Nghiên Cứu Phát Triển Mô Hình Điều Khiển Nhà Kính Trong Nông Nghiệp Chính Xác

Mục đích chính của đề tài là phát triển một mô hình điều khiển nhà kính sử dụng vi điều khiển PIC16F887 để tự động hóa quá trình quản lý môi trường trong nhà kính. Hệ thống sẽ sử dụng các cảm biến như DHT11 để đo nhiệt độ và độ ẩm, từ đó điều chỉnh các thiết bị như quạt, máy sưởi, và hệ thống tưới tiêu. Việc này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và công sức mà còn đảm bảo cây trồng phát triển trong điều kiện tốt nhất, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp.

Nhiệm vụ của đề tài bao gồm khảo sát và lựa chọn các cảm biến phù hợp, thiết kế hệ thống điều khiển, lập trình cho vi điều khiển, và thử nghiệm mô hình. Giới hạn của đề tài tập trung vào việc đo lường và điều khiển nhiệt độ, độ ẩm trong nhà kính, không bao gồm các yếu tố khác như ánh sáng hay dinh dưỡng cho cây trồng. Điều này giúp nhóm tập trung vào việc phát triển một hệ thống điều khiển hiệu quả và dễ dàng áp dụng trong thực tế.

PIC16F887 là một vi điều khiển 8-bit với kiến trúc Harvard, cho phép thực hiện nhiều tác vụ đồng thời. Vi điều khiển này có khả năng xử lý tín hiệu từ nhiều cảm biến khác nhau và điều khiển các thiết bị ngoại vi như quạt, máy sưởi. Với bộ nhớ flash 8K và khả năng giao tiếp qua các chuẩn như USART, PIC16F887 là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng trong nông nghiệp chính xác. Việc lập trình cho vi điều khiển này có thể thực hiện bằng ngôn ngữ C, giúp dễ dàng phát triển và bảo trì hệ thống.

Cảm biến DHT11 là một thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm không khí, có độ chính xác cao và dễ sử dụng. Cảm biến này cung cấp dữ liệu nhiệt độ trong khoảng từ 0 đến 50 độ C và độ ẩm từ 20% đến 90%. Thông qua giao tiếp kỹ thuật số, dữ liệu từ cảm biến DHT11 sẽ được gửi đến vi điều khiển để xử lý. Việc sử dụng cảm biến này trong mô hình điều khiển nhà kính giúp theo dõi và điều chỉnh môi trường một cách chính xác, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp.

Yêu cầu thiết kế hệ thống bao gồm khả năng tự động điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong nhà kính, đảm bảo môi trường tối ưu cho cây trồng. Hệ thống cần có khả năng phản hồi nhanh với các thay đổi trong điều kiện môi trường, từ đó điều chỉnh hoạt động của các thiết bị như quạt và máy sưởi. Ngoài ra, hệ thống cũng cần có giao diện người dùng thân thiện để người sử dụng có thể dễ dàng theo dõi và điều chỉnh các thông số cần thiết.

Lựa chọn phần cứng cho hệ thống điều khiển nhà kính bao gồm vi điều khiển PIC16F887, cảm biến DHT11, và các thiết bị chấp hành như quạt và máy sưởi. Việc lựa chọn cảm biến cần dựa trên độ chính xác và khả năng tương thích với vi điều khiển. Các thiết bị chấp hành cũng cần được chọn lựa kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt trong môi trường nhà kính. Tất cả các thành phần này cần được tích hợp một cách hợp lý để tạo thành một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh.

CCS là một môi trường lập trình mạnh mẽ cho vi điều khiển PIC, cung cấp nhiều thư viện và công cụ hỗ trợ lập trình viên. Việc sử dụng CCS giúp giảm thiểu thời gian phát triển phần mềm và tăng tính khả thi của dự án. Các chức năng như giao tiếp với cảm biến, điều khiển thiết bị chấp hành đều được hỗ trợ bởi CCS, giúp lập trình viên dễ dàng triển khai các giải pháp điều khiển trong mô hình nhà kính.

Lập trình cho vi điều khiển PIC16F887 bao gồm việc thiết lập các chân I/O, cấu hình các cảm biến và thiết lập các chế độ hoạt động cho thiết bị chấp hành. Các thuật toán điều khiển sẽ được xây dựng dựa trên dữ liệu từ cảm biến, từ đó điều chỉnh hoạt động của quạt, máy sưởi và hệ thống tưới tiêu. Việc lập trình cần đảm bảo tính chính xác và hiệu quả, đồng thời phải dễ dàng bảo trì và nâng cấp trong tương lai.

Hướng phát triển tiếp theo cho mô hình điều khiển nhà kính có thể bao gồm việc tích hợp các công nghệ IoT để theo dõi và điều khiển từ xa. Việc này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả quản lý mà còn tạo ra cơ hội cho việc phân tích dữ liệu lớn trong nông nghiệp. Các thuật toán học máy có thể được áp dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp.