Hệ thống tưới nước tự động (tt)

MỤC LỤC
Trang
LỜI MỞ ĐẦU
LỜI CẢM ƠN
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
Chương 1: TỔNG QUAN ........................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 2
1.3. Nhiệm vụ nghiên cứu ......................................................................................... 2
1.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 2
1.5. Giới hạn đề tài .................................................................................................... 2
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG .............................. 3
2.1. Khái niệm về thống tưới tự động ....................................................................... 3
2.2. Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất ............................................... 3
2.3. Ứng dụng tự động hóa trong tưới tiêu cây trồng ............................................... 4
2.4. Một số phương pháp tưới hiện nay .................................................................... 4
2.4.1. Tưới phun mưa ........................................................................................ 4
2.4.2. Tưới phun sương ..................................................................................... 5
2.4.3. Phương pháp tưới nhỏ giọt ..................................................................... 6
Chương 3: GIỚI THIỆU MODULE SIM900A VÀ TẬP LỆNH AT ..................... 9
3.1. Tổng quan về tin nhắn SMS ............................................................................... 9
3.2. Giới thiệu module Sim900A .............................................................................. 9
3.2.1. Tổng quan về module Sim900A ............................................................. 9
3.2.2. Thông số kỹ thuật Sim900A .................................................................. 10
3.3. Khảo sát tập lệnh AT COMMAND .................................................................. 12
3.3.1. Khởi tạo cấu hình mặc định cho Sim900A ............................................ 13

3.3.2. Đọc tin nhắn .......................................................................................... 16
3.3.3. Gửi tin nhắn .......................................................................................... 17
Chương 4: TỔNG QUAN VỀ PIC18F4550 VÀ LINH KIỆN SỬ DỤNG ............ 19
4.1. Lịch sử phát triển vi điều khiển PIC ................................................................. 19
4.2. Các dòng vi điều khiển PIC .............................................................................. 20
4.3. Ngôn ngữ lập trình cho PIC .............................................................................. 20
4.4. Mạch nạp cho PIC ............................................................................................. 20
4.5. Vi điều khiển PIC18F4550 ............................................................................... 21
4.5.1. PIC18F4550 ............................................................................................. 21
4.5.2. Sơ đồ chân PIC18F4550 .......................................................................... 22
4.5.3. Sơ đồ khối PIC18F4550 ........................................................................... 25
4.5.4. Những module chính sử dụng trong đề tài ............................................... 26
4.5.4.1. Bộ dao động PIC18F4550 ............................................................. 26
4.5.4.2. Các PORTD I/O ............................................................................ 28
4.5.4.3. Giao tiếp UART PIC18F4550 ...................................................... 29
4.5.4.4. Giao tiếp I2C PIC18F4550 ........................................................... 31
4.6. Các linh kiện sử dụng trong đề tài .................................................................... 33
4.6.1. IC thời gian thực DS1307 ........................................................................ 33
4.6.2. LCD 20x4 ................................................................................................. 35
4.6.3. Module mạch cầu H ................................................................................. 37
4.6.4. Cảm biến độ ẩm đất.................................................................................. 39
4.6.5. Máy bơm Mini 12V.................................................................................. 40
Chương 5: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................ 41
5.1. Sơ đồ khối hệ thống .......................................................................................... 41
5.2. Lưu đồ giải thuật của hệ thống.......................................................................... 43
5.3. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển ..................................................................... 44
5.3.1. Khối nguồn ............................................................................................... 44
5.3.2. Khối xử lý chính....................................................................................... 44
5.3.3. Khối thời gian thực .................................................................................. 45

5.3.4. Khối hiển thị ............................................................................................. 45
5.3.5. Khối Rơle điều khiển ............................................................................... 46
5.3.6. Khối nút nhấn ........................................................................................... 46
5.4. Sơ đồ mạch in mạch điều khiển ........................................................................ 46
5.5. Thiết kế hệ thống............................................................................................... 47
5.5.1. Mạch điều khiển ....................................................................................... 47
5.5.2. Hệ thống thực tế ....................................................................................... 47
Chương 6: KẾT LUẬN .............................................................................................. 48
6.1.

Kết quả đạt được ............................................................................................... 48

6.2.

Ưu điểm của hệ thống ....................................................................................... 48

6.3.

Nhược điểm của hệ thống ................................................................................. 48

6.4.

Hướng phát triển của đề tài ............................................................................... 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 49
PHỤ LỤC .................................................................................................................... 50

DANH MỤC HÌNH
Hình 2. 1 - Phương pháp tưới phun mưa
Hình 2.1 - Phương pháp tưới phun sương
Hình 2.2 - Phương pháp tưới nhỏ giọt
Hình 3. 1 - Module SIM900A
Hình 3. 2 - Các chân tín hiệu của Module Sim900A
Hình 3. 3 - Sơ đồ chân SIM900A
Hình 3. 4 - Cấu hình mặc định cho Sim900A
Hình 3. 5 - Cấu hình xóa tin nhắn SIM900A
Hình 3. 6 - Cấu hình đọc tin nhắn SIM900A
Hình 3. 7 - Cấu hình gửi tin nhắn SIM900A
Hình 4. 1 - Hình ảnh thực tế PIC18F4550
Hình 4. 2 - Sơ đồ chân PIC18F4550
Hình 4. 3 - Sơ đồ khối vi điều khiển PIC18F4550
Hình 4. 4 – Sơ đồ khối bộ dao động PIC18F4550
Hình 4. 5 - Cấu tạo của chân GPIO
Hình 4. 6 - Sơ đồ khối bộ truyền của module UART
Hình 4. 7 - Sơ đồ khối của module nhận UART
Hình 4. 8 - Cấu trúc khối I2C trong PIC
Hình 4. 9 - IC thời gian thực DS1307
Hình 4. 10 - LCD 20x4
Hình 4. 11 - Module mạch cầu H
Hình 4. 12 - Chức năng các ngõ ra của mạch cầu H
Hình 4. 13 - Cảm biến độ ẩm đất
Hình 4. 14 - Máy bơm Mini 12V
Hình 5. 1 - Sơ đồ nguyên lý khối nguồn
Hình 5. 2 - Sơ đồ nguyên lý khối xử lý chính


Hình 5. 3 - Sơ đồ nguyên lý khối thời gian thực

Hình 5. 4 - Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị
Hình 5. 5 - Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển Rơle
Hình 5. 6 - Sơ đồ nguyên lý nút nhấn
Hình 5. 7 - Sơ đồ mạch in mạch điều khiển
Hình 5. 8 - Mạch điều khiển thực tế
Hình 5. 9 - Hệ thống thực tế


DANH MỤC BẢNG
Bảng 4. 1 - Hệ thống chức năng các chân của PIC18F4550
Bảng 4. 2 - Bảng chức năng các chân của LCD


DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
SMS:

Short Message Service

UCS:

Universal Coded Character Set

GSM:

Global System for Mobile Communications

GPRS:

General Packet Radio Service

AT:

ATtention

PIC :

Peripheral Interface Controller

UART:

Universal Asynchronous Receiver – Transmitter

I2C:

Inter-Intergrated Circuit

SCL:

Serial Clock Input

SDA:

Serial data input/out

ADC:

Analog Digital Converter

CCP

Capture/Compare/PWM

EEPROM:

Electrically Erasable Programmable Read – Only Memory

RAM:

Random Access Memory

LCD:

Liquid Crystal Display


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Nền nông nghiệp nước ta là nền nông nghiệp vẫn còn lạc hậu cũng như chưa có
nhiều ứng dụng khoa học kỹ thuật được áp dụng vào thực tế. Vẫn còn rất nhiều quy
trình 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 tốt, 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 cao.
Ngoài ra trên các tuyến đường của trung tâm thành phố chúng ta vẫn còn bắt
gặp những hình ảnh các xe bồn chở nước tưới cây dọc đường gây ùng tắt và mất an
toàn giao thông cho các xe lưu thông qua lại.
Nghành nông nghiệp cửa nước ta hiện nay còn phụ thuộc vào nhiều khí hậu tự
nhiên và với những phương pháp sản xuất canh tác truyền thống không mang lại năng
suất 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 của đất, độ ẩm không khí, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp với từng giai đoạn
phát triển của cây trồng.
Để giải quyết những vấn trên con đường lựa chọn tối ưu là ứng dụng công nghệ
cao vào sản xuất nông nghiệp trong đó tự động hoá đóng vai trò vô cùng quan trọng về
mặt kỹ thuật phục vụ sản xuất nông nghiệp chất lượng cao, tưới tiêu, thu hoạch và bảo
quản. Do đó em tiến hành thiết kế và nghiên cứu đề tài "Hệ thống tưới nước tự
động". Đây là một hệ thống tưới nước tốt nhất đáp ứng theo yêu cầu sinh trưởng cây
trồng đang được ứng dụng rộng rãi ở các nước phát triển như: Nhật Bản, Anh, Mỹ,
Hàn Quốc,… Hệ thống tưới nước tự động là một hình thức tưới nước hợp lý, tiết kiệm
sức lao động và chi phí nhân công.

-1-


1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
-

Thiết kế mô hình hệ thống tưới nước tự động.

-

Nghiên cứu và ứng dụng Sim900A điều khiển hệ thống qua tin nhắn điện thoại.

-

Nghiên cứu phần mềm lập trình và phương pháp lập trình đơn giản và dễ sử
dụng.

1.3. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

-

Tìm hiểu về các phương pháp tưới nước tự động, từ đó xây dựng hệ thống điều
khiển.

-

Nghiên cứu về Sim900A, các tập lệnh và phương pháp điều khiển.

-

Thiết kế mô hình tưới tự động và vận hành thực tế.

1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để thực hiện đề tài này nghiên cứu, em tiến hành phương pháp nghiên cứu sau:
Kế thừa các kết quả nghiên cứu:
-

Kế thừa và phát triển các công trình nghiên cứu trước đó về cơ sở lý thuyết của
các phần mềm lập trình và mô phỏng.

-

Kế thừa các mô hình sản xuất đã có trong thực tiễn.
Nghiên cứu lý thuyết :

-

Nghiên cứu nguyên lý cơ bản của hệ thống tưới nước tự động.

-

Nghiên cứu về Sim900A.

-

Xây dựng chương trình điều khiển.
Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng:

-

Chạy thử mô hình nhiều lần, kiểm tra phát hiện lỗi của chương trình và lỗi của
chương trình điều khiển và từ đó hoàn thiện hệ thống.

1.5. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Đề tài chỉ hoạt động dựa vào thời gian đã cài đặt, bằng nút nhấn và thông qua
tin nhắn điện thoại. Chưa quản lý hết các số liệu như: nhiệt độ, độ ẩm cho người sử
dụng thông qua tin nhắn điện thoại.

-2-


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP TƯỚI CÂY HIỆN NAY
2.1. 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.
Một số hệ thống điều khiển tự động phổ biến hiện nay như: Hệ thống điều hòa
không khí, hệ thống báo cháy, hệ thống hiệu chỉnh độ ẩm, các dây truyền sản xuất tự
động,…
2.2. VAI TRÒ 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 thiện
điều kiện sản xuất, đáp ứng cường độ cao về sản xuất hiện đại, thực hiện chuyên môn
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 quan trọng và không thể
thiếu, bởi 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 nặng nhọc, công
việc nguy hiểm hoặc các công việc liên quan đến độc hại.Trong cuộc sống hiện đại tự
động hóa không thể thiếu trong đời sống của chúng ta.

-3-


2.3. ỨNG DỤNG TỰ ĐỘNG HÓA TRONG TƯỚI TIÊU 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 đang phát triển như Việt Nam thì
tỉ lệ ứng dụng tự động hóa vào sản xuất thì còn rất chậm.

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.
2.4. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TƯỚI CÂY HIỆN NAY
2.4.1.

Tưới phun mưa
Kỹ thuật tưới phun mưa là kỹ thuật đưa nước tới cây trồng vào mặt ruộng

dưới dạng mưa nhân tạo nhờ các thiết bị tạo dòng phun mưa (tia mưa) thích hợp.
Phương pháp này ngày càng được phổ biến và áp dụng rộng rãi, nhất là tại các
nước có nền công nghiệp phát triển. Tưới phun mưa: sử dụng máy bơm nước cột
áp cao kèm theo ống dẫn và mũi phun tạo mưa. Đây là phương pháp tưới hiện đại
có tác dụng nhiều mặt cả về tạo độ ẩm cho đất và làm mát cho cây, kích thích sinh
trưởng cho cây và đặc biệt có thể tiết kiệm được 30 - 50% khối lượng nước so với
phương pháp tưới tràn theo rãnh.

Hình 2. 1 - Phương pháp tưới phun mưa

-4-


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Ngô Diên Tập, Vi điều khiển với lập trình C, NXB Khoa học kỹ thuật 2004.
[2] Dương Minh Trí, Sơ đồ chân linh kiện bán dẫn, NXB Khoa học kỹ thuật
2002.
[3] Nguyễn Thị Phương Hà, Huỳnh Thái Hoàng, Lý thuyết điều khiển tự động,
NXB Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh 2005.
[4] Datasheet PIC18F4550.

Trang Web:
[5] />[6] />[7] />[8] />
- 49 -