Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống tưới tiêu sử dụng năng lượng mặt trời | Trường Cao Đẳng Kỹ Nghệ II

lOMoARcPSD| 40651217 lOMoAR cPSD| 40651217
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
NGUYỄN LÊ XUÂN THỐNG NGUYỄN THÀNH NAM
Thong.NLX210681P@sis.hust.edu.vn
Ngành KT Điều khiển & Tự động hóa
Giảng viên hướng dẫn: TS. Hoàng Đức Chính Chữ ký của GVHD Khoa: Tự động hóa Trường: Điện – Điện tử HÀ NỘI, 8/2023 lOMoARcPSD| 40651217
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ NAM NỘI Độc lập – Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: ...................................................................
Khóa………………………Trường: Điện- Điện tử Ngành: KT ĐK &TĐH 1. Tên đề tài:
……………………………………………………………………………
2. Nội dung đề tài:
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
3. Thời gian giao đề tài:.............................................
4. Thời gian hoàn thành:……………………………
Ngày...... tháng …...... năm 2022
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Lời cảm ơn
…Xin gửi lời cám ơn tới thầy … đã tận tình hướng dẫn nhóm em trong quá
trình thực hiện đồ án môn học. Sự hỗ trợ từ gia đình, bạn bè là động lực to lớn để
nhóm em hoàn thành đồ án này.
Chúng em đã làm việc nghiêm túc và đã cố gắng hoàn thành tốt đồ án, tuy
nhiên không tránh khỏi những sai sót trong quá trình thực hiện. Kính mong thầy cô
và các bạn góp ý để đồ án của chúng em được hoàn thiện tốt hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn. lOMoAR cPSD| 40651217
Tóm tắt nội dung đồ án Sinh viên thực hiện Ký và ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG 5 1.1
Giới thiệu hệ thống tưới nước tự động 5 1.2
Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu 5 1.3 Phạm vi nghiên cứu 7 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 7 1.3.2 Kết quả mong muốn 7 CHƯƠNG 2.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM TƯỚI 8 2.1
Xây dựng bài toán cho hệ thống 8 2.1.1
Xác định công suất máy bơm 8 2.1.2
Xác định phương pháp tưới tiêu 8 2.2
Các phần tử quan trọng của hệ thống 9 2.2.1 Module nguồn 9 lOMoAR cPSD| 40651217 2.2.2
Mạch điều khiển trung tâm 9 2.2.3
Mạch Thời Gian Thực RTC DS3231 12 2.2.4 Cảm biến DHT11 13 2.2.5 Màn hình hiển thị 15 2.2.6 Rơle 17 2.2.7 Máy bơm 18 2.2.8
Cảm biến lưu lượng nước 18 2.2.9 Bộ sạc pin mặt trời 19 CHƯƠNG 3.
Xây dựng hệ thống tưới cây năng lượng mặt trời 23 3.1 Sơ đồ khối 23 3.2 Sơ đồ đấu dây 24 3.3 Sơ đồ giải thuật 24
TÀI LIỆU THAM KHẢO 25
MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Hệ thống tưới nhỏ giọt........................................................................6
Hình 1.2 Hệ thống phun sương..........................................................................7
Hình 2.1 Module nguồn 12V...........................................................................10
Hình 2.2 Module ESP32..................................................................................11
Hình 2.3 Pin và Pout ESP32............................................................................11
Hình 2.4 RTC DS3231.....................................................................................14
Hình 2.5 Sơ đồ chân RTC DS3231..................................................................14
Hình 2.6 DHT11 Module.................................................................................15
Hình 2.7 Sơ đồ kết nối DHT11........................................................................15
Hình 2.8 LCD 16x2.........................................................................................16
Hình 2.9 I2C module.......................................................................................17
Hình 2.10 Module RơLe 1 kênh......................................................................18
Hình 2.11 Máy bơm nước áp lực cao...............................................................19
Hình 2.12 Cảm biến lưu lượng nước Sea YF-S201C DN15............................20
Hình 2.13 Sơ đồ dây Sea YF-S201C DN15.....................................................20
Hình 2.14 Bộ điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời......................................21
Hình 2.15 Kích thước và sơ đồ kết nối............................................................21
Hình 2.16 Tấm pin năng lượng mặt trời Mono 18V 15W................................23
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống..........................................................................24
Hình 3.2 Sơ đồ đấu dây hệ thống.....................................................................25 lOMoARcPSD| 40651217
Hình 3.3 Sơ đồ giải thuật.................................................................................25
MỤC LỤC BẢNBảng 2.1 Thông số kỹ thuật Module nguồn 12VDC ........ Error! Bookmark not defined.
Bảng 2.2 Diễn đạt chân I/O ESP32..................................................................12 12
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật ESP32 ..................................................................... 13
Bảng 2.4 Diễn đạt chân RTC DS3231 ................................................................. 15
Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật DHT11 .................................................................... 16
Bảng 2.6 Diễn đạt chân LCD ............................................................................... 18
Bảng 2.7 Diễn đạt chân I2C ................................................................................. 19
Bảng 2.8 Thông số kỹ thuật Rơle 1 kênh ............................................................. 19
Bảng 2.9 Diễn đạt chân Rơ Le ............................................................................. 20
Bảng 2.10 Thông số kỹ thuật Sea YF-S201C DN15........................................21 22
Bảng 2.11 Thông số kỹ thuật ............................................................................... 23
Bảng 2.12 Thông số kỹ thuật Pin Mono 18V 15W .............................................. 24 lOMoARcPSD| 40651217 CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Giới thiệu hệ thống tưới nước tự động
Bài toán hệ thống tưới tiêu bằng năng lượng mặt trời là một chủ đề quan trọng
và cấp bách trong nông nghiệp và quản lý tài nguyên nước. Nó tập trung vào phát
triển và triển khai hệ thống tưới năng lượng mặt trời để tối ưu hóa việc cung cấp nước
cho cây trồng mà không ảnh hưởng đến môi trường và tiết kiệm năng lượng.
Hệ thống điều khiển tự động là một mạng lưới phức tạp của các thành phần kết
nối với nhau, được thiết kế để quản lý các quá trình tự nhiên và hàng ngày mà không
cần sự can thiệp trực tiếp của con người.
Hệ thống điều khiển tự động bao gồm các yếu tố vật lý tương tác và ảnh hưởng
lẫn nhau để điều chỉnh, tự điều chỉnh hoặc điều khiển một hệ thống khác.
1.2 Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu
Lịch sử hoàn thiện của công cụ, phương tiện sản xuất phát triển trên cơ sở cơ
giới hóa và điện khí hóa. Khi có những đột phá mới trong lĩnh vực công nghệ vật liệu
và tiếp theo là điện tử và tin học thì công nghệ tự động có cơ hội phát triển mạnh mẽ,
đem lại muôn vàn lợi ích thiết thực cho xã hội. Đó là mấu chốt của năng suất, chất lượng, giá thành.
Trong thực tiễn khi áp dụng tự động hóa vào sản xuất sẽ mang lại những hiệu
quả không nhỏ cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động, cải thiện
điều kiện sản xuất, đáp ứng cường độ cao về sản xuất hiện đại, thực hiện chuyên môn
hóa và hoán đổi sản xuất. Từ đó sẽ tăng khả năng cạnh tranh, đáp ứng yêu cầu sản xuất.
Ngày nay, hệ thống điều khiển tự động xuất hiện phổ biến trong nhiều ứng dụng, chẳng hạn như:
- Hệ thống điều hòa không khí.
- Hệ thống điều chỉnh độ ẩm. - Hệ thống báo cháy tự động.
- Hệ thống dây chuyền tự động.
- Hệ thống lắp ráp và sản xuất tự động.
Mặc dù tự động hóa ứng dụng từ rất lâu cho việc tưới tiêu, song nó chỉ phát triển
ở một số nước phát triển, còn đối với các nước chậm phát triển tuy nền nông nghiệp
chiếm tỉ lệ lớn nhưng việc ứng dụng tự động hóa cho việc tưới cây vẫn còn rất chậm.
Hiện nay, được sự trợ giúp của nước ngoài các nước đang phát triển đã đưa dần tự
động hóa vào đời sống và sản xuất, đặc biệt là các nước đông nam á trong đó có Việt
Nam. Có thể kể đến vài hệ thống tưới thương mại hiện nay:
- Hệ thống tưới nhỏ giọt: Nước tưới thành từng giọt đến chính xác vị trí
của gốc cây. Phương pháp tưới này thích hợp để tưới cho các gốc cây
lớn trong vườn, chậu cây cảnh, hàng rào cây, bức tường cây, khau rau trồng ở ban công… lOMoARcPSD| 40651217
Hình 1.1 Hệ thống tưới nhỏ giọt • Ưu điểm:
Tiết kiệm nước tối đa cho gia đình bạn.
Không làm nước văng tung tóe ra xung quanh, hạn chế sự
phát triển của cỏ dại mọc quanh gốc cây.
Có thể ứng dụng cho nhiều khu vườn, nhiều địa hình khác nhau.
Áp suất nước tưới đồng đều cho toàn bộ các gốc cây ở những vị trí khác nhau.
Chi phí lắp đặt hợp lí. • Nhược điểm:
Chỉ tưới được ở gốc cây, không có khả năng làm mát lá và thân cây.
Các đầu tưới có khả năng bị tắt nghẽn nếu không sử dụng bộ lọc.
- Hệ thống tưới phun mưa: Nước phun giống như mưa, tia nước tưới đều
cho những khu vực mà bạn muốn tưới. Hình thức tưới này thích hợp để
tưới cho các bồn hoa trong khuôn viên sân vườn, luống rau xanh, những khu vực cây cảnh…
Hình 1.2 Hệ thống phun sương lOMoAR cPSD| 40651217 Ưu điểm:
Nước tưới đều, không bỏ sót khu vực nào.
Có thể điều chỉnh được lưu lượng nước tưới ở từng khu vực và từng gốc cây.
Ứng dụng tưới cho nhiều loại cây khác nhau. Nhược điểm:
Nước dễ văng tung tóe ra lối đi.
Lưu lượng nước tưới lớn.
- Hệ thống tưới cỏ: Nếu khuôn viên khu vườn được trồng những mảng cỏ
xanh thì một hệ thống tưới cỏ là giải pháp thích hợp nhất giúp cỏ duy trì vẻ xanh tươi mỗi ngày. Ưu điểm:
Bán kính tưới lớn, bao phủ đồng đều mọi mảng cỏ trong khu vườn.
Khi không hoạt động, các đầu tưới cỏ sẽ thu lại bên dưới
mặt đất, không làm ảnh hưởng đến mỹ quan và các hoạt động trên cỏ.
Có thể điều chỉnh bán kính tưới và lưu lượng nước tưới. Nhược điểm:
Lưu lượng nước hao tổn rất lớn.
Quy trình lắp đặt phức tạp, cần phải tính toán kỹ lưỡng.
Khả năng ứng dụng thấp, chỉ thích hợp để tưới cho mảng cỏ.
Hãng robot Droplet giới thiệu robot tưới cây tích hợp những công nghệ tự động
mới nhất, điện toán đám mây và một số dịch vụ kết nối khác cho phép Droplet có khả
năng tự động ngắm hướng vòi phun, lượng nước và tần suất tưới để tự động tưới nước
cho cây theo những lịch trình tự tính toán dựa trên phân tích các dữ liệu đầu vào.
Droplet là 1 chiếc vòi phun tự động có khả năng tự điều chỉnh hướng dòng nước phun
ra từ ống đến thân cây trong bán kính 9,14 mét. [1]
Hiện nay cũng có rất nhiều đề tài nghiên cứu về hệ thống tưới tiêu cho nền nông
nghiệp và một số các đề tài nghiên cứu nổi bật như:
- Đề tài hệ thống tưới tiêu cho nền nông nghiệp hữu cơ ở Saudi Arabia,
Nông nghiệp hữu cơ đã được công nhận là có nhiều hứa hẹn ở Ả Rập
Saudi. Chính phủ Saudi đã bắt đầu khuyến khích các hoạt động canh tác
thân thiện với môi trường hơn trong những năm gần đây. [2]
- Đề tài hệ thống tưới tiêu thông minh bằng trí tuệ nhân tạo, đề tài được
thực hiện với sự hỗ trợ của các thuật toán trí tuệ nhân tạo và hệ thống tưới
tiêu được tính toán kỹ lưỡng. [3]
1.3 Phạm vi nghiên cứu
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu lOMoAR cPSD| 40651217 ESP32.
DHT11 (cảm biến nhiệt đô/độ ẩm).
Cảm biến lưu lượng nước Sea YF-S201C DN15.
Mạch thời gian thực DS3231. Ứng dụng Blynk.
1.3.2 Kết quả mong muốn
Dựa vào cảm biến nhiệt độ và độ ẩm đo được nhiệt độ không khí và độ ẩm đất
để điều khiển nguồn nước cấp cho cây trồng.
Có cảm biến lưu lượng nước để kiểm soát lượng nước cấp cho tưới tiêu. CHƯƠNG 2.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM TƯỚI
2.1 Xây dựng bài toán cho hệ thống
Hệ thống tưới cây tự động đã và đang được ứng dụng rộng rãi. Việc tưới cây tự
động sẽ làm tăng hiệu quả canh tác như: giảm thời gian lao động, tiết kiệm nước, tăng năng suất cho cây trồng
Tuy nhiên để đạt được hiệu quả cao nhất cần tính toán kĩ về đặc tính cây trồng
cũng như điều kiện vùng và nguồn nước cấp cho hệ thống.
Máy bơm nước, các van điện từ. Hệ thống đường ống chính và phụ. Các đầu
phun tưới (có hoặc không tùy vào phương pháp tưới ). Bộ điều khiển tự động đóng
ngắt máy bơm hoặc các van điện từ. Bộ điều khiển pin năng lượng mặt trời phụ trách
sạc ắc quy và cấp nguồn hệ thống.
Các phương án lựa chọn trên có thể thay đổi được tùy theo vùng miền, loại cây,
mùa và thời tiết. Thiết kế bộ hẹn giờ tự động, đến giờ cài đặt hệ thống hoạt động, bơm
được bật lên và tùy thuộc vào khoảng độ ẩm và quyết định đến thời gian đóng bơm.
2.1.1 Xác định công suất máy bơm
Máy bơm 1,5 HP thông thường thường có công suất 15-36 m3/giờ (ghi trên
nhãn). Nói chung, máy bơm nước có cùng công suất tiêu thụ điện năng có khả năng
nâng cao mực nước nếu công suất máy bơm thấp và ngược lại.
Chọn loại máy bơm phù hợp dựa vào độ cao của cột nước (đo từ đáy giếng, hồ
– nơi đặt đầu ắc quy, đến nơi nước được bơm lên cao nhất). Như câu hỏi cụ thể ở trên,
nếu cột nước <5m thì ta có thể chọn máy bơm nước 1,5HP, lưu lượng tưới 2535
m3/giờ, vì trong thực tế sử dụng ta có thể tăng giảm thời gian tưới một chút.
Đảm bảo lượng nước tưới đáp ứng yêu cầu của chúng ta. Nếu cột nước tưới cao
và diện tích tưới không lớn thì nên chọn máy bơm nước có công suất nhỏ hơn và ngược lại.
2.1.2 Xác định phương pháp tưới tiêu
Nếu diện tích tưới nhỏ, có thể bỏ qua các ống nhánh và có thể nối trực tiếp các
ống phân phối vào ống chính. Phương pháp tưới tràn, ống nhánh 4 được thay thành
mương, rãnh; ống cấp 5 được thay bằng mương phụ. lOMoARcPSD| 40651217
Đối với các phương pháp tưới nêu trên, theo tôi, kinh phí đầu tư của nông dân
rất hạn chế, nhất là trong giai đoạn đầu xây dựng cơ sở hạ tầng, có hàng chục việc
phải nhắm đến nên lựa chọn phương thức.
Phương pháp tưới nào phù hợp nhất? Cần cân nhắc và tính toán mức ngân sách
phù hợp cho nhà đầu tư. Khi đến vụ thu hoạch, chúng ta có thể cải tạo, bổ sung hệ
thống tưới tiêu để hoàn thiện.
2.1.3 Xác định nguồn
Nguồn từ lưới 220VAC đi qua mạch hạ áp AC-DC xuống 12VDC để cấp cho
máy bơm điện áp thấp với áp lực cao.
Nguồn từ bộ điều khiển năng lượng mặt trời sẽ có 2 ngõ ra, ngõ ra thứ nhất sẽ
dùng để sạc ắc quy 12V và ngõ ra thứ hai sẽ dùng đi qua mạch hạ áp DC-DC từ
12VDC xuống 5VDC cấp nguồn chính cho mạch điều khiển trung tâm là ESP32.
Tùy vào quy mô của dự án có thể nâng công suất của các bộ nguồn và thay đổi
các thông số của các mạch hạ áp.
2.1.4 Xác định cảm biến độ ẩm và nhiệt độ
Cũng tùy vào chi phí vốn có thể lựa chọn rất nhiều cảm biến độ ẩm và nhiệt độ
khác nhau. Việc chọn cảm biến độ ẩm sẽ còn tùy thuộc mục đích của người dùng, có
loại cảm biến đo được độ ẩm trong đất với khả năng chống ăn mòn của chất đất ở nơi
trồng hoặc là loại cảm biến chỉ dùng để đo độ ẩm có trong không khí với độ chính xác
cao. Với cảm biến nhiệt độ sẽ tùy vào độ chính xác của mỗi loại cảm biến và khả năng
độ rộng nhận diện của cảm biến đó.
Ở đồ án này với quy mô phòng thí nghiệm vì vậy ta sẽ chọn cảm biến có giá
thành rẻ và độ chính xác cao nhất có thể. Với các nhu cầu trên thì tác giả chọn cảm
biến DHT11 để thực hiện đồ án này.
2.2 Các phần tử quan trọng của hệ thống 2.2.1 Module nguồn
Module nguồn 12V được dùng để chuyển đổi điện điện áp 110/220VAC sang
điện áp 12VDC 4/8A để cấp nguồn cho các thiết bị. lOMoARcPSD| 40651217
Hình 2.3 Module nguồn 12V
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật Module nguồn 12VDC Model WX-DC2416 Input voltage 100 ~ 240VAC Frequency 50 ~ 60Hz Output voltage 12VDC Output current 4A, peak current 6A Output power 50W Size 89.8 x 48.8 x 26mm Built-in RESET and BOOT buttons buttons
2.2.2 Mạch điều khiển trung tâm
ESP32 là sự nâng cấp hoàn hảo của ESP8266, với ESP8266 phù hợp với các dự
án nhỏ và tiết kiệm chi phí. ESP32 lại phù hợp với các dự án phức tạp hơn, tốc độ xử
lý cao hơn và tích hợp nhiều ngoại vi mạnh mẽ hơn. [4] Hình 2.4 Module ESP32 lOMoARcPSD| 40651217
Hình 2.5 Pin và Pout ESP32
Bảng 2.2 Diễn đạt chân I/O ESP32 GPIO Pin Input Output Special functions 0 pulled OK outputs PWM signal at boot up 1 TX pin OK debug output at boot 2 OK OK connected to on-board LED 3 OK RX pin HIGH at boot 4 OK OK 5 OK OK outputs PWM signal at boot 6 X X
connected to the integrated SPI flash 7 X X
connected to the integrated SPI flash 8 X X
connected to the integrated SPI flash 9 X X
connected to the integrated SPI flash 10 X X
connected to the integrated SPI flash 11 X X
connected to the integrated SPI flash 12 OK OK boot fail if pulled high 13 OK OK 14 OK OK outputs PWM signal at boot 15 OK OK outputs PWM signal at boot lOMoARcPSD| 40651217 16 OK OK 17 OK OK 18 OK OK 19 OK OK 21 OK OK 22 OK OK 23 OK OK 25 OK OK 26 OK OK 27 OK OK 32 OK OK 33 OK OK 34 OK input only 35 OK input only 36 OK input only 39 OK input only GPIO Pin Input Output Chức năng đặc biệt 0 pulled OK outputs PWM signal at boot up 1 TX pin OK debug output at boot 2 OK OK connected to on-board LED 3 OK RX pin HIGH at boot 4 OK OK 5 OK OK outputs PWM signal at boot
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật ESP32 Number of 2 (dual core) cores lOMoARcPSD| 40651217 Wi-Fi 2.4 GHz up to 150 Mbits/s Bluetooth
BLE (Bluetooth Low Energy) and legacy Bluetooth Architecture 32 bits Clock Up to 240 MHz frequency RAM 512 KB Pins
30, 36, or 38 (depending on the model)
Capacitive touch, ADC (analog to digital converter), DAC (digital
to analog converter), I2C (Inter-Integrated Circuit), UART
(universal asynchronous receiver/transmitter), CAN 2.0 (Controller Peripherals
Area Netwokr), SPI (Serial Peripheral Interface), I2S (Integrated
Inter-IC Sound), RMII (Reduced Media-Independent Interface),
PWM (pulse width modulation), and more. Built-in RESET and BOOT buttons buttons
built-in blue LED connected to GPIO2; built-in red LED that Built-in LEDs
shows the board is being powered USB to UART CP2102 bridge
2.2.3 Mạch Thời Gian Thực RTC DS3231
Module Thời Gian Thực RTC DS3231 là IC thời gian thực, rất chính xác với
thạch anh tích hợp sẵn có khả năng điều chỉnh nhiệt. IC có đầu vào cho pin riêng, tách
biệt khỏi nguồn chính đảm bảo cho việc giữ thời gian chính xác. Thạch anh tích hợp
sẵn giúp tăng độ chính xác trong thời gian dài hoạt động và giảm số lượng linh kiện cần thiết khi làm board.
IC thời gian thực (RTC) DS3231 có chức năng cung cấp thông tin thời gian hiện
tại (thời gian thực): giờ, phút, giây, thứ, ngày tháng, năm một cách chính xác ngay cả
khi thiết bị đã bị tắt (ngắt điện ngoài). Giao tiếp với vi điều khiển thông qua chuẩn
I2C, và đóng vai trò là slave khi kết nối đến bus I2C này. Có thể đếm thời gian theo
định dạng 24 giờ hoặc 12 giờ với chỉ thị AM/PM. Ngoài ra bên trong chíp có bộ dò
phát hiện mất nguồn và tự động chuyển sang sử dụng nguồn pin dự phòng. Một số
tính năng nổi bật của IC RTC DS1307 được đề cập dưới đây. lOMoARcPSD| 40651217 Hình 2.6 RTC DS3231
Hình 2.7 Sơ đồ chân RTC DS3231
Bảng 2.4 Diễn đạt chân RTC DS3231
Connect to the positive terminal of the Vcc power supply GND Connects to ground SDA
Serial data pin (I2C interface) SCL
Serial clock pin (I2C interface) SQW Square wave output pin 32K 32K oscilloscope output
2.2.4 Cảm biến DHT11
DHT-11 là cảm biến cho phép theo dõi nhiệt độ và độ ẩm cùng một lúc.
Với mức giá thấp nhưng mang lại lợi ích tốt nhất cho chúng ta, dễ dàng sử dụng với giao thức 1 dây. [5] lOMoARcPSD| 40651217 Hình 2.8 DHT11 Module
Hình 2.9 Sơ đồ kết nối DHT11
Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật DHT11 Parameters Conditions Minimum Typical Maximum Humidity 1%RH Resolution 1%RH 1%RH 8 Bit Repeatability ±1%RH Accuracy 25°C ±4%RH 0-50°C ±5%RH Fully Interchangeability Interchangeable Measurement 0C 30%RH 90%RH Range 25°C 20%RH 90%RH 50°C 20%RH 80%RH Response Time 1/e(63%)25°C, 6S 10S 15S (Seconds) 1m/s Air lOMoARcPSD| 40651217 Hysteresis ±1%RH Long-Term Typical ±1%RH/year Stability Temperature Resolution 1°C 1°C 1°C 8 Bit 8 Bit 8 Bit Repeatability ... Accuracy ±1°C 20 Measurement 0°C 50°C Range Response Time 1/e(63%) 6 S 30 S (Seconds)
2.2.5 Màn hình hiển thị
LCD 20x4 có thể kết hợp với module I2C để giảm số lượng dây đi kèm.
Khi kết hợp LCD với module I2C, chúng ta sẽ sử dụng chân SDA và SCL để kết
nối với Arduino, chúng ta chỉ cần dùng 4 dây (VCC, GND, SDA, SCL) để điều khiển
LCD ít hơn là không kết hợp I2C, nên có thể thấy thoải mái và ít khó khăn hơn mà
I2C mang lại cho nhà phát triển và giá của I2C thấp.
Giao thức I2C cung cấp khả năng liên lạc dễ dàng mà không mất dữ liệu. Nó
cũng cho tốc độ tuyệt vời so với các giao thức khác. I2C chỉ sử dụng hai dây để liên
lạc. có trọng lượng nhẹ, kinh tế và có mặt khắp nơi. Nó cũng làm tăng tốc độ truyền
dữ liệu. Mục tiêu của việc phát triển giao thức là để có được giao tiếp tốc độ cao và
kiểm soát các thanh ghi bên trong thiết bị cũng như dữ liệu có thể được lưu trên các
thanh ghi, thông qua đó chúng ta có thể kiểm soát các thông số khác nhau. I2C được
sử dụng trong giám sát dữ liệu để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả. Phương pháp
thiết kế được phát triển bằng VHDL, mô phỏng trên MODELSIM hoặc Xilinx và có
thể triển khai trên bo mạch FPGA. [6] lOMoARcPSD| 40651217 Hình 2.10 LCD 16x2
Bảng 2.6 Diễn đạt chân LCD
Pin No Symbol Level Function 1 Vss GND(OV) 2 Vdd Vec(+5V+5%) 3 Vo Contrast Adjust 4 RS HIL Register Select 5 RW H/L Read/Write 6 E H/L Enable Signal 7 DBO HIL Data Bit 0 8 0B1 HIL Data Bit 1 9 DB2 HIL Data Bit 2 10 DB3 H/L Data Bit 3 11 DB4 H/L Data Bit 4 12 DB5 HIL Data Bit 5 13 DB6 H/L Data Bit6 14 DB7 HIL Data Bit 7 15 NC Not Connected 16 NC Not Connected lOMoARcPSD| 40651217 Hình 2.11 I2C module
Bảng 2.7 Diễn đạt chân I2C S.No Pin Name Pin Description 1 Button It used for reset The FPGA 2 CLK
It is the clock given entire system 3 Extern_rst
It í the external reset to restart the system 4 CAM_RS
It is the camera reset signal to reset the camera T 5 SCL
It is the Serial Clock line to provide the clock 6 SDA
Serial Data line, it send the address of the register 2.2.6 Rơle
Rơ le là thiết bị cơ điện sử dụng dòng điện để đóng hoặc mở các tiếp điểm của
công tắc. Mô-đun role một kênh không chỉ là một rơle thông thường, nó còn bao gồm
các thành phần giúp chuyển đổi và kết nối dễ dàng hơn, đồng thời hoạt động như các
chỉ báo để hiển thị xem mô-đun có được cấp nguồn hay không và rơle có hoạt động hay không.
Hình 2.12 Module RơLe 1 kênh
Bảng 2.8 Thông số kỹ thuật Rơle 1 kênh Supply voltage 3.75V to 6V lOMoARcPSD| 40651217 Quiescent current 2mA
Current when the relay is ~70mA active Relay maximum contact 250VAC or voltage 30VDC Relay maximum current 10A
Bảng 2.9 Diễn đạt chân Rơ Le Pin Pin Name Description Number 1 Relay Trigger Input to activate the relay 2 Ground 0V reference 3 Vcc
Supply input for powering the relay coil 4 Normally Open
Normally open terminal of the relay 5 Common Common terminal of the relay 6 Normally Closed
Normally closed contact of the relay 2.2.7 Máy bơm
Máy bơm nước điện áp thấp đáng tin cậy chất lượng cao có khả năng tạo ra áp
suất cao. Có sẵn nhiều loại tốc độ dòng chảy và xếp hạng áp suất, những máy bơm
này có vô số cách sử dụng và ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp.
Những máy bơm này được cung cấp một công tắc áp suất tích hợp ở đầu xả của
máy bơm. Công tắc áp suất có thể điều chỉnh được và cho phép người dùng thay đổi
áp suất mà máy bơm sẽ tắt. Tính năng này rất tốt cho những người sử dụng máy bơm,
chẳng hạn như trong ứng dụng máy rửa áp lực, khi nhả cò súng phun, máy bơm sẽ tự
động tắt để tiết kiệm điện và cũng bảo vệ máy bơm.
Những máy bơm kiểu màng này có khả năng chống ăn mòn và cũng có khả năng
tự mồi tuyệt vời lên đến 2,7m theo chiều dọc. Dễ dàng sử dụng và lắp đặt với nhiều
phụ kiện đi kèm với máy bơm. Máy bơm có trọng lượng nhẹ và dễ dàng di chuyển
đến nơi làm việc hoặc có thể được lắp đặt cố định trên xe, nhà di động, xe moóc hoặc thuyền của bạn.
Phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp và ứng dụng bao gồm truyền nước,
phun áp lực, trên thuyền và tàu để lọc và xử lý nước bao gồm thẩm thấu ngược và khử
muối. Các ứng dụng nông nghiệp và nông nghiệp để dự trữ nước ở các địa điểm xa
cũng như sử dụng làm mát và phun sương thương mại. lOMoARcPSD| 40651217
Hình 2.13 Máy bơm nước áp lực cao
2.2.8 Cảm biến lưu lượng nước
Cảm biến lưu lượng nước DN15 được sử dụng rộng rãi trong lò sưởi điện, tủ
lạnh, điều hòa không khí, động cơ ô tô, máy móc và thiết bị sản xuất xử lý hóa chất,
thiết bị xử lý nước, máy nước nóng.
Hình 2.14 Cảm biến lưu lượng nước Sea YF-S201C DN15
Hình 2.15 Sơ đồ dây Sea YF-S201C DN15 lOMoARcPSD| 40651217
Bảng 2.10 Thông số kỹ thuật Sea YF-S201C DN15
RED +, BLACK -, YELLOW for signal output (NPN Wiring method pulse signal) Pipe connector 21 Working water less than 1.75MPA pressure Working voltage 3-24V Working current less than 15mA
2.2.9 Bộ sạc pin mặt trời
Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời sẽ lấy năng lượng từ tấm pin 12V/18V để
sạc cho bình ắc quy 12V và cắp trực tiếp điện cho các thiết bị khác.
Hình 2.16 Bộ điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời
Hình 2.17 Kích thước và sơ đồ kết nối lOMoARcPSD| 40651217
Bảng 2.11 Thông số kỹ thuật Voltage DC 12V/24V Display LCD screen Current consumption <10MA Dual USB output
5V/2A (charges cell phones, iPads, etc.) Working temperature -35°C - 60°C Fits solar panels 18V, 24V, 36V Weight 154g
Có hai loại pin mặt trời hiện nay là pin đơn tinh thể (Monocrystalline Cells) và
pin đa tinh thể (Polycrystalline Cells): - Pin đơn tinh thể:
• Các tấm pin mặt trời đơn tinh thể (hoặc các tấm đơn tinh thể) được
làm từ pin mặt trời đơn tinh thể. Mỗi tế bào là một lát của một tinh
thể silicon duy nhất được phát triển nhằm mục đích tạo ra các tấm pin mặt trời.
• Trong phòng thí nghiệm, tinh thể được phát triển thành hình khúc
gỗ hình trụ gọi là thỏi và sau đó được cắt thành các đĩa mỏng. Mỗi
đĩa được cắt dọc theo các cạnh để tạo thành hình bát giác.
• Các hình bát giác giúp các tấm pin mặt trời lắp được số lượng pin
mặt trời tối đa vào mảng. Nó giống như những chiếc bánh quy trên
khay nướng. Ngay cả những chiếc bánh quy tròn có khoảng cách
chặt chẽ cũng luôn có khoảng cách giữa chúng, nhưng những chiếc
bánh quy hình bát giác có thể được đặt chặt chẽ với nhau mà không tốn nhiều không gian.
• Đặc biệt với màu đen của chúng, các tấm pin mặt trời đơn tinh thể
thường có phạm vi hiệu suất từ 15% đến 20%, với một số mô hình
thử nghiệm mới hơn thậm chí đạt gần 50%. [7] - Pin đa tinh thể:
• Các tấm pin mặt trời đa tinh thể (hoặc tấm poly) được làm từ các
pin mặt trời đa tinh thể riêng lẻ.
• Cũng giống như pin mặt trời đơn tinh thể, pin mặt trời đa tinh thể
được làm từ tinh thể silicon. Sự khác biệt là, thay vì được ép đùn
thành một thỏi nguyên chất, tinh thể silicon sẽ tự nguội đi và phân
mảnh. Những mảnh này được nấu chảy trong lò và tạo thành các
khối được cắt thành các tấm mỏng. Vì vậy, nhiều tinh thể khác
nhau tạo thành hỗn hống này, chứ không phải là tinh thể đơn lẻ
của loại pin mặt trời đơn tinh thể. Đó là một quy trình sản xuất ít lOMoARcPSD| 40651217
chính xác hơn so với các tế bào đơn tinh thể, vì vậy nó cho phép
sản xuất nhiều pin mặt trời hơn nhanh hơn và ít tốn kém hơn.
• Các ô đa tinh thể hình vuông màu xanh lam nằm gọn gàng cạnh
nhau, loại bỏ mọi khoảng trống giữa các ô. Các tấm pin mặt trời
đa tinh thể hoạt động kém hiệu quả hơn các tấm đơn tinh thể vì
các mảnh silicon nóng chảy tạo ra ít không gian hơn cho các
electron di chuyển xung quanh.
• Các tấm đa tinh thể thường có mức hiệu suất từ 13% đến 16%.
Mặc dù chỉ ít hơn một vài điểm phần trăm so với các tấm đơn tinh
thể, nhưng đó là một sự khác biệt có thể tính toán rất nhiều khi kết
hợp trên nhiều tấm pin mặt trời. [7]
Hình 2.18 Tấm pin năng lượng mặt trời Mono 18V 15W
Bảng 2.12 Thông số kỹ thuật Pin Mono 18V 15W No-load voltage 20VDC Maximum current 0.75A at 20V Load voltage 18VDC Max 15W Output 1 USB port 1.5A Size 37 x 18.5cm, thickness: 3mm Weight 500g
CHƯƠNG 3. Xây dựng hệ thống tưới cây năng lượng mặt trời 3.1 Sơ đồ khối lOMoARcPSD| 40651217
Hình 3.19 Sơ đồ khối hệ thống
3.2 Sơ đồ đấu dây
Hình 3.20 Sơ đồ đấu dây hệ thống
3.3 Sơ đồ giải thuật lOMoARcPSD| 40651217
Hình 3.21 Sơ đồ giải thuật
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN 4.1
Đánh giá kết quả
Trong quá trình thực hiện đề tài em đã tìm hiểu về hệ thống tưới cây tự động.
Do vậy em đã tìm hiểu về hệ thống tự động vì nó là cơ sở lý thuyết quan trọng trong đề tài này.
Tìm hiểu về các hệ thống tưới cây tự động: phân loại, nguyên lý, cách chế tạo…
Thiết kế mạch và viết chương trình cho vi điều khiển, đảm bảo mạch điều khiển hoạt động tốt.
4.2 Hạn chế của đề tài
Do điều kiện có hạn nên đề tài này chỉ thực hiện ở việc thiết kế ra mạch điều
khiển đóng ngắt thiết bị điện (bơm) theo độ ẩm và đi kèm với các cảm biến lưu lượng và nhiệt độ/độ ẩm.
4.3 Hướng phát triển đề tài
Sẽ nghiên cứu thêm về các ngôn ngữ lập trình khác và các ứng dụng điều khiển
từ xa khác để có cái nhìn tổng quan hơn về độ chính xác cũng như thuận tiện cho đề tài này.
Thêm vào đó sẽ cố gắng triển khai đồ án này thành một hệ thống hoàn chỉnh với
quy mô là một vườn trồng cây thực tế và cũng như trang bị các thiết bị mang tính
chuyên nghiệp và tốt hơn so với thực tế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO lOMoAR cPSD| 40651217 [1] "baophutho," 2014. [Online]. Available:
https://baophutho.vn/chuyen-doi-so/robot-droplet-tu-dong-tuoi-nuoc-phu-
hopvoi-tung-giong-cay/29714.htm.
[2] S. K. T. B. Marco Hartmann, "Organic Agriculture in Saudi Arabia," GIZ, 2012.
[3] D. S. A. S. C. R. K. Amarendra Goap, "An IoT based smart irrigation
management system using Machine learning," ScienceDirect, 2018.
[4] "randomnerdtutorials.com," [Online]. Available:
https://randomnerdtutorials.com/getting-started-with-esp32/. [5] AOSONG, "Academia.edu," [Online]. Available:
https://www.academia.edu/34970503/Temperature_and_humidity_module_DH T11_Product_Manual.
[6] C. D. K. T. M. K. S. Jayant Mankar, 2014. [Online]. Available:
https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?
doi=10.1.1.429.1402&rep=rep1&type=pdf. [7] L. Wallender, "Forbes," 1 Aug 2023. [Online]. Available:
https://www.forbes.com/home-improvement/solar/monocrystalline-
vspolycrystalline-solar-panels/#:~:text=Monocrystalline%20solar%20panels
%20(or%20mono,then%20sliced%20into%20thin%20discs.. Phụ lục
Code đồ án ở đây nhé.