Đồ án Thiết kế hệ thống tưới cây tự động sử dụng Arduino

 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
 KHOA CÔNG NGHỆ
 ĐỐ ÁN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ 
 ĐỘNG SỬ DỤNG ARDUINO
Cán bộ hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:
Ths. Hoàng Đăng Khoa Lê Trường Thuận B1603753
 Phan Thành Nam B1603734
 Cần Thơ, 2019 Đồ án điện công nghiệp
 LỜI NÓI ĐẦU
 Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, vi điều khiển AVR và vi điều 
khiển PIC ngày càng thông dụng và hoàn thiện hơn. Nhưng có thể nói sự xuất hiện của 
Arduino vào năm 2005 tại Italia đã mở ra một hướng đi mới cho vi điều khiển. Sự xuất 
hiện của Arduino đã hỗ trợ cho con người rất nhiều trong lập trình và thiết kế, nhất là 
đối với những người mới bắt đầu tìm tòi về vi điều khiển mà không có quá nhiều kiến 
thức, hiểu biết sâu sắc về vật lý và điện tử. Phần cứng của thiết bị đã được tích hợp nhiều 
chức năng cơ bản và là mã nguồn mở. Ngôn ngữ lập trình trên nền Java lại vô cùng dễ 
sử dụng tương thích với ngôn ngữ C/C++ và hệ thống thư viện rất phong phú và được 
chia sẻ miễn phí. Chính vì những lý do như vậy nên Arduino hiện đang dần phổ biến và 
được phát triển ngày càng mạnh mẽ trên toàn thế giới...Trong đề tài này, em sẽ thiết kế 
một hệ thống tưới cây tự động được xây dựng với trung tâm là Arduino UNO R3 (một 
trong các loại Board Arduino), chi phí thấp, thiết kế đơn giản, có ứng dụng rộng rải từ 
mô hình nhỏ đơn giản đến mô hình lớn phức tạp.
GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang i Đồ án điện công nghiệp
 LỜI CẢM ƠN
 Qua đồ án này, nhóm em xin cảm ơn thầy Hoàng Đăng Khoa đã giúp đỡ cho chúng 
em trong quá trình hoàn thành đồ án. Giúp chúng em hiểu rõ hơn về mạch Arduino, cách 
thiết kế mạch, chạy code hay biết được nhiều ứng dụng hay của mạch Arduino. Ngoài 
ra, nhờ thầy hướng dẫn nên chúng em cũng đã hoàn thành mạch in, hiểu được một quá 
trình làm một mạch in với các công đoạn thiết kế, làm mạch, khoan và hàn các linh kiện. 
Qua đó giúp chúng em tiến bộ hơn và đã có bước đầu hiểu hơn về các mạch điện tử. 
Thông qua đồ án, chúng em đã tích lũy và học được một ít kinh nghiệm thực tế rất có ít 
cho việc học tập và công việc của chúng em sau này. Bên cạnh đó còn có nhiều mặt hạn 
chế do lần đầu tiếp xúc với linh kiện điện tử thực tế và còn do kỹ năng yếu kém nên dẫn 
đến sản phẩm còn nhiều khuyết điểm, mông thầy sẽ thông cảm và bỏ qua cho chúng em. 
Một lần nửa tụi em xin cảm ơn thầy Hoàng Đăng Khoa đã giúp đở nhóm em hoàng 
thành đồ án này.
GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang ii Đồ án điện công nghiệp
 MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU .............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................ii
MỤC LỤC ...............................................................................................................1
MỤC LỤC HÌNH ẢNH..............................................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
 1.1. Đặt vấn đề..............................................................................................4
 1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu đề tài .................................................4
CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH
 2.1. Arduino UNO R3 .......................................................................................5
 2.1.1. Các thông số cơ bản của Arduino UNO R3 ..........................................6
 2.1.2. Vi điều khiển .........................................................................................6
 2.1.3. Các chân của Arduino ...........................................................................6
 2.1.4. Lập trình cho Arduino ...........................................................................7
 2.2. Cảm biến độ ẩm và module chuyển đổi .....................................................7
 2.2.1. Cảm biến độ ẩm.....................................................................................7
 2.2.2. Module chuyển đổi................................................................................7
 2.3. Module 5VDC 2 kênh ................................................................................9
 2.4. Động cơ bơm 12V ....................................................................................10
 2.5. Điện trở 220Ω và Led...............................................................................11
 2.6. Bộ nguồn nhiều ngõ ra .............................................................................12
CHƯƠNG 3.GIỚI THIỆU ARDUINO IDE & PROTEUS VÀ MÔ PHỎNG HỆ 
THỐNG
 3.1. Phần mềm mô phỏng Proteus...................................................................13
 3.2. Thư viện Arduino cho Proteus .................................................................14
 3.3. Arduino IDE và lập trình cho Arduino.....................................................14
 3.4. Mô phỏng hệ thống...................................................................................15
 3.4.1 Mô phỏng mạch nguyên lý trên Proteus ...............................................16
GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang 1 Đồ án điện công nghiệp
 3.4.2 Nguyên lý hoạt động .............................................................................16
 3.4.3 Viết code chương trình cho Arduino.....................................................16
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ MẠCH
 4.1. Thiết kế mạch in......................................................................................21
 4.2. Thi công mạch.........................................................................................21
CHƯƠNG 5. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN
 5.1. Nhận xét ...................................................................................................23
 5.2. Kết luận ....................................................................................................23
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................24
GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang 2 Đồ án điện công nghiệp
 MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. Hình dáng bên ngoài của Arduino .................................................................5
Hình 2. Thông số cơ bản của Arduino ........................................................................6
Hình 3. Cảm biến độ ẩm .............................................................................................7
Hình 4. Module chuyển đổi.........................................................................................7
Hình 5. Module relay 5VDC 2 kênh ...........................................................................9
Hình 6. Động cơ bơm 12V........................................................................................10
Hình 7. Điện trở 220Ω .............................................................................................11
Hình 8. Led ...............................................................................................................11
Hình 9. Bộ nguồn nhiều ngõ ra .................................................................................12
Hình 10. Giao diện phần mềm Proteus 8.7 ...............................................................13
Hình 11. Các linh kiện trong thư viện Arduino cho Proteus.....................................14
Hình 12. Giao diện phần mềm Arduino IDE ............................................................15
Hình 13. Mạch nguyên lý vẽ trên Proteus.................................................................16
Hình 14. Viết code bằng Arduino IDE......................................................................16
Hình 15. Sơ đồ mạch in trên Proteus ........................................................................21
Hình 16. Mạch thực tế sau khi hoàn thành................................................................22
Hình 17. Mô hình thực tế sau khi lắp đặt..................................................................22
GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang 3 Đồ án điện công nghiệp
 CHƯƠNG 1. TỔNG QUANG VỀ ĐỀ TÀI
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
 Thực tế trong cuộc sống ngày càng bận rộn, nhiều người vẫn có thú vui là trồng 
những cây cảnh, vườn rau trong không gian trống của nhà mình như sân thượng, ban 
công. Tuy nhiên, trong những lúc bạn bận các công việc hằng ngày thì những cây cảnh 
và vườn hoa ở nhà sẽ không được ai tưới nước. Ngoài phương pháp tưới cây phổ thông, 
chúng ta có thể tạo ra những hệ thống tưới cây tự động đơn giản cho khu vườn nhỏ của 
mình thậm chí có thể mở rộng hệ thống tưới cây cho cả một khu vườn lớn.
1.1 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
 Mục tiêu của đồ án là thiết kế một hệ thống tưới cây tự động đơn giản với nguyên 
lý là thông qua cảm biến độ ẩm của đất để truyền tín hiệu cho hệ thống để biết lúc nào 
nên vận hành động cơ bơm nước cho khu vườn. Tất cả mọi việc đều tự động diễn ra 
trong quá trình cài đặt sẵn và qua các cảm biến để điều tiết việc tưới cây hợp lí trong 
mọi thời tiết.
 Với mô hình mạch đơn giản, chi phí thấp, dễ thiết kế nên có thể áp dụng rộng rải 
vào cuộc sống thực tế của chúng ta.
GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang 4 Đồ án điện công nghiệp
 CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH
2.1 ARDUINO UNO R3
 •Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thì trường thế giới trong nhiều năm qua với 
số lượng người dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông đến bậc 
đại học.
 •Arduino UNO R3 là một trong những mạch Arduino được sữ dụng phổ biến nhất. 
Hiện nay, dòng mạch này đã phát triển đến thế hệ thứ 3 (R3).
 Hình 1: Hình dáng bên ngoài Arduino
 2.1.1 Các thông số cơ bản của Arduino UNO R3
GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang 5 Đồ án điện công nghiệp
 Hình 2: Thông số cơ bản của Arduino
 2.1.2 Vi điều khiển.
 •Arduino Uno được xây dựng với phân nhân là vi điều khiển ATmega328P sử 
dụng thạch anh có chu kì dao động là 16 MHz. Với vi điều khiển này, ta có 14 ngỏ 
ra/vào được đánh số từ 0 đến 13. Song song đó, ta có thêm 6 ngỏ nhậ tín hiệu analog 
được đánh ký hiệu từ A0 đến A5.
 •Trên board còn có 1 nút reset, 1 ngõ kết nối với máy tính qua cổng USB và 1 ngõ 
cấp nguồn sử dụng jack 2.1mm lấy năng lượng trực tiếp từ AC-DC adapter hay thông 
qua ắc-quy nguồn.
 2.1.3 Các chân của Arduino.
 •Các chân năng lượng: GND (Ground), 5V, 3.3V, Vin (Voltage Input), IOREF, 
RESET.
 •Các cổng ra/vào: Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu 
và 6 chân analog (A0 - A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit, để đọc giá trị điện áp 
trong khoảng 0V - 5V.
GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang 6 Đồ án điện công nghiệp
 2.1.4 Lập trình cho Arduino.
 •Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng. Ngôn ngữ 
này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung và Wiring lại là một 
biến thể của C/C++. Có người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++ và 
tên gọi phổ biến nhất là ngôn ngữ Arduino. Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ 
biến hiện nay do đó rất dễ học và từ việc lập trình ta có thể thiết kế mạch theo ý muốn 
của mình và vận hành một cách hiệu quả và tối ưu nhất.
2.2 CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT VÀ MODULE CHUYỂN ĐỔI.
 2.2.1 Cảm biến độ ẩm đất.
 Hình 3. Cảm biến độ ẩm đất
 •Hai đầu đo của cảm biến được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm. Dùng dây nối 
giữa cảm biến và module chuyển đổi. Thông tin về độ ẩm đất sẽ được đọc về và gởi tới 
module chuyển đổi.
 2.2.2 Module chuyển đổi.
 Hình 4. Module chuyển đổi
GVHD: Th.s Hoàng Đăng Khoa Trang 7