TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I
Tên đề tài: HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG THEO NHIỆT ĐỘ
VÀ ĐỘ ẨM
Sinh viên thực hiện:
Lớp:112151.1

Hoàng Văn Chưởng Mã SV:
Vũ văn Tú
Mã SV:
Đ-ĐTK13.1

Cán bộ hướng dẫn:

Nguyễn Viết Ngư

Hưng Yên 2018

Khoa Điện – Điện tử


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời gian thực hiện đề tài với nội dung nghiên cứu,thiết kế và chế tạo
hệ thống tưới cây tự động, chúng em đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã học
ở trường, trong thực tế. Cùng với sự giúp đỡ của thầy Nguyễn Viết Ngư cho tới

điều
khiển ..................................................................12
Hình 2. 1. Sơ đồ khối của mạch........................................ .....................................15
Hình 2. 2.Sơ đồ chân của PIC 16F877A. ...............................................................18
Hình 2. 3. Sơ đồ nguyên lý các cổng của PIC 16F877A.....................................19
Hình
2.
4.Cảm
biến
độ
ẩm
đất.................................................................................26
Hình 2. 5. Sơ đồ nguyên lý kết nối của LCD1602 trong mạch điện ......................28
Hình 2. 6. Relay 5V và sơ đồ các chân ..................................................................29
Hình 2. 7. Sơ đồ các chân của DS1307.................................................................30
Hình 2. 8. Sơ đồ kết nối DS1307với VĐK.............................................................31
Hình 2.9. Cấu tạo của Transistor............................................................................31
Hình 3. 1. Giao diện của phần mềm lập trình ....................................................38
Hình 3. 2. PG2C mạch nạp PIC qua cổng COM ...................................................39
Hình
3.
3.
Giao
diện
phần
mềm
nạp
pickit2 ...........................................................40

3

người. Vì vậy thiết bị tưới đang được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đưa vào thực tiễn
ngày được áp dụng càng nhiều. Thiết bị tưới cũng rất đa dạng về chủng loại (vòi phun
mưa, phun sương, vòi nhỏ giọt bù áp, vòi không bù áp, dây tưới nhỏ giọt...) có thông
số khác nhau phục vụ cho các loại cây khác nhau được chế tạo từ nhiều nước như
Israel, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc..., sẽ rất thuận tiện cho người sử dụng lựa
chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình. Việc tính toán để lựa chọn thiết bị hệ
thống tưới đáp ứng được nhu cầu tưới theo nông học cây trồng 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 độẩm gốc, độẩm lá và không khí
cho cây trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm nước tạo điều kiện cho cây trồng hấp
5
Page | 5


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

thu dinh dưỡng không gây rửa trôi, thoái hóa đất, không gây ô nhiễm môi trường. Hệ
thống tưới nước tự động có thể kết hợp với bón phân, phun thuốc hóa học. Hơn thế
nữa, với việc thiết kế một hệ thống tưới cây tựđộng sẽ giúp cho con người không phải
tưới cây, không phải tốn chi phí nhân công tưới nước cũng như giám sát thời gian tưới
cây. Với hệ thống này, việc tưới cây sẽ là tựđộng tùy theo nhiệt độ thời tiết nắng hay
mưa, độẩm cao hay thấp, mùa nào trong năm… Tất cả các điều kiện đó sẽđược đưa
vào hệ thống tính toán và đưa ra thời gian chính xác để bơm nước . Người lao động sẽ
không cần phải quan tâm đến việc tưới cây, cây sẽđược sinh trưởng và phát triển tốt
hơn nhờ việc tưới cây phù hợp và chính xác hơn.
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

Vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống
tưới tự động, từ đó đưa vào ứng dụng thực tiễn. Giúp cho việc tưới tiêu cây trồng ở
nước ta có những phương án mới và đạt được hiệu quả cao.
4. Kết cấu
- Tổng quan về đề tài
- Giới thiệu các linh kiện sử dụng trong mạch điều khiển
- Thiết kế hệ thống tưới tự động
- Kết quả và định hướng phát triển
5. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện nội dung đề tài nghiên cứu, em tiến hành phương pháp nghiên cứu
sau:
• Các kết quả nghiên cứu kế thừa
- Kế thừa công trình nghiên cứu của các thế hệ trước về cơ sở lý thuyết của
các phần mềm lập trình và mô phỏng.
- Kế thừa các nghiên cứu có trong thực tiễn.
• Định hướng nghiên cứu
- Nghiên cứu phần mềm lập trình và mô phỏng trên máy tính.
- Tìm ra phương pháp lập trình đơn giản, dễ sử dụng, hiệu quả.
7
Page | 7


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

• Kiểm chứng
- Chạy thử mô hình nhiều lần, kiểm tra phát hiện lỗi và từ đó hoàn thiện hệ
thống.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG

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.
Trong một tương lai gần tự động hóa sẽ đóng vai trò vô cùng quan trọng và
không thể thiếu, bởi vì nó không chỉ ứng dụng trong sản xuất mà còn ứng dụng phục
vụ đời sống con người. Trong sản xuất nó thay thế con người những công việc cơ bắp
nặng nhọc, công việc nguy hiểm, độc hại, công việc tinh vi hiện đại. . . còn trong đời
sống con người những công nghệ này sẽ được ứng 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
Công trường thực vật là căn cứ địa sản xuất nông nghiệp của hiện đại hóa. Toàn
bộ quá trình đều có thể điều khiển tự động để giảm bớt sức người, nâng cao sản
lượng…
Mặc dù tự động hóa ứng dụng từ rất lâu cho việc tưới tiêu, song nó chỉ phát triển
ở một số nước phát triển, còn đối với các nước 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.
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.

9
Page | 9


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

• Điều khiển theo chu kì tưới: Hệ thống hoạt động theo vòng lặp thời gian.
• Bộ điều khiển thời gian và van điện từ.
- Bộ điều khiển tự động: dùng để cài đặt thời gian tưới tự động, như giờ hoạt động, thời
gian hoạt động, thời gian dừng hay chuyển đổi các vị trí tưới. Bộ cảm biến mưa sẽ tự
động ngừng tưới khi có mưa hay độ ẩm cao.
- Van điện từ: là thiết bị nhận và truyền tín hiệu từ bộ điều khiển đến các đầu tưới, để
các đầu tưới hoạt động.

Hình 1. 1.Bộ hẹn giờ và van điều khiển
* Hoạt động của hệ thống tưới: Hệ thống được mặc định giờ tưới, đến giờ hoạt động
thì bộ điều khiển sẽ tự động truyền tín hiệu đến các van điện từ, các van sẽ tự động mở
ra và cung cấp nước cho các đầu phun. Thời gian tưới được cài đặt sẵn theo ý muốn
của người sử dụng.
1.5.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 công. Tuy nhiên hệ thống này còn nhiều nhược
điểm cần khắc phục để mang lại hiệu quả cao nhất có thể.
11
Page | 11


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

tiết kiệm nước còn cao so với thu nhập của người dân và đòi hỏi có
một kiến thức, trình độ nhất định khi sử dụng

1.7. Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung
Các nghiên cứu ở trên đã được ứng dụng từ lâu. Tuy nhiên, do giá thành quá cao
nên nhiều người chưa có điều kiện để sử dụng các thiết bị đó. Vì vậy, chúng em đã
thực hiện nghiên cứu hệ thống tưới sử dụng cảm biến độ ẩm của đất để quyết định nhu
cầu tưới cho cây trồng. Hệ thống chế tạo đơn giản, chi phí thấp dễ sửa chữa. . .
1.8. Nghiên cứu nhu cầu nước tưới của cây lạc
Các giai đoạn sinh trưởng và nhu cầu độ ẩm của cây lạc vào vụ đông :
Thời kỳ sinh trưởng
Thời gian
Nhu cầu độ ẩm
Mọc mầm
5-7 ngày từ khi gieo hạt
70-80 %
Cây non
30-50 ngày tiếp theo
60-70 %
Ra hoa
20-25 ngày tiếp theo
70-80%
Qủa đến chín
5-6 ngày tiếp theo
60-70%


D

NGUỒN

Hình 2.1. Sơ đồ khối của mạch
Chức năng của từng khối:
• Khối xử lý trung tâm: Vi điều khiển PIC 16F877A điều khiển toàn bộ hoạt
động của mạch là nhận dữ liệu giải mã tín hiệu độ ẩm. Đưa hiển thị lên các
LCD sau đó đưa ra tín hiệu điều khiển bật /tắt (hẹn giờ bật /tắt) thiết
bịđiện.
14
Page | 14


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

• Khối hiển thị: Là các LCD 2 dòng 16 kí tựđể hiển thị nhiệt độ và độẩm
môi trường, thời gian.
• Khối nguồn nuôi: Là khối cơ bản nhất nó cung cấp nguồn nuôi cho toàn bộ
linh kiện trong mạch. Nó tạo ra điện áp ổn định.
• Khối bật tắt thiết bị điện: Là khối sử dụng Transistor C2383 và Relay 5
VDC đểđóng /ngắt mạch hoạt động của các thiết bị điện khối này nhận tín
hiệu từ VĐK PIC 16F877A
2.2. Sơ đồ nguyên lý của mạch.

2.2.1. Khối nguồn
Thông số kỹ thuật Sạc 5V , Adapter 5v
Tên sản phẩm: Sạc 5V , Adapter 5v

Page | 17


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

2.3. Tính chọn linh kiện cho mạch.
2.3.1. Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của PIC16F877A

Hình 2. 2.Sơ đồ chân của PIC 16F877A.

Hình 2. 3. Sơ đồ nguyên lý các cổng của PIC 16F877A

18
Page | 18


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

2.3.2. Cấu trúc vi điều khiển PIC16F877A
Sơđồ chân và sơđồ nguyên lý của PIC16F877A được trình bày trên Hình 2.3 và
với các đặc điểm cơ bản như sau :
- PIC16F877A có tất cả 40 chân
Chức năng các chân VĐK:
• Chân OSC1/CLK1(13): Ngõ vào kết nối với dao động thạch anh hoặc ngõ vào
nhận xung clock từ bên ngoài.
• Chân OSC2/CLK0(14): Ngõ ra dao động thạch anh hoặc ngõ cấp xung clock.

• Chân RC1/T1OSI/CCP2(16): xuất nhập số/ ngõ vào bộ dao động Timer1/ ngõ
vào capture2, ngõ ra compare2, ngõ ra PWM2.
• Chân RC2/CCP1(17): xuất nhập số/ ngõ vào Capture1, ngõ ra Compare1, ngõ
ra PWN1.
• Chân RC3/SCK/SCL(18): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ,
ngõ ra chếđộ SPI/ ngõ vào xung clock đồng bộ, ngõ ra chếđộ I2C.
• Chân RC4/SDI/SDA(23): xuất nhập số/ dữ liệu vào SPI/ xuất nhập I2C.
• Chân RC5/SDO(24): xuất nhập số/ dữ liệu ra SPI.
• Chân RC6/TX/CK(25): xuất nhập số/ truyền bất đồng bộ USART/ xung đồng
bộ USART.
• Chân RC7/RX/DT(26): xuất nhập số/ nhận bất đồng bộ USART.
• Chân RD0÷ 7/PSP0÷ 7(19÷ 30): xuất nhập số/ dữ liệu port song song.
• Chân RE0/ RD /AN5(8): xuất nhập số/ điều khiển port song song/ ngõ vào
tương tự kênh 5.
• Chân RE1/ WR /AN6(9): xuất nhập số/ điều khiển ghi port song song/ ngõ vào
tương tự kênh 6.
• Chân RE2/ CS /AN7(10): xuất nhập số/ chân chọn lựa điều khiển port song
song/ ngõ vào tương tự kênh 7.
20
Page | 20


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

• Chân VDD(11, 32) và VSS(12, 31): là chân nguồn của Pic.
- 40 chân trên được chia thành 5 PORT, 2 chân cấp nguồn, 2 chân GND, 2 chân
thạch anh và một chân dùng để RESET vi điều khiển.
- 5 port của PIC16F877A bao gồm :

Digital.
- Ngõ vào điện thế so sánh
- Ngõ vào xung Clock của Timer0 trong kiến trúc phần cứng : thực hiện các nhiệm
vụđếm xung thông qua Timer0…
- Ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port).

PORTB:
PORTB có 8 chân. Cũng như PORTA, các chân PORTB cũng thực hiện được 2 chức
năng: input và output. Hai chức năng trên được điều khiển bới thanh ghi TRISB. Khi
muốn chân nào của PORTB là input thì ta set bit tương ứng trong thanh ghi TRISB,
ngược lại muốn chân nào là output thì ta clear bit tương ứng trong TRISB.
Thanh ghi TRISB còn được tích hợp bộđiện trở kéo lên có thểđiều khiển được bằng
chương trình.
PORTC:
PORTC có 8 chân và cũng thực hiện được 2 chức năng input và output dưới sựđiều
khiển của thanh ghi TRISC tương tự như hai thanh ghi trên.
Ngoài ra PORTC còn có các chức năng quan trọng sau:
- Ngõ vào xung clock cho Timer1 trong kiến trúc phần cứng.

22
Page | 22


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử

- Bộ PWM thực hiện chức năng điều xung lập trình được tần số, duty cycle: sử dụng
trong điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ v.v….
- Tích hợp các bộ giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART.

Nó có thể hoạt động ở một trong các chế độ sau:
+ Là 1 bộđịnh thời 16 bit.
+ Là một bộđếm có đồng bộ.
+ Là một bộđếm không có đồng bộ.
*Bộ Timer 2: Bộ Timer 2 có những đặc tính sau đây:
+ 8 bít cho bộđịnh thời ( thanh ghi TMR2 ).
+ 8 bít vòng lặp ( thanh ghi PR2 ).
+ Có khả năng đọc và viết ở cả hai thanh ghi nói trên.
+ Có khả năng lập trình bằng phần mềm tỷ lệ trước.
+ Có khả năng lập trình bằng phần mềm tỷ lệ sau.
Hoạt động của bộ Timer 2: timer 2 được dùng chủ yếu ở phần điều chế xung
của bộ CCP, thanh ghi TMR2 có khả năng đọc và viết, nó có thể xóa bằng việc reset
lại thiết bị. Đầu vào của xung có thể chọn các tỷ lệ sau: 1:1, 1:4 hoặc 1:16 việc chọn
các tỷ này có thểđiều khiển các bít sau T2CKPS1và bit T2CKPS0.
2.3.4. Cảm biến nhiệt độ , độ ẩm
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm như:
 LM35, LM355, PT100… : cảm biến đo nhiệt độ.

Độ chính xác thực tế: 1/4°C ở
24
Page | 24


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện –Điện tử
nhiệt độ phòng và 3/4°C ngoài
khoảng -55°C tới 150°C
LM35 có hiệu năng cao, công
suất tiêu thụ là 60uA, giá thành rẻ.