(TIỂU LUẬN) 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

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 ChíGI NGMinh,VIÊngàyNH NGtháng D
Nnăm2022

(Kývàghi rõ"h tê%n)


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG D
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Phầ*n đá nh giá :
●

Ý thứ c thự c hiệ% n:

●

Nộ % i d ụ ng thự c hiệ % n:

●
●

Hì nh thứ c trì nh bà y:
Tổ4ng hợ p kế8t quả:

Điể4m bằ=ng số8:

Tp. Hồ GIÁ OChíMinh,VIÊNngàyHƯỚ NGthángDẪ Nnăm
2022

(Ký và ghi rõ"họ tê%n)


LỜI CẢM ƠN

Trong quá trì nh họ c tậ% pvà là m đề*tà i tạ i trườ ng Họ c việ% n Hà ng Khô%ng Việ% t Nam
vớ i sự giú p đỡ"củ:a quý thầ*y cô%và giả:ng viê%n hướ ng dẫ@n về*nhiề*u phí a, nhấ8t l
trong thờ i gian thự c hiệ% n bá o cá o đồ*á n mô%n họ c, nê%n bá o cá o đã"đượ c hoà n thà nh
đú ng thờ i gian quy đị nh tô%i xin châ%n thà nh cá m ơn đế8n:

ĐặC c biệ% t, TS. Nguyễ@n Hữ"u Châ%n Thà nh – giả:ng viê%n hướ ng dẫ@n, đã"nhiệ% t tì nh giú p
đỡ", cho em nhữ"ng lờ i dạ y quý bá u giú p tô%i thự c hiệ% n Tiể4u luậ% n tố8t nghiệ% p

Tuy nhiê%n thờ i gian là m bá o cá o có hạ n nê%n bà i bá o cá o củ:a em khô%ng thể4khô%ng
mắGc phả:i nhữ"ng sai só t, tơ%i rấ8t mong nhậ% n đượ c sự gó p ý củ:a cá c thầ*y cơ%
Em xin châ%n thà nh cá m ơn!

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

Việ% t Nam là mộ% t nướ c đang trê%n
con đườ ng
hiệ%
nđạ i hó a, cơ%ng nghiệ% p hó a. Và lĩ"nh vự c đi đầ*u mở:đườ ng chí nh là
lĩ"nh vự c kĩ"thuậ% t nó i chung và nghà nh điệ% n tử: nó i riê%ng.
Trong giai đoạ n phá t triể4n hiệ% n nà y thì cơ%ng nghệ% đi ề*u khi ể4n tự đ ộ
% ng là mộ% t trong nhữ"ng yế8u tố8hà ng đầ*u và đượ c quan tâ%m và phá t
triể4n bở:i cá c cô%ng ty và cá nhâ%n. Điề*u khiể4n từ xa có thể4giú p yê%n tâ
%m ổ4n đị nh, tăCng năCng suấ8t và chấ8t lượ ng là m việ% c. Là m cho cuộ% c
số8ng hằ=ng ngà y củ:a chú ng ta trở:nê%n tiệ% n nghi và an tồ n h ơn.

Vì thế8, tơ%i chọ n đề*tà i “
” vì nó ứ ng dụ ng đơnĐiềugiả:nkhiểnnhưngmáymangbơmlạ i
hiể4utựđộngquả:caobằngchocảmviệ% cbiếnđiề*uđộkhiể4nẩm thiế8tđất 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 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 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 / xoá.
RAM: tương tự như RAM của máy tính, mất dữ liệu khi ngắt điện, bù lại
tốc độ đọc ghi xố 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 / xố 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 cịn cung cấp cho các pin khác nhau như pin cấp
nguồn 3.3V, pin cấp nguồn 5V, pin GND, ...

2




Lưu ý

o
o

Nối trực tiếp dòng 5V vào GND
Nối 1 pin OUT bất kỳ vào GND

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.
o

2. Cảm biến độ ẩm đất

Cả:m biế8n đo độ% ẩ4mHìnhđấ8thay1:Cảmcị nbiếnđượ cđộgọ iẩm là đấtmá y đo độ% ẩ4m đấ8t. Nó chủ:yế8u

đượ c sử:dụ ng để4đo hà m lượ ng thể4tí ch nướ c củ:a đấ8t, theo dõ"i độ
% ẩ4m củ:a đấ8t, tướ i tiê%u nô%ng nghiệ% p và bả:o vệ% lâ%m nghi ệ
% p.


4

Phù hợ p vớ i nhiề*u ứ ng dụ ng:
Đo nhiệ% t độ% đấ8t, đo độ% ẩ4m đấ8t Nhà kí nh.
Đo dữ"liệ% u độ% ẩ4m đấ8t, nhiệ% t độ% đấ8t giú p nhà nô%ng
giá m sá t chấ8t lượ ng vườ n câ%y trồ*ng.
Tí ch hợ p cá c hệ% thố8ng tướ i thô%ng minh.
Cá c ứ ng dụ ng phù hợ p giá m sá t đo độ% ẩ4m đấ8t, nhi ệ% t độ%
đấ8t cầ*n độ% chí nh xá c cao, ổ4n đị nh và tiệ% n lợ i.
, trạ ng thá i đầ*u ra mứ c thấ8p (0V), khi đấ8t thiế8u nướ c
đầ*uCảmrabiếnsẽ"là độmứ cẩm caođất (5V), độ% nhạ y cao chú ng ta có
thể4điề*u chỉ:nh đượ c bằ=ng biế8n trở:. Phầ*n đầ*u đo đượ c c ắGm và o đ ấ8t
để4phá t hiệ% n độ% ẩ4m củ:a đấ8t, khi độ% ầ*m củ:a đấ8t đạ t ngưỡ"ng thiế8t l ậ
% p, đầ*u ra DO sẽ"chuyể4n trạ ng thá i từ mứ c thấ8p lê%n m ứ c cao. Nh ờ th ế8, cá
c bạ n có thể4sử: dụ ng Analog hoặC c Digital c ủ:a Arduino đ ể4đ ọ c giá tr ị t ừ c ả:m
biế8n.

Cả:mKếtnốibiế8n: độ% ẩ4m đấ8t có 4 châ%n : Vcc, GND, 2 ngõ"ra là D0
( cho giá trị trả:về* mứ c logic 0 1) và A0 (giú p b ạ n có th ể4đ ọ c đ ượ c
chí nh xá c hơn độ% ẩ4m củ:a đấ8t ) . Có th ể4dù ng 1 trong 2 châ%n nà
y...Ở đâ%y đọ c giá trị củ:a cả:2 châ%n ( để4 cá c bạ n hiể4u là chí nh )
Cả:m biế8n độ% ẩ4m đấ8t

Sơ đồ chân
VCC
GND
D0(Đầ*u ra Digital )

A0( Đầ*u ra Analog)


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,
công 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

lớnThô%ng số8kỹ"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
Mơ phỏng trên LabVIEW
1.

Block Diagram

Hình 5: Block Diagram
2.

Front Panel

Hình 6: Front Panel
8


- đè n sẽ"sá ng khi bơm hoạ t độ% ngTrạng thái bơm : đèn sẽ tắt khi
bơm ngừng ,

- Độ

ẩm:Hiển thị giá trị độ ẩm đo được.

Hình7:Trạngtháibơm

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

Lưu đồ
thuật tốn
AI.

Hình 10: Lưu đồ thuật toán
11


BI.

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


Độ ẩm
Khoảng 10%
Khoảng 50%
Khoảng 80%

Cắm cảm biến hết mức vào

14


CHƯƠNG 4: TỔNG KẾT
I. Kết luận
Mạ ch1.Kêthoạ tquảđộ% ngproject:ổ4nđị nh.
-2. ƯuMạ chđiểm:đơn giả:n, gia thà nh rẻ:
-

Dễ@thi cô%ng và sử:a chữ"a

- Có cá c tố8c độ% bơm khá c nhau
-3. NhượcCả:mbiế8nđiểm:đô%i lú c hoạ t độ% ng khô%ng đung

- Mạ ch vẫ@n cò n kha đơn giả:n cầ*n phả:i tố8i
ưu thê%m II. Kiến nghị
-HướngPhá t pháttriể4n triểnhệ% thố8ngcủa cả:nhđềtài:bá o khi độ% ẩ4m qua khô%hoặC c quá ẩ4m.

-

Phá t triể4n thê%m về*server cloud dữ"liệ% u

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