BÁO cáo môn học tên đề tài điều khiển máy bơm tự động bằng cảm biến độ ẩm đất

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO MÔN HỌC
TÊN ĐỀ TÀI:

“Điều khiển máy bơm tự động
bằng cảm biến độ ẩm đất”
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN HỮU CHÂU MINH
SINH VIÊN: NGUYỄN TRƯỜNG ĐĂNG
MÃ SỐ SV: 1853020007
LỚP: 18ĐHĐT01

Thành phố Hồ Chí Minh – 06/2022


BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO MÔN HỌC
TÊN ĐỀ TÀI:

“Điều khiển máy bơm tự động bằng
cảm biến độ ẩm đất”

Thành phố Hồ Chí Minh – 06/2022

HỌ C VIỆ N HÀ NG KHÔ NG VIỆ T NAM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ BÁO CÁO MÔN HỌC

HỌ VÀ TÊN: Nguyễn Trường Đăng
MSSV: 1853020007
LỚP: 18ĐHĐT01

NGÀNH: Công Nghệ Kĩ Thuật Điện Tử - Viễn Thông
1. Tên đề tài tiểu luận tốt nghiệp:
Điều khiển máy bơm tự động bằng cảm biến độ ẩm đất
2. Nhiệm vụ tiểu luận tốt nghiệp:
Thực hiện các yêu cầu cần thiết trong q trình thực hiện làm đề tài.Bên cạnh
đó hồn thành bài báo cáo để tài tiểu luận mà tôi đã lựa chọn.
3. Ngày giao đề tài tiểu luận tốt nghiệp: 15/04/2022
4. Ngày nộp báo cáo tiểu luận tốt nghiệp: 1/06/2022
5. Họ tên giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Hữu Châu Minh
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022
GIẢ NG VIÊ N HƯỚ NG DẪ N
(Ký và ghi rõ họ tên)


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Phầ n đá nh giá :
●

Ý thứ c thự c hiện:

●

Nộ i dụ ng thự c hiện:

●

Hình thứ c trình bà y:

●

Tổ ng hợ p kết quả:
Điểm bằ ng số :

Điểm bằng chữ :
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng

năm 2022

GIÁ O VIÊ N HƯỚ NG DẪ N
(Ký và ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình họ c tậ p và là m đề tà i tạ i trườ ng Họ c viện Hà ng Khô ng Việt Nam
vớ i sự giú p đỡ củ a quý thầy cô và giảng viên hướ ng dẫn về nhiều phía, nhấ t là
trong thờ i gian thự c hiện bá o cáo đồ án mô n họ c, nên báo cáo đã đượ c hồn thành
đú ng thờ i gian quy định tơ i xin chân thành cám ơn đến:
Đặ c biệt, TS. Nguyễn Hữ u Châ n Thà nh – giảng viên hướ ng dẫn, đã nhiệt tình giú p
đỡ , cho em nhữ ng lờ i dạ y quý bá u giú p tô i thự c hiện Tiểu luậ n tố t nghiệp.
Tuy nhiên thờ i gian là m báo cáo có hạ n nên bài báo cáo củ a em khô ng thể khô ng
mắc phả i nhữ ng sai só t, tơ i rất mong nhậ n đượ c sự gó p ý củ a các thầy cơ .
Em xin châ n thà nh cá m ơn!
Sinh viên thự c hiện

Nguyễn Trường Đăng


MỤC LỤC
Contents

LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................1
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM LIÊN QUAN CỦA PROJECT...................................2
1. Arduino UNO R3............................................................................................2
2. Cảm biến độ ẩm đất........................................................................................4
3. Kết nối cảm biến độ ẩm vào Arduino.............................................................6

4. PWM...............................................................................................................6
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG.....................................................................8
Mô phỏng trên LabVIEW......................................................................................8
1. Block Diagram................................................................................................8
2. Front Panel......................................................................................................8
CHƯƠNG 3: Mô phỏng – Vận hành.......................................................................11
I. Sơ đồ khối.....................................................................................................11
II. Lưu đồ thuật toán..........................................................................................11
III. Nguyên lý hoạt động.....................................................................................12
Bộ vi xử lý sẽ gửi tín hiệu về bơm để bơm nước vào..........................................12
IV. Thi công mạch.............................................................................................12
1. Mô phỏng trên LabVIEW.............................................................................12
2. Kiểm tra.........................................................................................................14
I. Kết luận........................................................................................................15
CHƯƠNG 4: TỔNG KẾT........................................................................................15
1. Kêt quả project:.............................................................................................15
2. Ưu điểm:.......................................................................................................15
3. Nhược điểm:..................................................................................................15
II. Kiến nghị.......................................................................................................15
Hướng phát triển của đề tài:.................................................................................15
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................16
Tài liệu tham khảo từ Internet:.............................................................................16


LỜI NÓI ĐẦU
Việt Nam là mộ t nướ c đang trên con đườ ng hiện đạ i hó a, cơ ng nghiệp hó a. Và
lĩnh vự c đi đầu mở đườ ng chính là lĩnh vự c kĩ thuậ t nó i chung và nghà nh điện tử
nó i riêng.
Trong giai đoạ n phát triển hiện này thì cơ ng nghệ điều khiển tự độ ng là mộ t
trong nhữ ng yếu tố hà ng đầu và đượ c quan tâm và phát triển bở i các cô ng ty và

cá nhâ n. Điều khiển từ xa có thể giú p yên tâm ổ n định, tăng nă ng suấ t và chấ t
lượ ng làm việc. Là m cho cuộ c số ng hằ ng ngày củ a chú ng ta trở nên tiện nghi và
an tồn hơn.
Vì thế, tô i chọ n đề tà i “Điều khiển máy bơm tự động bằng cảm biến độ ẩm
đất” vì nó ứ ng dụ ng đơn giản nhưng mang lạ i hiểu quả cao cho việc điều khiển
thiết bị tự độ ng

1


CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM LIÊN QUAN CỦA PROJECT
1. Arduino UNO R3
 Thông số kỹ thuật
Thông số kỹ thuật của Arduino Uno R3 là tiêu chuẩn, các biến thể gần như
có thơng số tương đương.
Arduino Uno được xây dựng với phần nhân là vi điều khiển
ATmega328P, sử dụng thạch anh có chu kì dao động là 16 MHz.
Với vi điều khiển này, tổng cộng có 14 pin (ngõ) ra / vào được đánh số từ 0
tới 13 (trong đó có 6 pin PWM, được đánh dấu ~ trước mã số của pin).
Song song đó, có thêm 6 pin nhận tín hiệu analog được đánh kí hiệu từ A0 A5, 6 pin này cũng có thể sử dụng được như các pin ra / vào bình thường
(như pin 0 - 13). Ở các pin được đề cập, pin 13 là pin đặc biệt vì nối trực
tiếp với LED trạng thái trên board.
Trên board cịn 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 AC-DC
adapter hay thông qua ắc-quy nguồn.
Khi làm việc với Arduino board, một số thuật ngữ sau cần lưu ý:
Flash Memory: bộ nhớ có thể ghi được, dữ liệu khơng bị mất ngay cả khi
tắt điện. Về vai trị, có thể hình dung bộ nhớ này như ổ cứng để chứa dữ
liệu trên board. Chương trình được viết cho Arduino sẽ được lưu ở đây.
Kích thước của vùng nhớ này dựa vào vi điều khiển được sử dụng, ví dụ

như ATmega8 có 8KB flash memory. Loại bộ nhớ này có thể chịu được
khoảng 10.000 lần ghi / xố.


RAM: tương tự như RAM của máy tính, mất dữ liệu khi ngắt điện, bù lại
tốc độ đọc ghi xoá rất nhanh. Kích thước nhỏ hơn Flash Memory nhiều lần.


EEPROM: một dạng bộ nhớ tương tự như Flash Memory nhưng có chu
kì ghi / xoá cao hơn - khoảng 100.000 lần và có kích thước rất nhỏ. Để đọc /
ghi dữ liệu có thể dùng thư viện EEPROM của Arduino.


Ngồi ra, Arduino board còn cung cấp cho các pin khác nhau như pin cấp
nguồn 3.3V, pin cấp nguồn 5V, pin GND, ...

2


Vi điều khiển

ATmega328P

Điện áp hoạt động

5V

Điện áp vào khuyên
dùng

7-12V

Điện áp vào giới hạn

6-20V

Digital I/O pin

14 (trong đó 6 pin có khả
năng băm xung)

PWM Digital I/O Pins
Analog Input Pins

6
6

Cường độ dòng điện
trên mỗi I/O pin

20 mA

Cường độ dòng điện
trên mỗi 3.3V pin

50 mA

Flash Memory

32 KB (ATmega328P)

0.5 KB được sử dụng bởi
bootloader

SRAM
EEPROM

2 KB (ATmega328P)
1 KB (ATmega328P)

Tốc độ

16 MHz

Chiều dài

68.6 mm

Chiều rộng

53.4 mm

Trọng lượng

25 g
3


 Lưu ý
o Nối trực tiếp dòng 5V vào GND
o Nối 1 pin OUT bất kỳ vào GND

o Nối nguồn lớn hơn 5V vào bất kì PIN I/O : Theo tài liệu của nhà sản
xuất, với vi điều khiển ATmega328P - 5V là ngưỡng lớn nhất mà vi điều
khiển này có thể chịu được. Nếu bất kỳ pin nào bị cấp điện áp vượt quá 5V
sẽ làm hỏng vi điều khiển này.
o Tổng cường độ dòng điện trên các I/O pin vượt quá ngưỡng: Dựa theo
datasheet của vi điều khiển ATmega328P, tổng cường độ dòng điện cấp cho
các I/O pin tối đa là 200mA. Vì vậy, trong trường hợp ép Arduino cấp
nguồn cho hơn 10 đèn LED (mỗi đèn thông thường sẽ cần 20mA) hay dùng
trực tiếp các chân I/O cấp nguồn cho động cơ sẽ gây tổn hại đến vi điều
khiển.
2. Cảm biến độ ẩm đất

Hình 1: Cảm biến độ ẩm đất

Cảm biến đo độ ẩm đấ t hay cò n đượ c gọ i là máy đo độ ẩm đấ t. Nó chủ yếu
đượ c sử dụ ng để đo hàm lượ ng thể tích nướ c củ a đất, theo dõ i độ ẩm củ a
đất, tướ i tiêu nô ng nghiệp và bảo vệ lâm nghiệp.
4


Phù hợ p vớ i nhiều ứ ng dụ ng: 
 Đo nhiệt độ
 Đo

đất, đo độ ẩm đất Nhà kính.

dữ liệu độ ẩ m đất, nhiệt độ đất giú p nhà nô ng giá m sát chất lượ ng

vườ n câ y trồ ng.
 Tích hợ p các

 Các

hệ thố ng tướ i thô ng minh.

ứ ng dụ ng phù hợ p giám sát đo độ ẩ m đấ t, nhiệt độ đất cầ n độ chính

xác cao, ổ n định và tiện lợ i.
Cảm biến độ ẩm đất, trạ ng thái đầu ra mứ c thấ p (0V), khi đất thiếu nướ c
đầu ra sẽ là mứ c cao (5V), độ nhạ y cao chú ng ta có thể điều chỉnh đượ c
bằ ng biến trở . Phần đầu đo đượ c cắm vào đấ t để phá t hiện độ ẩm củ a đất,
khi độ ầm củ a đất đạ t ngưỡ ng thiết lậ p, đầu ra DO sẽ chuyển trạ ng thái từ
mứ c thấp lên mứ c cao. Nhờ thế, các bạ n có thể sử dụ ng Analog hoặ c
Digital củ a Arduino để đọ c giá trị từ cả m biến.
Kết nối :
Cảm biến độ ẩm đất có 4 chân : Vcc, GND, 2 ngõ ra là D0 ( cho giá trị trả về
mứ c logic 0 1) và A0 (giú p bạ n có thể đọ c đượ c chính xác hơn độ ẩm củ a
đất ). Có thể dù ng 1 trong 2 châ n này...Ở đây đọ c giá trị củ a cả 2 chân ( để
các bạ n hiểu là chính ) 
Sơ đồ chân :
Cảm biến độ ẩm đấ t

Arduino UNO

VCC

5V

GND

GND

D0(Đầu ra Digital )

2

A0( Đầu ra Analog)

A0

5


Hình 2: Sơ đồ các chân

3. Kết nối cảm biến độ ẩm vào Arduino

Hình 3: Cách kêt nối

4. PWM
 Dual Mos (AOD4184A) hoạt động song song, trở kháng ngõ vào thấp,
cơng suất lớn (có thể lên đến 15A / 400W), thích hợp cho việc sử dụng hầu
hết các thiết bị
 Điện áp rộng, hỗ trợ tốt PWM, dễ dàng điều khiển các thiết bị công suất
lớn
Thô ng số kỹ thuậ t:
 Điện áp hoạt động: DC 5 ~ 36V
 Tín hiệu điều khiển: digital (DC 3.3V-20V), có thể lấy từ ngõ ra IO của Vi
Điều Khiển, PLC .. hay có thể là tín hiệu PWM (hỗ trợ tốt tần số 0 ~
20KHz)
 Khả năng ngõ ra: DC 5V ~ 36V / 15A / 400W, nếu điều kiện tản nhiệt tốt

có thể lên đến 30A
6


 Ứng

dụng: ngõ ra có thể điều khiển đóng/mở các thiết bị công suất DC
như motor, đèn, LED, máy bơm, van điện từ (solenoid valve).. hay dùng
PWM để điều khiển tốc độ động cơ, độ sáng đèn (dimmer)..

Hình 4 : Sơ đồ chân của Module PWM

7


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Mô phỏng trên LabVIEW
1. Block Diagram

Hình 5: Block Diagram

2. Front Panel

Hình 6: Front Panel
8


- Trạng thái bơm : đèn sẽ tắt khi bơm ngừng , đèn sẽ sá ng khi bơm hoạ t
độ ng

Hình 7: Trạng thái bơm

- Độ ẩm:Hiển thị giá trị độ ẩm đo được.

Hình 8: Hiển thị giá trị cảm biến đo đc

9


- Tốc độ bơm : Hiển thị giá trị tốc độ bơm

Hình 8 : Tốc độ bơm

10


CHƯƠNG 3: Mơ phỏng – Vận hành
I. Sơ đồ khối

Hình 9: Sơ đồ khối

II. Lưu đồ thuật
tốn

Hình 10: Lưu đồ thuật toán
11


III.

Nguyên lý hoạt động

Cảm biến sẽ đo độ ẩm của đất từ đó xác định giá trị độ ẩm hiện tại , sau đó
gửi thơng tin về bộ vi xử lý.
Bộ vi xử lý sẽ tính tốn phần trăm độ ẩm nhận được cảm biến , sau đó so
sanh kêt quả xem thử giá trị độ ẩm thuộc trường hợp nào để điều chỉnh máy
bơm
Bộ vi xử lý sẽ gửi tín hiệu về bơm để bơm nước vào
IV.

Thi cơng mạch

1. Mơ phỏng trên LabVIEW

Hình 11: Block Diagram

12


Hình 12: Front Panel

13


2. Kiểm tra
ST

Độ ẩm

Kết quả

Khoảng 10%

Động cơ bơm tốc độ,

Khoảng 50%

PWM=250, đèn bơm
sáng
Động cơ chạy tốc độ

Khoảng 80%
Cắm cảm biến hết mức vào
nước

14

PWM=180, đèn bơm
báo
Độngsáng
cơ chạy tốc độ
PWM= 110, đèn bơm
báo sáng
Động cơ ngừng bơm ,
đèn tắt


I. Kết luận

CHƯƠNG 4: TỔNG KẾT

1. Kêt quả project:
Mạ ch hoạ t độ ng ổ n định.
2. Ưu điểm:
-

Mạ ch đơn giả n, gia thành rẻ

- Dễ thi cô ng và sử a chữ a
- Có các tố c độ bơm khá c nhau
3. Nhược điểm:
- Cảm biến đô i lú c hoạ t độ ng khô ng đung
- Mạ ch vẫ n cò n kha đơn giản cần phả i tố i ưu thêm
II. Kiến nghị
Hướng phát triển của đề tài:
- Phát triển hệ thố ng cảnh báo khi độ ẩm qua khô hoặ c quá ẩm.
- Phát triển thêm về server cloud dữ liệu

15


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tham khảo từ Internet:
1. Mô phỏng điều khiển động cơ bằng arduino và
labview – YouTube/
/>v=pFdVbkRVzwc&t=186s

16