ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ PBL3: THIẾT KẾ THIẾT BỊ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG TRỒNG CÂY THỦY CANH Giáo viên hướng dẫn: TS. ĐỖ THẾ CẦN Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN THƯƠNG TÔN THẤT TIẾN Lớp: 20CDT1 Nhóm: 20.04B Đà Nẵng, tháng 6 năm 2023 0 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .4 b) Đặc điểm sống của cây: Cây mồng tơi .6 c) Mô tả hệ thống:. GIỚI THIỆU VỀ PIC .8 a) Sơ lược về PIC 16F877A .8 b) Cấu trúc cơ bản của PIC 16F877A .8 c) Một số đặc điểm chính của PIC 16F877A .9 d) Cấu hình chân của PIC .10 e) Các đặc tính ngoại vi:.
CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ KHÁC: .12 a) Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11: .12 b) Module quang trở: .15 c) Cảm biến độ ẩm đất: .18 d) Cảm biến đo độ pH: .20 f) Giao tiếp cổng nối tiếp UART − RS232. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ VÀ THỰC HIỆN LÀM MẠCH .30 a) Thiết kế sơ đồ mạch nguyên lý.35 c) Mô hình mạch 3D .36 d) Mạch thực tế:. THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG CƠ KHÍ .40 a) Bản vẽ 2D của các chi tiết .40 b) Bản vẽ 3D của mô hình .42 c) Mô hình cơ khí thực tế:. MÔ HÌNH HOÀN THIỆN.
CODE VÀ GIAO DIỆN TRÊN MÁY TÍNH.45 b) Code trong phần mềm CCS .47 c) Giao diện điều hành .54 d) Code trong phần mềm Visual Studio. TÀI LIỆU THAM KHẢO .62 2 LỜI NÓI ĐẦU Điện tử là một trong những lĩnh vực được chú trọng hàng đầu ở mọi quốc gia trên toàn thế giới. Đây là nền tảng cho những sự phát triển vượt bậc trong mọi lĩnh vực về kinh tế, chính trị, công nghệ, khoa học,… mà chúng ta đang chứng kiến hiện nay. Thông qua học phần PBL3: Thiết kế TB ƯD Vi điều khiển và cảm biến, chúng em được tiếp xúc rất nhiều với các linh kiện điện tử, từ đó được học hỏi và trau dồi thêm kinh nghiệm về chuyên ngành.
Chúng em sẽ phải áp dụng các kiến thức ở các môn học như kĩ thuật điện tử, điện tử công nghiệp, kĩ thuật xung số và đo lường điện tử. để có thể tính toán, thiết kế mạch, lập trình cho mạch hoạt động và giao tiếp với máy tính; ứng dụng được các phần mềm chuyên ngành đặc biệt là phần mềm Proteus trong quá trình thiết kế mạch, phần mềm CCS trong việc lập trình và phần mềm Visual Studio Code trong việc thiết kế giao diện trên máy tính. Khi tiếp cận với các phần mềm trên, chúng em đã gặp rất nhiều sự bỡ ngỡ nhưng càng tiếp xúc chúng em càng thấy thú vị và điều đó đã tạo cho chúng em rất nhiều động lực để học tập. Đây là đồ án đầu tiên chúng em tự nghĩ ra đề tài và thực hiện hóa nó nhưng em tin với sự hỗ trợ của thầy Đỗ Thế Cần trong việc đưa ra những góp ý và chỉ dẫn trong lúc chúng em thực hiện đồ án và thầy Đặng Phước Vinh trong việc giảng dạy môn kĩ thuật vi điều khiển và cảm biến công nghiệp.
Nhờ vậy, chúng em có một nền tảng kiến thức vững chắc và những sự hướng dẫn kịp thời để chúng em có thể hoàn thiện đồ án một cách tốt nhất. Chúng em xin cảm ơn các thầy vì những gì các thầy đem lại cho tụi em không chỉ là kinh nghiệm và kiến thức mà còn là sự thúc đẩy để tụi em luôn nỗ lực, chăm chỉ để hoàn thiện trong từng bước phát triển của mình. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI a) Ý tưởng: − Trồng cây thủy canh là phương pháp mà dinh dưỡng được chuyển hóa dưới dạng lỏng nên phụ thuộc rất nhiều vào độ pH của nước chứ không bị tác động nhiều bởi đất. − Ở môi trường đất, cây chỉ lấy và khả năng hấp thụ khoảng 5% dinh dưỡng từ môi trường đất, 95% dinh dưỡng còn lại là do cây tự tổng hợp trong quá trình quang hợp và sử dụng.
Môi trường đất ở đây chỉ đóng vai trò làm nơi lưu trữ dinh dưỡng cho quá trình phát triển của cây, cây sẽ sử dụng từ từ lượng dinh dưỡng này trong quá trình phát triển và lớn lên. Với thủy canh, dinh dưỡng được chuyển hóa dưới dạng lỏng (dạng dễ hấp thụ nhất cho cây) để cây dễ dàng hấp thụ trong quá trình phát triển nên ta hoàn toàn không cần dùng đất làm môi trường sống cho cây. → Do vậy nên ta có thể sử dụng giá thể (cát, trấu, vỏ xơ dừa, than bùn, vermiculite perlite…) để làm môi trường sống cho cây. − Bí quyết của kỹ thuật này là cung cấp đủ và đúng lúc cho cây trồng các nguyên tố khoáng cần thiết.
Cung cấp đầy đủ cái ăn, bảo đảm đủ ánh sáng, CO2 cho quá trình quang hợp, 𝑂2 cho quá trình hô hấp, cây trồng có thể phát triển khỏe mạnh theo ý muốn của người trồng. − Các loại cây trồng thủy canh phổ biến như: xà lách, mồng tơi, ngò, rau muống, rau dền, cải bó xôi, cà chua, dưa leo, dâu tây, ớt,… − Các hệ thống trồng cây thủy canh phổ biến: hệ thống khí canh, hệ thống thủy canh dạng bấc, hệ thống tưới nhỏ giọt, hệ thống ngập & rút định kỳ, hệ thống thủy canh hồi lưu,… − Một số lưu ý khi trồng cây thủy canh: + Chọn không gian trồng thông thoáng, đủ ánh sáng: Trồng rau thủy canh rất phù hợp cho nhiều loại không gian khác nhau, rau sẽ phát triển tốt nhất khi được trồng trong không gian thông thoáng và đầy đủ ánh sáng trực tiếp. + Chọn giống rau tương ứng theo mùa: • Đối với mùa mưa, thông thường sẽ bị thiếu nắng nên chọn những cây có khả năng sinh trưởng khỏe và cần ít năng như rau muống, xà lách. • Đối với mùa nắng chúng ta có thể trồng những loại rau như: rau muống, rau đay, rau dền, rau thơm, rau cải ngọt, cải xanh, cải bẹ dúm, dưa chuột,… Đây đều là những loại cây dễ trồng, thích ứng tốt với thời tiết nắng nóng, độ ẩm cao.
4 − Trồng cây thủy canh có nhiều ưu điểm Hình 1.1: Lợi ích của hệ thống trồng cây thủy canh Hình 1.2: Hình ảnh về hệ thống thủy canh hồi lưu 5 b) Đặc điểm sống của cây: Cây mồng tơi − Rau mồng tơi là một loại cây thân leo. Rau phát triển tốt nhất khi nhận được ánh nắng mặt trời nhiều nhất (vào mùa hè). Tuy nhiên nên thường xuyên tạo độ ẩm cho đất để cây có thể phát triển tốt nhất. Nếu đất bị khô thì cây sẽ ra hoa và lá có vị đắng nhiều hơn.
Cây ưa sống ở các loại đất khác nhau, dễ sinh trưởng và phát triển ở mọi điều kiện môi trường. − Nhiệt độ: Rau mồng tơi có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới và ôn đới. Mặc dù cây chịu được nhiệt độ từ 11 - 35 độ C nhưng điều kiện nhiệt độ lý tưởng nhất để rau mồng tơi sinh trưởng là từ 25 - 30 độ C, nó sẽ phát triển kém khi nhiệt độ dưới 15 độ C. − Ánh sáng: Chúng là loại ưa bóng, không cần ánh sáng quá nhiều.
Khi sinh trưởng trong điều kiện râm mát, ánh sáng vừa phải chúng phát triển nhanh hơn so với nơi nắng nóng. Theo khảo sát, nếu ánh sáng trên 8 tiếng/ngày có thể làm chúng sinh trưởng kém hơn. − Độ ẩm, độ pH đất: Độ ẩm tốt nhất là từ 85%, chúng yêu cầu đất trồng có độ acid nhẹ từ khoảng 5.5 là tốt nhất. Cây mồng tơi không chịu được ngập úng vào điều kiện đất úng nước hay mưa nhiều.
− Mồng tơi có thể sinh trưởng ở nhiều loại đất như đất thịt nhẹ, đất thịt pha cát, đất tơi xốp,…; nhưng đất cát là thích hợp nhất, độ ẩm trong đất có tác dụng kích thích mồng tơi ra hoa. Đất tốt, nhiều mùn, giàu dinh dưỡng, thoát nước tốt cũng thích hợp để trồng mồng tơi.3: Một mô hình trồng cây mồng tơi thủy canh 6 c) Mô tả hệ thống: − Hệ thống sẽ đo các thông số môi trường như sau: nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm của giá thể, ánh sáng, độ pH của nước. − Trong trường hợp thiếu ánh sáng và độ ẩm cho cây, máy bơm và đèn sẽ được bật sao cho phù hợp với điều kiện sống của cây − Sau đó, các thông số đo đạc được sẽ hiển thị lên giao diện trên máy tính thông qua cổng COM.4: Quy trình truyền dữ liệu từ cảm biến lên giao diện 7 2. GIỚI THIỆU VỀ PIC a) Sơ lược về PIC 16F877A − PIC 16F877A là một điều khiển thuộc họ 16F được sản xuất bời hãng Microchip với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit.
− PIC 16F877A được sản xuất và đóng gói với hai kiểu PDIP và TQFP. Tùy thuộc vào đặc điểm của các ứng dụng cụ thể mà người dùng lựa chọn kiểu đóng gói thích hợp.1: Chip vi điều khiển PIC 16F877A b) Cấu trúc cơ bản của PIC 16F877A Hình 2.2: Cấu trúc cơ bản của PIC 16F877A 8 c) Một số đặc điểm chính của PIC 16F877A − 8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Harvard có sửa đổi. − Bộ nhớ FLASH và ROM có thể tùy chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte. − Các cổng xuất/nhập với mức logic 0 và 1.
− Các chuẩn giao tiếp ngoại vi nối tiếp như USART, AUSART, EUSARTs. − Có thể hoạt động với nhiều tần số dao động khác nhau − Bộ chuyển đổi ADC với độ phân giải 10 bit. − Có bộ so sánh điện áp − Có hai module CPP giống hệt nhau: Capture/Compare/PWM. − Thuộc họ PIC 16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit.
− Tất cả các lệnh là một chu kỳ máy, ngoại trừ chương trình con là hai chu kỳ máy − Một chu kỳ lệnh của vi điều khiển bao gồm bốn xung clock. − Bộ nhớ chương trình FLASH với dung lượng 8K × 14 bit, với khả năng ghi/xóa lên đến 100000 lần. − Bộ nhớ dữ liệu RAM với dung lượng 368 byte. − Bộ nhớ EEPROM với dung lượng 256 byte, với khả năng ghi/xóa lên đến 1000000 lần và có thể lưu trữ dữ liệu lên đến 40 năm.
− Sử dụng nguồn 4.5 VDC − Có chế độ SLEEP (chế độ ngủ) để tiết kiệm năng lượng. − Có 5 cổng xuất/nhập được đặt tên là A, B, C, D, E với 33 chân xuất/nhập. − Hỗ trợ giao tiếp USB, Ethernet, CAN, LIN, IrDA.3: Vùng điện áp và tần số hoạt động của PIC 16F877A 9 d) Cấu hình chân của PIC − Vi điều khiển PIC16F877A bao gồm 5 cổng xuất/nhập và được đặt tên lần lượt là A, B, C, D, E với tổng cộng 33 chân xuất/nhập. Các cổng xuất/nhập này đều cho phép đọc và ghi dữ liệu theo hai hướng ra các cổng điều khiển.