Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống tưới cây tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I
Tên đề tài: HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG THEO NHIỆT ĐỘ
VÀ ĐỘ ẨM
Sinh viên thực hiện:
Lớp:112151.1

Hoàng Văn Chưởng Mã SV:
Vũ văn Tú
Mã SV:
Đ-ĐTK13.1

Cán bộ hướng dẫn:

Nguyễn Viết Ngư

Hưng Yên 2018

Khoa Điện – Điện tử


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

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, chúng em đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã học
ở trường, trong thực tế. Cùng với sự giúp đỡ của thầy Nguyễn Viết Ngư 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.
Chúng Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Viết Ngư đã tận tình chỉ bảo
và giúp đỡ em hoàn thành đồ án. Do kiến thức còn hạn chế trong quá trình thực
hiện đồ án chúng em không tránh khỏi những sai xót kính mong quý thầy cô trong
hội đồng bảo vệ chỉ dẫn, bỏ qua và giúp đỡ. Chúng 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 Văn Chưởng
Vũ Văn Tú

2
Page | 2


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử
MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình
1.
1.Bộ
hẹn
giờ
và
van

điều
khiển ..................................................................12
Hình 2. 1. Sơ đồ khối của mạch........................................ .....................................15
Hình 2. 2.Sơ đồ chân của PIC 16F877A. ...............................................................18
Hình 2. 3. Sơ đồ nguyên lý các cổng của PIC 16F877A.....................................19
Hình
2.
4.Cảm
biến
độ
ẩm
đất.................................................................................26
Hình 2. 5. Sơ đồ nguyên lý kết nối của LCD1602 trong mạch điện ......................28
Hình 2. 6. Relay 5V và sơ đồ các chân ..................................................................29
Hình 2. 7. Sơ đồ các chân của DS1307.................................................................30
Hình 2. 8. Sơ đồ kết nối DS1307với VĐK.............................................................31
Hình 2.9. Cấu tạo của Transistor............................................................................31
Hình 3. 1. Giao diện của phần mềm lập trình ....................................................38
Hình 3. 2. PG2C mạch nạp PIC qua cổng COM ...................................................39
Hình
3.
3.
Giao
diện
phần
mềm
nạp
pickit2 ...........................................................40

3

Page | 3


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

4
Page | 4


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử
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, đểđảm 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 tựđộng 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 độẩm gốc, độẩm lá và không khí
cho cây trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm nước tạo điều kiện cho cây trồng hấp
5
Page | 5


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

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 tựđộng 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 tựđộng tùy theo nhiệt độ thời tiết nắng hay
mưa, độẩm cao hay thấp, mùa nào trong năm… Tất cả các điều kiện đó sẽđược 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 sẽđược 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.
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
6
Page | 6


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

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 chúng 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
- 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.
7
Page | 7


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

• Kiểm chứng
- Chạy thử mô hình nhiều lần, kiểm tra phát hiện lỗi và từ đó hoàn thiện hệ
thống.
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 tựđộng: 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 độẩm.
- 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.
8
Page | 8


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

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.
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.

9
Page | 9


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

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.
• Điều khiển theo giờ tưới: Hệ thống hoạt động đúng theo thời gian đồng hồ
yêu cầu.
10
Page | 10

Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

• 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.
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.
11
Page | 11


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

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. Thực trạng vấn đề tưới cây vụ đông tại Việt Nam
Nước là một yếu tố không thể thiếu trong đời sống của mỗi loại cây
trồng. Tùy từng giai đoạn phát triển khác nhau mà nhu cầu cây
trồng cần nhiều hay ít nước. Độ ẩm đồng ruộng mà cây rau màu
luôn cần ở mức từ 75 - 80%. Do đó để rau màu phát triển được
thuận lợi nông dân cần chú ý dưỡng ẩm cho cây liên tục nhất là thời
kỳ phát triển thân lá, ra hoa đậu quả và nuôi quả.
Hiện nay ở Việt Nam, người nông dân canh tác cây trồng chủ yếu
theo phương pháp thủ công. Việc cung cấp nước cho cây chủ yếu
dựa trên kinh nghiệm, vì vậy mà hiệu quả đem lại không cao.
Nguyên nhân áp dụng tưới tiết kiệm còn hạn chế chủ yếu là do chi
phí đầu tư, nhất là đầu tư ban đầu, đối với công nghệ tưới tiên tiến,

12
Page | 12

Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

tiết kiệm nước còn cao so với thu nhập của người dân và đòi hỏi có
một kiến thức, trình độ nhất định khi sử dụng

1.7. 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, chúng em đã
thực hiện nghiên cứu hệ thống tưới sử dụng cảm biến độ ẩm của đất để quyết định nhu
cầu tưới cho cây trồng. Hệ thống chế tạo đơn giản, chi phí thấp dễ sửa chữa. . .
1.8. Nghiên cứu nhu cầu nước tưới của cây lạc
Các giai đoạn sinh trưởng và nhu cầu độ ẩm của cây lạc vào vụ đông :
Thời kỳ sinh trưởng
Thời gian
Nhu cầu độ ẩm
Mọc mầm
5-7 ngày từ khi gieo hạt
70-80 %
Cây non
30-50 ngày tiếp theo
60-70 %
Ra hoa
20-25 ngày tiếp theo
70-80%
Qủa đến chín
5-6 ngày tiếp theo
60-70%

13
Page | 13


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH VÀ MÔ HÌNH
Thiết kế mạch điều khiển có chức năng thực hiện điều khiển đóng ngắt thiết bị
điện tự động thông qua cảm biến đo độ ẩm đất.
Hệ thống được thiết kế gồm 5 khối:
•
•
•
•

Khối thu gồm cảm biến đo độ ẩm đất
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.

2.1.Sơ đồ khối của mạch

Cảm biến
DHT11

PIC

LC

D

NGUỒN

Hình 2.1. Sơ đồ khối của mạch
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 độ ẩm. Đưa hiển thị lên các
LCD sau đó đưa ra tín hiệu điều khiển bật /tắt (hẹn giờ bật /tắt) thiết
bịđiện.
14
Page | 14


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

• Khối hiển thị: Là các LCD 2 dòng 16 kí tựđể hiển thị nhiệt độ và độẩm
môi trường, thời gian.
• Khối nguồn nuôi: Là khối cơ bản nhất nó cung cấp nguồn nuôi cho toàn bộ
linh kiện trong mạch. Nó tạo ra điện áp ổn định.
• Khối bật tắt thiết bị điện: Là khối sử dụng Transistor C2383 và Relay 5
VDC đểđóng /ngắt mạch hoạt động của các thiết bị điện khối này nhận tín
hiệu từ VĐK PIC 16F877A
2.2. Sơ đồ nguyên lý của mạch.

2.2.1. Khối nguồn
Thông số kỹ thuật Sạc 5V , Adapter 5v
Tên sản phẩm: Sạc 5V , Adapter 5v

Dòng điện vào Input: 110-240VAC
Tần số: 60/50Hz
Dòng điện ra Output: 5V-1A
Đầu cắm: 5*5 mm
Kích thước: 12*6*3cm
Trọng lượng: 300g

15
Page | 15


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

2.2.2. Khối xử lý trung tâm

2.2.3. Khối hiển thị

16
Page | 16


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

2.2.4. Khối bật tắt thiết bị điện

17

Page | 17


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

2.3. Tính chọn linh kiện cho mạch.
2.3.1. Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của PIC16F877A

Hình 2. 2.Sơ đồ chân của PIC 16F877A.

Hình 2. 3. Sơ đồ nguyên lý các cổng của PIC 16F877A

18
Page | 18


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

2.3.2. Cấu trúc vi điều khiển PIC16F877A
Sơđồ chân và sơđồ 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.
• 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.
19
Page | 19


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

• 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 chếđộ SPI/ ngõ vào xung clock đồng bộ, ngõ ra chếđộ 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.
• 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.
20
Page | 20


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

• 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
* 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 ởđịa
chỉ 85H đểđiều 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.
21
Page | 21


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

Điều này hoàn toàn tương tựđối 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
vụđếm xung thông qua Timer0…
- Ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port).

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 bộđiện trở kéo lên có thểđiều khiển được bằng
chương trình.
PORTC:
PORTC có 8 chân và cũng thực hiện được 2 chức năng input và output dưới sựđiều
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.

22
Page | 22


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

- 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).
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.
2.3.3. Các bộ timer của 16F877A
Bộ vi điều khiển PIC16F877A có 3 bộ Timer đó là: Timer0, Timer1, Timer2.
*Bộ Timer 0: Là bộđịnh 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 bộđếm hoặc bộđịnh thời (gồm hai thanh ghi MR1H:TMR1L).
23
Page | 23


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

+ 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 bộđịnh thời 16 bit.
+ Là một bộđếm có đồng bộ.
+ Là một bộđếm không có đồng bộ.
*Bộ Timer 2: Bộ Timer 2 có những đặc tính sau đây:
+ 8 bít cho bộđịnh 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 Timer 2: 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 thểđiều khiển các bít sau T2CKPS1và bit T2CKPS0.
2.3.4. Cảm biến nhiệt độ , độ ẩm
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm như:
 LM35, LM355, PT100… : cảm biến đo nhiệt độ.

Độ chính xác thực tế: 1/4°C ở
24
Page | 24


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử
nhiệt độ phòng và 3/4°C ngoài
khoảng -55°C tới 150°C
LM35 có hiệu năng cao, công
suất tiêu thụ là 60uA, giá thành rẻ.

Hình 2.1 cảm biến LM35
 HS1011, HS220… : cảm biến đo độ ẩm.

HS1101 cảm biến độ ẩm có độ
chính xác khá cao.

Hình 2.2 cảm biến hs1101
- DHT11, DHT21,SHT11 : tích hợp
của cả cảm biến nhiệt độ và độ ẩm

25
Page | 25