hệ thống tưới cây tự động sử dụng pic18f4520

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
---------------------------------------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế hệ thống tưới nước tự động

Giảng viên hướng dẫn

: ThS. Nguyễn Tuấn Anh

Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Trung Hiếu

Mã sinh viên

: 2017604751

Hà Nội - 2021


1

LỜI NĨI ĐẦU
Nền nơng nghiệp của nước ta là nền nơng nghiệp vẫn cịn 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 thủ cơng và
khơng đảm bảo được đúng u cầu. Có thể nói trong nơng học ngồi những kỹ
thuật trồng trọt, chăm sóc thì tưới nước là một trong các khâu quan trọng nhất

trong trồng trọt, để đảm bảo cây trồng sinh trưởng và phát triển bình thường,
tưới đúng và tươi 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.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trường Đại Học Công Nghiệp Hà
Nội đã tận tình dạy dỗ trong suốt những năm qua. Trong đó phải kể đến q thầy
cơ trong khoa Điện Tử đã tạo điều kiện cho em thực hiện đồ án tốt nghiệp này.
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn ThS.Nguyễn Tuấn
Anh đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ em trong
quá trình thực hiện đề tài. Cung cấp cho em những kiến thức quý báu cũng như
những lời khuyên cực kỳ hữu ích. Tạo động lực cho em hồn thành tốt nhiệm vụ
của mình.
Em xin cảm ơn những ý kiến đóng góp của các thầy cơ giáo và các bạn
cho việc thực hiện đề tài này. Để hoàn thành em đã nỗ lực nghiên cứu, thiết kế
và chế tạo, nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên khơng thể tránh
khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những lời góp ý chân thành từ
thầy cơ và các bạn để có thêm những hiểu biết và hồn thiện hơn trong q trình
làm việc sau này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Trung Hiếu


2


3

CHƯƠNG 1: MỤC LỤC
MỤC LỤC.........................................................................................................I
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.....................................................................III

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT...................................................................7
LỜI CẢM ƠN..............................ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
MỞ ĐẦU......................................ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNGError!
Bookmark not defined.
1.1. Khái niệm về hệ thống tự động.................Error! Bookmark not defined.
1.2. Vai trò của tự động hóa trong q trình sản xuất.....Error! Bookmark not
defined.
1.3. Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng..............Error!
Bookmark not defined.
1.4. Các dạng chính của hệ thống tưới tự độngError! Bookmark not defined.
1.5. Các nghiên cứu ở nước ngoài...................................................................20
1.6. Các nghiên cứu trong nước......................................................................21
1.7. Quy trình cơng nghệ.................................................................................21
1.8. Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung.........Error! Bookmark not defined.
1.9. Kết luận chương 1....................................................................................22
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG...........Error!
Bookmark not defined.
2.1 Xây dựng sơ đồ khối..................................Error! Bookmark not defined.
2.2 Chức năng của từng khối...........................Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Khối vi điều khiển PIC 18F4520...Error! Bookmark not defined.
2.2.2. Khối cảm biến nhiệt độ và độ ẩm..................................................31
2.2.3. Khối hiển thị thời gian thực Ds1307Error! Bookmark not defined.
2.2.4. Khối hiển thị LCD.........................................................................34
2.2.5. Khối nguồn sử dụng LM2576.......Error! Bookmark not defined.
2.2.6. Khối tạo dao động.........................................................................36
2.3. Giao thức I2C...........................................Error! Bookmark not defined.
2.3.1. Giới thiệu.......................................Error! Bookmark not defined.

4
2.3.2. Đặc điểm giao tiếp I2C..................Error! Bookmark not defined.
2.3.3. Chế độ hoạt động (tốc độ truyền). .Error! Bookmark not defined.
2.3.4. Tín hiệu START và STOP..............Error! Bookmark not defined.
2.4. Lưu đồ thuật toán......................................Error! Bookmark not defined.
2.5. Kết luận chương 2....................................................................................38
CHƯƠNG 3 MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ..Error!
not defined.

Bookmark

3.1. Mơ hình thực nghiệm...............................Error! Bookmark not defined.
3.1.1. Sơ đồ nguyên lí..............................Error! Bookmark not defined.
3.1.2. Sơ đồ mạch in và mạch thực tế......Error! Bookmark not defined.
3.2. Đánh giá và kết luận.................................Error! Bookmark not defined.
3.2.1. Kết quả đạt được............................Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Kết luận chương 3.........................Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC........................................................Error! Bookmark not defined.


5

DANH MỤC CÁC HÌNH Ả
Hình 1. 1. Hệ thống tưới nước phun mưa [2].............................................X
Hình 1. 2. Hệ thống tưới nước phun xương [2]......................................XIII
Hình 1. 3. Hệ thống tưới nước nhỏ giọt [2]...........................................XVI
Hình 1. 4. Hệ thống tưới nước cảnh quan, cây cỏ [2].........................XVIII
Y
Hình 2. 1. Sơ đồ chân của PIC 18F4520 [3].........................................XXII

Hình 2. 2. Tổ chức bộ nhớ chương trình [3].........................................XXV
Hình 2. 3. Bộ nhớ dữ liệu RAM [3]....................................................XXVI
Hình 2. 4. Cảm biến LM35 [4]............................................................XXIX
Hình 2. 5: mạch thu phát HC05............................................................XXX
Hình 2. 6. Khối hiển thị LCD [9].......................................................XXXII
Hình 3. 1: sơ đồ hệ thống................................................................XXXVII
Hình 3. 2: Sơ đồ khối điều khiển trung tâm..................................XXXVIII
Hình 3. 3: Sơ đồ phím bấm bật tắt quạt và đèn................................XXXIX
Hình 3. 4: sơ đồ khối nguần điều khiển...................................................XL
Hình 3. 5: chân cắm cảm biến DHT11....................................................XL
Hình 3. 6: thực hiện nạp mạch.................................................................XL
Hình 3. 7: khối nguần động lực điều khiển cho máy bơm.....................XLI
Hình 3. 8: Mạch in................................................................................XLII
Hình 3. 9: Sơ đồ mạch in.....................................................................XLIII
Hình 3. 10: giao diện hệ thống............................................................XLIX
Hình 3. 11: Thực hiện code bằng cách kéo thả....................................XLIX


6

DANH MỤC BẢNG BIỂ


7

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ
viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

SSP

Synchronous Serial Port

SPI

Serial Peripheral Interface

I2C

Inter- Intergrated Circuit

PSP

Parallel Slave Port

SFG

Special Function Register

GPR
MSSP

tiếp
Chuẩn giao tiếp nối
tiếp
song

Serial Port

Thanh ghi chức năng
đặc biệt của bộ nhớ dữ liệu
Thanh ghi mục đích
chung
Khối giao diện đồng
bộ nối tiếp

Real- Time Clock

SQW/

Square

LCD

Giao diện ngoại vi nối

Synchronous

RTC

OUT

bộ

Cổng giao tiếp song

General Purpose Register
Master

Cổng giao tiếp đồng

Wave/

Đồng hồ thời gian
thực
Output

Driver
Liquid Crystal Display

Ngõ

ra

tạo

xung

vuông của Ds1307
Màn hình hiển thị
LCD


1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TƯỚI CÂY

TỰ ĐỘNG
1.1

Hệ thống điều khiển tự động
Điều khiển tự động là ứng dụng của lý thuyết điều khiển tự động vào việc

điều khiển các q trình khác nhau mà khơng cần tới sự can thiệp của con người.
Một trong những dạng điều khiển đơn giản nhất là điều khiển vịng kín, một bộ
điều khiển sẽ so sánh một giá trị đo được với một giá trị đặt, và xử lý tín hiệu sai
số thu được để thay đổi đầu vào của quá trình, theo đó đầu ra được điều khiển ổn
định quanh giá trị đặt. Điều khiển vịng kín trên là ứng dụng điều khiển phản hồi
âm. Cơ sở toán học của lý thuyết điều khiển bắt đầu từ thế kỷ 18, và được phát
triển hoàn thiện vào thế kỷ 20. Việc thiết kế một hệ thống với các đặc điểm của
lý thuyết điều khiển thường yêu cầu các phản hồi điện hoặc cơ để thu nhận các
biến đổi của đặc tính động học của các hệ thống điều khiển. Việc điều khiển
được thực hiện thông qua điều chỉnh năng lượng đầu vào của hệ thống.
Những sản phẩm thực tế có chu kì tuần hồn cả cách vận hành với quy
trình thiết kế, để giảm những áp lực đó người ta đã hình thành lên cách điêu
khiển sự việc một cách tự động.
1.2

Điều khiển tự động trong tưới tiêu cây trồng
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 ở 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 tử
nhiều nước trên thế giới. Tuy nhiên ở Việt Nam chỉ vài ba năm trở lại đây việc
vận dụng hệ thống này mới trở thành xu hướng. Hệ thống tưới nước tự động
cũng trở nên phổ biến hơn với người nông dân ở nông thôn cùng với quá trình

2
hiện đại hóa, nơng nghiệp hóa 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 cơng việc nặng nhọc và địi hỏi độ chính
xác cao.
Ngành nơng nghiệp nước ta hiện nay còn phụ thuộc nhiều vào khí hậu
tự nhiên và với những phương pháp 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 các thông số của mơi 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 tiến hành
thiết kế mơ hình hệ thống tưới tự động
Cơng trường thực vật là căn cứ địa sản xuất nông nghiệp của hiện đại hóa.
Tồn bộ q 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 Đơng Nam Á nói chung và trong đó có Việt Nam.
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của cơng 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 khơng chỉ trên

3
lĩnh vực nơng nghiệp. Có thể nói tự động hóa trở thành xu hướng tất yếu cho bất
kì quốc gia, vùng lãnh thổ nào muốn phát triển kinh tế trên Thế giới.

1.3

Các nghiên cứu trước đó về tưới tiêu cây trồng một cách tự động

1.3.1 Các dạng cơ bản của hệ thống tưới cây tự động
Về cơ bản hệ thống tưới nước tự động có 4 dạng chính:
- Tưới phun mưa:
Đây là hệ thống tưới nước tạo các tia nước bắn ra xung quanh nhờ đầu
phun tạo mưa, phun trực tiếp lên bề mặt lá cây. Hệ thống này giúp bà con nông
dân tưới cây nhanh hơn, hiệu quả hơn, nâng cao hiệu quả kinh tế. Phương pháp
này có tác dụng làm tăng độ ẩm cho đất và làm mát cho cây trồng, tạo điều kiện
kích thích cây trồng sinh trưởng và phát triển. Hệ thống này được áp dụng phổ
biến nhất do phù hợp với nhiều mơ hình canh tác từ hoa màu cho đến cây ăn
quả, cây công nghiệp. Nước ra vòi phun, béc phun theo dạng mưa, từng hạt,
từng hạt có khả năng văng xa, tùy theo áp lực nước.
Ưu điểm: Tưới phun mưa có hiệu quả sử dụng rất cao vì hạn chế
cao độ tổn thất nước do bốc hơi vì tia phun ngắn.
 Cường độ tưới phun mưa và diện tích làm ướt có thể được điều
chỉnh cho phù hợp sự tăng trưởng của cây trồng. Khơng tạo nên dịng chảy trên
mặt đất. khơng phá vỡ cấu tượng đất do hạt mưa nhỏ.
 Cường độ tưới phun mưa và diện tích làm ướt có thể được điều chỉnh cho
phù hợp sự tăng trưởng của cây trồng. Cường độ tưới phun mưa và diện tích
làm ướt có thể được điều chỉnh cho phù hợp sự tăng trưởng của cây trồng.
 Do toàn bộ hệ thống đường ống tưới phun mưa đặt ngầm nên tiết kiệm

đất. Thuận tiện việc chăm sóc, canh tác trên đồng ruộng. Mặt khác cũng dễ dàng


4
tự động hóa từng phần hoặc tồn phần hệ thống tưới phun mưa. Cũng như việc
cơ khí hố và tự động hóa phần thiết bị điều khiển. Thiết bị tưới phun mưa được
điều khiển toàn bộ hệ thống từ xa theo chương trình lập sẵn. Nên tiết kiệm sức
lao động và nâng cao năng suất tưới.
 Nâng cao năng suất tưới và năng suất các khâu canh tác nông nghiệp
khác. Sử dụng áp lực làm việc loại trung bình và thấp. Đồng thời lưu lượng tưới
phun mưa yêu cầu nhỏ nên tiết kiệm năng lượng và nguồn nước. Có tác dụng cải
tạo vi khí hậu khu tưới. Hạn chế sâu bệnh, cỏ dại phát triển. Kết hợp được tưới
tưới phun mưa với phun thuốc trừ sâu, bón phân hóa học. Rất phù hợp với các
cây trồng mềm yếu (vườn hoa, vườn ươm, cây đang ra hoa, thụ phấn).
 Thiết bị tưới phun sương cho phép người sử dụng có thể pha thêm một số
dung dịch an toàn chống lại sâu bệnh gây hại. Tuy nhiên, nếu phải thường xuyên
tiếp xúc với các chất này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Vì thế, sản
phẩm này giúp đảm bảo sức khỏe của người dùng. Bên cạnh đó, với mật độ
phun đều, lượng nước và chất phòng ngừa sâu hại không bị tồn đọng quá nhiều
gây ngập úng hay dư thừa chất bảo vệ thực vật.
Nhược điểm:
 Các loại béc tưới phun mưa dễ bị tắc nghẽn (khi nước tưới có nhiều tạp
chất), nhất là đối với các vịi phun sương mù (Mist Sdrayer) có các lỗ tưới phun
mưa rất nhỏ.
 Yêu cầu trình độ nhất định trong thiết kế xây dựng và quản lý hệ thống
tưới phun mưa.
 Vốn đầu tư cho hệ thống tưới phun mưa ban đầu cao hơn so với các kỹ
thuật tưới cổ điển.

5
 Các đường ống tưới phun mưa và thiết bị hay hư hỏng, dễ bị mất mát, phá
hoại do con người và côn trùng tại mặt ruộng (điều này rất dễ xảy ra ở Việt
Nam).

Hình 1. 1. Hệ thống tưới nước phun mưa [2]
- Tưới phun sương:
Tưới phun sương là một hệ thống tưới nước chịu áp suất của máy bơm tăng
áp. Nguồn nước đưa vào được nén với áp suất cao qua những vòi được thiết kế
đặc biệt sẽ chuyển hóa thành dạng sương siêu mỏng với kích thước hạt nhỏ, dễ
khuếch tán vào môi trường xung quanh. Tưới phun sương thường được lắp trong
các khu vườn ươm giống, các vườn hoa trong nhà kính, trồng rau hữu cơ, rau
thủy canh, trồng hoa, tưới cảnh quan…
Ưu điểm:


6
 Có tác dụng ngăn bụi, điều hịa vi khí hậu, giúp khơng khí mát mẻ và có
thể tận dụng lúc tưới để phun các loại thuốc bổ trợ cho cây trồng. Kích thước hạt
nhỏ, mịn nên sẽ an tồn đối với hoa và cây trồng, không gây hại cho cây.
 Nhắc đến thiết bị tưới phun sương là phải nhắc đến công dụng đầu tiên
của sản phẩm này là chống lãng phí nước. Nếu so với việc tưới thủ cơng tốn khá
nhiều nước, thì thiết bị này giúp người trồng trọt tiết kiệm được nguồn tài
nguyên quý giá và không thể thiếu đối với sự sống của cây trồng. Cường độ tưới
có thể điều chỉnh cho thích hợp với từng loại cây trồng, cộng thêm thiết bị có thể
tưới trên diện rộng, nên thiết bị này không chỉ chống lãng phí nước mà cịn tiết
kiệm thời gian tưới cây.
 Lợi thế tiếp theo của thiết bị này là giúp cho người trồng trọt đỡ vất vả,
đỡ tốn công sức tưới hoặc thuê người tưới. Thay vì mất vài giờ đồng hồ chỉ để
tưới cây, trong khi thời gian là tiền bạc, chủ vườn cây có thể dành thời gian đó

để làm việc khác, hoặc ngồi ngắm nhìn khu vườn đang sai trĩu quả hoặc đang trổ
hoa đẹp mắt. Vừa tiết kiệm nước, vừa tiết kiệm công sức lao động quả là thiết bị
đáng phải xem xét để đầu tư.
 Thiết bị tưới phun sương cho phép người sử dụng có thể pha thêm một số
dung dịch an tồn chống lại sâu bệnh gây hại. Tuy nhiên, nếu phải thường xuyên
tiếp xúc với các chất này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Vì thế, sản
phẩm này giúp đảm bảo sức khỏe của người dùng. Bên cạnh đó, với mật độ
phun đều, lượng nước và chất phòng ngừa sâu hại không bị tồn đọng quá nhiều
gây ngập úng hay dư thừa chất bảo vệ thực vật.
 Với sân vườn nhỏ, khách hàng có thể tự lắp ráp hệ thống tưới phun sương
tự động theo hướng dẫn ghi trên hộp, hoặc theo hướng dẫn của nhà cung cấp.
Đối với diện tích sân vườn lớn hơn, bạn vẫn có thể tự lắp ráp nhưng tốt nhất là
nên có sự hỗ trợ kỹ thuật từ phía người bán, vì họ có nhiều kinh nghiệm và họ sẽ


7
giúp bạn có được hệ thống tưới hiệu quả nhất. Tính năng tự động khơng thể
khơng nhắc đến khi nói về sản phẩm này. Người sử dụng chỉ cần đứng ở đầu
nguồn nước để mở vòi, hoặc lắp đặt hệ thống tưới tự động hẹn giờ, lúc này thiết
bị sẽ tưới theo đúng thời gian và lượng nước được cài đặt sẵn.
 Khơng gây dịng chảy mặt: Các hạt sương có kích thước nhỏ, di chuyển
với vận tốc bé trong khơng khí.
 Độ ẩm đồng đều.
Nhược điểm:
 Hệ thống này nếu muốn tưới tự động thì bạn cần đầu tư chi phí để mua bộ
thiết bị hẹn giờ, cảm biến mưa, các vòi phun và đường ống tốt. Đặc biệt đối với
hệ thống lắp đặt ngầm, bạn càng cần có sản phẩm tốt để có thể sử dụng lâu dài
mà không tốn công thay thế bộ phận, chi tiết hay phải sửa lại đường ống nếu ống
dẫn không tốt. Tuy vốn đầu tư ban đầu lớn, nhưng điều đó khơng có nghĩa chi
phí trung bình cao vì hệ thống thiết bị tưới phun sương có thể sử dụng từ 10 đến

20 năm. Nếu bạn lấy vốn ban đầu chia cho số năm sử dụng, bạn sẽ thấy được
thiết bị này vừa tiện lợi, lại vừa tốn ít chi phí trung bình phải bỏ ra.
• Thiết bị sử dụng cơng nghệ hiện đại địi hỏi người sử dụng phải có kiến
thức nhất định về sản phẩm, cũng như cách dùng. Với diện tích đất trồng hay
sân vườn lớn, bạn cần có bản thiết kế hoàn chỉnh trước khi bắt tay vào lắp đặt,
chưa kể đến bạn cần có thơng tin cách sử dụng sao cho hiệu quả nhất. Tuy nhiên,
bạn cũng khơng cần q lo lắng, vì đa phần các nhà cung cấp thiết bị tưới phun
sương uy tín đều có đội ngũ nhân viên kỹ thuật giàu kinh nghiệm. Họ sẽ giúp đỡ
bạn từ khâu thiết kế, lắp đặt, đến vận hành hệ thống tưới tự động này.


8

Hình 1. 2. Hệ thống tưới nước phun xương [2]
- Tưới nhỏ giọt:
Tưới nhỏ giọt là hệ thống tưới nước đưa nước đến từng gốc cây, nước sẽ
được tưới trực tiếp lên bề mặt của đất chứ không phải phun trên bề mặt lá. Từ
đây hạn chế đến tối đa việc bốc hơi của nước, giúp cây thu đủ chất dinh dưỡng
để phát triển. Nước ra từ các đầu vòi theo dạng từng giọt, từng giọt một tưới trực
tiếp vào gốc cây thích hợp cho việc tưới khơng gian lớn cho cây ăn quả, cây lâu
năm.
Ưu điểm
 Đảm bảo cung cấp độ ẩm đồng đều cho đất canh tác, ngoài ra còn điều
hòa được các yếu tố như nhiệt độ, chế độ khơng khí, nước, thức ăn, quang hơp
của cây…


9
 Tưới nhot giọt giúp tiết kiệm nước một cách tối đa, giảm đến mức thấp
nhất sự hao hụt về nước do thấm ra đất hay bốc hơi.

 Tránh hiện tượng xói mịn, rửa trơi đất, tập trung muối về 1 nơi khiến đất
không đồng đều về dinh dưỡng.
 Là bước đệm cho cơ giới hóa, tự động hóa trong nông nghiệp, năng suất
lao động tăng lên đáng kể nhưng lại ít tốn nhân cơng và giảm thời gian lao động
chân tay bởi vì thao tác bón phân hay bơm thuốc bảo vệ thực vật dễ dàng kết
hợp cùng quá trình tưới.
 Tưới nhỏ giọt ít phụ thuộc vào cấu trúc địa hình, khơng phá vỡ kết cấu
của đất, thích hợp với mọi điều kiện địa hình ở nước ta.
 Tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành.
 Góp phần ngăn chặn cỏ dại, sâu bệnh do chỉ đủ nước cho gốc cây chứ
khơng phung phí ra các vùng xung quanh.
 Và đặc biệt, hệ thống tưới nhỏ giọt ln duy trì độ ẩm ở mức độ tốt nhất,
phù hợp với từng loại cây trồng, do đó, tăng năng suất cây và giúp cây đạt chất
lượng vượt trội.
Nhược điểm:
 Dễ bị tắc ngẽn do rong rêu, bùn, chất cặn trong dinh dưỡng hay nguồn
nước, do đó nguồn dung dịch đi qua ống tưới cần có bộ lọc trước khi đến cây
trồng.
 Không thể làm mát cây và tăng khả năng quang hợp của lá nhưng các hệ
thống tưới khác.
Chi phí ban đầu khá cao.


10
 Đòi hỏi người đầu tư phải am hiểu về kỹ thuật tưới nhỏ giọt mới vận hành
được.
 Nếu quá trình tưới nhỏ giọt bị gián đoạn chất lượng cây trồng sẽ xuống
cấp cực kỳ nhanh so với những cách tưới khác.

Như vậy, sau khi so sánh những ưu – nhược điểm của hệ thống tưới nhỏ

giọt bạn có thể chọn cho mình cách tưới tiêu hợp lý nhất tùy vào lồi cây và khả
năng tài chính của bạn.
Có 2 hệ thống tưới nước nhỏ giọt phổ biến:
 Tưới nhỏ giọt dọc luống: Được áp dụng đầu tiên trong nông nghiệp có
lẽ là hình thức tưới nhỏ giọt dọc luống. Với khả năng nhân rộng cao, chủ vườn
chỉ cần lắp đặt một đường ống nước và đặt dọc theo các luống cây. Mỗi gốc cây
sẽ lắp thêm một béc để dòng nước chảy nhỏ giọt ra từ từ.
 Tưới nhỏ giọt quanh gốc: Từ phương pháp tưới nhỏ giọt dọc luống cũ,
các nhà khoa học đã nghiên cứu và cải tạo thành tưới nhỏ giọt quấn quanh gốc.
Phương pháp này phù hợp để sử dụng cho những loại cây trồng có nhu cầu cao
về lượng nước, nhưng việc áp dụng các biện pháp tưới phun sương lại không
phù hợp.


11

Hình 1. 3. Hệ thống tưới nước nhỏ giọt [2]

- Tưới cảnh quan, tưới cỏ:
Hệ thống tưới tự động được hiểu đơn giản là có thể hoạt động mà khơng
cần sự tác động của con người. Mọi hệ thống tưới nhỏ giọt, phun mưa, tưới cảnh
quan, sân vườn đều có thế áp dụng tưới tự động thống tưới tự động thông qua
các thiết bị điện tử như bộ hẹn giờ và các thiết bị cơ khí khác. . .
Việc áp dụng hệ thống tưới tự động có thể làm tăng chi phí ban đầu nhưng
về lâu dài các năm sau chi phí để chăm sóc cây trồng sẽ giảm thiểu tối đa do
giảm thiểu về nhân công lao động, tiền điện, tiền nước.
Ưu điểm


12

 So với việc tưới cây thủ cơng thì hệ thống tưới cảnh quan tự động giúp
tiết kiệm được 60% lượng nước. Chính điều này đã giúp giảm chi phí tiền nước
hàng tháng của mỗi gia đình, mỗi cơng ty. Đồng thời cũng giúp giảm được sức
lực chăm sóc của con người. Không chỉ vậy, đặc điểm của hệ thống này đó là
được lắp đặt cố định nên nó sẽ giúp đảm bảo tuổi thọ lâu dài cho các thiết bị tưới
tiêu.
 Bên cạnh đó, hệ thống tưới cảnh quan cịn giúp bạn tiết kiệm được nhiều
thời gian chăm sóc cây, từ đó có thêm thời gian để tập trung vào những việc
khác trong cuộc sống. Khu vườn của bạn sẽ trở nên tươi mới, sống động hơn nếu
được lắp đặt hệ thống tưới cảnh quan tự động. Từ đó cơng trình sân vườn do bạn
tâm huyết chăm sóc sẽ trở nên ấn tượng và thu hút hơn rất nhiều. Điều này cũng
giúp con người thư thái và thoải mái hơn khi ngắm những loại cây cảnh ưa
thích. Vì hệ thống này có bộ cảm biến và tắt tự động vì vậy nó giảm lượng bụi
bẩn, ơ nhiễm vào nguồn nước từ các dịng chảy, giúp bảo vệ mơi trường trong
lành hơn.
Nhược điểm:
 Nhược điểm của hệ thống tưới cảnh quan tự động là chi phí đầu tư ban
đầu khá cao so.
 Để vận hành hệ thống hoạt động tốt và hiệu quả thì cần người có kỹ thuật
chun mơn, am hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống tưới tự động


13

Hình 1. 4. Hệ thống tưới nước cảnh quan, cây cỏ [2]

1.3.2 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 nơng nghiệp. Khi làm việc loại máy này có thể quan sát được độ ẩm

của thổ nhưỡng, nhiệt độ khơng 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 cơng 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 tốn dựa trên phân
tích các dữ liệu đầu vào. Droplet là 1 chiếc vòi phun tự động có khả năng tự điều
chỉnh hướng dịng 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 thơng 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


14
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 hồn
tất việc lắp đặt hệ thống tưới tự động theo công nghệ tưới tiên tiến.
1.3.3 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 cơng. Tuy nhiên hệ thống
này cịn nhiều nhược điểm cần khắc phục để mang lại hiệu 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.
Hệ thống tưới phun tự động đa năng- một cơng trình khoa học của 2 giảng

viên rường 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 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 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.

1.7. Tổng quan về đồ án
Ta có thể đưa ra được tổng quan về đồ án như sau:


15
- Cảm biến đo độ ẩm, nhiệt độ truyền dữ liệu đến bộ điều khiển để tưới
nước một cách tự động (khơ thì tưới, thừa nước thì ngừng ln duy trì độ ẩm ở
mức ổn định để cây phát triển nhanh). Có thể điều khiển tưới thước bằng tay khi
cần thiết.
- Cảm biến đo mức nước truyền dữ liệu đến bộ điều khiển để xác định
xem có cần bơm nước vào bình hay khơng (cạn thì bơm, đầy thi tự ngắt). Có thể
điều khiển máy bơm bằng tay khi cần thiết.
- Cảm biến đo áp nước trên đường ống từ máy bơm lên bể nước truyền dữ
liệu đến bộ điều khiển để xem áp suất nước có quả tải đường ống khơng.
- Khi nước được tưới ở đâu thì sẽ có đèn báo hiệu ở vị trí đó.
Các nghiên cứu ở trên đã được ứng dụng trong thực tiễn. Tuy nhiên, do
giá thành quá cao nên nhiều người chưa có điều kiện để sử dụng các thiết bị đó.
Vì vậy, em đã thực hiện nghiên cứu hệ thống tưới sử dụng cảm biến độ ẩm của
khơng khí để quyết định thời gian tưới cho cây trồng. Hệ thống chế tạo đơn giản,
chi phí thấp dễ sửa chữa…

1.9. Kết luận chương 1
Qua những thông tin về nền nông nghiệp, công nghiệp của Việt Nam
và của các nước phát triển trên thế giới nên trên. Chúng ta thấy rằng không áp
dụng công nghệ cao vào sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam là một thiếu sót rất
lớn đối với một đất nước chủ yếu về nông nghiệp. Tuy nhiên để áp dụng công
nghệ hiện đại như ở Israel hay Nhật Bản vào nền nông nghiệp nước ta ngay lúc
này là điều rất khó khăn vì những hệ thống đó địi hỏi phải đầu tư rất cao với
những người nông dân ở Việt Nam. Từ thực tế đó chúng em thấy rằng mình
hồn tồn có thể học hỏi và thiết kế những hệ thống tự động hóa đơn giản trong
nơng nghiệp với giá thành rẻ hơn nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầu của một hệ
thống thơng minh. Qua q trình khảo sát tại một số khu vườn và thực tế trồng
trọt tại gia đình, để tài của em làm là “Thiết kế hệ thống tưới nước tự động sử


16
dụng vi điều khiển PIC 18F4520". Đây là một đề tài có tính ứng dụng rất thực
tế. Nội dung thiết kế chi tiết sẽ được trình bày ở các chương tiếp theo.


17

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ THIẾT BỊ PHẦN CỨNG VÀ
PHẦN MỀM ĐƯỢC SỬ DỤNG
2.1

CÁC THIẾT BỊ PHẦN CỨNG

2.1.1 . Khối vi điều khiển PIC 18F4520

Hình 2. 1. Sơ đồ chân của PIC 18F4520 [3]

Các chức năng:
- Chân 1->7: Port A (RA) là các port I/O.
- Chân 33->40: Port B (RB) là các port I/O.
- Chân 15->18: và chân 23->26: Port C (RC) là các chân I/O.
- Chân 19->22 và chân 27->30: Port D (RD) là các chân I/O.
- Chân 12 và 31: Nối mass
- Chân 11 và 32: Nối nguồn
2.2.1.1. Một vài thông số về PIC 18F4520
Bộ vi điều khiển ghi tắt là Micro- controller là mạch tích hợp trên một chip có