Nghiên cứu và thiết kế: “ Hệ Thống Tưới Cây Tự Động ”

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

LỜI CẢM ƠN
Kính thưa quý thầy cô!
Để có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn
các thầy, các cô giáo trong trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đã nhiệt tình
giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Điện tử , đặc
biệt là ThS. Nguyễn Thị Minh Tâm – người đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em
hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Cuối cùng, em xin cảm ơn đến tất cả bạn bè, gia đình đã động viên và
giúp đỡ em rất nhiều để em hoàn thành được công việc của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
NGUYỄN DUY KHÁNH

SV: Nguyễn Duy Khánh

i
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

LỜI CAM ĐOAN
Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, em có tham khảo một số tài
liệu liên quan đến hệ thông tưới cây tự động.

Em xin cam đoan đề tài này là do chính em thực hiện, các số liệu thu
thập và kết quả phân tích trong đề tài là trung thực, đề tài không trùng với bất
kỳ đề tài nghiên cứu khoa học nào. Những thông tin tham khảo trong khóa
luận đều được trích dẫn cụ thể nguồn sử dụng.
Ngày 15 tháng 4 năm 2016
Sinh viên
Nguyễn Duy Khánh

SV: Nguyễn Duy Khánh

ii
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN............................................................................................ii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU...................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH.............................................................................vii
LỜI MỞ ĐẦU..................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài.............................................................................1
2. Lý do chọn đề tài........................................................................................2
3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu.............................................................3
4. Kết cấu đồ án..............................................................................................4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG.....5
1.1.Khái niệm hệ thống tự động.....................................................................5

1.2.Vị trí và tầm quan trọng của hệ thống tự động.........................................5
1.3. Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng.......................6
1.4.Một số hệ thống tưới cây tự động trên thị trường....................................6
1.5 Các loại vòi tưới và van điện tử...............................................................8
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH ĐIỀU
KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG..............................................9
2.1. Vi điều khiển AT89S52...........................................................................9
2.1.1. Sơ đồ của vi điều khiển AT89S52...................................................9
2.1.2. Cấu trúc của vi điều khiển AT89S52............................................11
2.1.3. Các bộ timer của AT89S52...........................................................12
2.1.4. Điều khiển ngắt (INTERRUPT) của AT89S52.............................13
2.2. Đồng hồ thời gian thực DS1307............................................................13
2.3. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm..................................................................14
SV: Nguyễn Duy Khánh

iii
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

2.4. Màn hình LCD......................................................................................18
2.5. Rơ le (relay)...........................................................................................20
2.6. Tụ điện...................................................................................................21
2.7. Cuộn cảm...............................................................................................22
2.8. Điện trở..................................................................................................23
2.9. Điot........................................................................................................24

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN..............................................25
3.1. Xây dựng bài toán.................................................................................26
3.2. Thiết kế mạch điều khiển......................................................................28
3.2.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển tưới cây........................28
3.2.2. Các khối trong mạch......................................................................31
3.2.2.1 Khối nguồn nuôi..........................................................................31
3.2.2.2 Khối giao tiếp Rơle 5V................................................................31
3.2.2.3 Khối giao tiếp LCD....................................................................32
3.2.2.4 Khối cảm biến nhiệt độ và độ ẩm................................................32
3.2.2.5 Khối giao tiếp I2C DS1307.........................................................33
3.2.2.6 Khối nút bấm..............................................................................33
3.3.2. Mạch in..........................................................................................35
3.3.3. Thiết kế phần mềm........................................................................36
3.3.4. Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển..........................................38
3.3.4. Mạch sau khi chạy mô phỏng bằng phần mềm Proteus................39
3.3.5. Mạch thực tế sau khi chạy thử.......................................................39
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.....................................41
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................42
SV: Nguyễn Duy Khánh

iv
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

PHỤ LỤC.......................................................................................................42

SV: Nguyễn Duy Khánh

v
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Viết tắt
MCU
DC
AC
VĐK

Viết đầy đủ tiếng Anh
Microcontroller Unit
Direct Current
Alternating Current

SV: Nguyễn Duy Khánh

Viết đầy đủ tiếng Việt
Bộ vi điều khiển
Dòng điện một chiều
Dòng điên xoay chiều

Vi điều khiển

vi
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Hệ thống tưới rau bằng điện thoại................................................7
Hình 1.2: Hệ thống tưới phun tự động đa năng............................................8
Hình 1.3: Các loại van điện tử........................................................................8
Hình 1.4: Các loại van tưới nước...................................................................8
Hình 2.1 : Sơ đồ chân của VĐK AT89S52....................................................9
Hình 2.2 : Sơ đồ khối của VĐK AT89S52...................................................10
Hình 2.3: Cấu tạo chip DS1307....................................................................13
Hình 2.4: Ghép nối DS1307 với VĐK..........................................................14
Hình 2.6: Sơ đồ kết nối vi điều khiển...........................................................15
Hình 2.7: Sơ đồ chân và kết nối LCD với VĐK..........................................19
Hình 2.8: Rơ le 5V và sơ đồ các chân..........................................................20
Hình 2.9: Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ hóa....................................22
Hình 2.10 : Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ gốm................................22
Hình 2.11: Ký hiệu và hình ảnh thực tế cuộn dây......................................23
Hình 2.13: Ký hiệu điện trở..........................................................................23
Hình 2.14: Các loại điện trở có giá trị cố định............................................24
Hình 2.15: Điot...............................................................................................24
Hình 3.1 : Sơ đồ khối của mạch điều khiển.................................................25

Hình 3.2: Sơ đồ mạch nguyên lý..................................................................30
Hình 3.3: Khối nguồn nuôi...........................................................................31
Hình 3.4: Khối Rơle.......................................................................................32
Hình 3.5: Khối LCD......................................................................................32
Hình 3.6: Khối cảm biến nhiệt độ và độ ẩm................................................32
SV: Nguyễn Duy Khánh

vii
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

Hình 3.7: Khối giao tiếp I2C DS1307..........................................................33
Hình 3.8: Khối nút nhấn...............................................................................34
Hình 3.9: Mạch in sau khi thiết kế...............................................................35
Hình 3.10: Mạch in hiển thị dưới dạng 3D..................................................36
Hình 3.11: Giao diện của phần mềm Keil...................................................37
Hình 3.12 :Lưu đồ thuật toán hệ thống tưới cây tự động..........................38
Hình 3.13: Mạch sau khi chạy mô phỏng....................................................39
Hình 3.14: Mạch thực tế sau khi thiết kế và chạy thử...............................40

SV: Nguyễn Duy Khánh

viii
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

LỜI MỞ ĐẦU
1.

Tính cấp thiết của đề tài
Nền nông nghiệp của nước ta hiện nay vẫn còn là nền nông nghiệp

lạc hậu, ứng dụng khoa học kĩ thuật chưa được áp dụng nhiều vào thực tế.
Rất nhiều quy trình chăm sóc, kĩ thuật trồng trọt được tiến hành một cách
chủ quan và không đảm bảo được đúng yêu cầu. Có thể nói trong nông
học ngoài chăm sóc, những kĩ thuật trồng trọt thì “tưới nước là một trong
những khâu quan trọng nhất trong trồng trọt”.
“Hiện nay rau sạch đang là vấn đề được quan tâm hàng đầu khi
trên thị trường rau quả, người tiêu dùng luôn phải đối mặt với các loại rau
củ quả có sử dụng dư lượng thuốc trừ sâu, thuốc kích thích, vi khuẩn, hóa
chất gây bệnh…bởi lẽ đằng sau đó là sự lo lắng về chất lượng, về sức
khoẻ cho bản thân và gia đình. Trước thực trạng đó, nhiều hộ gia đình đã
áp dụng các phương pháp trồng rau sạch trong nhà, nhưng để chăm sóc
được rau đảm bảo được các tiêu chuẩn về an toàn thì lại rất tốn thời gian
và công sức.”
Ngoài ra trên nhiều tuyến đường trong thành phố, chúng ta vẫn bắt
gặp hình ảnh các xe 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 tự động hóa được đưa vào phục vụ thay thế sức

lao động của con người. Vì vậy thiết bị tưới cây đang được nghiên cứu,
thiết kế, chế tạo được áp dụng ngày càng nhiều vào thực tiễn. “Thiết bị
tưới cũng rất đa dạng về chủng loại (vòi phun sương, phun mưa, vòi nhỏ
giọt bù áp, không bù áp, tưới nhỏ giọt...) có thông số khác nhau phục vụ
cho các loại cây khác nhau được chế tạo từ nhiều nước như Hàn Quốc,
Israel, Trung Quốc, Đài Loan..., sẽ rất thuận tiện giúp cho người sử dụng
lựa chọn sản phẩm phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình. Việc tính toán
SV: Nguyễn Duy Khánh

1
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

các thông số để lựa chọn thiết bị hệ thống tưới đáp ứng được nhu cầu tưới
cho từng loại cây theo nông học 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 không khí, độ ẩm gốc
và độ ẩm lá cho cây trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm nước giúp tăng
năng suất, tăng chất lượng sản phẩm, tạo điều kiện cho cây trồng hấp thu
dinh dưỡng không gây rửa trôi, không gây ô nhiễm môi trường, thoái hóa
đất. Hệ thống tưới nước tự động có thể kết hợp với phun thuốc hóa học,
bón phân. Hơn thế nữa, với việc thiết kế một hệ thống tưới cây tự động sẽ
giúp cho chúng ta tiết kiệm thời gian tưới cây, tiết kiệm chi phí nhân công
tưới nước và không cần phải 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. Vì vậy việc thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển tưới nước có ý
nghĩa rất quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ độ ẩm, kiểm soát tỷ lệ các
chất dinh dưỡng cũng như nồng độ các chất bảo vệ thực vật phun tới cây
rau 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.”
(Forum nông học 2013)
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
SV: Nguyễn Duy Khánh

2
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

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 sử 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.
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 thiết kế: “ Hệ Thống Tưới
Cây Tự Động ”.
3.

Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu về các phương pháp tưới cây

nhằm thiết kế ra mô hình hệ thống tưới cây tự động, từ đó ứng dụng vào
thực tiễn giúp cho việc tưới cây đạt hiệu quả cao và giúp cho việc trồng
trọt ở nước ta có những phương án mới.

SV: Nguyễn Duy Khánh

3
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

Nhiệm vụ nghiên cứu: Để thực hiện được những mục tiêu trên, em
xác định cho mình những nhiệm vụ sau đây:
Thứ nhất, nghiên cứu về các công trình nghiên cứu các thế hệ
trước, tìm hiểu các hệ thống tưới cây hiện đang có trên thị trường, từ đó
đánh giá những ưu điểm và nhược điểm của từng hệ thống.
Thứ hai, nghiên cứu về phần mềm lập trình và mô phỏng trên máy
tính.
Thứ ba, tiến hành làm mô hình, thử nghiệm mô hình nhiều lần,
kiểm tra lỗi và từ đó hoàn thiện hệ thống.
4.

Kết cấu đồ án
Đồ án được bố cục thành 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống tưới cây tự động
Chương 2: Giới thiệu các phần tử trong hệ thống tưới cây tự động
Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển

SV: Nguyễn Duy Khánh

4
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG
1.1.

Khái niệm hệ thống tự động
Hệ thống tự động là hệ thống bao gồm quá trình thu thập thông tin, xử lý

thông tin và tác động lên hệ thống để điều khiển các quá trình xảy ra trong thiên
nhiên, cuộc sống mà không có sự tham gia trực tiếp của con người.
Hiện nay, hệ thông tự động rất phổ biến, nó xuất hiện trong nhiều lĩnh
vực. Có thể kể đến 1 số hệ thống tự động rất phổ biến hiện nay:
• Hệ thống quạt, điều hòa, tủ lạnh
• Hệ thống báo chuông giờ học
• Hệ thống đèn giao thông, vv…
Trong công nghiệp:
• Các dây chuyền tự động
• Hệ thống điều khiển robot, các đường dây lắp ráp tự động, vv..
1.2.

Vị trí và tầm quan trọng của hệ thống tự động

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 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.
SV: Nguyễn Duy Khánh

5
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

1.3.

Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng.

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 vào 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.
1.4.

Một số hệ thống tưới cây tự động trên thị trường
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 tưới cây bán tự động
giúp tiết kiệm sức lao động, hiệu quả cao hơn so với tưới thủ công. Tuy nhiên
những hệ thống này vẫn còn nhiều nhược điểm cần khắc phục để mang lại hiểu
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.
Một số hệ thống ở Việt Nam
“Hệ thống tưới rau bằng điện thoại: Bằng cách soạn tin nhắn thông
thường, nội dung là mã code và gửi tới hộp điều khiển, sau 10 giây, các béc
nước bắt đầu hoạt động. Đó là sáng kiến tưới rau bằng nhắn tin điện thoại độc
nhất của anh Bùi Ngọc Minh Tâm ở TP.HCM giúp trồng rau sạch tại nhà. Nếu
điều khiển bằng tay nông dân chỉ cần bấm nút là có thể bơm được. Còn khi
không ở nhà nông dân muốn tưới rau thì có thể tưới bằng cách soạn tin nhắn

SV: Nguyễn Duy Khánh

6
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

theo cú pháp rồi gửi yêu cầu, tủ điều khiển sẽ phản hồi lại và thực hiện thao tác
tưới rau như yêu cầu của tin nhắn.”

Hình 1.1: Hệ thống tưới rau bằng điện thoại
“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
the 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.”

SV: Nguyễn Duy Khánh

7
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

Hình 1.2: Hệ thống tưới phun tự động đa năng
1.5 Các loại vòi tưới và van điện tử

Hình 1.3: Các loại van điện tử

Hình 1.4: Các loại van tưới nước

SV: Nguyễn Duy Khánh

8
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH ĐIỀU
KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG

2.1. Vi điều khiển AT89S52
2.1.1. Sơ đồ của vi điều khiển AT89S52

Hình 2.1 : Sơ đồ chân của VĐK AT89S52
Chip AT89S52 có đặc điểm sau:
- 8K Byte bộ nhớ chương trình trên chip
- Dao động với thạch anh bên ngoài trong khoảng từ 0Hz đến 24Mhz
- Bộ nhớ RAM dùng cho dữ liệu 256 Byte
- 32 đường dẫn vào/ra lập trình được
- 3 Timer/ Counter 16 bit Timer 0,1,2. Timer 2 có các chức năng
Capture/Compare.
- 8 nguồn ngắt
- Nạp chương trình song song hoặc nạp nối tiếp qua đường SPI

SV: Nguyễn Duy Khánh

9
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

Hình 2.2 : Sơ đồ khối của VĐK AT89S52

SV: Nguyễn Duy Khánh

10

Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

2.1.2. Cấu trúc của vi điều khiển AT89S52
- AT89S52 có tất cả 40 chân
Chức năng của các chân vi điều khiển:
• P1.0 đến P1.7 (Chân 1 đến chân 8): Đây là chân vào/ra hai hướng của
cổng 1 với một điện trở kéo lên dương nguồn đã đặt sẵn trên chip.
• Chân RST (Chân 9) : là lối vào Reset. Lối vào thường được sử dụng
xóa vi điều khiển về trạng thái ban đầu hoặc khởi động lại.
• P3.0 (Chân 10): Đây là chân vào/ra hai hướng với một điện trở kéo lên
dương nguồn đã đặt sẵn trên chip. Chân này cũng hoạt động như một
lối vào nhận dữ liệu (RxD) khi vi điều khiển được sử dụng như một bộ
truyền nhận không đồng bộ (UART) để nhận dữ liệu nối tiếp
• P3.1 (Chân 11): Đây là chân vào/ra hai hướng với một điện trở kéo lên
dương nguồn đã đặt sẵn trên chip. Chân này cũng hoạt động như một
lối ra truyền dữ liệu (TxD) khi vi điều khiển được sử dụng như một bộ
truyền nhận không đồng bộ (UART) để truyền dữ liệu nối tiếp
• P3.2 (Chân 12): Đây là chân vào/ra hai hướng với một điện trở kéo lên
dương nguồn đã đặt sẵn trên chip. Chân này cũng là chân ngắt ngoài
có số hiệu là 0 (INT0).
• P3.3 (Chân 13): Đây là chân vào/ra hai hướng với một điện trở kéo lên
dương nguồn đã đặt sẵn trên chip. Chân này cũng là chân ngắt ngoài
có số hiệu là 1 (INT1).
• P3.4 (Chân 14): Đây là chân vào/ra hai hướng với một điện trở kéo lên

dương nguồn đã đặt sẵn trên chip. Chân này là chân lối vào của bộ
đếm T0.
• P3.5 (Chân 15): Đây là chân vào/ra hai hướng với một điện trở kéo lên
dương nguồn đã đặt sẵn trên chip. Chân này là chân lối vào của bộ
đếm T1.
• P3.6 (Chân 16): Đây là chân vào/ra hai hướng. Đây là chân ghi vào bộ
nhớ ngoài (WR)
• P3.7 (Chân 17): Đây là chân vào/ra hai hướng dùng cho bit 7 của cổng
3. Chân này là chân đọc bộ nhớ dữ liệu bên ngoài (RD)
SV: Nguyễn Duy Khánh

11
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

• XTAL1 và XTAL2 (Chân 18 và 19): Hai chân này được dùng để nối với
một bộ cộng hưởng thạch anh ở bên ngoài để tạo nên một bộ dao động
bên trong vi mạch
• GND (Chân 20): Chân nối đất
• P2.0 đến P2.7 (Chân 21 đến chân 28): Đây là 8 chân vào/ra của cổng 2
vi điều khiển. Các chân này có các điện trở nối lên nguồn dương.
• PSEN ( Chân 29): Đây là chân cho phép lưu trữ chương trình trên các
vi điều khiển 8051 chuẩn. Chân này được kích hoạt khi vi điều khiển
thực thi các mã lệnh từ bộ nhớ bên ngoài.
• ALE/PROG (Chân 30): Đây là chân cho phép chốt địa chỉ trên các vi

điều khiển 8051 chuẩn. Chân này được sử dụng để chốt thấp (LOW)
của địa chỉ trong khi truy cập đến bộ nhớ ngoài.
• EA/VPP (Chân 31): Đây là chân cho phép truy cập bên ngoài. Chân
EA phải được nối với nguồn VCC khi thực thi chương trình bên ngoài.
• P0.0 đến P0.7 (Chân 39 đến chân 32): Đây là 8 chân vào/ra của cổng 0
của vi điều khiển. Các chân này không có các điện trở nối lên dương
nguồn
• VCC (chân 40) : Nguồn nuôi vi điều khiển, nối với nguồn dương.
2.1.3. Các bộ timer của AT89S52
Bộ vi điều khiển AT89S52 có 3 bộ Timer 16 bit đó là: Timer0,
Timer1, Timer2.
Người ta sử dụng các timer để:
 Định khoảng thời gian.
 Đếm sự kiện.
 Tạo tốc độ baud cho port nối tiếp trong 89S52.
Trong các ứng dụng định khoảng thời gian, người ta lập trình timer ở
những khoảng đều đặn và đặt cờ tràn timer. Cờ được dùng để đồng bộ hóa
chương trình để thực hiện một tác động như kiểm tra trạng thái của các ngõ vào
hoặc gửi sự kiện ra các ngõ ra. Các ứng dụng khác có thể sử dụng việc tạo xung
nhịp đều đặn của timer để đo thời gian trôi qua giữa hai sự kiện (ví dụ đo độ
rộng xung)
SV: Nguyễn Duy Khánh

12
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Điện tử

2.1.4. Điều khiển ngắt (INTERRUPT) của AT89S52
Một ngắt là sự xảy ra một điều kiện, một sự kiện mà nó gây ra treo tạm
thời chương trình chính trong khi điều kiện đó được phục vụ bởi một chương
trình khác.
Các ngắt đóng một vai trò quan trọng trong thiết kế và cài đặt các ứng
dụng vi điều khiển. Chúng cho phép hệ thống đáp ứng bất đồng bộ với một sự
kiện và giải quyết sự kiện đó trong khi một chương trình khác đang thực thi.
Vi điều khiển AT89S52 chuẩn có 6 nguồn ngắt, cụ thể là:





Hai ngắt ngoài (INT1 và INT0)
Hai bộ ngắt định thời
Một ngắt nhận cổng nối tiếp
Một ngắt truyền cổng nối tiếp

2.2. Đồng hồ thời gian thực DS1307
“DS1307 là chip đồng hồ thời gian thực (RTC : Real-time clock), khái
niệm thời gian thực ở đây được dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà con
người đang sử dụng, tình bằng giây, phút, giờ…DS1307 là một sản phẩm của
Dallas Semiconductor (một công ty thuộc Maxim Integrated Products). Chip này
có 7 thanh ghi 8-bit chứa thời gian là: giây, phút, giờ, thứ (trong tuần), ngày,
tháng, năm. Ngoài ra DS1307 còn có 1 thanh ghi điều khiển ngõ ra phụ và 56
thanh ghi trống có thể dùng như RAM. DS1307 được đọc và ghi thông qua giao
diện nối tiếp I2C (TWI của AVR) nên cấu tạo bên ngoài rất đơn giản. DS1307 ở
SOIC và DIP có 8 chân như trong hình 2.2 .

Hình 2.3: Cấu tạo chip DS1307
Các chân của nó được mô tả như sau:
SV: Nguyễn Duy Khánh

13
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

- X1 và X2: là 2 ngõ kết nối với 1 thạch anh 32.768KHz làm nguồn tạo dao
động cho chip.
- VBAT: cực dương của một nguồn pin 3V nuôi chip.
- GND: chân mass chung cho cả pin 3V và Vcc.
- Vcc: nguồn cho giao diện I2C, thường là 5V và dùng chung với vi điều khiển.
Chú ý là nếu Vcc không được cấp nguồn nhưng VBAT được cấp thì DS1307
vẫn

đang

hoạt

động

(nhưng

không

ghi

và

đọc

được).

- SQW/OUT: một ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver), tần
số của xung được tạo có thể được lập trình. Như vậy chân này hầu như không
liên quan đến chức năng của DS1307 là đồng hồ thời gian thực, chúng ta sẽ bỏ
trống chân này khi nối mạch.
- SCL và SDA là 2 đường giao xung nhịp và dữ liệu của giao diện I2C
Ghép nối DS1307 với vi điều khiển
Việc ghép nối DS1307 với vi điều khiển bằng một mạch điện đơn giản
như trong hình sau:

Hình 2.4: Ghép nối DS1307 với VĐK
2.3. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm
DHT11 là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm. Nó sử dụng giao tiếp số theo
chuẩn 1 dây.

SV: Nguyễn Duy Khánh

14
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

Hình 2.5: Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11
Nó có cấu tạo gồm 4 chân như hình :
-Chân 1: Chân nối nguồn VCC
-Chân 2: Chân dữ liệu để giao tiếp với vi điều khiển theo chuẩn 1 dây.
-Chân 3: Chân NC (No connect).
-Chân 4: Chân GND nối đất.
Sơ đồ kết nối vi xử lý:

Hình 2.6: Sơ đồ kết nối vi điều khiển
- Nguyên lý hoạt động:
Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý thực hiện theo
bước:
SV: Nguyễn Duy Khánh

15
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

 Gửi tin hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại.
 Khi đã giao tiếp được với DHT11, cảm biến sẽ gửi 5 byte dữ liệu và nhiệt

độ đo được.
- 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 ko được kéo xuống thấp nghĩa là ko 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. Trong đó:
•
•
•
•
•

Byte 1
Byte 2
Byte 3
Byte 4
Byte 5

: giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH%)
: giá trị phần thập phân của độ ẩm (RH%)

: giá trị phần nguyên của nhiệt độ (TC)
: giá trị phần thập phân của nhiệt độ (TC)
: kiểm tra tổng.

SV: Nguyễn Duy Khánh

16
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Khoa Điện tử

⇒ Nếu Byte 5 = (8 bit) (Byte1 +Byte2 +Byte3 + Byte4) thì giá trị độ ẩm và
nhiệt độ là chính xác, nếu sai thì kết quả đo không có nghĩa.
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.
• Bit 0:

SV: Nguyễn Duy Khánh

17
Đồ án tốt nghiệp

Lớp: Điện tử 2 – k7