0 ­ A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit, để đọc giá trị  điện áp trong khoảng 0V ­ 5V. GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  11
  12. Đồ án điện công nghiệp 2.1.4 Lập trình cho Arduino. Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng. Ngôn   ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung và Wiring lại   là một biến thể của C/C++. Có người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay  C/C++ và tên gọi phổ biến nhất là ngôn ngữ Arduino. Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn   từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễ học và từ việc lập trình ta có thể thiết kế  mạch theo ý muốn của mình và vận hành một cách hiệu quả và tối ưu nhất. 2.2 CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT VÀ MODULE CHUYỂN ĐỔI. 2.2.1 Cảm biến độ ẩm đất.              Hình 3. Cảm biến độ ẩm đất Hai đầu đo của cảm biến được cắm vào đất để  phát hiện độ  ẩm. Dùng dây  nối giữa cảm biến và module chuyển đổi. Thông tin về độ ẩm đất sẽ được đọc về  và gởi tới module chuyển đổi. 2.2.2 Module chuyển đổi. GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  12
  13. Đồ án điện công nghiệp Hình 4. Module chuyển đổi Module chuyển đổi có cấu tạo chính gồm một IC so sánh LM393, một  biến trở, 4 điện trở  dán 100 Ohm và 2 tụ  dán. Biến trở  có chức năng định  ngưỡng so sánh với tín hiệu độ ẩm đất đọc về từ cảm biến. Đặc điểm:  Điện áp hoạt động: 3.3V­5V Kích thước PCB: 3cm × 1.6cm Led báo hiệu o Led đỏ báo nguồn o Led xanh báo mức độ ẩm ở pin DO Mô tả các pin trên module Nguyên lý hoạt động của cảm biến độ ẩm GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  13
  14. Đồ án điện công nghiệp Khi module cảm biến độ   ẩm phát hiện, khi đó sẽ  có sự  thay đổi điện áp ngay tại   đầu vào của ic LM393. Ic này nhận biết có sự thay đổi nó sẽ đưa ra một tín hiệu 0V   để báo hiệu. và thay đổi như thế nào sẽ được tính toán để đọc độ ẩm đất. + Cảm biến độ   ẩm đất rất nhạy với độ   ẩm môi trường xung quanh, thường được  sử dụng để phát hiện độ ẩm của đất. +  Khi độ ẩm đất vượt quá giá trị được thiết lập, ngõ ra của module D0  ở mức giá  trị là 0V. +   Ngõ ra   D0   có   thể   được   kết   nối   trực   tiếp   với   vi   điều   khiển   như  (Arduino,PIC,AVR,STM), để  phát hiện cao và thấp, và do đó để  phát hiện độ   ẩm   của đất. + Đầu ra Analog AO có thể  được kết nối với bộ  chuyển đổi ADC, có thể  nhận   được các giá trị chính xác hơn độ ẩm của đất. 2.3 MODULE RELAY 5VDC 2 KÊNH GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  14
  15. Đồ án điện công nghiệp Hình 5. Module relay 5VDC 2 kênh  Relay 2 Kênh gồm 2 rơ  le hoạt động tại điện áp 5VDC, chịu được  hiệu điện thế lên đến 250VAC 10A. Relay 2 kênh được thiết kế chắc chắn,   khả  năng cách điện tốt. Trên module đã có sẵn mạch kích relay sử  dụng  transistor và IC cách ly quang giúp cách ly hoàn toàn mạch điều khiển (vi  điều khiển) với relay, bảo đảm vi điều khiển hoạt động ổn định. Mạch relay 2 kênh sử dụng chân kích mức thấp (0V), mức cao (5V)  tùy thuộc vào chọn Jumper. Ứng dụng với relay module khá nhiều bao gồm  cả điện DC hay AC. Thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động: 5VDC. Tín hiệu kích: High (5V) hoặc Low (0V) chọn bằng Jumper. Nguồn cấp: 5VDC. Tiếp điểm đóng ngắt max: 250VAC­10A hoặc 30VDC­10A Kích thước: 52mm × 41mm × 19mm. Điện áp hoạt động: 5VDC GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  15
  16. Đồ án điện công nghiệp Có thể  sử  dụng relay để  điều khiển các thiết bị  có công suất 30VDC­10A   hoặc 250VAC­10A Điện áp kích mức thấp 2.4 ĐỘNG CƠ BƠM 12V Hình 6. Động cơ bơm 12V Thông số kỹ thuật: Máy bơm có điện áp:   DC 12V Dòng tiêu thụ:   0.6­2A Công suất:   5­12W Lưu lượng bơm:   1­2 lít/phút Kích thước:   90×40×35 mm. 2.5 ĐIỆN TRỞ 220Ω VÀ LED Điện trở 220V GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  16
  17. Đồ án điện công nghiệp Hình 7. Điện trở 220Ω Led: Led hoạt động  ở  mức 1,8 đến 3V,  dòng 10 đến 20mA. Hình 8. Led GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  17
  18. Đồ án điện công nghiệp 2.6 BỘ NGUỒN NHIỀU NGÕ RA Hình 9. Bộ nguồn nhiều ngõ ra Thông số kỹ thuật: ­ Điện áp ngõ vào: AC 220V ­ Điện áp ngõ ra: DC 3.3V, 5V, 9V, 12V ­ Cường độ dòng điện: 1A Sử  dụng nguồn DC 9V cấp cho Arduino UNO R3 qua jack cắm, s ử  dụng nguồn DC 12V cấp cho động cơ bơm. GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  18
  19. Đồ án điện công nghiệp CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU ARDUINO IDE & PROTEUS VÀ  MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 3.1  PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROTEUS Phần mềm Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt động của mạch  điện tử bao gồm phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi  điều khiển MCS­51, PIC, AVR,... Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của  Labcenter Electronic, mô phỏng cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng, đặc  biệt hỗ trợ cho các MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola. Phần mềm bao gồm 2 chương trình: ISIS cho phép mô phỏng mạch và ARES  dùng để vẽ mạch in. Proteus là phần mềm mô phỏng cho các loại vi điều khiển khá  tốt, hỗ trợ các dòng vi điều khiển PIC, 8051, dsPIC, AVR, HC11,... các giao tiếp I2C,  SPI, CAN, USB, Ethenet,... ngoài ra còn mô phỏng các mạch số, mạch tương tự một  GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  19
  20. Đồ án điện công nghiệp cách hiệu quả.  Hình 10. Giao diện phần mềm Proteus 8.7 3.2  THƯ VIỆN ARDUINO TRONG PROTEUS Thư viện Arduino là một bổ sung rất hay cho phần mềm Proteus, nó giúp cho  việc mô phỏng Arduino được thuận tiện và dễ dàng hơn thay vì chỉ mô phỏng được  chip Atmega328 (nhân của Arduino), thư viện này được phát triển bởi các kỹ sư  Cesar, Osaka, Daniel Cezar, Roberto Bauer và được đăng tải trên blog tiếng Bồ Đào  Nha http://blogembarcado.blogspot.de/  GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang  20
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược