Bao Cao Dien Tu Can Ban.docx

Đồ án Điện Tử căn bản

Trường Đại học Cần Thơ

ĐO ĐỘ ẨM ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP
SẤY HỒNG NGOẠI
Nguyễn Mạnh Hà

ABSTRACT
This research project aims to develop a modern method for accurately measuring soil
moisture by integrating a load cell to directly assess changes in soil weight and
employing infrared drying to maintain temperature conditions. The primary objective
is to provide precise and reliable soil moisture information, supporting farmers in
efficient irrigation management and crop care. This method not only enhances
understanding of soil environments but also optimizes farming practices, minimizing
resource waste. Through the combination of load cells and infrared drying, the
project conducts experiments to determine soil moisture with high accuracy and
reliability. The obtained results provide insights into speed, repeatability, and the
margin of error compared to actual conditions, simultaneously outlining real-world
applications and the benefits this approach brings to the farming community and soil
research..
Keyword: Soil moisture measurement, load cell, arduino microcontroller, infrared
drying
Title: “ Measuring soil moisture using the infrared drying method”
TÓM TẮT
Đề tài "Đo độ ẩm đất bằng phương pháp sấy hồng ngoại"có ý nghĩa quan trọng trong
lĩnh vực nghiên cứu đất đai và nông nghiệp. Việc phát triển phương pháp đo độ ẩm
đất chính xác thơng qua loadcell và sấy hồng ngoại mang lại nhiều lợi ích. Trước hết,
nó cung cấp thơng tin chính xác về độ ẩm, giúp nông dân hiểu rõ hơn về môi trường
đất và tăng cường khả năng quản lý tưới tiêu. Điều này khơng chỉ giúp tối ưu hóa sản
xuất cây trồng mà cịn giảm thiểu lãng phí tài ngun nước. Đồng thời, phương pháp

này có thể có ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu đất đai, đóng góp vào việc hiểu rõ
hơn về cấu trúc và đặc điểm của đất, hỗ trợ trong quá trình bảo vệ và bảo quản đất
đai, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu và tăng cường canh tác thơng minh.
Từ khóa: Đo lường độ ẩm đất, cảm biến trọng lượng, vi điều khiển arduino, sấy
hồng ngoại

Nguyễn Mạnh Hà B2012497

1


Đồ án Điện Tử căn bản

I.

Trường Đại học Cần Thơ

GIỚI THIỆU
1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Đề tài "Đo độ ẩm đất bằng phương pháp sấy hồng ngoại" hướng đến mục
tiêu cải thiện độ chính xác của phương pháp đo độ ẩm đất. Sử dụng loadcell,
một loại cảm biến lực, để đo lường trực tiếp sự thay đổi trong trọng lượng
của đất, cùng với sự áp dụng của công nghệ sấy hồng ngoại để duy trì nhiệt
độ ổn định trong quá trình đo độ ẩm. Phương pháp này không chỉ cung cấp
dữ liệu độ ẩm chính xác và đáng tin cậy mà còn giảm thiểu ảnh hưởng từ các
yếu tố ngoại vi. Mục tiêu là ứng dụng kết quả đo độ ẩm vào lĩnh vực nông
nghiệp và nghiên cứu đất đai, giúp tối ưu hóa quản lý tưới tiêu và canh tác,
đồng thời mang lại lợi ích lớn trong việc bảo vệ và sử dụng hiệu quả tài
nguyên đất đai.
Đề tài này dựa trên mẫu Máy đo độ ẩm bằng hồng ngoại: Mẫu FD720

Hãng sản xuất Kett – Nhật.
Đề tài đã khắc phục được nhược điểm đắt tiền và cồng kềnh. Giúp sản phẩm
có thể tới được tay nhiều người dùng, hướng đến các nhà nơng có thể sử
dụng cơng nghệ tự động hóa. Giúp phổ biến cơng nghệ hiện đại đến các
vùng sâu, vùng xa.

II. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
1.Tổng quan
II.1.1: Tổng quan về Kit ARDUINO UNO R3 - B3H7
Arduino là một bo mạch vi điều khiển được phát triển bởi một nhóm giáo sư
và sinh viên tại Ý, ra mắt lần đầu vào năm 2005. Được thiết kế để cảm nhận
và điều khiển nhiều đối tượng khác nhau, Arduino có khả năng thực hiện
nhiều nhiệm vụ, từ việc lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ
và các thiết bị khác. Mạch cũng có khả năng kết nối với nhiều module khác
nhau như đọc thẻ từ, ethernet shield, sim900A, để mở rộng ứng dụng của nó.
Về phần cứng, Arduino sử dụng board mạch nguồn mở, được xây dựng trên
nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit hoặc ARM, Atmel 32-bit. Hiện có 6 phiên
bản của Arduino, nhưng Arduino Uno và Arduino Mega là những phiên bản
phổ biến nhất. Phần mềm IDE được sử dụng để lập trình cho bo mạch
Arduino.

Nguyễn Mạnh Hà B2012497

2


Đồ án Điện Tử căn bản

Trường Đại học Cần Thơ

Các thống số kỹ thuật của arduino:
Vi điều khiển

Atmega 328(họ 8 bit)

Điện áp hoạt động

5v-DC ( cáp qua cổng USB)

Tần số hoạt động

16Mhz

Dòng tiêu thụ

30mA

Điện áp vào khuyên dùng

7-12v-DC

Điện áp vào giới hạn

6-20v-DC

Số chân Digital/IO

14 (6 chân PWM)

Số chân Analog

6 ( độ phân giải 10 bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O

30mA

Dòng ra tối đa (5V)

500mA

Dòng ra tối đa (3V)

50mA

Bộ nhớ flash
bootloader

32 KB (Atmega 328) với 0.5KB dùng bởi

SRAM

2KB (Atmega 328)

EEPROM

1KB (Atmega 328)

Arduino có khả năng kết nối linh hoạt, bao gồm:
 Arduino có thể hoạt động độc lập mà khơng cần kết nối với bất kỳ thiết

bị ngoại vi nào.
 Có thể kết nối với máy tính để truy cập dữ liệu từ các cảm biến và cung
cấp thông tin phản hồi.
 Các bo mạch Arduino có thể liên kết lại với nhau để tạo thành hệ thống
phức tạp hơn.
Nguyễn Mạnh Hà B2012497

3


Đồ án Điện Tử căn bản

Trường Đại học Cần Thơ

 Arduino có khả năng kết nối với các thiết bị điện tử khác như đèn, động
cơ, và các module mở rộng khác.
 Mạch điều khiển Arduino có thể kết nối với các chip điều khiển khác,
mở rộng khả năng kiểm sốt và tương tác.
 Arduino IDE, phần mềm lập trình của Arduino, có khả năng kết nối với
nhiều nền tảng khác nhau, bao gồm Windows, Macintosh OSX, và
Linux, tạo điều kiện cho việc phát triển trên nhiều hệ điều hành.

Hình 1: Sơ đồ chân của Kit ARDUINO UNO R3 - B3H7

II.1.2: Tổng quan về cảm biến trọng lượng (Loadcell)
Load cell chuyển đổi biến đổi cơ học thành tín hiệu điện khi có lực tác động.
Cảm biến điện trở hoặc cảm biến đàn hồi gửi tín hiệu đến bộ đọc dữ liệu qua kết
nối analog hoặc digital. Dữ liệu được hiểu để xác định trọng lượng hoặc lực tác
động. Load cell được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đo lường và kiểm
soát lực tác động và trọng lượng.

Nguyễn Mạnh Hà B2012497

4


Đồ án Điện Tử căn bản

Trường Đại học Cần Thơ

Thông số kỹ thuật:
Điện áp hoạt động
Model

3.3~5VDC
YZC - 133

Tải trọng
Kích thước

20kg
(100x30x22)mm

Sơ đồ chân:

Hình 2: Cảm biến trọng lượng

II.1.3: Tổng quan về mạch chuyển đổi HX771:
HX711 là IC chuyển đổi tín hiệu tương tự (Analog) sang digital (ADC) 24-bit.
Được tích hợp trong một bộ tiền khuếch đại (Preamplifier) được sử dụng để

Nguyễn Mạnh Hà B2012497

5


Đồ án Điện Tử căn bản

Trường Đại học Cần Thơ

khuếch đại tín hiệu điện áp thấp. Chip HX711 lấy tín hiệu điện áp đầu vào và
xuất ra các giá trị digital.
Cấu tạo:
Mạch HX711 bao gồm các chân kết nối: GND (chân nối đất), DT (chân dữ
liệu), SCK (chân clock), và VCC (chân nguồn). Chân DT và SCK được sử dụng
để truyền dữ liệu từ HX711 tới Arduino, trong khi chân VCC và GND cung cấp
nguồn cho module. Mạch HX711 sử dụng nguyên lý chuyển đổi ADC để đọc
giá trị từ cảm biến Loadcell.

Hình 3: Mạch chuyển đổi HX711
II.1.4: Tổng quan về LCD và module IC2
LCD 16x2 thường được sử dụng để hiển thị trạng thái hoặc các thông số trong
các dự án điện tử. Mơ-đun này có 16 chân, trong đó có 8 chân dữ liệu (D0 - D7)
và 3 chân điều khiển (RS, RW, EN). 5 chân còn lại được sử dụng để cấp nguồn
và đèn nền cho LCD.
Chân
điều
khiển
giúp
cấu
hình

Nguyễn Mạnh Hà B2012497

6


Đồ án Điện Tử căn bản

Trường Đại học Cần Thơ

LCD ở chế độ lệnh hoặc chế độ dữ liệu, cũng như chế độ đọc hoặc ghi. LCD
16x2 có thể được sử dụng ở chế độ 4 bit hoặc 8 bit tùy thuộc vào ứng dụng cụ
thể.
Hình 4: Màn hình LCD1602
Để giải quyết vấn đề của việc đấu nối nhiều chân, mơ-đun I2C LCD ra đời.
Thay vì sử dụng 6 chân trên vi điều khiển để kết nối với LCD 16x2, mô-đun
I2C chỉ cần 2 chân (SCL, SDA) để kết nối. Nó hỗ trợ các loại LCD sử dụng
driver HD44780 như LCD 16x2, LCD 20x4 và tương thích với hầu hết các vi
điều khiển hiện đại.

Hình 5: Modulei2c
Ưu điểm của mơ-đun I2C bao gồm tiết kiệm chân vi điều khiển và dễ dàng kết
nối với LCD. Thông số kỹ thuật bao gồm điện áp hoạt động từ 2.5-6V DC, hỗ
trợ màn hình LCD1602, 1604, 2004 (driver HD44780), giao tiếp qua I2C, địa
chỉ mặc định là 0X27 có thể điều chỉnh, tích hợp jump chốt và biến trở xoay để
điều chỉnh độ tương phản cho LCD. Để sử dụng màn hình LCD I2C với
Arduino, cần cài đặt thư viện LiquidCrystal_I2C.

II.1.5: Tổng quan về bóng đèn hồng ngoại:
Bóng đèn hồng ngoại là loại đèn phát ra tia sáng ở dải sóng khơng thể nhìn thấy
bằng mắt người. Thường được sử dụng trong các ứng dụng an ninh, giám sát, và

y học để quay video hoặc truyền tải nhiệt trong điều kiện ánh sáng kém. Có
nhiều loại và kích thước khác nhau, bao gồm đèn hồng ngoại LED và halogen,
với khả năng điều chỉnh độ sáng và tích hợp các tính năng an tồn.
Thơng số kỹ thuật:
Nguồn điện/Công suất
Nguyễn Mạnh Hà B2012497

220/50/100W
7


Đồ án Điện Tử căn bản

Trường Đại học Cần Thơ

Model

R125

Tuổi thọ
Kích thước

III.

6000 giờ
Ø: 125 mm + H: 174 mm

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG/PHẦN MỀM/PHẦN CƠ KHÍ
III.1.1: Thiết kế khối 1:
III.1.1.1: Thiết kế phần cứng

Bộ đo lường 1
(HX711)
Bộ nguồn
( Nguồn DC,
AC)

Loadcell 1
Bộ hiển thị
(LCD)

Bộ xử lý
( Arduino Uno)
Bộ đo lường 2
(HX711)

Loadcell 2

Hình 6: Sơ đồ khối
Giải thích sơ đồ khối:
Bộ nguồn (DC, AC) có chức năng cung cấp nguồn điện cho các bộ khác trong
sơ đồ.
Bộ xử lý (Arduino Uno) có chức năng nhận, xử lý, điều chỉnh, tính tốn các giá
trị nhận được từ 2 bộ đo lường (HX711).
Bộ đo lường(HX711) có chức năng nhận lệnh từ bộ xử lý (Arduino Uno) và
nhận giá trị từ 2 loadcell.
Bộ hiển thị (LCD) có chức năng hiển thị kết quả, giá trị đã được xử lý, tính tốn
của bộ xử lý (Arduino Uno).
IV.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Kết quả của hệ thống phù hợp với mục tiêu ban đầu là sử dụng Arduino Uno để
đọc giá trị của cảm biến cân nặng loadcell sau đó tính tốn ra phần trăm sai lệch
sau khi sấy. Màn hình LCD và cảm biến hiển thị đúng với giá trị. Kết quả thực
nghiệm cho thấy độ chính xác của hệ thống phụ thuộc vào cảm biến cân nặng
Nguyễn Mạnh Hà B2012497

8


Đồ án Điện Tử căn bản

Trường Đại học Cần Thơ

và mạch chuyển đổi. Một số sai sót nhỏ có thể xuất hiện do độ nhiễu và độ
khơng chính xác và khoảng thời gian giữa các lần cân quá ngắn khiến cho hệ
thống có sai số. Các sai số trong quá trình cân có thể ảnh hướng đến độ chính
xác của tính tốn.
V.

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Hệ thống đã đạt được u cầu về tính tốn sự sai lệch của đất trước và sau khi
sấy và từ đó tính ra được phần trăm về độ ẩm của đất.
Ưu điểm:
Sử dụng Arduino và cảm biến khối lượng giúp việc đo độ ẩm đất trở nên trực
quan và dễ dàng hơn.
Có thể cân đo chính xác được độ ẩm đất mà khơng sợ vị hư hại thiết bị do các
yếu tố bên ngoài.
Linh kiện đơn giản, phổ biến, gọn nhẹ, giá thành hợp lý có thể giúp người dùng
tiếp cận được sản phẩm dễ dàng hơn.

Hiển thị thông tin rõ ràng, dễ hiểu.
Khuyết điểm:
Yêu cầu có kiến thức chuyên sâu về cơ điện tử, vi điều khiển để thực hiện.
Độ bền không cao, khi bị rơi có thể hư hỏng nặng.
Hướng phát triển của đề tài:
Có thể điều khiển được nhiệt độ, thời gian của buồng sấy.
Hiển thị được nhiệt độ, tính tốn thời gian sấy thích hợp với khối lượng của
mẫu vật.
Đưa đề tài phát triển đến các vùng sâu vùng xa để hỗ trợ các nhà nông

LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Ts.Nguyễn Văn Khanh đã cung cấp số liệu, phương
tiện, thiết bị cần thiết để thực hiện đề tài cùng với kiến thức chuyên sâu của thầy.
Hơn thế nữa, em cảm ơn thầy đã đưa ra cho em những phương pháp hiệu quả cũng
như luôn giải đáp những thắc mắc của em khi em gặp phải khó khăn trong q trình
thực hiện, giúp em có thể hoàn thành đề tài theo đúng yêu cầu và đúng tiến độ. Sự
góp ý quý báo của thầy đã giúp em cải thiện nội dung và chất lượng của đề tài.
Những kiến thức đó sau này sẽ góp phần là những hành trang để em tiếp bước và
thành công trong cuộc sống.

Nguyễn Mạnh Hà B2012497

9


Đồ án Điện Tử căn bản

Trường Đại học Cần Thơ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] />[2] />[3] Tài liệu tham khảo

Nguyễn Mạnh Hà B2012497

10