BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
----------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỘNG TƯỚI CÂY
CAFÉ TỪ XA QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nhữ Khải Hoàn
Sinh viên thực hiện:
Mã số sinh viên:

Nguyễn Thành Đạt
56135052

Khánh Hòa, ngày … tháng 07 năm 2018



BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
----------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỘNG TƯỚI CÂY
CAFÉ TỪ XA QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nhữ Khải Hoàn
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thành Đạt
Mã số sinh viên: 56135052

Khánh Hòa, ngày … tháng 07 năm 2018



LỜI CAM ĐOAN
Tôi: Nguyễn Thành Đạt xin cam đoan:
 Đồ án tốt nghiệp là thành quả từ sự nghiên cứu hoàn toàn thực tế trên cơ
sở các số liệu thực tế và được thực hiện theo hướng dẫn của giáo viên
hướng dẫn.
 Đồ án được thực hiện hoàn toàn mới, là thành quả của riêng tôi, không
sao chép theo bất cứ đồ án tương tự nào.
 Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn các nguồn tài
liệu trong báo cáo và danh mục tài liệu tham khảo.
 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế của nhà trường, tôi xin
hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Tp. Nha Trang, ngày….tháng….Năm 2018
Ký tên

i


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài: “Thiết kế chế tạo bộ điều khiển hệ thộng
tưới cây café từ xa qua mạng điện thoại” em xin chân thành cảm ơn đến quý
Thầy, Cô giáo trong bộ môn, khoa Điện – Điện tử đã tận tình giảng dạy, cung cấp
cho em nhiều kiến thức trong suốt quá trình học tập tại trường đại học Nha Trang.

Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy giáo Nhữ Khải Hoàn đã trực tiếp
hướng dẫn đồ án cho em. Cảm ơn Thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, cung cấp
những tài liệu, kinh nghiệm, bài học quý giá và tạo điều kiện thuận lợi cho em
hoàn thành đồ án này.
Em cũng xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã giúp đỡ về mặt tinh
thần cũng như vật chất để em có thể hoàn thành tốt đồ án này.
Một lần nữa em xin kính chúc quý Thầy, Cô và mọi người luôn mạnh khỏe,
hạnh phúc và ngày càng thành công trong cuộc sống.
Xin chân thành cảm ơn!
Khánh Hòa,Ngày 03 Tháng 07 Năm 2018
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thành Đạt

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................ v
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... vii
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................. 1
CHƯƠNG I: DẪN NHẬP VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................... 3
1.1.

Tổng quan về tình hình nghiên cứu ................................................................... 3

1.2.


Tính cấp thiết ..................................................................................................... 3

1.3. Hướng giải quyết ................................................................................................... 4
1.4.

Giới hạn đề tài .................................................................................................... 5

CHƯƠNG 2: TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU TỰ ĐỘNG........................ 7
2.1. Khái niệm về hệ thống tự động ............................................................................. 7
2.2. Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất .................................................. 7
2.3. Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu cho cây trồng ..................................... 8
2.4. Nhiệm vụ của thiết kế hệ hống tưới nước tự động ................................................ 9
2.4.1. Tổng quan về thiết kế một hệ thống tưới ........................................................... 9
2.4.2. Thiết kế hệ thống tưới ...................................................................................... 10
2.4.3. Thiết kế hệ thống điện tử tự động .................................................................... 11
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN ............ 12
3.1. Giới thiệu chung về Arduino............................................................................... 12
3.2. Board arduino uno R3 ......................................................................................... 13
3.3. Giới thiệu về module relay 12VDC .................................................................... 17
3.4. Module thời gian thực ......................................................................................... 18
3.5. I2C và LCD ......................................................................................................... 21
3.6. Module Sim 800A ............................................................................................... 23
3.6.3. Khảo sát tập lệnh AT Command của Module SIM800A ................................. 26
3.6. Động cơ một chiều 24VDC................................................................................. 35
3.7. Nguồn adaptor ..................................................................................................... 35
3.8. Arduino ide và lập trình cho arduino .................................................................. 37
CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH, THI CÔNG MẠCH TRONG THỰC TẾ. ..... 40

iii



4.1.

Thiết kế ............................................................................................................ 40

4.1.1.

Yêu cầu thiết kế ............................................................................................ 40

4.1.2.

Phương án thiết kế ........................................................................................ 40

4.2. Sơ đồ khối hệ thống ............................................................................................ 41
4.3. Sơ đồ mạch nguyên lý ......................................................................................... 42
4.3.

Lưu đồ thuật toán ............................................................................................. 44

4.3.

Thi công mạch.................................................................................................. 51

KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI..................................... 58
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 59

iv


DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Công nghệ đời sống ......................................................................................... 7
Hình 2.2: Tưới tiêu trong sản xuất .................................................................................. 8
Hình 2.3: Cách bố trí thiết kế hệ thống ........................................................................... 9
Hình 3.1: Những thành viên khởi xướng Arduino ........................................................ 12
Hình 3.2 Mạch Arduino ................................................................................................. 13
Hình 3.3: Vi điều khiển Atmega328.............................................................................. 14
Hình 3.4: Các chân của Arduino ................................................................................... 15
Hình 3.5: Module relay 12VDC .................................................................................... 17
Hình 3.6: Module thời gian DS1307 ............................................................................. 18
Hình 3.7: Sơ đồ chân DS1307 ....................................................................................... 19
Hình 3.8: Sơ đồ chân IC24c32 ...................................................................................... 20
Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý DS1307 ............................................................................... 20
Hình 3.10: Sơ đồ nối dây của Module DS1307 với Arduino ........................................ 21
Hình 3.11: Hình ảnh I2C ............................................................................................... 21
Hình 3.12: Hình ảnh về LCD ........................................................................................ 23
Hình 3.13: Module Sim800A ........................................................................................ 24
Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý Sim800A .......................................................................... 25
Hình 3.15: Cấu hình mặc định cho SIM800A ............................................................... 28
Hình 3.16: cấu hình xóa tin nhắn sim 800A .................................................................. 29
Hình 3.17: cấu hình gọi cho sim 800A .......................................................................... 30
Hình 3.18: cấu hình đọc tin nhắn................................................................................... 32
Hình 3.19: Cấu hình gửi tin nhắn .................................................................................. 34
Hình 3.20: máy bơm nước 1,2A, 24V. .......................................................................... 35
Hình 3.21: Adaptor 24V, 1.2A ...................................................................................... 36
Hình 3.22: Giao diện app Arduino ................................................................................ 37
Hình 3.23: ý nghĩa nút lệnh ........................................................................................... 37
Hình 3.24: Kiểm tra COM, PORT................................................................................. 39
Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống ....................................................................................... 41
Hình 4.2: Sơ đồ mạch nguyên lý ................................................................................... 42
Hình 4.3: Lưu đồ giải thuật chương trình chính ............................................................ 44

Hình 4.4: Lưu đồ bật tắt máy bơm bằng nút nhấn......................................................... 45

v


Hình 4.5: Lưu đồ chương trình xử lý dữ liệu từ Module Sim ....................................... 46
Hình 4.6: Lưu đồ chương trình xử lý tin nhắn đến........................................................ 46
Hình 4.7: Lưu đồ gửi tin nhắn ....................................................................................... 47
Hình 4.8: Lưu đồ xử lý cuộc gọi ................................................................................... 48
Hình 4.9: Lưu đồ chương trình hẹn giờ ......................................................................... 49
Hình 4.10: Lưu đồ chương trình tắt máy bơm............................................................... 50
Hình 4.11: Mô hình ban đầu .......................................................................................... 51
Hình 4.12: Mô hình khi hoàn thiện ............................................................................... 51
Hình 4.13: Hình ảnh khi đang đo đạc kiểm tra mạch .................................................... 52
Hình 4.14: Kiểm tra Code Arduino ............................................................................... 53
Hình 4.15: Kiểm tra Code Thời gian thực ..................................................................... 53
Hình 4.16: Mạch khi hoàn thiện .................................................................................... 54
Hình 4.17: Kiêm tra mạch khi hoàn thiện ..................................................................... 54
Hình 4.18: Cú pháp tin nhắn.......................................................................................... 55
Hình 4.19: Cuộc gọi đến ................................................................................................ 56
Hình 4.20: Khi đúng cú pháp ........................................................................................ 57

vi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của Arduino ..................................................................... 14
Bảng 3.2: Thông số chức năng của module relay ......................................................... 17
Bảng 3.4: Thông tin kỹ thuật Module DS1307 ............................................................. 18
Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật máy bơm ......................................................................... 35

Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật Adaptor ........................................................................... 36

vii


LỜI NÓI ĐẦU
Tới nay, đã 62 năm sau khi bóng bán dẫn được phát minh, linh kiện nhỏ bé tương
ứng với trạng thái bật – tắt này đã thay đổi cả thế giới bằng sự có mặt trong mọi thiết
bị điện tử hiện đại như điện thoại di động, máy tính, máy nghe nhạc… Những máy
tính điện tử đầu tiên như ENIAC dùng các ống chân không, tương tự như bóng đèn
điện, để tính toán. Máy tính đặt trong một phòng lớn và cần nhiều chuyên viên vận
hành. Ngày nay công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn có những phát triển thực sự bùng
nổ, đậm nét để hỗ trợ cho sự phát triển của công nghệ thông tin, và sự tự động hóa
trong công nghiệp … Với độ tích hợp ngày càng cao, công suất tiêu tán bé hơn, thông
minh hơn, nó đã làm thay đổi hẳn cấu trúc của nền công nghiệp hiện tại.
Chính sự phát triển vượt bậc đó của công nghệ bán dẫn và những ứng dụng triệt
để, không ngừng của nó và của khoa học kĩ thuật tiên tiến đã và đang làm thế giới của
chúng ta thay đổi từng ngày theo hướng hiện đại hơn, văn minh hơn … Sự phát triển
của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như độ
chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ. Đó là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho
hoạt động của con người đạt hiệu quả cao.
Chính vì lẽ đó mà ngày nay điện tử trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ, đa
chức năng. Công nghệ điện tử đã trở thành một lĩnh vực không thể thiếu trong thế giới
hiện đại. Điện tử đã và đang đáp ứng những nhu cầu, những đòi hỏi ngày càng cao và
không ngừng từ tất cả các lĩnh vực như công – nông – ngư – nghiệp cho đến những
nhu cầu thiết yếu đời sống hàng ngày của con người.
Một trong những ứng dụng rất quan trọng và khá đặc trưng của công nghệ điện tử
là kỹ thuật tự động điều khiển từ xa. Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển các
thiết bị từ xa, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực của đời sống. Công nghệ điện
tử trở thành một khâu mấu chốt trong hệ thống thông tin liên lạc. Các ứng dụng của

nó trong hệ thống thông tin liên lạc vào các lĩnh vực văn hóa, kinh tế, khoa học, đặc
biệt là khoa học không gian ngày càng phổ biến rộng rãi và giữ một vai trò không thể
thiếu. Chính vì thế mà xã hội loài người đã phát triển không ngừng. Thêm vào đó là
trong những năm gần đây, mạng internet đã phát triển mạnh mẽ, do bởi có nhiều nhà
cung cấp dịch vụ ra đời, bên cạnh đó máy tính ngày càng có chất lượng được cải tiến
đồng thời giá thành vừa phải đối với mọi tầng lớp xã hội tạo ra bước ngoặt quan trọng
trong lĩnh vực thông tin để đáp ứng nhu cầu nhiều mặt của con người.
1


Hiện nay, do nhu cầu sử dụng các hệ thống, thiết bị tự động của người dân ngày
càng tăng. Đồng thời, mạng điện thoại di động phát triển rộng khắp và các thiết bị điện
thoại di động ngày càng có mức giá phù hợp với mọi người dân. Đó là những mặt
thuận lợi của việc hình thành ý tưởng điều khiển các thiết bị bằng cách sử dụng các tin
nhắn SMS. Đây là một hình thức điều khiển thiết bị thuận lợi, tiết kiệm được nhiều
thời gian cho việc điều khiển thiết bị, vừa tiết kiệm chi phí cho việc lặp đặt khi sử dụng.
Trên cơ sở kiến thức đã được học và tìm hiểu về các môn học suốt những năm
học vừa rồi, cùng với sự tìm hiểu của em về các thiết bị điện tử, em đã quyết định xin
được thực hiện đề tài: Thiết kế chế tạo bộ điều khiển hệ thộng tưới cây café từ xa
qua mạng điện thoại do thầy Nhữ Khải Hoàn hướng dẫn.
Đề tài gồm các nội dung như sau:
Chương I: Dẫn nhập và cơ sở lý thuyết.
Chương II: Giới thiệu tổng quát về tưới tiêu tự động.
Chương III: Giới thiệu các phần trong mạch điện tử.
Chương IV: Thiết kế, lập trình, lắp đặt mạch trong thực tế.

2


CHƯƠNG I: DẪN NHẬP VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu
Hiện nay trên thế giới, việc ứng dụng các công nghệ điều khiển vào trong sản
xuất là rất nhiều và cần thiết trong các ngành nghề kể cả trong nông nghiệp. Trong
nông nghiệp, nhờ ứng dụng các công nghệ điều khiển hiện đại mà năng suất và chất
lượng cây trồng tăng lên đáng kể. Với sự hỗ trợ của các thiết bị điều khiển đã cho
những kết quả ngoài mong đợi như năng suất cao, chất lượng tốt, sạch, an toàn mà còn
có thể trồng những loại cây mà từ trước không phải là truyền thống của vùng miền.
Ở Việt Nam, việc trồng trọt phát triển nhanh chóng, đem lại lợi ích cao cho
người nông dân. Tuy nhiên, do chi phí đầu tư cao nên việc ứng dụng chỉ hạn chế trong
các nông trang lớn có khả năng về kinh tế, hoặc chỉ điều khiển ở dạng bán tự động nên
vẫn cần nhiều nhân công trong việc điều khiển vì hầu hết các trang thiết bị điều khiển
đều phải nhập từ nước ngoài nên giá thành cao. Do đó cần phải có hướng nghiên cứu,
thiết kế và chế tạo những thiết bị này ngay ở trong nước để giảm chi phí, phù hợp với
điều kiện kinh tế của người nông dân và điều kiện môi trường ở Việt Nam.
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 lâp trình và thiết kế,
nhất là đối với những người 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 và hệ thư viện rất phong phú và được
chia sẻ miễn phí. Chính vì những lý do như vậy Arduino hiện đang dần phổ biển và
được phát triển ngày càng mạnh mẽ trên toàn thế giới.
Với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật
điện tử mà trong đó có điều khiển tự động, điều khiển từ xa đóng vai trò quan trọng
trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật. Thêm vào đó, ngày nay hệ thống mạng điện
thoại di động và các thiết bị điện thoại di động ngày càng được phổ biến trong cuộc
sống. Cùng với đó là nhu cầu cuộc sống ngày càng tăng. Từ đó đã hình thành ý tưởng
về việc điều khiển thiệt bị tự động tưới tiêu thông qua tin nhắn SMS.

1.2. Tính cấp thiết
3


Rất nhiều quy trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc được tiến hành một cách chủ
quan và không đảm bảo được đúng yêu cầu. Có thể nói trong nông học ngoài những kĩ
thuật trồng trọt, chăm sóc thì tưới nước là một trong các khâu quan trọng nhất trong
trồng trọt, để đảm bảo cây sinh trưởng và phát triển bình thường, tưới đúng và tưới đủ
theo yêu cầu nông học của cây trồng sẽ không sinh sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho
sản phẩm an toàn, đạt năng suất, hiệu quả cao. Ngoài ra trên những tuyến phố ở khu
vực trung tâm thành phố chúng ta vẫn bắt gặp hình ảnh các xe bồn chở nước tưới cây
dọc đường gây ùn tắc, mất an toàn giao thông.
Mặt khác hiện nay nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa
các thiết bị máy móc tự động được đưa vào phục vụ thay thế sức lao động của con
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 độ ẩm gốc, độ ẩm lá và không khí cho cây trồng
phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm nước.
Hơn thế nữa, với việc thiết kế một hệ thống tưới cây tự động 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 tự động tùy theo nhiệt độ
thời tiết nắng hay mưa, độ ẩm cao hay thấp, mùa nào trong năm… Tất cả các điều kiện
đó sẽ được 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 sẽ được sinh trưởng

và phát triển tốt hơn nhờ việc tưới cây phù hợp và chính xác hơn.
1.3. Hướng giải quyết
Ngoài phương pháp tưới thủ công, các phương pháp tưới còn lại đều cần được
thiết kế, tính toán các thông số cho phù hợp. Nhìn chung, các phương pháp tưới có
dùng ống đều có cùng nguyên lý tính toán trên cơ sở qua các môn học đó là: xác định
diện tích tưới, nguồn nước, nhu cầu nước tưới phù hợp với loại cây trồng, diện tích,
4


địa hình vùng tưới. Từ các thông số này, ta sẽ tính toán đường kính ông chính, ống
phụ, ống nhánh, vận tốc nước chảy trong ống, áp lực nước trong ống, tính toán chiều
dài của các loại ông, các chi tiết nối nhỏ (co ,tê ,van , vv) số lượng các bét phun, bét để
chân, ống dẫn, đến gốc vv… và cuối cùng là lập bảng tổng hợp số lượng các loại vật
tư, tính toán chí ít mua vật tư, tiền công xây lắp vv..
Sau khi tính toán toán xong chúng ta bắt đầu thiết kế bộ xử lý trung tâm để điều
khiển hệ thống tưới tiêu như:
 Dùng các IC rời
 Dùng PIC
 Dùng Arduino
 Dùng PLC
 Dùng ARM
Ở đây, em đã chọn hướng giải quyết đề tài là sử dụng Arduino vì phù hợp với
những tiêu chí của em như là muốn tìm hiểu nghiên cứu tìm hiểu về Arduino hoặc
quan trọng là Arduino có khả năng kết nối được với các Module Sim800A và giá
thành vừa phải không quá tầm tay như PLC hay ARM, cũng như không phải thiết kế
thêm mạch chuyển đổi RS232 để giao tiếp với máy tính như EEPROM. Vì thế, ứng
dụng module ghép, thiết kế mạch, tính toán và bắt đầu lập trình cho mạch để hệ thống
được hoạt động bằng những sự tiên tiến của công nghệ chúng ta sẽ lập trình thông qua
board Arduino với sự kết hợp của mạch thời gian thực chúng ta sẽ lập trình hẹn giờ
tưới cho hệ thống bằng cách sử dụng Module Sim800A chúng ta có thể từ xa điều

khiển được chỉ bằng cú pháp tin nhắn và hẹn giờ tưới cho hệ thống.
1.4. Giới hạn đề tài
Để thực thi điều khiển hệ thống thiết bị từ xa thông qua tin nhắn SMS áp dụng
cho tưới tiêu cây café hoàn chỉnh thì rất là phức tạp và tốn kém. Để đáp ứng việc điều
khiển toàn bộ các thiết bị này đòi hỏi phải có một lượng thời gian, kiến thức về cây
trồng, máy móc, đo đạc tính toán, khả năng lập trình nhất định để làm một hệ thống
hoàn chỉnh với lượng thời gian và kiến thức có hạn, trong đề tài này em chỉ thực thi
được một phần của hệ thống hoàn chỉnh. Đó là tưới tiêu cây café bằng cú pháp tin
nhắn hoặc gọi điện, hẹn giờ tưới cho cây trồng, đặt báo giờ tưới, tưới theo cấp độ
mạnh nhẹ, chế độ báo cho biết hệ thống đang được hoạt động, chế độ hoạt động dự
phòng thông qua nút nhấn.
5


Với những gì đã trình bày trên, em đã tiến hành nghiên cứu, khảo sát và thực
hiện và dự kiến đạt được các mục tiêu như sau:
 Nắm vững được nguyên lý hoạt động của điều khiển từ xa thông qua
điện thoại.
 Chế tạo một bộ điều khiển tưới tiêu cây café từ xa bằng module sim qua
sóng điện thoại.
 Cũng cố những kiến thức đã được học tại trường và bổ sung thêm những
kiến thức mới.
 Hoàn thành báo cáo, tìm hiểu và tìm hướng phát triển của đề tài.

6


CHƯƠNG 2: TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU TỰ ĐỘNG
2.1. Khái niệm về hệ thống tự động
Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống bao gồm các phần tử tự động nhằm

điều khiển các quá trình xảy ra trong thiên nhiên, cuộc sống mà không có sự tham gia
trực tiếp của con người.
Hệ thống điều khiển tự động: là tập hợp các thành phần vật lý có mối liên quan và
tác động qua lại lẫn nhau để chỉ huy, tự hiệu chỉnh hoặc điều khiển một hệ thống khác.
Hệ thống điều khiển tự động xuất hiện ngày nay rất phổ biến như:
 Hệ thống điều hoà không khí.
 Hệ thống điều chỉnh độ ẩm.
 Hệ thống tự động báo cháy v.v
Trong môi trường sản xuất:
 Các máy tự động.
 Các đường dây sản xuất, lắp ráp tự động.
 Các máy điều khiển theo chương trình, Máy tính, Robot v.v
2.2. Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất
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.

Hình 2.1: Công nghệ đời sống
7


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 đời sống. Nó sẽ là phương tiện
không thể thiếu trong đời sống chúng ta.
2.3. 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…

Hình 2.2: Tưới tiêu trong sản xuất
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.

8


2.4. Nhiệm vụ của thiết kế hệ hống tưới nước tự động

Hình 2.3: Cách bố trí thiết kế hệ thống
Thiết kế hệ thống tưới cây tự động cần đòi hỏi phải có một số thông tin về các
vật tư thiết bị, về bộ vi xử lí, các bộ cảm biến, bộ điều khiển đóng cắt…. Vậy nên việc
đặt ra bài toán thiết kế là rất cần thiết.

2.4.1. Tổng quan về thiết kế một hệ thống tưới
Để thiết kế hệ thống tưới nước cho cây trồng, cần quan tâm đến các vấn đề sau:
 Hình dạng vùng tưới
 Diện tích vùng tưới
 Số cây cần cung cấp nước tưới
 Nhu cầu nước của loại cây Café (lit/ngày)
 Địa hình khu tưới
Để xác định hình dáng, diện tích vùng tưới, không có cách nào khác hơn là phải
đo đạc. Khoảng cách giữ các cây cũng là yếu tố tạo nên chất lượng yêu cầu đề ra.
Khoảng cách cũng tạo ra sự chênh lệch lượng nước tới nếu không đều chênh lệch cũng
cao tạo sản phẩm kém. Với diện tích quy hoạch như nào chúng ta nên đo chính xác
vừa đủ với lưu lượng nước chúng ta cần tưới phù hợp với công suất bơm. [11]
9


2.4.2. Thiết kế hệ thống tưới
a, Xác định lần tưới nhu cầu nước/lần tưới và khả năng cung cấp nước:
Tùy thuộc loại cây trồng, ta xác định lần tưới và nhu cầu nước cho mỗi lần tưới.
Số lần tưới phụ thuộc vào đặc tính của cây trồng và khả năng giữ ẩm của đất. Ta chỉ
cần tính toán gần đúng thông số về lần tưới dùng để tính toán nguồn nước.
Trong sản xuất, sẽ dựa vào thực tế đất đai, thời tiết để điều chỉnh số lần tưới cho
phù hợp. Nhu cầu nước/lần tưới là thông số quan trọng để tính toán, thiết kế hệ thống
tưới và tính toán nguồn nước. Chuyên ngành thủy lợi có bảng tra nhu cầu nước cho các
loại cây trồng/vụ hoặc ngày hoặc có thể tra nghiên cứu trên mạng; tuy nhiên người
trồng cũng có nhiều kinh nghiệm thực tế để xác định nhu cầu nước tưới cho mỗi loại
cây trồng. Trong thực tế, nhu cầu nước của cây trồng ít hơn nhiều so với lượng nước ta
cung cấp; do vậy mà lượng nước tưới tùy thuộc vào phương pháp tưới. Thông thường
nhu cầu nước tưới cho một cây cần tưới giao động từ 5-10 lít (tưới nhỏ giọt); 15-20 lít
(tưới phun tia) 30 đến 40 lít nước (tưới rãnh, tưới phun mưa).
Từ xác định được nhu cầu nước của cây cho mỗi lần tưới, số lần tưới/tháng, số

tháng cần tưới, ta xác định được nhu cầu nguồn nước tưới. [11]
b, Phân chia khu tưới:
Nếu bạn chỉ tưới cho diện tích nhỏ trở lại thì chỉ là 1 khu tưới; nhưng nếu diện
tích tưới lớn hơn phải phân chia vùng tưới thành nhiều khu tưới. Nếu chi khu tưới quá
lớn, công suất máy bơm và đường kính ống dẫn nước chính sẽ tăng lên rất lớn dẫn đến
không có hiệu quả kinh tế.
Khi phân chia khu tưới, bạn phải lên bản vẽ thể hiện rõ hình dáng, diện tích
từng khu tưới, kích thước các cạnh của khu tưới, vẽ các hàng cây và chiều dài mỗi
hàng cây, từ đó ta sẽ tính được số lượng cây trồng cho mỗi khu tưới, tính ra đường
kính, chiều dài của đường ống chính. [11]
c, Tính toán đường ống chính:
Đường ống chính tải nước tưới đến từng khu tưới và cho cả vùng tưới, do đó, ta
phải tính toán được chiều dài và đường kính ống phù hợp và cả áp lực để chọn loại ống
phù hợp (lớn quá sinh thừa – tốn tiền vô ích, ống nhỏ quá không cung cấp đủ nước cho
khu tưới, ống kém dễ hỏng dẫn đến tốn kém….)
Ngoài ra, cần tính vị trí lắp đặt đường ống chính và chuyển nó lên bản vẽ.
Thông thường nếu khu tưới có địa hình thấp dần thì ta bố trí đường ống chính đi theo
10


cạnh có cao độ lớn nhất của khu tưới, nhờ đó khi xả nước ra khỏi đường ống chính,
nước sẽ khuynh hướng chảy từ nơi cao đến nơi thấp tới có lợi về năng lượng.
Nếu đất tương đối bằng phẳng hoặc gợn sóng nhô cao ở giữa đồng đất thì nên
bố trí đường ống chạy dọc theo các đỉnh cao xuyên qua đồng đất để chia nước tưới về
hai phía
 Tính chiều dài đường ống chính:
Dùng thước kẻ ly đo tổng chiều dài đường ống chính trên bản vẽ, nhân với tỷ lệ
bản vẽ để xác định tổng chiều dài thực của đường ống chính.
 Tính toán đường kính của đường ống chính:
Để tính toán được kích thước của đường ống chính ta cần xác định tổng nhu cầu

nước tưới cho một lần tưới cho khu tưới lớn nhất của vùng tưới. Căn cứ vào chiều dài
của mỗi hàng ta tính được số cây/hàng bằng công thức:
Số cây/hàng = chiều dài hàng chia cự ly trồng (cây cách cây) + 1. [11]
2.4.3. Thiết kế hệ thống điện tử tự động
Hệ thống điện tử phải đầy đủ chức năng đáp ứng cho quá trình tưới tiêu tự
động. Thiết bị phải hoạt động ổn định, tưới nước đúng thời gian yêu cầu tiện lợi cho
người dùng dễ dàng sử dụng. Báo hiệu cho người dúng tình trạng hoạt động của hệ thống.
Để đáp ứng được nhu cầu đó cần nắm vững nguyên lý hoạt động cũng như chức
năng của từng module sử dụng trong hệ thống.

11


CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN
3.1. Giới thiệu chung về Arduino
Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY trên toàn thế
giới trong vài năm gần đây, gần giống với những gì Apple đã làm được trên thị trường
thiết bị di động. Số lượng người dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc
phổ thông lên đến đại học đã làm cho ngay cả những người tạo ra chúng phải ngạc
nhiên về độ phổ biến.

Hình 3.1: Những thành viên khởi xướng Arduino
Arduino là gì mà có thể khiến ngay cả những sinh viên và nhà nghiên cứu tại
các trường đại học danh tiếng như MIT, Stanford, Carnegie Mellon phải sử dụng; hoặc
ngay cả Google cũng muốn hỗ trợ khi cho ra đời bộ kit Arduino MEGA ADK dùng để
phát triển các ứng dụng Android tương tác với cảm biến và các thiết bị khác. [11]
Arduino thật ra là một board mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với
các thiết bị phần cứng như cảm biến, đọng cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm
nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một
ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về

điện tử và lập trình. Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và
tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm. Chỉ với khoảng $30, người dùng đã

12


có thể sở hữu một board Arduino có 20 ngõ I/O có thể tương tác với điều khiển chừng
ấy thiết bị.
Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theo tên một vị vua
vào thế kỷ thứ 9 là King arduino. Arduino chính thức được đưa ra giới thiệu vào năm
2005 như một công cụ khiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo sư Massimo Banzi,
là một trong những người phát triển Arduino, tại trường Interaction Design Instistute
Ivrea (IDII). Mặc dù hầu như không được tiếp thị gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan
truyền với tốc độ chóng mặt nhờ những lời truyền miệng tốt đẹp của những người
dùng đầu tiên. Hiện nay Arduino nổi tiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ
để tham quan nơi đã sinh ra Arduino. [13]
3.2. Board arduino uno R3
Mạch Arduino Uno là dòng mạch Arduino phổ biến, khi mới bắt đầu làm quen,
lập trình với Arduino thì mạch Arduino thường nói tới chính là dòng Arduino UNO.
Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ (Mạch Arduino Uno R3).
Mạch Arduino Uno R3 là dòng cơ bản, linh hoạt, thường được sử dụng cho
người mới bắt đầu. Bạn có thể sử dụng các dòng Arduino khác như: Arduino Mega,
Arduino Nano, Arduino Micro… Nhưng với những ứng dụng cơ bản thì mạch Arduino
Uno là lựa chọn phù hợp nhất. [7], [13]

Hình 3.2 Mạch Arduino

13



 Một vài thông số kỹ thuật của Arduino:
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của Arduino

Vi điều khiển

Atmega328 họ 8 bit

Điện áp hoạt động

5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động

16 MHz

Dòng tiêu thụ

Khoảng 30mA

Điện áp vào khuyên dùng

7 - 12V DC

Điện áp vào giới hạn

6 – 20V DC

Số chân Digital I/O

14 (6 chân hardware PWM)


Số chân Analog

6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O

30 mA

Dòng ra tối đa (5V)

500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V)

50 mA

Bộ nhớ flash

32 KB (Atmega328) với 0.5KB dùng bởi
Bootloader

SRAM

2 KB (Atmega328)

EEPROM

1 KB (Atmega328)


 Vi điều khiển

Hình 3.3: Vi điều khiển Atmega328
Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8,
ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều
14


khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo
nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD, …
Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn
ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V. Thường thì cấp
nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB.
Nếu cấp nGuồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO.
 Các cổng vào ra

Hình 3.4: Các chân của Arduino
Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có
2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi chân
đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc
định thì các điện trở này không được kết nối).
 GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi bạn
dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân
này phải được nối với nhau.
 5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là
50mA.

15



 V-in (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối
cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.
 IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể
được đo ở chân này. Và dĩ nhiên nó luôn là 5V. Mặc dù vậy bạn không
được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không
phải là cấp nguồn.
 RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương
đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
 Chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận
(receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết
bị khác thông qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na
chính là kết nối Serial không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn
không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết
 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM
với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng
hàm analogWrite(). Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được
điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và
5V như những chân khác.
 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài
các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu
bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.
 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi
bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối
với chân số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu
10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên
board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức là
nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện
áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit. [13]

Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp
I2C/TWI với các thiết bị khác.

16