Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử Hệ Thống Tưới Cây Tự Động theo độ ẩm

i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY
š & ›



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ,
CHẾ TẠO HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG





Sinh viên thực hiện : Hoàng Thiện Phúc
Lớp : Cơ điện tử K51
Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Lăng Vân




HÀ NỘI 05 - 2014
ii


LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời gian thực hiện đề tài với nội dung nghiên cứu,thiết kế và chế tạo
hệ thống tưới cây tự động, em đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã học ở
trường, trong thực tế. Cùng với sự giúp đỡ của thầy Lê Lăng Vân cho tới nay đã
hoàn thành những yêu cầu của đề tài. Đó là nghiên cứu, thiết kế và thực thi chế tạo
mạch điều khiển của hệ thống tưới cây tự động đạt độ chính xác và hoạt động tốt.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Lăng Vân đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ
em hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Do kiến thức còn hạn chế trong quá trình thực
hiện đồ án em không tránh khỏi những sai xót kính mong quý thầy cô trong hội
đồng thi chỉ dẫn, bỏ qua và giúp đỡ em.Em rất mong được sự đóng góp của thầy
cô và các bạn để nội dung đề tài này ngày càng hoàn thiện hơn.


Sinh viên thực hiện

Hoàng Thiện Phúc




iii

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC HÌNH VẼ v
MỞ ĐẦU 1
1.Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Lý do chọn đề tài 2
3. Mục đích nghiên cứu 3

4. Kết cấu 3
5. Phương pháp nghiên cứu 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG 5
1.1. Khái niệm về hệ thống tự động 5
1.2.Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất 5
1.3. Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng 6
1.4. Các nghiên cứu ở nước ngoài 7
1.5.Các nghiên cứu trong nước 9
1.6. Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung 9
CHƯƠNG 2. CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
TƯỚI CÂY THEO ĐỘ ẨM 10
2.1. Vi điều khiển Pic 16F877A. 11
2.1.1. Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của PIC16F877A 11
2.1.2. Cấu trúc vi điều khiển PIC16F877A 12
2.1.3. Các bộ timer của 16F877A 17
2.2. Cảm biến DHT11 18
2.3. Màn hình LCD 2 dòng 16 kí tự Error! Bookmark not defined.
2.4. Rơle đóng ngắt thiết bị 21
2.5. Tụ điện 21
2.6.Điot 22
2.7. Điện trở 22
2.8. Thời gian thực DS1307 22
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY 25
3.1. Xây dựng bài toán cho hệ thống 25
3.2. Thiết kế phần cơ 26
3.2.1. Xác định lần tưới nhu cầu nước/lần tưới và khả năng cung cấp nước
26
iv

3.2.2. Phân chia khu tưới 27

3.2.3. Tính toán đường ống chính 27
3.2.4. Tính toán đường ống nhánh, đường ống thứ cấp 29
3.2.5. Chọn phương pháp tưới 30
3.2.6. Vật liệu sử dụng trong xây dựng hệ thống tưới 31
3.3.Thiết kế mạch điều khiển 33
3.3.1. Thiết kế phần cứng 33
3.3.2.Mạch in thực tế sau khi thiết kế (sử dụng phần mềm atium). 33
3.3.3. Thiết kế phần mềm 34
3.3.4. Thuật toán điều khiển 38
3.3.5. Mạch thực tế sau khi thiết kế và chạy thử 40
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 41
4.1. Đánh giá kết quả 41
4.2. Hạn chế của đề tài 41
4.3. Hướng phát triển đề tài 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO 42
PHỤ LỤC 43











v

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1. 1.Bộ hẹn giờ và van điều khiển 8
Hình 2. 1. Sơ đồ khối của mạch 10
Hình 2. 2.Sơ đồ chân của PIC 16F877A. 11
Hình 2. 3. Sơ đồ nguyên lý 12
Hình 2. 4.Cảm biến DHT11 18
Hình 2. 5. Sơ đồ kết nối với VĐK 19
Hình 2. 6. Sơ đồ nguyên lý kết nối của LCD1602 trong mạch điện 20
Hình 2. 7. Relay 5V và sơ đồ các chân 21
Hình 2. 8. Điot 22
Hình 2. 9. Sơ đồ các chân của DS1307 23
Hình 3. 1. Sơ đồ mạch nguyên lý 33
Hình 3. 2.Mạch in sau khi thiết kế 34
Hình 3. 3. Giao diện của phần mềm lập trình 35
Hình 3. 4. PG2C mạch nạp PIC qua cổng COM 36
Hình 3. 5. Giao diện phần mềm nạp pickit2 37
Hình 3. 6. Lưu đồ thuật toán điều khiển 39
Hình 3. 7. Mạch thực tế sau khi thiết kế và chạy thử 40







1

MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Nền nông nghiệp của nước ta là nền nông nghiệp vẫn còn lạc hậu cũng như

chưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật được áp dụng vào thực tế. Rất nhiều
quy trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc được tiến hành một cách chủ quan và không
đảm bảo được đúng yêu cầu. Có thể nói trong nông học ngoài những kĩ thuật trồng
trọt, chăm sóc thì tưới nước là một trong các khâu quan trọng nhất trong trồng trọt,
để đảm bảo cây sinh trưởng và phát triển bình thường, tưới đúng và tưới đủ theo
yêu cầu nông học của cây trồng sẽ không sinh sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho
sản phẩm an toàn, đạt năng suất, hiệu quả cao.
Ngoài ra trên những tuyến phố ở khu vực trung tâm thành phố chúng ta vẫn
bắt gặp hình ảnh các xe bồn chở nước tưới cây dọc đường gây ùn tắc, mất an toàn
giao thông.
Mặt khác hiện nay nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại
hóa các thiết bị máy móc tự động được đưa vào phục vụ thay thế sức lao động của
con người. Vì vậy thiết bị tưới đang được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đưa vào
thực tiễn ngày được áp dụng càng nhiều. Thiết bị tưới cũng rất đa dạng về chủng
loại (vòi phun mưa, phun sương, vòi nhỏ giọt bù áp, vòi không bù áp, dây tưới nhỏ
giọt ) có thông số khác nhau phục vụ cho các loại cây khác nhau được chế tạo từ
nhiều nước như Israel, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc , sẽ rất thuận tiện cho
người sử dụng lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình. Việc tính toán để
lựa chọn thiết bị hệ thống tưới đáp ứng được nhu cầu tưới theo nông học cây trồng
và phù hợp điều kiện kinh tế, kỹ thuật cho hiệu quả cao là việc cần thiết cho việc
phát triển trên diện rộng của hệ thống tưới này. Hệ thống tưới phun đáp ứng độ ẩm
gốc, độ ẩm lá và không khí cho cây trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm nước
2

tạo điều kiện cho cây trồng hấp thu dinh dưỡng không gây rửa trôi, thoái hóa đất,
không gây ô nhiễm môi trường. Hệ thống tưới nước tự động có thể kết hợp với
bón phân, phun thuốc hóa học. Hơn thế nữa, với việc thiết kế một hệ thống tưới
cây tự động sẽ giúp cho con người không phải tưới cây, không phải tốn chi phí
nhân công tưới nước cũng như giám sát thời gian tưới cây. Với hệ thống này, việc
tưới cây sẽ là tự động tùy theo nhiệt độ thời tiết nắng hay mưa, độ ẩm cao hay

thấp, mùa nào trong năm… Tất cả các điều kiện đó sẽ được đưa vào hệ thống tính
toán và đưa ra thời gian chính xác để bơm nước . Người lao động sẽ không cần
phải quan tâm đến việc tưới cây, cây sẽ được sinh trưởng và phát triển tốt hơn nhờ
việc tưới cây phù hợp và chính xác hơn.
2. Lý do chọn đề tài
Hệ thống tưới tự động (tưới nhỏ giọt, phun sương …) là hệ thống thiết bị
tưới tốt nhất đáp ứng theo yêu cầu sinh trưởng cây trồng đang được ứng dụng rộng
trên các nước phát triển. Hệ thống tưới nước tự động là một hình thức tưới nước
hợp lý, tiết kiệm sức lao động và chi phí nhân công. Vốn đã rất phổ biến từ nhiều
nước trên thế giới. Tuy nhiên ở Việt Nam chỉ vài ba năm trở lại đây việc vận dụng
hệ thống này mới trở thành xu hướng. Hệ thống tưới nước tự động cũng trở nên
phổ biến hơn với người nông dân ở nông thôn cùng với quá trình hiện đại hóa
nông nghiệp nông thôn nhưng không phải người dân nào cũng mạnh dạn đưa vào
xử dụng vì chi phí đầu tư cao.
Mặt khác khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ đã làm thay đổi cuộc sống
con người, làm cho cuộc sống con người ngày càng trở nên tiện nghi và hiện đại.
Kỹ thuật điện tử phát triển con người đã tạo ra những thiết bị máy móc hiện đại
thay thế cho con người những công việc nặng nhọc và đòi hỏi sự chính xác cao.
3

Kỹ thuật điện tử phát triển đã nhanh chóng được ứng dụng vào trong nhiều
lĩnh vực: công nghiệp, giao thông vận tải, hàng không vũ trụ Các thiết bị điều
khiển tự động giữ vai trò cực kỳ quan trọng góp phần lớn cho sự tiến bộ không
ngừng của các lĩnh vực này. Ngành nông nghiệp nước ta hiện nay còn phụ thuộc
nhiều vào khí hậu tự nhiên, và với những phương pháp sản xuất canh tác truyền
thống không mang lại năng suất cao. Khi kinh tế xã hội phát triển thì nhu cầu con
người càng được nâng cao, đòi hỏi chất và lượng nâng cao. Do đó cần đến các
thiết bị kỹ thuật tiên tiến có khả năng đo đạc và điều khiển được các thông số của
môi trường như :nhiệt độ, độ ẩm không khí, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp
với từng giai đoạn phát triển của cây trồng Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn

trên em đã nghiên cứu và tiến hành thiết kế : “Hệ Thống Tưới Cây Tự Động
theo độ ẩm’’ .
3. Mục đích nghiên cứu
Vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình hệ
thống tưới tự động, từ đó đưa vào ứng dụng thực tiễn. Giúp cho việc tưới tiêu cây
trồng ở nước ta có những phương án mới và đạt được hiệu quả cao.
4. Kết cấu
- Tổng quan về đề tài
- Giới thiệu các linh kiện sử dụng trong mạch điều khiển
- Thiết kế hệ thống tưới tự động
- Kết quả và định hướng phát triển
5. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện nội dung đề tài nghiên cứu, em tiến hành phương pháp nghiên
cứu sau:
• Các kết quả nghiên cứu kế thừa
4

- Kế thừa công trình nghiên cứu của các thế hệ trước về cơ sở lý thuyết
của các phần mềm lập trình và mô phỏng.
- Kế thừa các nghiên cứu có trong thực tiễn.
• Định hướng nghiên cứu
- Nghiên cứu phần mềm lập trình và mô phỏng trên máy tính.
- Tìm ra phương pháp lập trình đơn giản, dễ sử dụng, hiệu quả.
• Kiểm chứng
- Chạy thử mô hình nhiều lần, kiểm tra phát hiện lỗi và từ đó hoàn
thiện hệ thống.

5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG
1.1. Khái niệm về hệ thống tự động
Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống bao gồm các phần tử tự động nhằm
điều khiển các quá trình xảy ra trong thiên nhiên, cuộc sống mà không có sự tham
gia trực tiếp của con người.
Hệ thống điều khiển tự động: là tập hợp các thành phần vật lý có mối liên
quan và tác động qua lại lẫn nhau để chỉ huy, tự hiệu chỉnh hoặc điều khiển một hệ
thống khác.
Hệ thống điều khiển tự động xuất hiện ngày nay rất phổ biến.
- Hệ thống điều hoà không khí.
- Hệ thống điều chỉnh độ ẩm.
- Hệ thống tự động báo cháy v.v
Trong môi trường sản xuất:
- Các máy tự động.
- Các đường dây sản xuất, lắp ráp tự động.
- Các máy điều khiển theo chương trình, Máy tính, Robot v.v
1.2.Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất
Lịch sử hoàn thiện của công cụ, phương tiện sản xuất phát triển trên cơ sở

cơ giới hóa và điện khí hóa. Khi có những đột phá mới trong lĩnh vực công nghệ
vật liệu và tiếp theo là điện tử và tin học thì công nghệ tự động có cơ hội phát triển
mạnh mẽ, đem lại muôn vàn lợi ích thiết thực cho xã hội. Đó là mấu chốt của năng
suất, chất lượng, giá thành.
Trong thực tiễn khi áp dụng tự động hóa vào sản xuất sẽ mang lại những
hiệu quả không nhỏ cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động, cải
6

thiện điều kiện sản xuất, đáp ứng cường độ cao về sản xuất hiện đại, thực hiện
chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất. Từ đó sẽ tăng khả năng cạnh tranh, đáp ứng
yêu cầu sản xuất.
Trong một tương lai gần tự động hóa sẽ đóng vai trò vô cùng quan trọng và
không thể thiếu, bởi vì nó không chỉ ứng dụng trong sản xuất mà còn ứng dụng
phục vụ đời sống con người. Trong sản xuất nó thay thế con người những công
việc cơ bắp nặng nhọc, công việc nguy hiểm, độc hại,công việc tinh vi hiện đại. . .
còn trong đời sống con người những công nghệ này sẽ được ứng dụng phục vụ
nhu cầu sống. Nó sẽ là phương tiện không thể thiếu trong đời sống chúng ta.
1.3. Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng
Công trường thực vật là căn cứ địa sản xuất nông nghiệp của hiện đại hóa.
Toàn bộ quá trình đều có thể điều khiển tự động để giảm bớt sức người, nâng cao
sản lượng…
Mặc dù tự động hóa ứng dụng từ rất lâu cho việc tưới tiêu, song nó chỉ phát
triển ở một số nước phát triển, còn đối với các nước chậm phát triển tuy nền nông
nghiệp chiếm tỉ lệ lớn nhưng việc ứng dụng tự động hóa cho việc tưới cây vẫn còn
rất chậm. Hiện nay, được sự trợ giúp của nước ngoài các nước đang phát triển đã
đưa dần tự động hóa vào đời sống và sản xuất, đặc biệt là các nước đông nam á
trong đó có Việt Nam.
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo thiết bị tự động
hóa, kết hợp với thành tựu trong công nghệ vi điện tử và công nghệ thông tin, đã
cho phép tạo nên một giải pháp tự động hóa trong mọi lĩnh vực. Có thể nói tự

động hóa trở thành xu hướng tất yếu cho mọi lĩnh vực cho bất kì quốc gia, vùng
lãnh thổ nào.
7

1.4. Các nghiên cứu ở nước ngoài
Ở nước ngoài đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng về hệ thống tưới cây tự động:
Đầu những năm 80, Liên Xô ( cũ ) đã chế tạo ra một loại máy tự động ứng
dụng trong nông nghiệp. Khi làm việc loại máy này có thể quan sát được độ ẩm
của thổ nhưỡng, nhiệt độ không khí, sức gió… Nó có thể xác định được phương
pháp tưới và tiến hành tưới cho cây trồng, nhờ một loại máy làm mưa nhân tạo
khác.
Hãng robot Droplet giới thiệu robot tưới cây tích hợp những công nghệ tự động
mới nhất, điện toán đám mây và một số dịch vụ kết nối khác cho phép Droplet có
khả năng tự động ngắm hướng vòi phun, lượng nước và tần suất tưới để tự động
tưới nước cho cây theo những lịch trình tự tính toán dựa trên phân tích các dữ liệu
đầu vào. Droplet là 1 chiếc vòi phun tự động có khả năng tự điều chỉnh hướng
dòng nước phun ra từ ống đến thân cây trong bán kính 9,14 mét. Trước khi robot
tự động vận hành, người dùng chỉ cần khai báo tên của các loại cây có mặt trong
vườn thông qua điện thoại, máy tính bảng, được kết nối không dây với robot.
Dựa trên thông tin về tên các loại cây, Droplet sẽ tự tra cứu thông tin trên mạng
nhằm xác định lượng nước cũng như tần số tưới cho phù hợp với từng loại cây.
Bên cạnh đó, Droplet cũng tự tra cứu dữ liệu về tình hình thời tiết của địa điểm
làm việc để xác định mưa/nắng nhằm đưa ra lịch làm việc thích hợp.
Bộ điều khiển tưới cây tự động Israel dễ dàng được lập trình theo yêu cầu tưới
của người sử dụng. Chỉ cần vài thao tác lập trình, cung cấp cho hệ thống một
nguồn nước đầu vào và dẫn các đầu tưới đến các vị trí cần tưới là đã hoàn tất việc
lắp đặt hệ thống tưới tự động theo công nghệ tưới tiên tiến.
Có 2 loại điều khiển: Điều khiển theo giờ tưới và điều khiển theo chu kỳ.
8

• Điều khiển theo giờ tưới: Hệ thống hoạt động đúng theo thời gian đồng
hồ yêu cầu.
• Điều khiển theo chu kì tưới: Hệ thống hoạt động theo vòng lặp thời
gian.
*Bộ điều khiển thời gian và van điện từ.
- Bộ điều khiển tự động: dùng để cài đặt thời gian tưới tự động, như giờ hoạt
động, thời gian hoạt động, thời gian dừng hay chuyển đổi các vị trí tưới. Bộ cảm
biến mưa sẽ tự động ngừng tưới khi có mưa hay độ ẩm cao.
- Van điện từ: là thiết bị nhận và truyền tín hiệu từ bộ điều khiển đến các đầu
tưới, để các đầu tưới hoạt động.

Hình 1. 1.Bộ hẹn giờ và van điều khiển

* Hoạt động của hệ thống tưới: Hệ thống được mặc định giờ tưới, đến giờ hoạt
động thì bộ điều khiển sẽ tự động truyền tín hiệu đến các van điện từ, các van sẽ tự
động mở ra và cung cấp nước cho các đầu phun. Thời gian tưới được cài đặt sẵn
theo ý muốn của người sử dụng.
9

1.5.Các nghiên cứu trong nước
Ở nước ta đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng hệ thống tự động vào trong
cuộc sống. Người dân đã sáng tạo ra các hệ thống bán tự động giúp tiết kiệm sức
lao động, hiệu quả mang lại cao hơn so với tưới thủ công. Tuy nhiên hệ thống này
còn nhiều nhược điểm cần khắc phục để mang lại hiệu quả cao nhất có thể.
Ở các trường đại học chuyên ngành kĩ thuật đã có nhiều đề tài về hệ thống tưới
nước tự động do sinh viên thực hiện. Tuy nhiên vẫn còn nhiều mặt hạn chế cần
khắc phục.
Hệ thống tưới phun tự động đa năng- một công trình khoa học của 2 giảng viên
trường Cao đẳng Công nghiệp (CĐCN) Huế: tiến sĩ Lê Văn Luận và thạc sĩ Lê
Đình Hiếu. Các thiết bị chính của hệ thống tưới phun đa năng này gồm có 1 cảm

biến đo nhiệt độ và 1 cảm biến đo độ ẩm của đất được cài đặt tại nhà màng trồng
hoa, hệ điều khiển được lập trình trên PLC-S7- 1200. Khi các cảm biến cho thông
số độ ẩm của đất hoặc nhiệt độ không khí tại nhà màng báo hiệu cần nước, tín hiệu
này sẽ đưa đến hộp điều khiển PLC. Tại đây các chức năng sẽ được điều khiển tự
động để nhận nước và đưa tưới tự động tưới phun theo các vòi phun lắp đặt, và sẽ
tự ngừng trong đúng 5 phút, khi cảm biến báo độ ẩm hoặc nhiệt độ đã đạt yêu cầu.
Hệ thống tưới phun tự động đa năng là sản phẩm khoa học có ý tưởng hay, tính
ứng thiết thực và đã được thử nghiệm có hiệu quả thực tế.
1.6. Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung
Các nghiên cứu ở trên đã được ứng dụng từ lâu. Tuy nhiên, do giá thành quá
cao nên nhiều người chưa có điều kiện để sử dụng các thiết bị đó. Vì vậy, tác giả
đã thực hiện nghiên cứu hệ thống tưới sử dụng cảm biến độ ẩm của không khí để
quyết định thời gian tưới cho cây trồng. Hệ thống chế tạo đơn giản, chi phí thấp dễ
sửa chữa. . .
10

CHƯƠNG 2. CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
TƯỚI CÂY THEO ĐỘ ẨM
Thiết kế mạch điều khiển có chức năng thực hiện điều khiển đóng ngắt thiết
bị điện tự động thông qua các cảm biến DHT11 (cảm biến nhiệt độ và độ ẩm).
Hệ thống được thiết kế gồm 5 khối:
• Khối thu gồm cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11
• Khối xử lý trung tâm sử dụng PIC 16F877A.
• Khối hiển thị sử dụng LCD
• Khối điều khiển thiết bị sử dụng Relay 5VDC để đóng/ cắt thiết bị.
• Khối thời gian thực (hẹn giờ)
Sơ đồ khối của mạch

Hình 2. 1. Sơ đồ khối của mạch.



Khối thu sử dụng
cảm biến DHT11
Khối điều khiển
thiết bị

Khối xử lý
trung tâm
Khối
hiển thị
Khối thời gian
thực
11

Chức năng của từng khối:
• Khối xử lý trung tâm: Vi điều khiển PIC 16F877A điều khiển toàn bộ
hoạt động của mạch là nhận dữ liệu giải mã tín hiệu nhiệt độ và độ ẩm.
Đưa hiển thị lên các LCD sau đó đưa ra tín hiệu điều khiển bật /tắt
(hẹn giờ bật /tắt) thiết bị điện.
• Khối hiển thị: Là các LCD 2 dòng 16 kí tự để hiển thị nhiệt độ và độ
ẩm môi trường, thời gian.
• Khối nguồn nuôi: Là khối cơ bản nhất nó cung cấp dòng nuôi cho toàn
bộ linh kiện trong mạch. Nó tạo ra điện áp ổn định thoả mãn các chỉ số

về điện áp và dòng .( Dùng sạc pin điện thoại 5V )
• Khối bật tắt thiết bị điện: Là khối sử dụng Relay 5 VDC để đóng /ngắt
mạch hoạt động của các thiết bị điện khối này nhận tín hiệu từ VĐK
PIC 16F877A
2.1. Vi điều khiển Pic 16F877A.
2.1.1. Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của PIC16F877A

Hình 2. 2.Sơ đồ chân của PIC 16F877A.

12


Hình 2. 3. Sơ đồ nguyên lý
2.1.2. Cấu trúc vi điều khiển PIC16F877A
Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của PIC16F877A được trình bày trên Hình 2.3
và với các đặc điểm cơ bản như sau :
- PIC16F877A có tất cả 40 chân
Chức năng các chân VĐK:
• Chân OSC1/CLK1(13): Ngõ vào kết nối với dao động thạch anh hoặc ngõ
vào nhận xung clock từ bên ngoài.
• Chân OSC2/CLK0(14): Ngõ ra dao động thạch anh hoặc ngõ cấp xung
clock.
• Chân
MCLR
/Vpp(1) Có 2 chức năng:

MCLR
: Ngõ vào reset tích cực ở mức thấp.
Vpp: Ngõ vào nhận điện áp lập trình khi lập trình cho pic.
• Chân RA0/AN0(2), RA1/AN1(3), RA2/AN2 có 2 chức năng:

RA0, 1, 2: Ngõ vào xuất/nhập số.
AN0, 1, 2: Ngõ vào tương tự của kênh 0, 1, 2.
13

• Chân RA2/AN2/VREF-/VREF+(4): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh
thứ 2/ ngõ vào điện áp chuẩn thấp bộ AD/ ngõ vào điện áp chuẩn cao bộ
AD.
• Chân RA3/AN3/VREF+(5): xuất nhập số/ ngõ vào kênh tương tự 3/ ngõ vào
điện áp chuẩn(cao) của bộ AD.
• Chân RA4/TOCK1/C1OUT(6): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock bên ngoài
cho TIMER0/ ngõ ra bộ so sánh 1.
• Chân RA5/AN4/
SS
/C2OUT(7): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh 4/
ngõ vào lựa chọn SPI phụ/ ngõ ra bộ so sánh 2.
• Chân RB0/INT(33): xuất nhập số/ ngõ vào tín hiệu ngắt ngoài.
• Chân RB1(34), RB2(35): xuất nhập số.
• Chân RB3/PGM(36): xuất nhập số/ cho phép lập trính điện áp thấp ICSP.
• Chân RB4(37), RB5(38): xuất nhập số.
• Chân RB6/PGC(39): xuất nhập số/ mạch gỡ rối và xung clock lập trình
ICSP.
• Chân RB7/PGD(40): xuất nhập số/ mạch gỡ rối và dữ liệu lập trình ICSP.
• Chân RC0/T1OCO/T1CKI(15): xuất nhập số/ ngõ vào dao động Timer1/
ngõ vào xung clock bên ngoài Timer1.
• Chân RC1/T1OSI/CCP2(16): xuất nhập số/ ngõ vào bộ dao động Timer1/
ngõ vào capture2, ngõ ra compare2, ngõ ra PWM2.
• Chân RC2/CCP1(17): xuất nhập số/ ngõ vào Capture1, ngõ ra Compare1,
ngõ ra PWN1.
• Chân RC3/SCK/SCL(18): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock nối tiếp đồng
bộ, ngõ ra chế độ SPI/ ngõ vào xung clock đồng bộ, ngõ ra chế độ I2C.

• Chân RC4/SDI/SDA(23): xuất nhập số/ dữ liệu vào SPI/ xuất nhập I2C.
• Chân RC5/SDO(24): xuất nhập số/ dữ liệu ra SPI.
14

• Chân RC6/TX/CK(25): xuất nhập số/ truyền bất đồng bộ USART/ xung
đồng bộ USART.
• Chân RC7/RX/DT(26): xuất nhập số/ nhận bất đồng bộ USART.
• Chân RD0÷ 7/PSP0÷ 7(19÷ 30): xuất nhập số/ dữ liệu port song song.
• Chân RE0/
RD
/AN5(8): xuất nhập số/ điều khiển port song song/ ngõ vào
tương tự kênh 5.
• Chân RE1/
WR
/AN6(9): xuất nhập số/ điều khiển ghi port song song/ ngõ
vào tương tự kênh 6.
• Chân RE2/
CS
/AN7(10): xuất nhập số/ chân chọn lựa điều khiển port
song song/ ngõ vào tương tự kênh 7.
• Chân VDD(11, 32) và VSS(12, 31): là chân nguồn của Pic.
- 40 chân trên được chia thành 5 PORT, 2 chân cấp nguồn, 2 chân GND, 2 chân
thạch anh và một chân dùng để RESET vi điều khiển.
- 5 port của PIC16F877A bao gồm :
+ PORTB : 8 chân
+ PORTD : 8 chân
+ PORTC : 8 chân
+ PORTA : 6 chân
+ PORT E : 3 chân

15

* Khái quát về chức năng của các port trong vi điều khiển PIC16F877A
PORTA:
PORTA gồm có 6 chân. Các chân của PortA, có thể thực hiện được chức năng
“hai chiều” : xuất dữ liệu từ vi điều khiển ra ngoại vi và nhập dữ liệu từ ngoại vi
vào vi điều khiển.
Việc xuất nhập dữ liệu ở PIC16F877A khác với họ 8051. Ở tất cả các PORT của
PIC16F877A, ở mỗi thời điểm chỉ thực hiện được một chức năng: Xuất hoặc nhập.
Để chuyển từ chức năng này nhập qua chức năng xuất hay ngược lại, ta phải xử lý
bằng phần mềm, không như 8051 tự hiểu lúc nào là chức năng nhập, lúc nào là
chức năng xuất.
Trong kiến trúc phần cứng của PIC16F877A, người ta sử dụng thanh ghi TRISA ở
địa chỉ 85H để điều khiển chức năng I/O trên. Muốn xác lập các chân nào của
PORTA là nhập (input) thì ta “ set bit ’’ tương ứng chân đó trong thanh ghi
TRISA. Ngược lại, muốn chân nào là output thì ta “ clear bit ’’ tương ứng chân đó
trong thanh ghi TRISA. Điều này hoàn toàn tương tự đối với các PORT còn lại
Ngoài ra, PORTA còn có các chức năng quan trọng sau :
- Ngõ vào Analog của bộ ADC: thực hiện chức năng chuyển từ Analog sang
Digital.
- Ngõ vào điện thế so sánh
- Ngõ vào xung Clock của Timer0 trong kiến trúc phần cứng : thực hiện các nhiệm
vụ đếm xung thông qua Timer0…
- Ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port).

16

PORTB:

PORTB có 8 chân. Cũng như PORTA, các chân PORTB cũng thực hiện được 2
chức năng: input và output. Hai chức năng trên được điều khiển bới thanh ghi
TRISB. Khi muốn chân nào của PORTB là input thì ta set bit tương ứng trong
thanh ghi TRISB, ngược lại muốn chân nào là output thì ta clear bit tương ứng
trong TRISB.
Thanh ghi TRISB còn được tích hợp bộ điện trở kéo lên có thể điều khiển được
bằng chương trình.
PORTC:
PORTC có 8 chân và cũng thực hiện được 2 chức năng input và output dưới sự
điều khiển của thanh ghi TRISC tương tự như hai thanh ghi trên.
Ngoài ra PORTC còn có các chức năng quan trọng sau:
- Ngõ vào xung clock cho Timer1 trong kiến trúc phần cứng.
- Bộ PWM thực hiện chức năng điều xung lập trình được tần số, duty cycle: sử
dụng trong điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ v.v….
- Tích hợp các bộ giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART.
PORTD:
PORTD có 8 chân. Thanh ghi TRISD điều khiển 2 chức năng input và output của
PORTD tương tự như trên. PORTD cũng là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp
song song PSP (Parallel Slave Port).


17

PORTE:
PORTE có 3 chân. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE. Các chân
của PORTE có ngõ vào analog. Bên cạnh đó PORTE còn là các chân điều khiển
của chuẩn giao tiếp PSP.
2.1.3. Các bộ timer của 16F877A
Bộ vi điều khiển PIC16F877A có 3 bộ Timer đó là: Timer0, Timer1,
Timer2.

* Bộ Timer 0: Là bộ định thời hoặc bộ đếm có những ưu điểm nổi bật sau:
+ 8 bit cho timer hoặc bộ đếm.
+ Có khả năng đọc và viết.
+ Có thể dùng đồng hồ bên trong hoặc bên ngoài.
+ Có thể chọn cạnh xung của xung đồng hồ.
+ Có hệ số chia cho xung đầu vào có thể lập trình lại bằng phần mềm.
+ Ngắt tràn.
* Bộ Timer 1: Bộ Timer1 có thể là bộ đếm hoặc bộ định thời với ưu điểm sau:
+ 16 bít cho bộ đếm hoặc bộ định thời (gồm hai thanh ghi MR1H:TMR1L).
+ Có khả năng đọc và viết.
+ Có thể chọn xung đồng hồ bên trong hoặc đồng hồ bên ngoài.
+ Có thể ngắt khi tràn FFFFh về 0000h.
Nó có thể hoạt động ở một trong các chế độ sau:
+ Là 1 bộ định thời 16 bit.
+ Là một bộ đếm có đồng bộ.
18

+ Là một bộ đếm không có đồng bộ.
* Bộ Timer 2: Bộ Timer2 có những đặc tính sau đây:
+ 8 bít cho bộ định thời ( thanh ghi TMR2 ).
+ 8 bít vòng lặp ( thanh ghi PR2 ).
+ Có khả năng đọc và viết ở cả hai thanh ghi nói trên.
+ Có khả năng lập trình bằng phần mềm tỷ lệ trước.
+ Có khả năng lập trình bằng phần mềm tỷ lệ sau.
Hoạt động của bộ Timer2: timer 2 được dùng chủ yếu ở phần điều chế
xung của bộ CCP, thanh ghi TMR2 có khả năng đọc và viết, nó có thể xóa bằng
việc reset lại thiết bị. Đầu vào của xung có thể chọn các tỷ lệ sau: 1:1, 1:4 hoặc
1:16 việc chọn các tỷ này có thể điều khiển các bít sau T2CKPS1và bit T2CKPS0.
2.2. Cảm biến DHT11
- DHT11 là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm. Nó ra đời sau và được sử dụng

thay thế cho dòng SHT1x ở những nơi không cần độ chính xác cao về nhiệt
độ và độ ẩm.

Hình 2. 4.Cảm biến DHT11

- DHT11 có cấu tạo 4 chân như hình. Nó sử dụng giao tiếp số theo chuẩn 1 dây.
19



Hình 2. 5. Sơ đồ kết nối với VĐK

Nguyên lý hoạt động: Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý
thực hiện theo 2 bước:
- Bước 1: gửi tín hiệu Start
+ MCU thiết lập chân DATA là Output, kéo chân DATA xuống 0 trong khoảng
thời gian >18ms. Khi đó DHT11 sẽ hiểu MCU muốn đo giá trị nhiệt độ và độ ẩm.
+ MCU đưa chân DATA lên 1, sau đó thiết lập lại là chân đầu vào.
+Sau khoảng 20-40us, DHT11 sẽ kéo chân DATA xuống thấp. Nếu >40us mà
chân DATA không được kéo xuống thấp nghĩa là không giao tiếp được với
DHT11.
+ Chân DATA sẽ ở mức thấp 80us sau đó nó được DHT11 kéo nên cao trong
80us. Bằng việc giám sát chân DATA, MCU có thể biết được có giao tiếp được
với DHT11 ko. Nếu tín hiệu đo được DHT11 lên cao, khi đó hoàn thiện quá trình
giao tiếp của MCU với DHT.
- Bước 2: đọc giá trị trên DHT11
+ DHT11 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dưới dạng 5 byte
20

+ Đọc dữ liệu:

Sau khi giao tiếp được với DHT11, DHT11 sẽ gửi liên tiếp 40 bit 0 hoặc 1 về
MCU, tương ứng chia thành 5 byte kết quả của Nhiệt độ và độ ẩm.

Sử dụng màn hình tinh thể lỏng LCD loại 2 dòng, 16 kí tự LCD1602. Màn
hình LCD đã rất phổ biến trên thị trường và việc lập trình cho nó rất đơn giản
thêm vào đó là nó có mặt thẩm mĩ rất cao. Sử dụng nguồn nuôi thấp (từ 2, 5 đến
5V). Có thể hoạt động ở hai chế độ 4 bit hoặc 8 bit

Hình 2. 6. Sơ đồ nguyên lý kết nối của LCD1602 trong mạch điện
LCD1602 được ghép nối với vi điều khiển thông qua PortD (RD0 đến RD7 Không
sử dụng RD3). RD0 nối với chân E, RD1 nối với chân RS, RD2 nối với chân R/W
là chân đọc ghi dữ liệu và chân RD4 đến RD7 là chân dữ liệu vào.
Trong đó:
- VSS là chân nối đất
- VEE chân chọn độ tương phản, chân này được chọn qua 1 biến trở 5K một đầu
nối VCC, một đầu nối mát.
- Chân VDD nối dương nguồn
- Chân chọn thanh ghi RS (Register Select): có hai thanh ghi trong LCD.