Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển, giám sát cho mô hình tưới cây tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG
KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ
-----------------------

HÀ MẠNH QUÂN

THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN,
GIÁM SÁT CHO MƠ HÌNH TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngành: Đại học Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử

Phú Thọ, 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG
KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ
-----------------------

HÀ MẠNH QUÂN

THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN,
GIÁM SÁT CHO MƠ HÌNH TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngành: Đại học Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: ThS: Nguyễn Thị Thanh Hòa

Phú Thọ, 2018

i
LỜI CẢM ƠN
Đề tài khóa luận tốt nghiệp “Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển, giám
sát cho mơ hình tưới cây tự động" được hoàn thành tại Trường Đại học Hùng
Vương- Việt Trì- Phú Thọ. Để có được bản khóa luận tốt nghiệp này, trong q
trình thực hiện, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới Trường Đại học
Hùng Vương, Khoa Kỹ thuật- Công nghệ và đặc biệt là cơ giáo Nguyễn Thị
Thanh Hồ đã trực tiếp, tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em
hồn thành khố luận tốt nghiệp với kết quả tốt nhất.
Em xin gửi lời cảm ơn đến quý các thầy cô trong khoa Kỹ thuật- Công
nghệ, bộ môn Điện- Điện tử cuả trường Đại học Hùng Vương đã truyền đạt cho
em những kiến thức về chuyên môn và giúp em định hướng theo sự hiểu biết và
khả năng để em thực hiện tốt khoá luận tốt nghiệp cuả mình.
Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học
viên, luận văn này khơng thể tránh được những thiếu sót. Em rất mong nhận
được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến để em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức
của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!

Phú Thọ, ngày

tháng năm 2018

Sinh viên thực hiện

Hà Mạnh Quân


ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN5
MỤC LỤC..... .................................................................................................... ii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................. iv
PHẦN A. ĐẶT VẤN ĐỀ3
1.1. Tính cấp thiết cuả khố luận3
1.2. Mục tiêu nghiên cứu4
1.3. Ý nghĩa cuả khoá luận4
1.3.1. Ý nghĩa khoa học4
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn4
PHẦN B. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU5
1.1. Tổng quan về các phương pháp điều khiển tưới cây5
1.2. Một số thiết bị điều khiển tưới tự động6
1.2.1. Thiết bị điều khiển tưới từ xa E-pump6
1.2.2. Bộ điều khiển tưới tự động EG-T017
1.2.3. Bộ điều khiển tưới tự động S800-4R8
1.3. Tổng quan về các phương pháp tưới cây tự động8
1.4. Một số phương pháp tưới cây10
1.4.1. Tưới phun mưa10
1.4.2. Tưới ngập10
1.4.3. Tưới rãnh10
1.4.4. Tưới nhỏ giọt10


ii
1.5. Định hướng nghiên cứu của khóa luận11
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU12

2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu12
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu12
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu12
2.2. Nội dung nghiên cứu12
2.3. Phương pháp nghiên cứu12
2.3.1. Tiến trình thực hiện nghiên cứu12
2.3.2. Phương pháp thực hiện nội dung 1: Phần mềm LabVIEW và bo mạch
Arduino Uno.13
2.3.3. Phương pháp thực hiện nội dung 2: Phương pháp tưới nhỏ giọt cho
cây trồng.44
2.3.4. Phương pháp thực hiện nội dung 3: Xây dựng phần cứng cuả mơ hình
tưới nhỏ giọt.49
2.3.5. Phương pháp thực hiện nội dung 4: Xây dựng giao diện và chương
trình phần mềm.54
2.3.6. Phương pháp thực hiện nội dung 5: Hoàn thiện, chạy thử, đánh giá
chất lượng hệ thống56
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU58
3.1. Kết quả gia công, chế tạo phần cứng58
3.1.1. Phần hộp điều khiển58
3.1.2. Phần mơ hình trồng cây60
3.1.3. Phần bể chứa nước61
3.2. Kết quả thi công chế tạo phần mềm62


ii
3.2.1. Giao diện điều khiển, giám sát trên phần mềm LabVIEW62
3.2.2. Chương trình điều khiển, giám sát trên phần mềm LabVIEW63
3.3. Kết quả chạy thử nghiệm và đánh giá67
3.3.1. Hoạt động cuả hệ thống67
3.3.2. Đánh giá chất lượng hoạt động73

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ74
4.1. Kết luận74
4.2. Hạn chế, tồn tại74
4.3. Kiến nghị, đề xuất giải pháp74
4.3.1. Kiến nghị74
4.3.2. Đề xuất giải pháp75
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO76
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN77


iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. So sánh tưới nhỏ giọt so với tưới theo cách truyền thống48
Bảng 2.2. Bảng mẫu đánh giá kết quả ở chế độ thủ công57
Bảng 2.3. Bảng mẫu đánh giá kết quả ở chế độ tự động57
Bảng 3.1. Sơ đồ nối chân giữa cảm biến độ ẩm đất và Arduino59
Bảng 3.2. Sơ đồ nối chân giữa cảm biến nhiệt độ và Arduino59
Bảng 3.3. Sơ đồ nối chân giữa cảm biến siêu âm và Arduino60
Bảng 3.4. Bảng ghi lại các thông số hoạt động tự động lần 170
Bảng 3.5. Bảng ghi lại các thông số hoạt động tự động lần 272
Bảng 3.6. Bảng thử nghiệm điều khiển hệ thống ở chế độ thủ công73


iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Hệ thống các phương pháp điều khiển tưới5
Hình 1.2. Hệ thống tưới từ xa E-pump EPP-0186
Hình 1.3. Bộ điều khiển tưới tự động EG-T017
Hình 1.4. Bộ điều khiển tưới tự động S800-4R8
Hình 1.5. Nhu cầu nước tưới trong nơng nghiệp ở một số nước9

Hình 1.6. Hệ thống các phương pháp tưới cây9
Hình 2.1. Phần mềm LabVIEW 201413
Hình 2.2. Mơi trường phát triển cuả phần mềm LabVIEW14
Hình 2.3. Phần mềm VI Package Manager 201716
Hình 2.4. Danh sách các thiết bị ảo trong Control Palette19
Hình 2.5. Danh sách các thiết bị ảo trong Numeric20
Hình 2.6. Danh sách các thiết bị ảo trong Boolean21
Hình 2.7. Danh sách các thiết bị ảo trong Gragh22
Hình 2.8. Single Plot Charts23
Hình 2.9. Multiphe Plot Charts23
Hình 2.10. Giao diện cuả Waveform Graph trong Front Panel24
Hình 2.11. Danh sách các hình khối25
Hình 2.12. Dịng dữ liệu chảy trong các dây dẫn khi chạy chương trình26
Hình 2.13. Các dạng dây nối trên Block Diagram27
Hình 2.14. Danh sách các thiết bị ảo trong Functions Palette28
Hình 2.15. Danh sách các thiết bị ảo trong Structures29
Hình 2.16. . Hàm cấu trúc For Loop trong Block Diagram30
Hình 2.17. Thanh ghi dịch trong hàm cấu trúc While Loop31
Hình 2.18. Hàm cấu trúc Case Structures trong Block Diagram31
Hình 2.19. Danh sách các thiết bị ảo trong Numeric33
Hình 2.20. Danh sách các thiết bị ảo trong Boolean34
Hình 2.21. Danh sách các thiết bị ảo trong Comparison34
Hình 2.22. Hình ảnh thực tế cuả một bo mạch Arduino Uno R335


iv
Hình 2.23. Vi điều khiển Atmega dạng chân dán và dạng chân cắm37
Hình 2.24. Chức năng các chân cuả Arduino Uno R340
Hình 2.25. Giao diện cuả chương trình nạp thư viện giao tiếp MakerHub41
Hình 2.26. Chọn cổng nạp chương trình42

Hình 2.27. Chọn kiểu nạp chương trình42
Hình 2.28. Quá trình nạp chương trình đang diễn ra43
Hình 2.29. Kết thúc quá trình nạp chương trình43
Hình 2.30. Hệ thống đường ống cung cấp nước tới từng gốc cây45
Hình 2.31. Sơ đồ tổng thể mơ hình cuả khố luận49
Hình 2.32. Phần hộp điều khiển cuả hệ thống50
Hình 2.33. Vị trí các linh kiện được đặt trong hộp điều khiển50
Hình 2.34. Sơ đồ phần bể chứa cuả mơ hình51
Hình 2.35. Phần nắp cuả bể chứa51
Hình 2.36. Mơ hình hộp trồng cây52
Hình 2.37. Đầu tưới nhỏ giọt có chân cắm53
Hình 2.38. Sơ đồ ngun lý hoạt động cuả bộ sản phẩm55
Hình 3.1. Hình ảnh mặt trước cuả bộ điều khiển58
Hình 3.2. Vị trí dây kết nối sản phẩm với máy tính58
Hình 3.3. Vị trí cuả dây cảm biến và nguồn điện58
Hình 3.4. Sơ đồ nối dây tổng thể cuả sản phẩm59
Hình 3.5. Mơ hình tưới cây tự động đã hồn thiện60
Hình 3.6. Bể chứa nước sau khi hồn thiện61
Hình 3.7. Mặt trên cuả bể chứa nước61
Hình 3.8. Giao diện người dùng ở chế độ tự động62
Hình 3.9. Giao diện người dùng ở chế độ thủ cơng63
Hình 3.10. Giao diện cài đặt bộ điều khiển tưới nước63
Hình 3.11. Chương trình điều khiển trong chế độ tự động65
Hình 3.12. Chương trình điều khiển trong chế độ thủ cơng66
Hình 3.13. Mơ hình trồng rau mồng tơi68


iv
PHẦN A. ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1.

Tính cấp thiết cuả khố luận
Trong quá trình phát triển của khoa học kỹ thuật mà toàn thế giới đang

chứng kiến, điện tử là một trong những ngành phát triển mũi nhọn, ứng dụng
của điện tử, tin học, viễn thông đang ngày một lớn và ảnh hưởng sâu sắc đến
cuộc sống và cách thức làm việc của toàn xã hội. Để phát triển được các lĩnh
vực trong một tổng thể chung là ngành điện tử, thì vấn đề đo lường là một vấn
đề cần được quan tâm và phát triển. Các thiết bị hệ thống đo lường và điều khiển
ghép nối với máy tính có độ chính xác cao, thời gian thu thập số liệu ngắn, mức
độ tự động hóa trong việc thu thập và xử lý các kết quả cả việc lập bảng thống
kê và việc in ra giấy.
Ứng dụng tự động hoá trong sản xuất nông nghiệp là xu thế chung công
nghiệp hiện đại. Trong đó, khâu tưới nước trong các nhà vườn là một ví dụ điển
hình. Trước kia, việc tưới nước cho cây trồng phụ thuộc chủ yếu vào sức người,
công việc này địi hỏi phải chú ý quan sát tình trạng cuả cây để tưới nước đúng
lúc, hơn nữa việc mang vác nước để tưới cũng làm tăng thêm phần nặng nhọc
cho người làm vườn. Chưa kể các yếu tố môi trường thay đổi mà con người khó
có thể nhận ra kịp thời. Việc tưới cây thiếu chính xác sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới
chất lượng sản phẩm và uy tín cuả nhà vườn. Ứng dụng công nghệ tưới nhỏ giọt
tự động vào sản suất cây trồng sẽ làm giảm chi phí lao động, nâng cao năng
suất, đảm bảo chất lượng, nâng cao năng suất so với khi chỉ sử dụng lao động
thủ công.
Những hệ thống điều khiển tưới cây tự động hiện nay trên thị trường chủ
yếu là được nhập khẩu từ nước ngồi. Sử dụng thiết bị và cơng nghệ nước ngồi
có độổn định tương đối cao, tuy nhiên giá thành lại quá đắt và chưa phù hợp với
đặc điểm khí hậu cuả Việt Nam. Hiện nay, nhiều hộ gia đình, nơng dân chưa đủ
kinh phí đầu tư cơng nghệ nước ngoài cũng đang rất mong đợi sự ra đời các hệ
thống tưới sáng tạo phù hợp với thiết bị hiện có của Việt Nam. Một giải pháp

iv
cho vấn đề đó là ứng dụng LabVIEW và Arduino vào thiết kế hệ thống tưới cây
tự động. Tuy nhiên, các nghiên cứu theo hướng này còn hạn chế, các đề tài về
lĩnh vực này chưa nhiều.
Khi sử dụng LabVIEW để điều khiển có thể quan sát một cách chính xác
độ ẩm đo được trong đất, hơn thế người sử dụng cịn có thể biết được các yếu tố
khác có liên quan như nhiệt độ trong khơng khí và ánh sáng trong nhà vườn. Các
yếu tố tự nhiên trong môi tường đó có ảnh hưởng trực tiếp tới q trình sinh
trưởng cuả cây trồng. Chính vì những ưu điểm vượt trội của phương pháp điều
khiển như trên, em đã quyết định lựa chọn đề tài: “Thiết kế chế tạo hệ thống
điều khiển, giám sát cho mơ hình tưới cây tự động” cho khóa luận tốt nghiệp.
1.2.

Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài được triển khai, thực hiện với mục tiêu là nghiên cứu và chế tạo

thành công hệ thống điều khiển, giám sát cho mơ hình tưới cây tự động. Hệ
thống hoạt động ổn định, bền bỉ, sản phẩm sấy có chất lượng đồng đều nhau.
1.3.

Ý nghĩa cuả khoá luận

1.3.1. Ý nghĩa khoa học
- Điều khiển và giám sát môi trường nhà vườn, với sai số nhỏ, đảm bảo
thực hiện chính xác theo yêu cầu kỹ thuật công nghệ đối với trồng cây trong nhà
vườn.
- Bổ sung nguồn tư liệu nghiên cứu phục vụ cho quá trình học tập, giảng
dạy, nghiên cứu khoa học.
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn

- Xây dựng bộ điều khiển, giám sát có thể ứng dụng được trong thực tế sản
xuất tại các nhà vườn với quy mô nhỏ và vừa.
- Khoá luận giúp sinh viên trải nghiệm thực tế q trình thi cơng sản xuất
và làm quen với việc áp dụng kiến thức vào thực tiễn, cũng như biết cách sử
dụng các thiết bị kĩ thuật.


iv
PHẦN B. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.

Tổng quan về các phương pháp điều khiển tưới cây
Có thể chia phương pháp điều khiển tưới cây ra làm hai loại:
- Điều khiển tưới thủ công là q trình mà người nơng dân phải trực tiếp tác

động đóng ngắt các thiết bị điện động lực và điều khiển vòi phun nước để tưới
cây trồng.
- Điều khiển tưới tự động là quá trình mà các thiết bị điều khiển tự động
đóng vai trị chủ đạo. Trong q trình điều khiển tưới tự động lại có thể chia ra
thành nhiều phương pháp khác nhau
- Các phương pháp điều khiển có thể được hệ thống như ở hình vẽ sau:

Phương pháp điều khiển tưới

Điều khiển tưới tự động

Điều khiển tưới thủ công

Điều khiển sử

dụng PLC

Điều khiển sử
dụng vi điều
khiển

Điều khiển kết hợp
Arduino và phần
mềm LabVIEW

Hình 1.1. Hệ thống các phương pháp điều khiển tưới


iv
1.2.

Mộ

1.2.1. Thiết bị điều khiển
n tưới
tư từ xa E-pump

1.2.

H
Hệ thống tưới từ xa E-pump EPP-018

a)
-

ếtt b
bị điều khiển từ xa qua điện thoạii đư
được Eplusi

Technology nghiên cứu
u phát tri
triển, tích hợp 3 chức năng gồm
m đi
điều khiển qua
cuộc gọi, điều khiển
n qua tin nhắn
nh và cài đặt hẹn giờ bật/ tắt thiếtt bị.
b Tất cả chỉ
tích hợp trên một bo mạch
ch điện
đi tử nhỏ gọn. Với thiết bị nhỏ gọn
n này, ch
chủ vườn
có thể điều khiển từ xa các thi
thiết bị như máy bơm nước, đèn, quạạt, thiết bị điện
gia dụng bằng cách gọi tớ
ới điện thoại hoặc nhắn tin SMS với số điện
đi thoại được
cài đặt trước.
b) Đặc điểm kỹ thuật
- Nguồn cấp:
p: 220V đi
điện 1 pha.
- Công suất tải tốii đa điện
đi 1 pha: 5HP (5 mã lực).

- Điều khiển từ xa qua cuộc
cu gọi hoặc tin nhắn SMS.
- Cài đặt được số điệện thoại điều khiể

ời gian bật tắt thiếết bị.

- Giám sát được trạng
ng thái và dòng điện thiết bị đang sử dụng
ng qua tin nhắn.
nh


iv
- Khắc phục nhượcc đi
điểm nhiều cuộc gọi hoặc tin nhắn củaa ssố khác có thể
điều hiển thiết bị.
1.2.2. Bộ điều khiển tướii tự
t động EG-T01

1.3.

Bộ điều khiển tưới tự động EG-T01

a)
- Điều khiển bật tắtt máy bơm ttừ xa.
- Hẹn giờ máy bơm từ
t xa qua điện thoại.
-

với tấtt ccả các loại điện thoại.

- Hỗ trợ giao diện
n Smartphone, giúp ngư
người dùng dễ dàng thao tác, gửi
g lệnh
nhanh chóng, chính xác.
- Có tích hợp cảm
m bi
biến mưa, bơm tự động ngắt và gửi thông báo khi tr
trời
mưa giúp tiết kiệm nướcc và đi
điện cho người sử dụng.
b) Thông số kĩ thuật
- Hộp nhựa cách điện,
n, kích thước
thư 16x6x3,5cm.
- Đầu
u vào 220 VAC.
- Đầu ra : Điện áp tố
ối đa 250 VAC dịng tối đa 30A. Tảii 1 pha, cơng suất
su
3Kw với tải thuần trở,, 1HP với
v máy bơm hoặc tải cảm.


iv
1.2.3. Bộ điều khiển tướii tự
t động S800-4R

1.4.

Bộ điều khiển tưới tự động S800-4R

a) Thông số kĩ thuật
- Hộp nhựa cách điện,
n, kích thước
thư 20x12x5 cm.
- Đầu
u vào: Adaptor 220VAC/12VDC.
- 4 đầu ra, dòng tốii đa 7A, điện
đi áp tối đa 250VAC.
b) Ưu điểm
- Dễ đấu nối, dễ sử d
dụng, an toàn.
- Dùng cho nhiều
u thiết
thi bị độc lập nhau.
- Thích hợp với việcc đi
điều khiển van từ tướii trong các khu vvực nhỏ như
trang trại nấm, trồng
ng rau…
c) Nhược điểm
- Chỉ sử dụng với tảii công su
suất nhỏ.
1.3.

Tổng quan về
Nằm ở vùng Đông Nam Á chịu
ch ảnh hưởng của chế độ khí hhậu nhiệt đới

gió mùa, Việtt Nam có lư
lượng mưa và dòng chả


iv

.

1.5

Tưới nước là mộtt trong nh
những kỹ thuậ

ọng

nhất. Có ảnh hưởng lớn
nđ
đến chất lượng, hiệu quả kinh doanh. Sau đây là một
m số
phương pháp tưới nướ

.
ở hình vẽ sau:

i cây

T

i phun
m a

T

1.6.

i ng p

Hệ thố

T

i nh
gi t

T

i rãnh


iv
1.4.

Một số phương pháp tưới cây

1.4.1. Tưới phun mưa
Đây là phương pháp tưới bằng cách phun nước từ dưới mặt nước lên tán
cây qua hệ thống máy bơm, ống dẫn nước với các vòi phun cố định. Béc tưới tự
động xoay được với góc 360 độ, được đặt cao khỏi mặt đất 0,5- 1,0m.
Phương pháp này có ưu điểm là khắc phục được hiện tượng thời tiết
không thuận lợi. Đảm bảo năng suất, chất lượng quả. Và đảm bảo yêu cầu kỹ

thuật cao trong việc nhân giống cây con.
Nhược điểm vốn đầu tư ban đầu cao, quá trình vận hành tốn điện, nước.
Khó châm phân qua đường tưới.
1.4.2. Tưới ngập
Tưới ngập là phương pháp cho nước vào vườn cây một lớp nước nhất
định. Trong một thời gian xác định đểcung cấp nước cho cây ăn trái hiệu quả
kinh tế.
Phương pháp tưới này tốn nhiều nước, chỉ áp dụng được với nơi có địa
hình tương đối bằng phẳng, thốt nước tốt. Đất bị gí chặt, dinh dưỡng bị rửa trơi
theo dịng dinh dưỡng bị rửa trơi theo dịng nước tiêu, kết cấu đất bị phá vỡ.
1.4.3. Tưới rãnh
Là phương pháp tưới nước để nước chảy theo các rãnh được thiết kế giữa
các hàng cây. Nước được thấm dần vào đất và cung cấp cho cây trồng.
Cách tưới nước này tiết kiệm và chủ động được nước tưới cho vườn cây
ăn trái hiệu quả kinh tế, lớp đất mặt vẫn tơi xốp, khơng bị gí chặt, kết cấu đất
vẫn giữ vững, đất khơng bị bào mịn, chất dinh dưỡng khơng bị rửa trôi.
1.4.4. Tưới nhỏ giọt
Đây là phương pháp tưới hiện đại, thường được áp dụng đối với những
vườn cây ăn trái đặc sản có hiệu quả kinh tế cao ở những vùng thiếu nước tưới.


iv
Cách tưới cây ăn trái hiệu quả kinh tế này tiết kiệm lượng nước tối đa. Đất
khơng bị gí chặt, giữ nguyên hiện trạng kết cấu đất, đất không bị bào mịn, phân
bón khơng bị rửa trơi.
1.5.

Định hướng nghiên cứu của khóa luận
Qua việc tổng kết các cơng trình nghiên cứu có nội dung liên quan đến

vấn đề điều khiển và giám sát. Các sản phẩm trên đều là những sản phẩm đã
được thương mại hố, chúng có một số những ưu điểm như:
- Điều khiển bật tắt máy bơm từ xa.
- Hẹn giờ máy bơm hoạt động theo ngày.
- Có tính năng phân quyền, bảo mật an tồn cho thiết bị.
Tuy nhiên, các bộ điều khiển trên còn tồn tại một vài nhược điểm:
- Chỉ điều khiển được cho hệ thống tưới mà không giám sát được độ ẩm
đất, từ đó có thể gây ngập úng cho cây trồng hoặc tưới chưa đủ lượng nước.
- Khơng kiểm sốt được lượng nước cịn lại trong bể chứa.
- Khơng có chế độ tự động tưới theo điều kiện môi trường.
Các công trình này chủ yếu sử dụng phương pháp tưới phun mưa, hệ
thống điều khiển thường sử dụng những vi điều khiển kết hợp với modul sim
hoặc những dòng PLC đã có từ lâu của hãng Siemens, chưa xem xét đến việc
ứng dụng những thiết bị mới ra đời như Aduino Uno, bên cạnh đó, các cơng
trình này cũng chưa đề cập đến việc giám sát các thông số đo được từ mơi
trường sống cuả cây trồng.
Chính vì thế, khóa luận sẽ kế thừa những ưu điểm mà các sản phẩm đã có
trên thị trường, đồng thời giải quyết triệt để các nhược điểm còn tồn tại. Định
hướng tập trung nghiên cứu vào việc khai thác và sử dụng kết hợp Arduino và
phần mềm LabVIEW để có thể vừa điều khiển tự động được quá trình tưới, vừa
giám sát được các thơng số có liên quan.


iv
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1.

Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của khóa luận bao gồm:
- Phần mềm LabVIEW kết hợp với bo mạch Arduino.
- Phương pháp tưới nhỏ giọt cho cây trồng.
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
Phần mềm LabVIEW và cách thức giám sát, điều khiển nhà vườn khi kết
hợp với bo mạch Arduino.
2.2.

Nội dung nghiên cứu
- Nội dung 1: Phần mềm LabVIEW và bo mạch Arduino Uno.
- Nội dung 2: Phương pháp tưới nhỏ giọt cho cây trồng.
- Nội dung 3: Xây dựng phần cứng cuả mơ hình tưới nhỏ giọt.
- Nội dung 4: Xây dựng giao diện và chương trình phần mềm.
- Nội dung 5: Hoàn thiện, chạy thử, đánh giá kết quả hoạt động của hệ

thống.
2.3.

Phương pháp nghiên cứu

2.3.1. Tiến trình thực hiện nghiên cứu
Tiến trình nghiên cứu được chia làm các bước sau:
- Bước 1: Tìm hiểu cơng nghệ tưới cây và các phương pháp điều khiển, các
vấn đề thực tế có liên quan đến điều khiển độ ẩm trong nhà vườn.
- Bước 2: Thiết kế bộ điều khiển giám sát hệ thống tưới nước.
- Bước 3: Xây dựng và thi công mô hình phần cứng cuả bộ điều khiển.
- Bước 4: Thiết kế giao diện điều khiển, viết chương trình điều khiển trên
phần mềm LabVIEW.
- Bước 5: Chạy thử, đánh giá sự ổn định cuả hệ thống.

iv
2.3.2. Phương pháp thực hiện nội dung 1:
Arduino Uno.
a)
LabVIEW (viết tắắt của nhóm từ Laboratory Virtual Instrumentation
Engineering Workbench) là m
một phần mềm máy tính đượcc phát tri
triển bởi cơng ty
National Instruments, Hoa k
kỳ. LabVIEW còn được biết đếnn như là m
một ngơn
ngữ lập trình với khái niệệm hồn tồn khác so với các ngơn ngữ lậập trình truyền
thống như ngơn ngữ C, Pascal. B
Bằng cách diễn đạtt cú pháp thông qua các hình
ảnh trực quan trong mơi trư
trường soạn thảo, LabVIEW đã được gọ
ọi với tên khác
là lập trình G (viết tắt củaa Graphical, nghĩa
ngh là đồ họa).

2014

2.7

-

-

.


iv

.

connector.
▪ Môi trường phát triển
n LabVIEW
 Nền tảng phát triểển đồ họa LabVIEW cho thiết kế, điềuu khi
khiển và đo
lường.
 Phát triển
n nhanh v
với công nghệ Express: sử dụng
ng Express VIs và I/O
nhanh chóng tạo ra các ứng
ng d
dụng đo lường phổ biến mà khơng cầnn lập
l trình.
 Hàng nghìn chương
ương trình
tr
minh họa.
 Kiểu
u module và phân ccấp.
 Trợ giúp tích hợp.
 Thư viện giao diện
n ngư

người sử dụng kéo và thả.
 Hàng nghìn chứcc năng lập
l sẵn.
 Ngơn ngữ đượcc biên dịch
d để thực hiện nhanh hơn.

2.8


iv
▪ Tín hiệu thu nhận
Mơi trường LabVIEW mở tương thích với mọi phần cứng đo với các trợ
giúp tương tác, tạo mã nguồn và khả năng kết nối tới hàng nghìn thiết bị giúp
tập hợp dữ liệu dễ dàng. Vì LabVIEW cung cấp tính kết nối tới hầu hết mọi thiết
bị đo, nên bạn có thể dễ dàng kết hợp những ứng dụng LabVIEW mới vào các
hệ thống hiện tại.
Bất chấp mọi yêu cầu của phần cứng, LabVIEW cung cấp một giao diện
để kết nối tới I/O một cách dễ dàng. Thơng tin chi tiết có tại trang web
ni.com/labviewtools.
▪ Phân tích
Tính năng phân tích mạnh mẽ, dễ sử dụng là điều không thể thiếu cho ứng
dụng phần mềm của bạn. LabVIEW có hơn 500 chức năng lập sẵn để trích xuất
thơng tin hữu ích từ dữ liệu thu nhận được, phân tích các phép đo và xử lí tín
hiệu. Các chức năng phân tích tần số, phát tín hiệu, tốn học, chỉnh lí đường
cong, phép nội suy cho phép bạn nhận được số liệu thống kê quan trọng từ dữ
liệu của mình. Dù thuật tốn cơ bản có phức tạp đến đâu đi nữa thì cơng cụ phân
tích LabVIEW vẫn rất dễ sử dụng.
▪ Hiển thị
Hiển thị dữ liệu bao gồm các chức năng: trực quan, tạo báo cáo và quản lí
dữ liệu. LabVIEW bao gồm các cơng cụ trực quan giúp hiển thị dữ liệu hấp dẫn,

trong đó có các tiện ích vẽ biểu đồ và đồ thị cùng các cơng cụ trực quan 2D, 3D
cài sẵn. Bạn có thể nhanh chóng cấu hình lại các thuộc tính của phần hiển thị
như màu sắc, kích cỡ phơng, kiểu đồ thị; quay, phóng to thu nhỏ và quay quét
(pan) đồ thị khi đang chạy. Thêm vào đó, bạn có thể xem và điều khiển VIs qua
Internet bằng LabVIEW.
Đối với việc tạo báo cáo, NI cung cấp một số tùy chọn như công cụ tạo tài
liệu, báo cáo dạng HTML, báo cáo dạng Word/Excel và báo cáo tương tác với
NI DIAdem.


iv
▪ Cơng cụ bổ sung cho nhà phát triển
tri LabVIEW
Ngồi tính năng tích h
hợp trong các hệ thống phát triển
n LabVIEW Base,
Full và Professional, bạn
n có th
thể tận dụng rất nhiều công cụ để mở rrộng ứng dụng
và tăng tốc độ phát triển.
▪ Cơng cụ phát triển
Máy phân tích LabVIEW VI: Nâng cao và chứng
ng minh ch
chất lượng mã
bằng cách phân tích các ứng
ứ dụng mã hóa.

2.9

er 2017

Bộ dụng cụ biểu đồ
ồ trạng thái LabVIEW: tạoo mã LabVIEW ttương tác dựa
trên kiến trúc trạng
ng thái máy.
Bộ dụng cụ phát triển
tri LabVIEW Express VI: tạoo Express VIs để
đ phân
phối cho đồng nghiệp
p và khách hàng.
▪ Tạo
o báo cáo và tính k
kết nối
 Bộ dụng cụ tạo
o báo cáo LabVIEW cho Microsoft Office: tạạo báo cáo lập
trình cho Microsoft Word/Excel.
 Bộ dụng cụ kết nốii cơ ssở dữ liệu LabVIEW: kết nối tớii cơ sở
s dữ liệu nhờ
công nghệ Microsoft ADO và tính năng SQL hồn thi
thiện.
 DIAdem: phân tích d
dữ liệu và tạo báo cáo bằng tốn họcc và hình ảnh.


iv
▪ Xử lý và phân tích tín hiệu
 Bộ dụng cụ thiết kế bộ lọc số LabVIEW: thiết kế, phân tích và lắp đặt các
bộ lọc số bằng cơng cụ tương tác.
 Bộ dụng cụ xử lí tín hiệu tiên tiến LabVIEW: bổ sung thêm chức năng để
liên kết phân tích Thời gian- Tần số, …

 Bộ dụng cụ điều biến cho LabVIEW: tạo, xử lí và phân tích các lược đồ
điều biến tương tự và số.
 Module phát triển LabVIEW Vision: thu nhận, xử lí và hiển thị hình ảnh.
b) Ngơn ngữ lập trình đồ hoạ
▪ So sánh lập trình dạng đồ hoạ với lập trình dạng chữ


Giống nhau:
- Các khối phần tử trong lập trình đồ hoạ giống với các câu lệnh trong lập

trình dạng chữ.
- Cả hai kiểu lập trình đều phải biên dịch trước khi thực hiện khởi chạy.
- Dạng lập trình nào cũng phải có các thành phần như thuật toán, giá trị đầu
vào, giá trị đầu ra.
- Các dấu kí tự liên kết câu lệnh trong dạng chữ được thay bằng các dây nối
trong lập trình dạng đồ hoạ.


Khác nhau:
Bảng 2.1. So sánh ngơn ngữ lập trình đồ hoạ với lập trình dạng chữ
Lập trình dạng đồ hoạ
Ngơn ngữ là dạng đồ hoạ

Lập trình dạng chữ
Ngơn ngữ dạng text (C,
pascal,...)
Lập trình tuần tự

Lập trình song song
Dây dẫn biểu hiện cho dãy ước lượng

Sử dụng dạng dữ liệu để xác định lệnh Sử dụng dòng lệnh để xác định
thực thi
lệnh thực thi


iv
▪ Những thuận lợi và bất lợi khi sử dụng ngơn ngữ lập trình đồ hoạ


Thuận lợi
- Xây dựng các dụng cụ điều khiển và hiển thị giống như thật, q trình

thực hiện nhanh chóng.
- Lập trình khá dễ dàng với khả năng hiển thị trực quan.
- Khả năng thực hiện những script mà được gửi từ rất xa từ bất kì ứng dụng
nào có quyền truy cập vào NI Socket Server (giao thức TCP/ IP có thể sử dụng
tốt).


Bất lợi
- Là một ngơn ngữ lập trình mới nên khó khăn trong bước đầu tiếp cận.
- Có thể bị rối trong quá trình làm việc.
- Lập trình LabVIEW căn bản.

c) Lập trình cơ bản trong phần mềm LabVIEW
Những chương trình trong phần mềm LabVIEW thiết kế dụng cụ, thiết bị,
bộ thí nghiệm được gọi là các thiết bị ảo (Virtual Instrument- VI), hình dạng và
cách thức hoạt động cuả những VI giống với các thiết bị vật lí thực tế, ví dụ như
máy dao động hiện sóng, điều khiển mực chất lỏng, điều khiển nhiệt độ, các
cơng tắc đóng ngắt, các nút nhấn,.. Mỗi thiết bị ảo sử dụng những hàm mà tín

hiệu đầu vào từ giao diện người dùng hoặc từ những nguồn khác, sau đó xử lí và
hiển thị ra thơng tin đó hoặc truyền dữ liệu tới các máy tính khác.
▪ Giao diện người dùng (Front Panel)
Front Panel là giao diện tiếp xúc với người khi sử dụng. Giao diện này
được tạo nên bằng cách sử dụng bộ điều chỉnh dữ liệu(Controls) và dụng cụ hiển
thị dữ liệu đã được xử lí (Indicator). Controls là các đối tượng được đặt trên
Front Panel để cung cấp dữ liệu cho các khối chương trình, nó tương tự như đầu
vào cung cấp dữ liệu. Indicator là đối tượng được đặt trên Front Panel dùng để
hiển thị kết quả, nó như bộ phận đầu ra cuả chương trình.