Nghiên cứu và thiết kế “ hệ thống tưới cây tự động ”

LỜI CẢM ƠN
Kính thưa q thầy cơ!
Để có thể hồn thành đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn các
thầy, các cô giáo trong trường Đại Học Cơng 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- 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 viện và giúp
đỡ em rất nhiều để em hồn thành được cơng việc của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
NGUYỄN DUY KHÁNH

i


LỜI CAM ĐOAN
Để hồn 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 04 năm 2016
Sinh viên
Nguyễn Duy Khánh

ii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN.....................................................................................................ii
MỤC LỤC................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU............................................iv
DANH MỤC CÁC HÌNH........................................................................................v
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
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH ĐIỀU
KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG.......................................................8
2.1. Vi điều khiển AT89C55....................................................................................8
2.1.1. Sơ đồ chân của vi điều khiển AT89C55...................................................8
2.1.2. Cấu trúc của vi điều khiển AT89C55.......................................................8
2.1.3. Các bộ timer của AT89C55....................................................................10
2.1.4. Điều khiển ngắt (INTERRUPT) của AT89C55......................................11
2.2. Đồng hồ thời gian thực DS1307.....................................................................11
iii


2.3. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm...........................................................................13
2.4. Màn hình LCD...............................................................................................17
2.5. Rơ le (relay)...................................................................................................18

2.6. Tụ điện...........................................................................................................18
2.7. Cuộn cảm.......................................................................................................20
2.8. Điện trở..........................................................................................................21
2.9. Điot.................................................................................................................22
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN.......................................................22
3.1. Xây dựng bài toán..........................................................................................24
3.2. Thiết kế mạch điều khiển...............................................................................25
3.2.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển tưới cây................................25
3.2.2. Các khối trong mạch..............................................................................27
3.3.2. Mạch in thực tế sau khi thiết kế.............................................................29
3.3.3. Thiết kế phần mềm.................................................................................31
3.3.4. Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển...................................................32
3.3.4. Mạch sau khi chạy mô phỏng bằng phần mềm Proteus.........................35
3.3.5. Mạch thực tế sau khi chạy thử................................................................35
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI..............................................37
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................38
PHỤ LỤC................................................................................................................38
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Viết tắt

Viết đầy đủ tiếng Anh
iv

Viết đầy đủ tiếng Việt


MCU
DC
AC
VĐK

Microcontroller Unit
Direct Current
Alternating Current

Bộ vi điều khiển
Dòng điện một chiều
Dòng điên xoay chiều
Vi điều khiển

DANH MỤC CÁC HÌNH
LỜI CAM ĐOAN.....................................................................................................ii
MỤC LỤC................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU............................................iv
DANH MỤC CÁC HÌNH........................................................................................v
v


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
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH ĐIỀU
KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG.......................................................8

2.1. Vi điều khiển AT89C55....................................................................................8
2.1.1. Sơ đồ chân của vi điều khiển AT89C55...................................................8
2.1.2. Cấu trúc của vi điều khiển AT89C55.......................................................8
2.1.3. Các bộ timer của AT89C55....................................................................10
2.1.4. Điều khiển ngắt (INTERRUPT) của AT89C55......................................11
2.2. Đồng hồ thời gian thực DS1307.....................................................................11
2.3. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm...........................................................................13
2.4. Màn hình LCD...............................................................................................17
2.5. Rơ le (relay)...................................................................................................18
2.6. Tụ điện...........................................................................................................18
vi


2.7. Cuộn cảm.......................................................................................................20
2.8. Điện trở..........................................................................................................21
2.9. Điot.................................................................................................................22
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN.......................................................22
3.1. Xây dựng bài toán..........................................................................................24
3.2. Thiết kế mạch điều khiển...............................................................................25
3.2.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển tưới cây................................25
3.2.2. Các khối trong mạch..............................................................................27
3.3.2. Mạch in thực tế sau khi thiết kế.............................................................29
3.3.3. Thiết kế phần mềm.................................................................................31
3.3.4. Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển...................................................32
3.3.4. Mạch sau khi chạy mô phỏng bằng phần mềm Proteus.........................35
3.3.5. Mạch thực tế sau khi chạy thử................................................................35
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI..............................................37
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................38
PHỤ LỤC................................................................................................................38

vii


LỜI MỞ ĐẦU
1.

Tính cấp thiết của đề tài
Nền nơng nghiệp của nước ta hiện nay vẫn cịn là nền nơng 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 khơng đảm bảo được đúng u cầu. Có thể nói trong nơng học ngồi
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 tồn thì lại rất tốn thời gian và cơng sức.”
Ngồi 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 tồn
giao thơng.
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, khơng
bù áp, tưới nhỏ giọt...) có thơng 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 tốn các thơng số để lựa chọn thiết
1


bị hệ thống tưới đáp ứng được nhu cầu tưới cho tùng 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 khơng 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 trơi, khơng gây ơ
nhiễm mơi trường, thối 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 cơng tưới nước và khơng 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 tốn và đưa ra thời gian chính xác để
bơm nước. Người lao động sẽ khơng 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 cơng. Vốn đã rất phổ biến từ
2


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 nơng dân ở nơng thơn cùng với q trình hiện đại hóa
nơng nghiệp nơng thơn nhưng khơng 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 địi 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 cịn 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 khơng 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 mơ 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.
Nhiệm vụ nghiên cứu: Để thực hiện được những mục tiêu trên, em xác
định cho mình những nhiệm vụ sau đây:
3


Thứ nhất, nghiên cứu về các cơng 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 mơ phỏng trên máy
tính.
Thứ ba, tiến hành làm mơ hình, thử nghiệm mơ hình nhiều lần, kiểm
tra lỗi và từ đó hồn 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

4

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 q trình thu thập thơng 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 khơng 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 hịa, tủ lạnh
• Hệ thống báo chng giờ học
• Hệ thống đèn giao thơng, vv…
Trong cơng 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 hồn thiện của cơng 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 cơng nghệ tự động có cơ hội phát triển
mạnh mẽ, đem lại mn 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 chun mơn hóa và hốn 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

trị vơ cùng quan trọng và khơng thể thiếu, bởi vì nó khơng 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 cơng việc cơ bắp nặng nhọc, công việc nguy hiểm, độc hại, cơng việc
tinh vi hiện đại…cịn trong đời sống con người những công nghệ này sẽ được ứng
5


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.
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 cịn
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 Đơng 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 cơng. Tuy nhiên những hệ

thống này vẫn cịn 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
6


bằng tay nơng dân chỉ cần bấm nút là có thể bơm được. Cịn khi khơng ở nhà nơng
dân muốn tưới rau thì có thể tưới bằng cách soạn tin nhắn 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.“ (Hữu Ký 2015)
“Hệ thống tưới phun tự động đa năng - một cơng 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 1cảm 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 thơng số độ ẩm của đất hoặc nhiệt độ khơng 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.”
(Nguyên Thu 2014)

7


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH ĐIỀU
KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG
2.1. Vi điều khiển AT89C55
2.1.1. Sơ đồ chân của vi điều khiển AT89C55

Hình 2.1 : Sơ đồ chân của VĐK AT89C55
Chip AT89C55 có đặc điểm sau:
- 20K Byte bộ nhớ chương trình trên chip
- Dao động với thạch anh bên ngoài trong khoảng từ 0Hz đến 33Mhz
- Bộ nhớ RAM dùng cho dữ liệu 8x256
- 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
- Có thể giao tiếp với bộ nhớ bên ngoài
2.1.2. Cấu trúc của vi điều khiển AT89C55
- AT89C55 có tất cả 40 chân
Chức năng của các chân vi điều khiển:

8


• 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 ngồi 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 ngồi 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 ngồi (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)

9

• 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 ngồi.
• 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 ngồi.
• 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 ngồi.
• 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 khơng 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 AT89C55
Bộ vi điều khiển AT89C55 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 89C55.
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

10

các ngõ ra. Các ứng dụng khác có thể sử dụng việc tạo xung nhịp đều đặn của timer
để đo thời gian trơi qua giữa hai sự kiện (ví dụ đo độ rộng xung)
2.1.4. Điều khiển ngắt (INTERRUPT) của AT89C55
Một ngắt là sự xảy ra một điều kiện, một sự kiện mà nó gây ra treo tạm thời
thời chương trình chính trong khi điều kiện đó được phục vụ bởi một chương trình
khác.
Các ngắt đóng một vai trị 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 AT89C55 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.
Ngồi ra DS1307 cịn 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 xuất hiện ở 2 gói
SOIC và DIP có 8 chân như trong hình 2.2 .

11


Hình 2.2: Hai gói cấu tạo chip DS1307
Các chân của nó được mơ tả như sau:
- 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 khơng 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 mà
chúng ta đã tìm hiểu trong bài TWI của AVR.”(AVR tutorial 2015)
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:

12


Hình 2.3: 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.

Hình 2.4: Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11
Nó có cấu tạo gồm 4 chân như hình :
-Chân 1: Chân nối nguồn VCC 5VDC
-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:
13


Hình 2.5: 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:
 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 lại 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
14


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 hồn 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 : giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH%)
• Byte 2 : giá trị phần thập phân của độ ẩm (RH%)
• Byte 3 : giá trị phần nguyên của nhiệt độ (TC)
• Byte 4 : giá trị phần thập phân của nhiệt độ (TC)
• Byte 5 : kiểm tra tổng.
⇒ 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 khơng 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:

15


• Bit 1:

Sau khi tín hiệu được đưa về 0, ta đợi chân DATA của MCU được DHT11
kéo lên 1. Nếu chân DATA là 1 trong khoảng 26-28 us thì là 0, cịn nếu tồn tại 70us
là 1. Do đó trong lập trình ta bắt sườn lên của chân DATA, sau đó delay 50us. Nếu
giá trị đo được là 0 thì ta đọc được bit 0, nếu giá trị đo được là 1 thì giá trị đo được
là 1. Cứ như thế ta đọc các bit tiếp theo
16

2.4. Màn hình LCD
Trong đồ án này, em sử dụng LCD 16x4 4 dịng 16 cột vì nó có màn hình
rộng, hiển thị được nhiều thơng số, thuận tiện cho việc tùy chỉnh cài đặt tự động.
Màn hình LCD đã rất phổ biến trên thị trường. Sử dụng nguồn nuôi thấp (từ
2,5 đến 5V). LCD hoạt động ở 2 chế độ 4 bít và 8 bít,
5V
U1

4

N E XT

5

OK

6
7
8

10

VAN1

11

VAN2

12

MENU

13
14
15
16
17
18
19
20

p 1 .2

P 0 .1

p 1 .3

P 0 .2

p 1 .4

P 0 .3

p 1 .5 ( M O S I)

P 0 .4

p 1 . 6 (M I S O )

P 0 .5

p 1 . 7 (S C K )

P 0 .6

RST
P 3.0
P 3.1

89S52

9
BOM1

P 0 .0

P 0 .7
E A /V P P

A L E /P R O G

P 3.2

PSEN

P 3.3

P 2 .7

P 3.4

P 2 .6

P 3.5

P 2 .5

P 3.6

P 2 .4

P 3.7

P 2 .3

XTA L1

P 2 .2

XTA L2

P 2 .1

GND

P 2 .0

40
39

38
37
36
35
LC D 1
LC D

34
33
32
5V

31

LCD

30
29
28

D7

27

D6

26

D5

25

D4

5V
5V
R 14
10k

D4
D5
D6
D7

3

G IA M

VCC

p 1 . 1 (T 2 E X )

VSS
VDD
VEE
RS
RW
ENB
D0
D1

D2
D3
D4
D5
D6
D7
A
K

TA N G

p 1 . 0 (T 2 )

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

2

RS
RW
EN

1

24
23

EN

22

RW

21

RS

R 13
10k

89s52

Hình 2.6: Sơ đồ chân và kết nối LCD với VĐK
LCD16x4 được ghép nối thông qua Port P2 (từ P2.0 đến P2.7 không sử dụng
P2.3). P2.0 nối với chân RS, P2.1 nối chân R/W, P2.2 nối chân E và chân P2.4 đến
P2.7 là chân dữ liệu vào.

Trong đó:
-VSS : Chân nối đất
-VDD: Chân nối nguồn 5VDC
-VEE: Chân chọn độ tương phản , chân này được nối với 1 biến trở 10k 1
đầu nối VCC, 1 đầu nối mass để tùy chỉnh độ tương phản cho màn hình LCD.
- Chân chọn thanh ghi RS, có 2 chế độ chọn thanh ghi
+ RS=0 ở chế độ ghi lệnh vào LCD như xóa màn hình, bật tắt con trỏ, vv...
+ RS=1 ở chế độ ghi dữ liệu như hiển thị kí tự, chữ, số lên màn hình.
-Chân chọn chế độ đọc/ghi R/W: cho phép người dùng ghi thông tin lên
LCD R/W=0 hoặc đọc thông tin LCD R/W=1.
17


-Chân cho phép E (Enable): Khi có 1 tín hiệu được đưa lên chân dữ liệu, khi
có 1 xung từ mức cao đến mức thấp (xung cho phép) của chân E thì các lệnh được
chấp nhận.
-Chân D0-D7: Đây là 8 chân dữ liệu 8 bít, được dùng để gửi thơng tin lên
LCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD.
2.5. Rơ le (relay)
Rơ le (relay) là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện. Nói là một
cơng tắc vì rơ le có 2 trạng thái ON và OFF. Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ
thuộc vào có dịng điện chạy qua rơ le hay khơng.

Hình 2.7: Rơ le 5V và sơ đồ các chân.
Nguyên lý hoạt động:
Khi có dịng điện chạy qua rơ le, dịng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên
trong và tạo ra một từ trường hút. Từ trường hút này tác động lên một địn bẩy bên
trong làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện và như thế sẽ làm thay đổi trạng thái
của rơ le. Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tùy vào thiết kế.
2.6. Tụ điện

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rộng rãi trong các mạch
điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín
hiệu, mạch tạo dao động, vv… Có tác dụng nạp xả điện, ổn định điện áp đầu ra.
“Cấu tạo bởi hai bề mặt dẫn điện được ngăn cách bởi điện môi.
18