đồ án kỹ thuật điện điện tử HỆ THỐNG ĐO ĐỘ ẨM VÀ TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGIỆP
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯





ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP :
HỆ THỐNG ĐO ĐỘ ẨM VÀ TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG
ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH














GVHD : TRƯƠNG THỊ BÍCH NGÀ
SVTH : TRẦN VIỆT DŨNG
MSSV : 00101057
SVTH : TRẦN QUỐC TUẤN

MSSV : 00101344
LỚP : 001013




TP. HỒ CHÍ MINH – 02/2005















PHAÀN A
GIÔÙI THIEÄU

TRANG TỰA

Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng và ngày càng mạnh mẽ của
khoa học kỹ thuật nền công nghiệp điện tử cũng có những bước tiến vô cùng
quan trọng đối với đời sống con người. Kỹ thuật điện tử đóng vai trò chủ
động trong các ngành hàng không vũ trụ, thông tin liên lạc, tự động điều
khiển đặc biệt trong công nghiệp sản xuất các thiết bò điện tử đã hỗ trợ con
người rất nhiều trong quá trình sản xuất, những hệ thống tự động điều
khiển, robot thay thế con người những công việc nặng nhọc và đòi hỏi sự
chính xác cao. Những thành tựu khoa học kỹ thuật đã mang đến cho con
người một cuộc sống tiện nghi văn minh và hiện đại. Việc ứng dụng những
thành tựu phát triển của kỹ thuật điện tử vào nhiều lónh vực : công nghiệp,
nông nghiệp, lâm nghiệp, hàng không, giao thông vận tải Góp phần rất lớn
cho sự phát triển không ngừng của các ngành này,đã đem lại nhiều lợi ích về
kinh tế, xã hội.
Trong nền nông ngiệp nước ta hiện nay còn gặp những khó khăn do ảnh
hưởng của thiên nhiên và những phương thức canh tác theo truyền thống
vẫn chưa mang lại lợi ích kinh tế thật sự cao. Việc ứng dụng những thành
tựu phát triển của kỹ thuật điện tử vào nông nghiệp để thay đổi phương
thức sản xuất, tăng năng suất sản phẩm đó chính là công việc của những
người làm khoa học kỹ thuật. Các thiết bò điện tử được thiết kế nhằm giải
quyết những vấn đề trên. Với hệ thống đo độ ẩm và tưới cây tự động có thể
giám sát và điều khiển các thông số của môi trường trong một nhà kính
phục vụ cho việc trồng cây cảnh, cây giống, rau hoa quả sạch Tất cả những
thông số của môi trường như : nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, chất dinh dưỡng
cung cấp cho cây Đều được đònh hóa bằng máy tính sao cho phù hợp với
từng giai đoạn phát triển của cây trồng.

Nội dung đồ án tốt nghiệp “Hệ Thống Đo Độ m Và Tưới Cây Tự Động
Điều Khiển Bằng Máy Tính” được trình bày làm 3 phần:
Phần A : Giới Thiệu
Phần B : Nội Dung
Phần C : Phụ Lục Và Tài Liệu Tham Khảo
Bằng những kiến thức được thầy cô trong trường Đại Học Sư Phạm Kỹ
Thuật đã trang bò trong suốt hơn 4 năm học vừa qua, cùng với sự hướng dẫn
nhiệt tình của cô Trương Thò Bích Ngà đã giúp nhóm nghiên cứu hoàn thành
đề tài đúng theo thời gian quy đònh. Do thời gian và kiến thức còn hạn chế
nên cuốn Đồ n Tốt Nghiệp này khó có thể tránh khỏi những sai sót, Đề Tài
còn hạn chế Rất mong được sự đóng góp ý kiến nhiệt tình của quý thầy cô
và các bạn để Đề Tài này được hoàn chỉnh hơn.
Thành Phố Hồ Chí Minh,Tháng 02 Năm 2005
Nhóm Nghiên Cứu Đề Tài
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên : TRẦN VIỆT DŨNG
Mssv : 00101057
Họ và tên : TRẦN QUỐC TUẤN
Mssv : 00101344
Lớp : 001013
1. Tên đề tài : HỆ THỐNG ĐO ĐỘ ẨM VÀ TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG
ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH
2. Các số liệu ban đầu :

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán :

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………
4. Các bản vẽ và đồ thò :
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
5. Giáo viên hướng dẫn : TRƯƠNG THỊ BÍCH NGÀ
6. Ngày giao nhiệm vụ :
7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ :
Thông qua bộ môn
Ngày tháng 02 năm 2005
Giáo viên hướng dẫn: Chủ nhiệm bộ môn
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
……. 000 ……

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………
…………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………… ……………………
ĐHSPKT, Ngày tháng 02 năm 2005

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
……. 000 ……

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………… ………………………………………………………………
………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………
……

ĐHSPKT, Ngày tháng 02 năm 2005
Giáo viên phản biện



LỜI MỞ ĐẦU

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 bò máy
móc hiện đại thay thế cho con người những công việc nặng nhọc và đòi
hỏi sự chính xác cao.
Kỹ thuật điện tử phát triển đã nhanh chóng được ứng dụng vào trong
nhiều lónh vực : công nghiệp, giao thông vận tải, hàng không vũ trụ Các
thiết bò điều khiển tự động giữ vai trò cực kỳ quan trọng góp phần lớn
cho sự tiến bộ không ngừng của các lónh 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, Những
trung tâm nghiên cứu và trồng cây giống, cây cảnh, rau quả siêu sạch
trong nhà kính xuất hiện. Do đó cần đến các thiết bò 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 Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thiết kế và thi công :
“Hệ Thống Đo Độ m Và Tưới Cây Tự Động Điều Khiển Bằng Máy Tính”

Với những thành tựu phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ
thuật sẽ tạo nên một Nền Nông Nghiệp Công Nghệ Cao, một nền nông
nghiệp hoàn toàn không lệ thuộc vào khí hậu tự nhiên. Đây có thể là
bước đột phá của nền nông nghiệp,làm thay đổi phương thức sản xuất
tăng năng suất sản phẩm, phù hợp với xu thế công nghiệp hóa hiện đại
hóa của đất nước.


LỜI CẢM TẠ


Trong suốt khóa học (2000-2005) tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ
Thuật TP.HCM, với sự giúp đỡ của qúy thầy cô và giáo viên hướng dẫn
về mọi mặt từ nhiều phía và nhất là trong thời gian thực hiện đề tài, nên
đề tài đã được hoàn thành đúng thời gian qui đònh. Nhóm nghiên cứu xin
chân thành cảm ơn tất cả qúy thầy cô trong khoa Điện-Điện tử đã giảng
dạy những kiến thức chuyên môn làm cơ sở để thực hiện tốt Đồ n Tốt
Nghiệp và nền tảng kiến thức chuyên ngành là hành trang cho sự nghiệp
trong tương lai.
Một lần nữa nhóm nghiên cứu đề tài xin cảm ơn cô Trương Thò
Bích Ngà giáo viên hướng dẫn đề tài cùng tất cả thầy cô trong trường
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, đã nhiệt tình giúp đỡ nhóm nghiên cứu
hoàn thành Đồ n Tốt Nghiệp này.



TP.HCM _ Tháng 02 năm 2005
Nhóm Nghiên Cứu Đề Tài

MỤC LỤC

Trang
PHẦN A : GIỚI THIỆU i
TRANG TỰA ii
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI iii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…….iv
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN
BIỆN v
LỜI MỞ ĐẦU vi
LỜI CẢM TẠ vii
MỤC LỤC viii
LIỆT KÊ CÁC
HÌNH ix
LIỆT KÊ CÁC BẢNG xi
PHẦN B : NỘI DUNG 1
CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 1
1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ 1
1.2.TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI 2
1.3.GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 2
1.4.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 3
2.1.ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU 3
2.2.DÀN Ý NGHIÊN CỨU 3
2.3.PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN
CỨU 4
2.4.LẬP KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU 5
CHƯƠNG 3: ĐO ĐỘ ẨM KHÔNG KHÍ 5
3.1.ĐỘ ẨM 7
3.2. PHÂN LOẠI ẨM KẾ 12

3.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ ẨM KHÔNG KHÍ 15
CHƯƠNG 4: CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ SANG SỐ 15
4.1.KHÁI NIỆM CHUNG 15

4.2.NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN CHUYỂN ĐỔI
ADC 18
4.3. CÁC KỸ THUẬT ADC 23
CHƯƠNG 5: KHẢO SÁT CÁC LINH KIỆN TRONG
MẠCH 23
5.1.GIỚI THIỆU IC ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC DS12C887 23
5.1.1.K.S SƠ ĐỒ CHÂN CỦA DS12C887-CHỨC NĂNG TỪNG
CHÂN 23
5.1.2.CẤU TRÚC BÊN TRONG REAL TIME CLOCK DS12C887 26
5.1.3.CÁC THANH GHI ĐIỀU KHIỂN 28
5.1.4.CHU KỲ CẬP NHẬT 31
5.1.5.GIAO TIẾP BUS VỚI CÁC CHẾ ĐỘ ĐỊNH THỜI 32
5.2.IC ADC7109 33
5.3.LCD TC1602A 36
5.4.CẢM BIẾN ĐỘ ẨM HS-220 38

Trang
CHƯƠNG 6: VI ĐIỀU KHIỂN 39
6.1.GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN 89S52 39
6.2.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC BỘ VI ĐIỀU KHIỂN
39
6.3.GIỚI THIỆU CẤU TRÚC PHẦN CỨNG VĐK 89S52 40
6.4.CẤU TRÚC BỘ NHỚ BÊN TRONG VI ĐIỀU KHIỂN 42
6.5.CẤU TRÚC BỘ NHỚ RAM BÊN TRONG VI ĐIỀU KHIỂN
43

6.6.TỔ CHỨC NGẮT 48
6.7.XỬ LÝ NGẮT 49
6.8.CÁC NGẮT CỦA 89S52 50
CHƯƠNG 7: GIAO TIẾP MÁY TÍNH 52
7.1.SƠ LƯC VỀ CÁC CÁCH GT VỚI CÁC THIẾT BỊ NGOẠI
VI 52
7.2.SỰ TRAO ĐỔI CỦA CÁC ĐƯỜNG TÍN HIỆU 55
7.3.GIỚI THIỆU VỀ CHUẨN RS232C 56
7.4.LỰA CHỌN CỔNG COM 58
7.5.CHỌN PHƯƠNG ÁN GIAO TIẾP 58
7.6.HÀM DLL DÙNG CHO GIAO DIỆN NỐI TIẾP 59
CHƯƠNG 8: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 60
8.1.GIAI ĐOẠN CHUẨN BỊ 60
8.2.GIAI ĐOẠN VẼ MẠCH IN 60
8.3.GIAI ĐOẠN LẮP RÁP 60
8.4.THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 60
8.4.1.THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 60
8.4.2.THIẾT KẾ PHẦN MỀM 70
CHƯƠNG 9: TÓM TẮT-KẾT LUẬN-ĐỀ NGHỊ 71
9.1.TÓM TẮT ĐỀ TÀI 71
9.2.KẾT LUẬN 71
9.3.ĐỀ NGHỊ 71
PHAN C : PHUẽ LUẽC VAỉ TAỉI LIEU THAM KHAO


LIỆT KÊ CÁC HÌNH
Tran
g
Hình 3.1:Độ ẩm bão hòa tùy thuộc vào nhiệt
độ 5

Hình 3.2 :Cấu tạo một ẩm kế
LiCl 9
Hình 3.3.1:Sự phụ thuộc của điện trở vào độ ẩm tương
đối 10
Hình 3.3.2:Mạch đo độ ẩm dựa vào sự thay đổi điện
trở 10

Hình 3.4 : Sơ đồ nguyên lý ẩm kế tụ điện
Al
2
O
3
11


Hình 3.5:Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của một ẩm kế điện
ly 12

Hình 3.6:Cấu Trúc Một Sensor Độ m Với
LiCl 13
Hình 3.7:Sự biến thiên điện dung theo hàm ẩm tương
đối 14
Hình 4.1:Sơ đồ khối tổng quát của mạch
ADC 15

Hình 4.2:Quan hệ vào ra các khối
ADC 16

Hình 4.3:Quan hệ vào ra 16

Hình 4.4:Các ngõ vào, ra chính của bộ
ADC 17

Hình 4.5:Sơ đồ khối AD có Vr dạng nấc
thang 18
Hình 4.6:Đồ thò thời gian AD thăng bằng liên
tục ….19
Hình 4.7:Sơ đồ khối AD hàm dốc tuyến
tính 19

Hình 4.8:Dạng sóng ADC hàm dốc tuyến
tính 20

Hình 4.9:ADC xấp xỉ liên tiếp 20
Hình 4.10:Dạng sóng 21
Hình 4.11: Sơ đồ khối ADC biến đổi V sang F 21
Hình 5.1:Sơ đồ khối cấu trúc bên trong DS12C887 26
Hình 5.2:Sơ Đồ Đòa Chỉ Của DS12C887 27

Hình 5.3:Giao tiếp bus với IC Motorola 32
Hình 5.4:Giao tiếp bus với IC Intel 33
Hình 5.5:Sơ đồ chân linh kiện 33
Hình 5.6:Cấu trúc bên trong linh kiện 33
Hình 5.7:Sơ đồ nguyên lý kết nối IC7109 36
Hình 5.8:Hình dạng và cấu trúc của LCD1602A 37
Hình 5.9:Màn hình hiển thò của LCD1602A 37
Hình 5.10: Hình dạng cảm biến HS220 của hãng Daesung 38

Hình 6.1:Sơ đồ chân IC 89S52 40
Hình 6.2:Cấu trúc bộ nhớ vi điều khiển 42

Hình 7.1:Sắp xếp chân ở cổng nối tiếp của máy tính 55
Hình 7.2:Sơ đồ chân linh kiện của IC MAX232 58

Hình 8.1:Sơ đồ khối của cả hệ thống 60
Hình 8.2:Cảm biến đo độ ẩm HS220 của hãng DaeSung 61
Hình 8.3:Sơ đồ nguyên lý khối ADC 61
Hình 8.4:Sơ đồ nguyên lý khối timer 62
Hình 8.5:Sơ đồ nguyên lý khối hiển thò LCD 62

Trang
Hình 8.6:Sơ đồ nguyên lý khối công suất 63
Hình 8.7:Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp với máy tính 63
Hình 8.8:Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển 64
Hình 8.9:Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 65
Hình 8.10:Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch 66
Hình 8.11:Board mạch in 2 lớp 68
Hình 8.12:Sơ đồ bố trí chân linh kiện 68

Hình 8.13:Sơ đồ board mạch in lớp top 69
Hình 8.14:Sơ đồ board mạch in lớp bottom 69
Hình 8.15:Giao diện điều khiển 70

LIỆT KÊ CÁC BẢNG

Trang
Bảng 5.1:Kiểu Dữ Liệu Thời Gian,Lòch Và Báo Giờ 28
Bảng 5.2:Chức năng từng chân của IC7109 34

Bảng 5.3:Thông tin thiết kế tổng quát 35
Bảng 5.4:Chức năng từng chân của LCD1602A 37

Bảng 6.1:Chức năng chuyển đổi 41

Bảng 6.2:Đòa chỉ ô nhớ trong vi điều khiển 43
Bảng 6.3:Từ trạng thái chương trình 45

Bảng 6.4:Thanh ghi điều khiển công suất (PCON) 48
Bảng 6.5:Tóm tắt thanh ghi IP 49
Bảng 6.6:Đòa chỉ ngắt của vectơ 50
Bảng 7.1:Chức năng các chân cổng song song 54
Bảng 7.2:Chức năng các chân cổng nối tiếp 54
Bảng 7.3:Đòa chỉ cơ bản của cổng nối tiếp 56

PHAÀN B
NOÄI DUNG




Hệ Thống Đo Độ Ẩm Và Tưới Cây Tự Động Điều Khiển Bằng Máy Tính
Chương 1: Dẫn Nhập Trang 1
CHƯƠNG 1 : DẪN NHẬP
1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ
Khi xã hội càng phát triển đời sống con người càng được nâng cao thì con
người lại càng quan tâm đến chất lượng. Chất lượng sản phẩm càng cao
phải bảo đảm các yếu tố như : bổ dưỡng, chất dinh dưỡng cao, đẹp và
sạch. Khi nền nông nghiệp công nghệ cao phát triển mạnh mẽ sẽ thay thế
cho nền nông nghiệp truyền thống. Ở đó nền nông nghiệp không còn bò
phụ thuộc hoàn toàn vào tự nhiên.Khi con người làm chủ được môi
trường, mọi yếu tố về môi trường đều được con người xử lý cho phù hợp
với điều kiện sinh trưởng của cây trồng. Do đó nó mang lại nhiều lợi ích
như :
- Tìm ra quy luật phát triển của cây trồng
- Trồng được những giống cây ở những nơi có khí hậu khác biệt
- Cây trồng cho hoa và quả quanh năm
- Nhờ có môi trường thích hợp nên cây cho năng suất và chất lượng cao
- Giảm chi phí và công sức lao động.

Khi nền kinh tế phát triển hơn, dân trí cao hơn, hiển nhiên con người đòi
hỏi phải có hoa đẹp hơn, rau an toàn hơn, đảm bảo sức khoẻ cho con
người. Việc sản xuất ra rau-hoa quả siêu sạch, chỉ dùng phân hữu cơ sạch
với hàm lượng dinh dưỡng bảo đảm đúng theo yêu cầu của cây, mọi hoạt
động chăm sóc cây, điều khiển môi trường, tưới tiêu theo từng giai đoạn
phát triển của cây đều hoàn toàn được đònh hóa bằng máy tính, là những
hình ảnh tiêu biểu của một nền nông nghiệp công nghệ cao. Nếu so với
cách làm truyền thống, thì phương pháp này mang lại nhiều lợi ích về
kinh tế, thể hiện ở chỗ năng suất và chất lượng cao, đảm bảo về giống và
khâu bảo quản, rất thuận lợi cho việc xuất khẩu. Đặc biệt trong tình hình
ở nước ta hiện nay, nông nghiệp còn phụ thuộc quá nhiều vào thiên
nhiên, nền nông nghiệp còn gặp phải nhiều khó khăn do thiên tai, do đó
vấn đề về giống cây trồng là rất quan trọng. Tương lai nền nông nghiệp
công nghệ cao với sự hỗ trợ của các ngành khoa học kỹ thuật phát triển
khác sẽ thay thế một nền nông nghiệp truyền thống. Những hình ảnh
canh tác lạc hậu chỉ còn là quá khứ…
1.2.TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI
Trồng cây với những kỹ thuật tiên tiến đã được ứng dụng từ lâu ở các
nước phát triển trên thế giới, mãi đến gần đây ở việt nam mới xuất hiện
một số trung tâm nghiên cứu trồng cây theo kỹ thuật tiên tiến. Nhìn
chung tại những trung tâm này đều phải mua toàn bộ thiết bò và công
nghệ của nước ngoài với giá khá đắt, ngoài ra vấn đề làm chủ được công
nghệ vừa mua về phải đòi hỏi các kỹ thuật viên mất một thời gian đào tạo
Hệ Thống Đo Độ Ẩm Và Tưới Cây Tự Động Điều Khiển Bằng Máy Tính
Chương 1: Dẫn Nhập Trang 2
và tìm hiểu rất tốn kém. Do đó đề tài nghiên cứu này thể hiện những
tầm quan trọng sau:
- Đẩy mạnh tự động hóa vào nền nông nghiệp.
- Là cơ sở để những người khác nghiên cứu và phát triển thành một sản
phẩm

(hệ thống thiết bò) hoàn thiện hơn.
-Và việc thực hiện Đề Tài có ý nghóa quan trọng đối với những người thực
hiện,qua đó giúp những người thực hiện có thêm nhiều khiến thức và khả
năng làm việc nghiêm túc.
Với Đề Tài này Nhóm nghiên cứu mong muốn trong tương lai tại Việt Nam
sẽ xuất hiện nhiều trung tâm ứng dụng kỹ thuật tiên tiến phát triển cây
nông nghiệp, và tất cả các thiết bò công nghệ đều do trong nước sản
xuất.Điều này có ý nghóa quan trọng về kinh tế và xã hội
1.3.GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Nhóm thực hiện đề tài tập trung nghiên cứu thiết kế và thi công một
mạch điện tử gồm có những chức năng như sau:
+ Đo độ ẩm của không khí.
+Hiển thò mức độ ẩm, thời gian, số lần tưới trong ngày lên LCD và
MONITOR.
+ Tưới cây theo chương trình đònh thời đã cài đặt (TIMER) hoặc tưới cây
theo mức độ ẩm đã cài đặt (SENSOR Độ m), điều khiển bằng máy tính.
+ Hệ thống có một ngõ ra điều khiển máy bơm.
1.4.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu thiết kế và thi công một mạch điện tử đo độ ẩm và tưới cây
tự động điều khiển bằng máy tính ứng dụng vào việc trồng cây giống, cây
cảnh, rau hoa quả sạch trong nhà kính (GREEN HOUSE).


Hệ Thống Đo Độ Ẩm Và Tưới Cây Tự Động Điều Khiển Bằng Máy Tính
Chương 2: Cơ Sở Lý Luận Trang 3
CHƯƠNG 2 : CỞ SỞ LÝ LUẬN

2.1.ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU
- Các phương pháp chuyển đổi tương tự sang số
- Các phương pháp đo độ ẩm không khí

- Các loại ẩm kế
- Khảo sát các IC ADC7109,LCDTC1602A,Real Time Clock DS12C887
- Vi điều khiển và giao tiếp máy tính
- Ngôn ngữ lập trình Delphi.
2.2.DÀN Ý NGHIÊN CỨU
Dàn ý nghiên cứu gồm các chương:
-Chương 1: Dẫn nhập
1.1.Đặt vấn đề
1.2.Tầm quan trọng của đề tài
1.3.Giới hạn đề tài
1.4.Mục đích nghiên cứu
-Chương 2: Cơ sở lý luận
2.1.Đối tượng nghiên cứu
2.2.Dàn ý nghiên cứu
2.3.Phương pháp và phương tiện nghiên cứu
2.4.Lập kế hoạch nghiên cứu
-Chương 3: Đo độ ẩm không khí
-Chương 4: Chuyển đổi tương tự sang số
-Chương 5: Khảo sát các linh kiện trong mạch
-Chương 6: Vi điều khiển
-Chương 7: Giao tiếp máy tính
-Chương 8: Thiết kế và thi công
-Chương 9: Tóm tắt-kết luận-đề nghò
2.3.PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU
2.3.1.Phương pháp nghiên cứu
 Phương pháp tham khảo tài liệu:
- Tham khảo sách báo, tạp chí, internet và đề tài nghiên cứu của các
khóa trước.
- Thu thập những tài liệu liên quan đến đề tài đang nghiên cứu, có 3 cách
thu thập tài liệu:

+ thu thập theo thời gian
+ thu thập ngược thời gian
+ thu thập loang rộng
-Ghi chép tài liệu:
+ đánh dấu những chỗ cần ghi
Hệ Thống Đo Độ Ẩm Và Tưới Cây Tự Động Điều Khiển Bằng Máy Tính
Chương 2: Cơ Sở Lý Luận Trang 4
+ ghi trích dẫn
+ ghi tóm tắt
+ ghi ý kiến riêng
-Xử lý tài liệu
 Phương pháp thực nghiệm : Đo đạc các giá trò trong mạch để thiết kế
mạch hoạt động chính xác theo yêu cầu.
2.3.2.Phương tiện nghiên cứu
- Tài liệu tham khảo
- Máy tính
- Các thiết bò đo lường.
2.4.LẬP KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU
- Chọn đề tài nghiên cứu
- Soạn đề cương nghiên cứu
- Thu thập những tài liệu có liên quan đến Đề Tài đang nghiên cứu
- Xử lý tài liệu
- Thống nhất ý kiến thiết kế và tiến hành thi công
- Tính toán thiết kế phần cứng
- Test mạch trên testboard
- Vẽ mạch in
- Lắp ráp
- Viết phần mềm
- Thiết kế mô hình và chỉnh sửa mạch
- Tiến hành nghiên cứu ứng dụng thực tiễn.

Hệ Thống Đo Độ Ẩm Và Tưới Cây Tự Động Điều Khiển Bằng Máy Tính
Chương 3: Đo Độ Ẩm Không Khí Trang 5
δ
CHƯƠNG 3 : ĐO ĐỘ ẨM KHÔNG KHÍ
3.1.ĐỘ ẨM
3.1.1.Các khái niệm cơ bản
Hoạt tính của một số chất, nguyên vật liệu và động thực vật tùy thuộc
vào hàm lượng nước hay hơi nước trong không khí rất lớn và thay đổi
mạnh mẽ khi thu nhận hay cho thoát bớt hơi nước. Do đó hàm lượng hơi
nước trong không khí hay trong các loại khí còn gọi là độ ẩm ảnh hưởng
rất lớn đến những diễn biến trong thiên nhiên hay trong kỹ thuật. Người
ta phân biệt hai đại lượng khác nhau của độ ẩm, đó là độ ẩm tuyệt đối và
độ ẩm tương đối. Độ ẩm tuyệt đối cần được xác đònh khi hàm lượng hơi
nước có thực sự trong không khí cần được biết: trong quy trình sấy khô,
quy trình phân tích các loại khí, sự diễn biến các quá trình phản ứng, kết
quả của sự trao đổi nhiệt lượng… Ta gọi A
abs
là độ ẩm tuyệt đối.
Độ ẩm tuyệt đối A
abs

A
abs
=
khíkhôngcủatíchThể
nướccủakhốiTrọng
(
3
m

g
)
Độ ẩm bảo hòa A
sat

Độ ẩm bão hòa A
sat
cho biết hàm lượng nước cao nhất có thể có được
trong một thể tích không khí nhất đònh. A
sat
tùy thuộc vào nhiệt độ và gia
tăng nhanh với nhiệt độ.
A
sat
=
khíkhôngcủatíchThể
caonhấtnướckhốiTrọng
(
3
m
g
)
Độ ẩm tương đối A
rel

Trong quy trình sản xuất, chế biến và bảo quản nguyên vật liệu, các sản
phẩm công nghiệp, lương thực thực phẩm… có tính chất hút ẩm, độ ẩm
tương đối của không khí cần được xác đònh. Độ ẩm tương đối là tỉ số của
độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm bão hòa.
A

rel
(δ) =
()
δ
sat
abs
A
A
.100%










Hình 3.1:Độ ẩm bão hòa tùy thuộc vào nhiệt độ
Hệ Thống Đo Độ Ẩm Và Tưới Cây Tự Động Điều Khiển Bằng Máy Tính
Chương 3: Đo Độ Ẩm Không Khí Trang 6
Với độ ẩm tương đối, chúng ta cũng chưa biết được lượng hơi nước nếu
nhiệt độ tương ứng chưa được xác đònh. Trong thực tiễn hằng ngày, độ
ẩm tương đối được đo đạc nhiều nhất vì nó liên hệ trực tiếp một cách rõ
ràng đến nhiều phản ứng hoá học, sinh học, môi trường trong đời sống
hằøng ngày. Ví dụ: sự rỉ sét của kim loại, sự hình thành nấm mốc… và cả
sự dễõ chòu của tình trạng sức khỏe con người…
3.1.2.Những đònh nghóa cơ bản về không khí ẩm
Xét không khí ẩm có thể tích V ở nhiệt độ T. Khối lượng M không khí ẩm

chứa trong thể tích V là tổng khối lượng không khí khô m
a
và khối lượng
của hơi nước m
v.
Gọi áp suất tổng cộng P là tổng của áp suất riêng phần
của không khí khô P
a
và của hơi nước P
v
; (P= P
a
+ P
v
). Khi đó một số khái
niệâm chung được đònh nghóa như sau:
 Tỷ Lệ Trộn r (kg/kg)
Tỷ lệ trộn là tỷ số giữa khối lượng hơi nước và khối lượng không khí khô
mà lượng hơi nước trộn trong đó:

 p Suất Hơi bảo Hòa
p suất hơi bão hòa P
s
(T),[Pa] là áp suất hơi nước ở trạng thái cân bằng
với nước ở nhiệt độ T.Đây là giá trò lớn nhất mà áp suất riêng P
v
có thể
đạt được đến nhiệt độ T. Lớn hơn áp suất này sẽ xảy ra ngưng tụ.
 Độ m Tương Đối
Độ ẩm tương đối U(%) là tỷ số giữa áp suất riêng của hơi nước và áp suất

hơi bão hòa ở nhiệt độ T:

 Nhiệt độ Hóa sương
Nhiệt độ hóa sương T
d
(
0
C) là nhiệt độ cần phải làm lạnh không khí ẩm
xuống tới đó để đạt được trạng thái bão hòa, tỷ số trộn r không thay đổi
trong quá trình làm lạnh. Đây chính là nhiệt độ để sao cho : P
v =
P
s
(T
d
)
 Nhiệt Độ m
Nhiệt độ ẩm T
h
(
0
C) là nhiệt độ cân bằng của một khối lượng nước hóa
hơi và không khí trong trường hợp khi nhiệt lượng cần thiết để hóa hơi
chỉ được trích từ không khí.
3.1.3.Cảm biến độ ẩm
Độ ẩm cao của không khí và của chất khí nói chung có thể có hậu quả
nghiêm trọng đối với quá trình lý hóa và sinh lý. Bởi vậy đo độ ẩm là
điều bắt buộc trong nhiều thiết bò và môi trường làm việc vì những lí do
có thể liệt kê dưới đây.
Trong đời sống,độ ẩm tương đối cần được duy trì để đảm bảo cảm giác

dễ chòu cho con người thay đổi trong một khoảng tương đối rộng: từ 35%
đến 70%. Nếu độ ẩm tương đối thấp hơn 35%, bộ máy tiêu hoá bò kích
100
)(TP
P
U
s
v
=
a
v
m
m
r =
Hệ Thống Đo Độ Ẩm Và Tưới Cây Tự Động Điều Khiển Bằng Máy Tính
Chương 3: Đo Độ Ẩm Không Khí Trang 7
thích, còn nếu lớn hơn 70% thì sự ra mồ hôi sẽ giảm nghiêm trọng. Nói
chung độ ẩm ảnh hưởng đến sự tiêu thụ năng lượng .
Độ ẩm càng cao thì tổn phí năng lượng để có cùng điều kiện môi
trường.
Trong công nghiệp, các điều kiện về độ ẩm rất khác nhau phụ thuộc vào
từng sản phẩm cụ thể. Trong một số trường hợp phải duy trì độ ẩm
không đổi trong môi trường làm việc thí dụ trong công nghiệp dệt, bởi vì
sự thay đổi độ ẩm làm thay đổi đặc tính của sợi Trong công nghiệp thực
phẩm, điều kiện bảo quản thực phẩm tối ưu phụ thuộc vào loại sản
phẩm, thường là nhiệt độ ở 0 ··C và độ ẩm trong khoảng 85-90%, độ ẩm
cao quá làm cho thực phẩm bò hỏng và nếu thấp quá làm giảm trọng
lượng của thực phẩm do bay hơi nước.
Vấn đề phát hiện vết hơi nước trong nhiều quá trình công nghiệp, việc
tránh vết hơi nước trong không khí hoặc trong các chất khí (cacbon,

etylen, khí tự nhiên…) là rất quan trọng, bởi vì sự có mặt của hơi nước ở
một lượng đáng kể có thể gây ra các phản ứng phụ hoặc gây nên quá
trình ngưng tụ. Nhu cầu phát hiện độ ẩm rất nhỏ cỡ phần triệu thể tích.
Đặc biệt quan trọng đối với một số ứng dụng công nghiệp như năng
lượng hạt nhân, vi điện tử , luyện kim, gia công nhiệt, điện áp cao.
3.2. PHÂN LOẠI ẨM KẾ
 Dựa trên nguyên lý vật lý cho phép trực tiếp xác đònh độ ẩm , thí dụ
ẩm kế ngưng tụ ẩm kế điện ly.
 Dựa trên việc đo tính chất của vật có liên quan đến độ ẩm, thí dụ ẩm
kế biến thiên trở kháng .
Các loại ẩm kế khác nhau này, tùy theo nguyên tắc hoạt động, cho phép
tiếp cận với một trong những thông số của không khí ẩm. Các thông số
của không khí ẩm và loại ẩm kế thích hợp để đo được liệt kê như sau:
- Nhiệt độ hóa sương T
d
đo bằng ẩm kế ngưng tụ, ẩm kế hấp thụ, ẩm kế
ôxit nhôm và ẩm kế điện ly.
- Nhiệt độ ẩm T
h
đo bằng psychromet
- Độ ẩm tương đối U(%) đo bằng ẩm kế biến thiên điện trở và ẩm kế
biến thiên điện dung.
3.2.1.m kế ngưng tụ
 Nguyên Lý Hoạt Động :
khi làm lạnh một vật có thể đo nhiệt độ của nó một cách liên tục cho đến
khi hình thành lớp sương hoặc lớp băng trên bề mặt của nó. Tiếp theo,ổn
đònh quá trình làm lạnh bằng cách giữ trạng thái cân bằng giữa không khí
và lớp sương. Nhiệt độ đo được chính là điểm sương T
d
(dew point) còn gọi

là điểm băng giá Tf (frost point). Bắt đầu từ điểm sương này người ta đo
áp suất hơi trong không khí ẩm.
Hệ Thống Đo Độ Ẩm Và Tưới Cây Tự Động Điều Khiển Bằng Máy Tính
Chương 3: Đo Độ Ẩm Không Khí Trang 8
 Các Yếu Tố nh Hưởng :
Gradient nhiệt độ và sự dò nhiệt ảnh hưởng rất mạnh đến độ chính xác của
đầu đo. Theo lý thuyết thì nhiệt độ hóa sương là nhiệt độ của bề mặt phân
biên giữa không khí và nước. Tuy nhiên trên thực tế luôn luôn tồn tại
gradient nhiệt độ giữa bề mặt này và cảm biến nhiệt độ.khi điểm hóa sương
thấp hơn 0 ·C, nước có thể tồn tại dưới dạng băng hoặc loại chất lỏng chậm
đông.
Quá trình chuyển trạng thái giữa nước và băng không nhất thiết phải xảy ra
xung quanh điểm 0 ·C. Một số máy đo có thể làm việc ở trong nước chậm
đông ở nhiệt độ thấp hơn -10 ·C.
 Các Đặc Trưng:
m kế ngưng tụ là loại duy nhất có phạm vi đo rất rộng, từ -70 ·C đến
100 ·C,
thậm chí có thể mở rộng giới hạn đo hơn nữa cho những ứng dụng đặc biệt
,Một số ẩm kế có thể làm việc ở +180 ·C có thể đo được nhiệt độ hóa sương
của axit hoặc có thể đo dưới áp suất cao.ưu điểm nổi bật của ẩm kế ngưng
tụ là có thể làm việc trong môi trường ăn mòn, tuy nhiên sự phức tạp về
cấu tạo và giá thành cao, nhu cầu hiệu chỉnh thường xuyên là những nhược
điểm chính làm cho loại m kế loại này chỉ được sử dụng trong phòng thí
nghiệm.
3.2.2.m kế hấp thụï
Nguyên tắc đo độ ẩm dùng ẩm kế hấp thụ dựa trên hai hiện tượng :
- p suất hơi ở phía trên của một dung dòch bão hòa chứa các muối hòa
tan nhỏ hơn áp suất hơi ở bên trên mặt nước với cùng nhiệt độ như nhau.
- Độ dẫn điện của một muối kết tinh nhỏ hơn rất nhiều so với độ dẫn
điện của dung dòch của chính muối đó với tỷ lệ cỡ 10

3
đến 10
4
. Hiện tượng
này cho phép thực hiện việc nung nóng dung dòch và hiệu chỉnh công suất
nung. Khi đo độ ẩm bằng ẩm kế hấp thụ bao giờ người ta cũng nung nóng
dung dòch muối chứa trong ẩm kế cho đến khi áp suất hơi bão hòa ở phía
trên dung dòch bằng áp suất hơi ở trong môi trường không khí bình
thường. Biết được nhiệt độ này sẽ xác đònh được áp suất hơi và nhiệt độ
hóa sương.
3.2.3.m kế Licl
Cảm biến có cấu tạo bao gồm một ống được bao bọc bởi một lớp vải
tẩm dung dòch LiCl trên đó có cuốn hai điện cực bằng kim loại không bò
ăn mòn. Giữa hai điện cực này đặt một điện áp xoay chiều cho dòng điện
chạy qua trong dung dòch để đốt nóng và làm bay hơi nước. Khi nước bay
hơi hết, dòng điện giữa các điện cực giảm xuống một cách đáng kể bởi vì
độ dẫn của muối clorua liti ở thể rắn nhỏ hơn rất nhiều so với độ dẫn của
dung dòch, do vậy nhiệt độ của cảm biến giảm xuống. Đồng thời, vì LiCL
Hệ Thống Đo Độ Ẩm Và Tưới Cây Tự Động Điều Khiển Bằng Máy Tính
Chương 3: Đo Độ Ẩm Không Khí Trang 9
là chất ưa nước nên nó lại hấp thụ hơi nước, độ ẩm tăng và dòng điện I
lại tăng lên làm cho nhiệt độ của cảm biến tăng lên. Cuối cùng sẽ đạt
được cân bằng giữa muối rắn LiCL và dung dòch. Theo nguyên lý nêu
trên, cân bằng này xãy ra ơ ûnhiệt độ liên quan trực tiếp đến áp suất hơi
và cũng đồng thời đến nhiệt độ hoá sương T
d
.Như vậy có thể xác đònh
được T
d.
Trong hệ thống này phần tử điều khiển chính là clorualiti.

Hệ Thống Đo Độ Ẩm Và Tưới Cây Tự Động Điều Khiển Bằng Máy Tính
Chương 3: Đo Độ Ẩm Không Khí Trang 10
ống kim lọai
bọc cách điện
các điện cực
sợi thủy tinh
~
chỉ thò giá trò đo
nguồn nuôi xoay chiều
cảm biến đo nhiệt độ
bằng điện trở platin









Hình 3.2:Cấu tạo một ẩm kế LiCl
3.2.4.m kế biến thiên trở kháng
m kế biến thiên trởû kháng có phần tử nhạy là chất hút ẩm. Khi sử
dụng người ta đo sự thay đổi của một tính chất vật lý của nó (như điện
trởû hoặc điện dung) phụ thuộc vào độ ẩm của môi trường. Các phần tử
nhạy của cảm biến có kích thước rất nhỏ cho phép đo gần như theo điểm
với thời gian hồi đáp nhỏ.Các chất hút ẩm có khả năng chứa lượng nước
thay đổi phụ thuộc vào độ ẩm tương đối của không khí. Nếu muốn chế
tạo cảm biến dựa trên nguyên tắc này cần phải sử dụng các chất có tính
chất điện là hàm của lượng nước (tức là của độ ẩm), hàm này phải ổn

đònh theo thời gian, có tính thuận nghòch và tuyến tính.
Các cảm biến độ ẩm dựa trên nguyên lý biến thiên trở kháng được phân
thành ba họ chính:
 m kế điện trở;
 m kế tụ điện dùng chất điện môi Polyme;
 m kế tụ điện dùng chất điện môi là Al
2
O
3
;
3.2.5.m kế điện trở
Trong ẩm kế người ta dùng một lượng nhất đònh chất hút ẩm phủ lên
đế có kích thước nhỏ (vài mm
2
). Trên đế này đồng thời phủ lên hai điện
cực bằng kim loại không bò oxy hoá. Giá trò của điện trở R đo được giữa
hai điện cực phụ thuộc vào hàm lượng nước (tỷ số giữa lượng nước hấp
thụ và khối lượng chất khô) và vào nhiệt độ chất hút ẩm, mà hàm lượng
nước lại phụ thuộc vào độ ẩm tương đối và nhiệt độ.
Một số nhà chế tạo dùng chất lỏng làm chất hút ẩm. Các chất điện phân
là những chất dẫn điện. Điện trở của chúng phụ thuộc vào thể tích, mà
thể tích lại thay đổi theo hàm lượng nước. Người ta sử dụng tính chất này
để tìm cách biến đổi độ ẩm tương đối thành tính hiệu điện. Phạm vi thay
đổi điện trở của ẩm kế tương đối rộng, từ 1MΩ đến tận 80MΩ.