Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MƠ HÌNH BỘ ĐIỀU KHIỂN CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH
BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA
----------o0o----------

KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MƠ HÌNH BỘ
ĐIỀU KHIỂN CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG
NGÀNH C

ĐIỆN T

M NGÀNH
„
Giáo viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Thị Phượng
Sinh viên thực hiện

: Cao Văn Đức

Mã sinh viên

: 1551080595

Lớp

: K60 – CĐT

Khóa

: 2015- 2019

Hà Nội - 2019


LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay ngành chăn ni khơng ngừng phát triển do đó địi hỏi phải có xu
hƣớng phát triển bền vững và hiện đại. Chăn nuôi công nghệ cao hiện đang là mục
tiêu phát triển của hầu hết các nƣớc trên thế giới. Nó là mơ hình gắn liền với tự
động hóa, ứng dụng kết hợp đƣợc những cơng nghệ hiện đại, tiên tiến nhằm nâng
cao hiệu quả, hiệu suất và tạo những bƣớc đột phá trong nghề chăn ni. Mơ hình
này đang phát triển rất mạnh ở các nƣớc nhƣ Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản, Anh,
Pháp, Đức, Hà Lan… và đƣợc tự động hóa nhiều ở nhiều quy trình: cho ăn, tắm
mát, vệ sinh chuồng trại, khám sức khỏe, thu hoạch...
Việc áp dụng mơ hình chăn ni cơng nghệ cao giúp giảm bớt sức lực cho
ngƣời lao động, thậm chí trƣớc kia mỗi ngƣời chỉ chăm sóc đƣợc 1 chuồng ni thì
nay một ngƣời có thể điều khiển hệ thống chăm sóc cả một trang trại chăn ni. Bên
cạnh đó những mơ hình này đang ngày càng đƣợc cải tiến, nâng cấp độ chính xác,
tốc độ làm việc và tối ƣu chi phí nên đƣợc xem là xu hƣớng tích cực.
Tuy nhiên, ở Việt Nam hầu hết các trang trại chăn nuôi mới chỉ ở quy mô
nhỏ, chủ yếu chăm sóc bằng tay, các cơng nghệ tự động áp dụng vào chăn ni
chƣa nhiều. Xuất phát vì lí do đó nên em chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế mơ hình
bộ điều khiển chuồng gà tự động.”
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn KTĐ&TĐH, đặc
biệt là cô Nguyễn Thị Phƣợng đã hƣớng dẫn tận tình và truyền đạt nhiều kiến thức,
kinh nghiệm quý báu. Do thời gian và kiến thức có hạn, đề tài cịn có nhiều thiếu
sót, kính mong đƣợc sự góp ý của thầy cơ và các bạn.
Sinh viên thực hiện

Cao Văn Đức

i


TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH

CỘNG HÕA X HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Bộ môn Kỹ thuật điện & Tự động hóa

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Hà Nội, ngày 16 tháng 05 năm 2019

PHIẾU NHẬN XÉT VÀ CHẤM ĐIỂM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ tên sinh viên:

Cao Văn Đức

Mã sinh viên:

1551080595

Lớp:

60_CĐT
Sinh viên Cao Văn Đức đã hồn thành báo cáo khóa luận tốt nghiệp đúng

theo quy định và đúng tiến độ kế hoạch do Bộ môn và Khoa đề ra.
-

Về nội dung: Báo cáo khóa luận gồm 04 chƣơng:

Chương

Tổng quan về bộ điều khiển chuồng gà tự động

Chương

Thiết kế mạch điều khiển cho chuồng gà tự động

Chương

Xây dựng phần mềm

Chương 4: Lắp đặt và chạy thử nghiệm
Nội dung báo cáo khóa luận hợp lý, đầy đủ bảng biểu, hình vẽ minh họa,
trình bày theo đúng mẫu quy định. Đã có sự vận dụng, tổng hợp kiến thức của
các môn học chuyên ngành trong q trình thực hiện khóa luận. Về cơ bản đã
nghiên cứu và chế tạo đƣợc mơ hình mạch điều khiển chuồng gà tự động sử
dụng.
- Về ý thức: trong thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp, sinh viên Cao Văn
Đức chấp hành nghiên túc lịch làm việc; chủ động trong việc sƣu tầm, tìm hiểu
tài liệu, chế tạo đƣợc thiết bị và thực hiện nội dung khóa luận
Kết luận Đồng ý cho sinh viên Cao Văn Đức nộp báo cáo khóa luận và bảo vệ
khóa luận tốt nghiệp
Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Thị Phượng

i


NHẬN XÉT
(Của giảng viên phản biện)
..............................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
(Chữ ký, họ tên)

ii


LỜI NĨI ĐẦU ................................................................................................................................................ I
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................................................................... VI
PHẦN 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................................................................................. 1
CHƯ NG ............................................................................................................................................... 3
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG ............................. 3

1.1.
1.1.1.

TÌM HIỂU MỘT SỐ HỆ THỐNG CHĂN GÀ CÓ TRÊN THỊ TRƯỜNG ...............3
Trang trại chăn ni gà bán cơng ngiệp chăm sóc bằng tay ...............3

1.1.2. Trang trại chăn ni gà cơng nghiệp, tự động hóa hoàn toàn. ........................4
1.1.3. Nhận xét ............................................................................................................5
1.2. GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ S DỤNG TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHUỒNG GÀ
TỰ ĐỘNG..................................................................................................................5
1.2.1. Giới thiệu về board mạch điều khiển Arduino ...............................................5
1.2.2. Giới thiệu về động cơ DC .................................................................................7
1.2.3. Cơng tắc hành trình ........................................................................................11
1.2.4. Module relay 8 kênh .......................................................................................12
1.2.5. Module cảm biến mưa....................................................................................13
1.2.6. Module cảm biến ánh sáng .............................................................................14
1.2.7. Cảm biến nhiệt độ lm35 .................................................................................15
CHƯ NG

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG................................................17

2.1. YÊU CẦU BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ...................................................................17
2.2. S ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG ......................17
2.3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG ..............18
2.3.1. Sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống ...............................................................18
2.3.2. Thiết kế mạch điều khiển máng ăn tự động ....................................................19
2.3.3. Thiết kế mạch điều khiển mái che tự động .....................................................20
2.3.4. Thiết kế mạch điều khiển bật đèn tự động ......................................................21
2.3.5. Thiết kế mạch điều khiển phun nước tự động .................................................21
CHƯ NG

XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN .........................................................................23

3.1. LƯU ĐỒ THUẬT TỐN CHO CHƯ NG TRÌNH PHẦN MỀM ..............................23
3.2. GIAO TIẾP ARDUINO VỚI LABVIEW .............................................................23
3.3 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG .............................................25
3.3.1 Lập trình mái che và đèn tự động ....................................................................25

iii


Lập trình máng ăn tự động........................................................................................28
3.3.2.Lập trình phun nước mái tự động ....................................................................30
3.3.3 Kết nối camara giám sát chuồng gà ...............................................................32
3.3.4 Chương trình điều khiển chuồng gà tự động ...................................................35
CHƯ NG 4 LẮP ĐẶT VÀ CHẠY TH

4.1.
4.2.

NGHIỆM ..............................................................................37

QUY TRÌNH LẮP ĐẶT MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀO CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG ....37
SẢN PHẨM ĐẠT ĐƯỢC ...............................................................................41

KẾT LUẬN ..............................................................................................................................................44

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3. 1: Thời gian cho gà ăn ...............................................................................29

v


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1. 1: Trang trại gà bán cơng nghiệp chăm sóc bằng tay .....................................3
Hình 1. 2 Trại gà cơng nghiệp chăm sóc tự động .......................................................4
Hình 1. 3 Hệ thống bình đựng cám của trang trại. ......................................................4
Hình 1.4: Mạch aduino uno .........................................................................................7
Hình 1.5: Hình ảnh stator của động cơ điện một chiều ...............................................8
Hình 1.6: Hình ảnh roto động cơ điện một chiều ........................................................9
Hình 1.7. Mơ phỏng định luật lực điện từ ...................................................................9
Hình 1.8. Mơ hình đơn giản của động cơ điện một chiều .........................................10
Hình 1.9. Phân loại động cơ điện một chiều theo kích từ .........................................11
Hình 1.10: Cơng tắc hành trình .................................................................................11
Hình 1. 11: Module relay 8 kênh ..............................................................................13
Hình 1.12 : Module cảm biến mƣa............................................................................14
Hình 1.13: Module cảm biến ánh sáng .....................................................................15
Hình 1.14 : Lm35 ......................................................................................................15

Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống ..................................................................................18
Hình 2.2 : Sơ đồ nguyên lý của hệ thống trên board mạch .......................................18
Hình 2.3 : Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thiết kế .....................................................19
Hình 2.4 : Sơ đồ nguyên lý máng ăn .........................................................................19
Hình 2.5 : Sơ đồ nguyên lý mái che .........................................................................20
Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý module cảm biến mƣa và ánh sáng ................................21
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý bật đền tự động................................................................21
Hình 2.8 : Sơ đồ nguyên lý phun nƣớc tự động ........................................................21
Hình 3.1 : Lƣu đồ thuật tốn .....................................................................................23
Hình 3. 2: VI Package Manager ................................................................................24
Hình 3.3 : LIFA_Base trong ổ c ...............................................................................25
Hình 3. 4 : mở LIFA_Base ở arduino ......................................................................25
Hình 3. 5 : Môđun khởi tạo kết nối board Arduino ..................................................26
Hình 3. 6: Chân vào ra arduino của mái che .............................................................26
Hình 3. 7: So sánh cảm biến mƣa cảm biến ánh sáng ...............................................27
Hình 3. 8 :Module để đóng kết nối với cổng ............................................................27

vi


Hình 3. 9: Chƣơng trình mái che và đèn tự động ......................................................28
Hình 3. 11 : Chuỗi ngày / thời gian ...........................................................................28
Hình 3. 12 : So sánh thời gian thực ...........................................................................29
Hình 3. 13: Chƣơng trình máng ăn tự động ..............................................................30
Hình 3. 14: Đầu vào ra arduino của máy bơm ..........................................................30
Hình 3. 15: So sánh nhiệt độ ....................................................................................31
Hình 3. 16 :Chƣơng trình phun mái tự động .............................................................31
Hình 3. 17 : NI Vision Acquisition ...........................................................................32
Hình 3. 18 : Vision Development Module ................................................................32
Hình 3. 19: kiểm tra module camara .........................................................................33

Hình 3. 20: Ivcam ......................................................................................................33
Hình 3. 21: camara vision acquisition .......................................................................34
Hình 3. 22: Thu nhận hình ảnh liên tục.....................................................................34
Hình 3. 23: Chƣơng trình kết nối camara với vision acquisition ..............................35
Hình 3. 24: Chƣơng trình điều khiển chuồng gà tự động .........................................35
Hình 3. 25: Giao diện chƣơng trình điều khiển chuồng gà tự động..........................36
Hình 4.1: Động cơ máng cám ...................................................................................37
Hình 4.2: Động cơ mái tre .........................................................................................37
Hình 4.3: Lắp cảm biến nhiệt độ ...............................................................................37
Hình 4. 4: Lắp đặt cảm biến mƣa ..............................................................................38
Hình 4. 5: Lắp cảm biến ánh sáng .............................................................................38
Hình 4. 6: Lắp bóng đèn 220 v ..................................................................................38
Hình 4. 7: Gắn cơng tắc hành trình ...........................................................................39
Hình 4. 8: Lắp quạt....................................................................................................39
Hình 4. 9: Máng gen..................................................................................................39
Hình 4. 10: Arduino lắp vào tủ điện..........................................................................40
Hình 4. 11: Gá đấu dây module relay 8 kênh............................................................40
Hình 4. 12: Cầu đấu đi dây........................................................................................40
Hình 4. 13: Lắp nguồn ..............................................................................................41
Hình 4. 14: Tủ điện hồn thành .................................................................................41
Hình 4. 15: Trời sáng đèn tắt.....................................................................................41

vii


Hình 4. 16: Trời tối đèn tắt ........................................................................................42
Hình 4. 17 : Mái che đi ra .........................................................................................42
Hình 4. 18: Mái che đi vào ........................................................................................42
Hình 4. 19: Máng ăn đang chạy ................................................................................43
Hình 4. 20: Phun mái chạy ........................................................................................43

viii


PHẦN

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1. Giới thiệu
 T nh h nh thế giới
Chăn nuôi công nghệ cao là mô hình chăn ni ứng dụng kết hợp đƣợc
những cơng nghệ hiện đại, tiên tiến nhằm nâng cao hiệu quả, hiệu suất và tạo những
bƣớc đột phá trong nghề chăn nuôi. Trên thế giới đã có nhiều mơ hình cơ giới hóa
q trình chăn ni, ứng dụng cơng nghệ, cơng nghệ thơng tin để tự động hóa nhiều
quy trình: cho ăn, vệ sinh chuồng trại, khám sức khỏe, thu hoạch...
 Tình hình trong nước
Nƣớc ta là một nƣớc nơng nghệp truyền thống, vì vậy lĩnh vực chăn ni khá quan
trọng, trong đó có chăn ni gà. Các trang trại gà đẻ nƣớc ta hiện nay nói chung đã
có quy mơ, tuy nhiên việc áp dụng các công nghệ tự động vào các trang trại vẫn
chƣa nhiều, nên năng suất đầu ra vẫn chƣa đƣợc cao.
Để giảm đƣợc sức lao động của công nhân và nâng cao năng suất, chúng ta
phải biết ứng dụng trình độ kỹ thuật vào chăn ni, khi trang trại sử dụng hệ thống
tự động, chuồng trại có thể thiết kế nhiều tầng chồng lên nhau, nhằm tiết kiệm đƣợc
nhiều diện tích. Hệ thống hoạt động theo các thời gian trong ngày, hoặc ngày trong
tuần, do ngƣời công nhân cài đặt qua máy tính nên dễ dàng thay đổi cho phù hợp.
Vì vậy giảm thiểu ơ nhiễm mơi trƣờng trong chuồng trại, giảm đƣợc nguy cơ dịch
bệnh.
Do đó, đề tài “Nghiên cứu, thiết kế mơ hình mạch điều khiển chuồng gà tự
động” có thể đƣa ra thị trƣờng để đáp ứng nhu cầu ngƣời dân cũng nhƣ bảo vệ môi
trƣờng.

2. Mục tiêu của đề tài
Thiết kế, chế tạo mơ hình mạch điều khiển chuồng gà tự động và lắp đặt hệ
thống vào mơ hình chuồng gà một cách hợp lý.
3. Nội dung nghiên cứu
Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan về các thiết bị trong mạch điều khiển chuồng gà tự
động
Chƣơng 2: Thiết kế mơ hình mạch điều khiển cho chuồng gà tự động

1


Chƣơng 3: Xây dựng phần mềm điều khiển chuồng gà tự động
Chƣơng 4: Lắp đặt và chạy thử nghiệm
4. Đối tượng nghiên cứu
Mạch điều khiển chuồng gà tự động
5. Phương pháp nghiên cứu.
Trong quá trình nghiên cứu tác giả áp dụng hai phƣơng pháp nghiên cứu chính
là phân tích, tổng hợp lý thuyết và chế tạo thử nghiệm thực nghiệm

2


Chương
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG
1.1. T m hiểu một số hệ thống chăn gà có trên thị trường
1.1.1. Trang trại chăn ni gà bán cơng ngiệp chăm sóc bằng tay

,
Hình 1. 1: Trang trại gà bán cơng nghiệp chăm sóc bằng tay

Hình ảnh trên là một trang trại chăn nuôi gà bán công nghiệp đang rất phổ
biến ở nƣớc ta. Trang trại đƣợc xây dựng với quy mơ lớn , khép kín, ni đƣợc số
lƣợng nhiều con trên một lứa.
* Ƣu điểm:
- Vì là trang trại tập trung nên dễ kiểm soát đƣợc dịch bệnh, khi có cụm dịch.
- Chi phí để đầu tƣ chuồng trại thấp hơn – phù hợp với điều kiện của các gia
đình chăn ni ở nƣớc ta.
* Nhƣợc điểm:
- Dễ gây bệnh cho gà.
- Tốn nhân cơng chăm sóc cho gà ăn.
- Chiếm nhiều diện tích trang trại.

3


1.1.2. Trang trại chăn nuôi gà công nghiệp, tự động hóa hồn tồn.

Hình 1. 2: Trại gà cơng nghiệp chăm sóc tự động
Là trang trại chăn ni gà cơng nghiệp hố hồn tồn, đƣợc tự động hố
hồn tồn từ khâu chăm sóc đến cho ăn, uống. Vì vậy quy mơ trang trại có thế đến
vài trăm ngàn con/ trang trại.

Hình 1. 3 : Hệ thống bình đựng cám của trang trại.
 Ƣu điểm:
-

Quy mô rất lớn.

-

Cho gà ăn và uống phân hoàn toàn tự động.

4


-

Có hệ thống thơng khí và hệ thống làm mát tự động giúp trang trại thống
mát.

-

Ngƣời cơng nhân chỉ giảm sát tình hình gà qua hệ thống hiển thị, camera.

-

Các tầng chuồng đƣợc chồng lên nhau, nêm giảm diện tích chuồng trại.

-

Dễ kiểm soát đƣợc dịch bệnh.

 Nhƣợc điểm:
-

Vốn đầu tƣ trang trại cao: lên tới vài trăm tỷ.

-

Hết nhiều điện để cung cấp cho trang trại.

1.1.3. Nhận xét
Sau khi tìm hiểu tham khảo các ƣu nhƣợc điểm, của các hệ thống chăn gà có
sẵn trên thực tế, thì tác giả quyết định chọn hệ thống chăn nuôi gà tự động làm mơ
hình thực hiện đề tài vì mơ hình này giảm đƣợc sức lao động và mang lại năng suất
cao.
1.2. Giới thiệu các thiết bị sử dụng trong mạch điều khiển chuồng gà tự động
1.2.1. Giới thiệu về board mạch điều khiển Arduino
a. Khái niệm chung về Arduino
Arduino đã đƣợc mở rộng không ngừng trong những năm qua, với nhiều nhà
sản xuất và nhà phân phối trên toàn thế giới. Để có thể giao tiếp đƣợc với Arduino
ta cần phải có phần mềm Arduino IDE để kết nối và lập trình cho Arduino.
Arduino là một board mạch giúp chúng ta có thể dễ dàng lập trình. Có rất
nhiều loại mạch, bộ công cụ và shield (shield là các modul mở rộng để bổ sung tính
năng cho Arduino, thƣờng đi với thƣ viện lập trình tƣơng ứng) để giúp thực hiện
đƣợc bất cứ dự án nào một cách dễ dàng.
 Ưu điểm của Arduino
Khi lập trình với board Arduino chúng ta có thể dễ dàng chao đổi trên các
diễn đàn vì hiện nay cộng đồng Arduino phát triển khá là mạnh mẽ khơng chỉ trong
nƣớc mà cịn trên tồn thế giới.
Không tốn kém: Arduino tƣơng đối rẻ so với các nền tảng vi điều khiển khác.
Phiên bản ít tốn kém nhất của modul Arduino có thể đƣợc lắp ráp bằng tay và thậm
chí cả các modul lắp sẵn trƣớc cũng có giá trị ít hơn rất nhiều với các modul tích
hợp khác.

5


Mơi trường lập trình đơn giản, rõ ràng: Phần mềm Arduino (IDE) rất dễ sử
dụng cho ngƣời mới bắt đầu, nhƣng vẫn đầy đủ linh hoạt cho ngƣời dùng nâng cao.

Phần mềm nguồn mở rộng: Phần mềm Arduino IDE đƣợc xuất bản dƣới
dạng các cơng cụ mã nguồn mở, có thể mở rộng bằng các lập trình viên có kinh
nghiệm. Ngơn ngữ có thể đƣợc mở rộng thơng qua các thƣ viện C ++, và những
ngƣời muốn hiểu các chi tiết kỹ thuật và tìm hiểu kỹ hơn về ngơn ngữ lập trình có
thể thực hiện bƣớc nhảy vọt từ Arduino sang ngơn ngữ lập trình AVR-C mà nó dựa
vào. Tƣơng tự, bạn cũng có thể thêm mã AVR-C trực tiếp vào các chƣơng trình
Arduino nếu muốn.
 Nhược điểm của Arduino
Nó rất dễ bị nhiễu và bị treo khi phải làm việc trong mơi trƣờng khắc nhiệt.
Chính vì vậy để nó có thế làm việc đƣợc trong mơi trƣờng đó chúng ta cần phải
dùng các biện pháp chống nhiễu nó sẽ làm cho kết cấu phần cứng khá là phức tạp.
b. Ứng dụng của Arduino trong đời sống
Với việc đơn giản và dễ sử dụng của nó, Arduino đã đƣợc sử dụng trong
hàng ngàn dự án và ứng dụng khác. Phần mềm Arduino rất dễ sử dụng cho ngƣời
mới bắt đầu, nhƣng vẫn đủ linh hoạt cho ngƣời dùng nâng cao.
Giáo viên và sinh viên sử dụng nó để xây dựng các cơng cụ khoa học có chi
phí thấp, để chứng minh các nguyên lý hóa học và vật lý, hoặc để bắt đầu với lập
trình và robot.
Nhạc sĩ và nghệ sĩ sử dụng nó để cài đặt và thử nghiệm các nhạc cụ mới. Tất
nhiên, các nhà sản xuất sử dụng nó để xây dựng nhiều dự án khác nhau.
c. Arduino UNO R3
Arduino đã đƣợc mở rộng không ngừng trong những năm qua, với nhiều nhà
sản xuất và nhà phân phối trên tồn thế giới. Để có thể giao tiếp đƣợc với Arduino
ta cần phải có phần mềm Arduino IDE để kết nối và lập trình cho Arduino.Chọn
Arduino UNO R3 là bộ xử lý trung tâm cho bộ điều khiển.

6


Hình 1.4: Mạch aduino uno R3

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ
có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi
chân đều có các điện trở pull-up từ đƣợc cài đặt ngay trong vi điều khiển
ATmega328 (mặc định thì các điện trở này khơng đƣợc kết nối).
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt nhƣ sau:
- 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive –
RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thơng qua 2
chân này. Kết nối bluetooth thƣờng thấy nói nơm na chính là kết nối Serial khơng
dây. Nếu khơng cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không
cần thiết
- Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân
giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tƣơng ứng với 0V → 5V) bằng hàm analog Write ().
Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh đƣợc điện áp ra ở chân này từ mức
0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V nhƣ những chân khác.
- Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài các chức
năng thơng thƣờng, 4 chân này cịn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI
với các thiết bị khác.
- LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút
Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó đƣợc nối với chân số 13. Khi
chân này đƣợc ngƣời dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
- Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit
(0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên
board, bạn có thể để đƣa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức
là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo
điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit.
- Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp
I2C/TWI với các thiết bị khác.
1.2.2. Giới thiệu về động cơ DC
a. Cấu tạo động cơ một chiều
Cấu tạo động cơ một chiều gồm có: Phần cảm (stato); phần ứng (Roto); hệ

thống chổi than, vành góp

7


* Stato
Là phần đứng yên của máy, gồm các phần chính sau: Cực từ chính, cực từ
phụ, gơng từ.
- Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trƣờng, gồm:
+ Lõi sắt làm bằng lá thép kĩ thuật điện, đƣợc ép và tán chặt lại.
+ Dây quấn kích từ: quấn bằng dây đồng có bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều
bọc cách điện kĩ thành một khối, đựơc tẩm sơn cách điện trƣớc khi đặt lên cực từ.
- Cực từ phụ: Đặt giữa các cực từ chính với tác dụng cải thiện đổi chiều, gồm:
+ Lõi thép: làm bằng thép khối
+ Dây quấn: làm bằng đồng, có bọc cách điện, mỗi cuộn dây đều đƣợc bọc
cách điện tạo thành khối và đƣợc tẩm sơn cách điện.
- Gông từ: Gông từ đƣợc dùng làm mạch từ nối liền các cực từ chính đồng
thời làm vở máy.

Hình 1.5: Hình ảnh stator của động cơ điện một chiều
* Roto
Là phần quay của động cơ, bao gồm: Lõi sắt phần ứng, dây quấn phần ứng, cổ
góp.
- Lõi sắt phần ứng: Có tác dụng dẫn từ, và đƣợc làm từ lá thép kĩ thuật điện
đựơc phủ cách điện mỏng ở 2 mặt rồi ép chặt.
- Dây quấn phần ứng: Nó đƣợc làm bằng dây đồng có bọc cách điện, đƣợc
quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép.
- Cổ góp: Dùng để đổi dịng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
- Các bộ phận khác bao gồm:
+ Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy

+ Trục máy: Là bộ phận trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt, ổ bi…
Trục máy thƣờng làm bằng thép cacbon tốt.

8


- Hệ thống chổi than – vành góp: Dùng để đƣa điện áp một chiều vào cuộn dây
phần ứng và đổi chiều dịng điện trong cuộn dây phần ứng.

Hình 1.6: Hình ảnh roto động cơ điện một chiều
b. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều
Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều dựa trên định luật lực điện
từ: Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đƣờng sức từ trƣờng, thanh dẫn
sẽ chịu một lực điện từ tác dụng có trị số là:
Fdt = B.i.l
Trong đó:
B

là từ cảm (T)

i

là dịng điện (A)

l

là chiều dài hiệu dụng thanh dẫn (m)

Fdt

là lực điện từ (N), có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái

Hình 1.7:Mô phỏng định luật lực điện từ
- Khi cung cấp điện cho động cơ, điện áp U của nguồn điện sẽ gây ra dòng
điện I trong thanh dẫn. Dƣới tác dụng của từ trƣờng sẽ có lực điện từ Fdt = Bil tác
dụng lên thanh dẫn làm thanh dẫn chuyển động với tốc độ v có chiều nhƣ hình vẽ 1.1.
- Lúc này công suất điện đƣa vào động cơ: Pd = ui = ei =Bilv; Nên Pd = Fdt.v

9


Ta thấy công suất điện đƣa vào động cơ đã đƣợc biến thành công suất cơ P cơ
= Fdt.v trên trục động cơ, làm cho thanh dẫn chuyển động với vận tốc v.
- Ở động cơ điện một chiều, khi ta đặt một điện áp lên dây quấn kích từ Uk
nào đó thì trong dây quấn kích từ sẽ xuất hiện dịng kích từ ik và do đó mạch từ của
n

m

K 1

j 1

máy sẽ có từ thơng Φ. Theo định luật mạch từ (  H k . l K  W j. i j ) thì mạch từ đã
tạo ra từ trƣờng.
- Để hiểu rõ nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều, ta giả sử động cơ
điện một chiều đƣợc mô phỏng một cách đơn giản qua việc làm quay khung dẫn
abcd theo một chiều duy nhất.

Hình 1.8: Mơ hình đơn giản của động cơ điện một chiều

+ Nếu ta đặt điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B thì trong dây quấn
phần ứng sẽ có một dịng điện I ƣ chạy qua. Các thanh dẫn ab, cd có dịng điện nằm
trong từ trƣờng (từ trƣờng tạo bởi phần kích từ của động cơ), sẽ tạo ra các lực Fdt
ngựơc chiều nhau, tác dụng làm cho roto quay (hình 1.2 a)
(Chiều lực xác định theo quy tắc bàn tay trái)
+ Khi phần ứng quay đƣợc nửa vịng, vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ cho
nhau, tuy nhiên do có phiến góp đổi chiều dịng điện nên chiều lực từ tác dụng
khơng đổi, đảm bảo động cơ có chiều quay khơng đổi (hình 1.2 b).
Và cứ nhƣ vậy, ta thấy năng lƣợng điện đã biến thành năng lƣợng cơ làm cho động
cơ quay theo một chiều duy nhất.
Lƣu ý:
Trƣớc khi mở máy động cơ ta phải điều chỉnh biến trở kích từ để từ thông 
đạt giá trị lớn nhất  max.
Trong q trình hoạt động, cần duy trì từ thơng kích từ lớn hơn một giá trị tối
thiểu cho phép  >  min .

10


Đối với động cơ dùng nam châm vĩnh cửu thì cần đảm bảo cƣờng độ từ
trƣờng đủ lớn và đều.
c. Phân loại động cơ điện một chiều
Dựa vào phƣơng pháp kích từ, ngƣời ta chia động cơ điện một chiều thành
các loại sau:
+ Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Dịng điện kích từ của máy lấy từ
nguồn điện khác không liên hệ với phần ứng của máy (hình 1.5a)
+ Động cơ điện một chiều kích từ song song: Dây quấn kích từ nối song song
với mạch phần ứng (hình 1.5b)
+ Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Dây quấn kích từ mắc nối tiếp với
mạch phần ứng (Hình 1.5c)

+ Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm 2 dây quấn kích từ, dây
quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp, trong đó dây quấn kích từ song
song thƣờng là chủ yếu (Hình 1.5d)

Hình 1.9: Phân loại động cơ điện một chiều theo kích từ
1.2.3. Cơng tắc hành trình
a. Đặc điểm cấu tạo chính của van

Hình 1.10: Cơng tắc hành trình
Cơng tắc hành trình cịn đƣợc gọi là cơng tắc điểm cuối trƣớc hết là một loại
công tắc. Tức là có chức năng đóng mở, đƣợc đặt tại một vị trí nhất định nào đó trên
đƣờng hoạt động của một dịng điện hay một động cơ nào đó mà đến vị trí của cơng

11


tắc sẽ có sự thay đổi xảy ra. Có thể tắt, có thể chuyển hƣớng, có thể quay và có thể
chuyển hóa đƣợc từ động cơ thành tín hiệu. Nhƣ vậy khái qt lại cơng tắc hành
trình là thiết bị dùng để giới hạn hành trình của các bộ phận chuyển động khác.
b. Nguyên lý hoạt động
Dùng để đóng cắt mạch dùng ở lƣới điện hạ áp, nó có tác dụng giống nhƣ nút
ấn động tác ấn bằng tay đƣợc thay thế bằng động tác va chạm của các bộ phận cơ
khí. Và khi có ngoại lực tác động tới công tắc sẽ đƣợc ấn xuống, tác động tới giá đỡ
tiếp điểm đồng thời tiếp điểm sẽ đƣợc chuyển trạng thái làm cho q trình chuyển
động cơ khí thành tín hiệu điện.
1.2.4. Module relay 8 kênh
a. Khái niệm
Relay là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp
khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là thiết bị điện dùng để đóng
cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực.

b. Phân loại
Có hai loại module rơ-le: module rơ-le đóng ở mức thấp (nối cực âm vào
chân tín hiệu rơ-le sẽ đóng), module rơ-le đóng ở mức cao (nối cực dƣơng vào chân
tín hiệu rơ-le sẽ đóng). Nếu so sánh giữa 2 module rơ-le có cùng thơng số kỹ thuật
thì hầu hết mọi kinh kiện của nó đều giống nhau, chỉ khác nhau ở transistor của mỗi
module (có 2 loại transistor là NPN - kích ở mức cao, và PNP - kích ở mức thấp).

c. Nguyên lý
Rơ le điện từ hoạt động trên nguyên tắc của nam châm điện thƣờng dùng để
đóng cắt mạch điện có cơng suất nhỏ, tần số đóng cắt lớn.
Khi có dịng điện chạy qua cuộn dây sẽ sinh ra lực hút điện từ hút tấm động
về phía lõi. Lực hút điện từ có giá trị tỷ lệ thuận với bình phƣơng dịng điện và tỷ lệ
nghịch với khoảng cách khe hở mạch từ. Khi dòng điện trong cuộn dây nhỏ hơn
dịng tác động thì lực hút điện từ lớn hơn lực kéo lò xo, tấm dộng bị hút về phía làm
cho khe hở mạch từ nhỏ nhất, tức là hút về phía phần tĩnh. Khi khe hở mạch từ nhỏ,
lực hút càng tăng tấm động đƣợc hút dứt khốt về phía phần tĩnh và tiếp điểm động
sẽ đóng vào tiếp điểm tĩnh.
d. Thơng số kỹ thuật

12


Hình 1. 11: Module relay 8 kênh
- Điện áp hoạt động: 5VDC hoặc 12VDC
- Dịng tiêu thụ: 200mA/1Relay
- Tín hiệu kích: High (5V/12V) hoặc Low (0V) chọn bằng Jumper.
- Relay trên mạch: + Nguồn nuôi: 5VDC hoặc 12VDC + Tiếp điểm đóng
ngắt max: 250VAC-10A hoặc 30VDC-10A
- Kích thƣớc: 155mm * 55mm * 19mm
1.2.5. Module cảm biến mưa

a. Khái niệm
Cảm biến mƣa (Rain sensor) là loại cảm biến đƣợc dùng để phát hiện mƣa
hoặc nƣớc. Module cảm biến mƣa gồm có 2 phần: mạch cảm biến mƣa và mạch
điều chỉnh độ nhạy. Trên mạch điều chỉnh độ nhạy có chiết áp dùng để điều chỉnh
độ nhạy đầu ra kỹ thuật số D3, có một đèn led nguồn, sáng lên mỗi khi module cảm
biến đƣợc bật và một led đầu ra kỹ thuật số D3.
b. Nguyên lý hoạt động
Module cảm biến mƣa hoạt động bằng cách so sánh hiệu điện thế của mạch
cảm biến nằm ngoài trời với giá trị định trƣớc (giá trị này thay đổi đƣợc thông qua 1
chiếc áp màu xanh) từ đó phát ra tín hiệu đóng/ngắt rơ le qua chân D3. Module
dùng ic lm393 là vi mạch gồm hai bộ so sánh hoạt động độc lập với điện áp bù nhỏ
cỡ 2.0mV, hoạt động với cả nguồn cấp đơn hoặc hai nguồn đối xứng. Vi mạch
LM393 đƣợc sử dụng nhiều trong các bộ chuyển đổi tƣơng tự – số đơn giản, trong
các khối VCO, trong các mạch tạo trễ thời gian, sóng vng, các mạch dao động và
cổng logic số thế cao.
Về cơ bản, điện trở của mạch cảm biến mƣa thay đổi theo lƣợng nƣớc trên bề mặt
của nó, khi trên bề mặt mạch cảm biến:

13


- Ƣớt: điện trở tăng và điện áp đầu ra giảm.
- Khô: điện trở giảm và điện áp đầu ra tăng.

Hình 1.12 : Module cảm biến mưa
c. Thơng số kỹ thuật
Điện áp: 5V
Led báo nguồn (Màu xanh)
Led cảnh báo mƣa (Màu đỏ)
Có 2 dạng tín hiệu: Analog (AO) và Digital (DO)

Dạng tín hiệu: TTL, đầu ra 100mA (Có thể sử dụng trực tiếp Relay, cịi cơng
suất nhỏ…)
Điều chỉnh độ nhạy bằng biến trở.
Sử dụng LM358 để chuyển AO –> DOM
1.2.6. Module cảm biến ánh sáng
a. Khái niệm
Cảm biến ánh sáng là công tắc cảm biến thông minh, cảm nhận đƣợc sự biến
đổi của môi trƣờng thông qua độ sáng tối bằng quang trở. Cảm biến đƣợc sử dụng
gắn vào các loại đèn hoặc công tắc dùng bật đèn tự động hoặc mở thiết bị khác hoàn
toàn tự động…
b. Nguyên lý hoạt động
Module cảm biến ánh sáng hoạt động bằng cách so sánh hiệu điện thế của
quang trở với giá trị định trƣớc (giá trị này thay đổi đƣợc thông qua 1 chiếc áp màu
xanh) từ đó phát ra tín hiệu đóng /ngắt rơ le qua chân D2. Module dùng ic lm393 là
vi mạch gồm hai bộ so sánh hoạt động độc lập với điện áp bù nhỏ cỡ 2.0mV, hoạt
động với cả nguồn cấp đơn hoặc hai nguồn đối xứng. Độ nhiễu thấp do đƣợc thiết

14


kế mạch lọc tín hiệu trƣớc khi so sánh với ngƣỡng và độ nhạy cao với ánh sáng
đƣợc tùy chỉnh bằng biến trở.
Về cơ bản, điện trở của mạch cảm ánh sáng thay đổi theo độ sáng tối.

Hình 1.13: Module cảm biến ánh sáng
c. Thông số kỹ thuật
- Điện áp hoạt động 3.3 – 5 V
Kết nối 4 chân với 2 chân cấp nguồn (VCC và GND) và 2 chân tín hiệu ngõ ra (AO
và DO).
- Hổ trợ cả 2 dạng tín hiệu ra Analog và TTL. Ngõ ra Analog 0 – 5V tỷ lệ thuận với

cƣờng độ ánh sáng, ngõ TTL tích cực mức thấp.
- Độ nhạy cao với ánh sáng đƣợc tùy chỉnh bằng biến trở.
- Kích thƣớc 32 x 14 mm
1.2.7. Cảm biến nhiệt độ lm35
a. Khái niệm
Cảm biến nhiệt độ LM35 có điện áp Analog đầu ra tuyến tính theo nhiệt độ
thƣờng đƣợc sử dụng để đo nhiệt độ của môi trƣờng hoặc theo dõi nhiệt độ của thiết
bị cảm biến có kiểu chân TO-92 với chỉ 3 chân rất dễ giao tiếp và sử dụng.
b. Nguyên lý hoạt động

Hình 1.14 : Lm35
Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra một giá trị hiệu điện thế nhất định tại
chân Vout (chân giữa) ứng với mỗi mức nhiệt độ. Nhƣ vậy, bằng cách đƣa vào chân
bên trái của cảm biến LM35 hiệu điện thế 5V, chân phải nối đất, đo hiệu điện thế ở

15