MỤC LỤC
TRANG
LỜI CẢM ƠN.........................................................................................................
MỞ ĐẦU................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG..............3
1.1. KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG TỰ DỘNG.......................................................3
1.2. VAI TRÒ CỦA TỰ ĐỘNG HÓA TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT...........3
1.3. ỨNG DỤNG CỦA TỰ ĐỘNG HÓA TRONG TƯỚI TIÊU CÂY TRỒNG.....4
1.4. CÁC DẠNG CHÍNH CỦA HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG............................4
1.5. CÁC NGHIÊN CỨU Ở NƯỚC NGOÀI..........................................................13
1.6. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC.............................................................14
1.7. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ............................................................................14
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG..........................15
2.1. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI.............................................................................15
2.2. CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI..................................................................16
2.2.1. Khối vi điều khiển ........................................................................................16
2.2.2. Khối cảm biến...............................................................................................20
2.2.3. Khối hiển thị ................................................................................................24
2.3. PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN BLYNK...............................................................28
CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ....................................30


3.1 Sơ đồ nguyên lý
.............................................................................................................................................................
30
3.2 Sơ đồ mạch in và mạch thực tế
.............................................................................................................................................................
31
KẾT LUẬN CHUNG .............................................................................................34
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................35
PHỤ LỤC................................................................................................................ 36

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Trang
Hình 1.1. Hệ thống tưới nước phun mưa..........................................................................6
Hình 1. 1. Hệ thống tưới nước phun xương.....................................................................9
Hình 1.3. Hệ thống tưới nước nhỏ giọt
.............................................................................................................................................................
11
Hình 1.4 Hệ thống tưới nước cảnh quan , cây cỏ
.............................................................................................................................................................
13
Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống tưới nước tự động
.............................................................................................................................................................
15
Hình 2.2 Hình ảnh thực tế của Chip NODEMCU ESP8266
.............................................................................................................................................................
17
Hình 2.1 Sơ đồ chân kết nối NodeMCU
.............................................................................................................................................................
18
Hình 2.4 cảm biến LM35
.............................................................................................................................................................
21
Hình 2.5 Cảm biến HS1101
.............................................................................................................................................................
21
Hình 2.6 Cảm biến nhiệt độ môi tường DHT11



.............................................................................................................................................................
22
Hình 2.7 Cảm biến độ ẩm đất TH – 50K
.............................................................................................................................................................
23

Hình 2.8 Khối hiển thị LCD
.............................................................................................................................................................
25

Hình 2.9 Module I2C LCD 16x2
.............................................................................................................................................................
27
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý
.............................................................................................................................................................
30
Hình 3.2 Mạch in
.............................................................................................................................................................
31
Hình 3.3 Mạch khi được khởi tạo
.............................................................................................................................................................
32
Hình 3.4 Cài đặt nhiệt độ, độ ẩm
.............................................................................................................................................................
33
Hình 3.5 Mô hình hệ thống tưới nước tự động
.............................................................................................................................................................
34



LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trường Cao Đẳng Nghề Bách Khoa Hà
Nội đã tận tình dạy dỗ trong suốt những năm qua. Trong đó phải kể đến quý thầy cô
trong khoa Điện đã tạo điều kiện cho em thực hiện đồ án tốt nghiệp này.
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn ThS. Trần Ngọc
Trưởng đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ em trong
quá trình thực hiện đề tài. Cung cấp cho em những kiến thức quý báu cũng như
những lời khuyên cực kỳ hữu ích. Tạo động lực cho em hoàn thành tốt nhiệm vụ
của mình.
Em xin cảm ơn những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn cho
việc thực hiện đề tài này. Để hoàn thành em đã nỗ lực nghiên cứu, thiết kế và chế
tạo, nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những
thiếu sót, em rất mong nhận được những lời góp ý chân thành từ thầy cô và các bạn
để có thêm những hiểu biết và hoàn thiện hơn trong quá trình làm việc sau này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Ngô Thế Dũng
Nguyễn Đình Duy
Đặng Công Duy


MỞ ĐẦU
Nền nông nghiệp của nước ta là nền nông nghiệp vẫn còn lạc hậu cũng như
chưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật được áp dụng vào thực tế. Rất nhiều quy
trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc được tiến hành một cách thủ công và không đảm
bảo được đúng yêu cầu. Có thể nói trong nông học ngoài những kỹ thuật trồng trọt,
chăm sóc thì tưới nước là một trong các khâu quan trọng nhất trong trồng trọt, để
đảm bảo cây trồng sinh trưởng và phát triển bình thường, tưới đúng và tươi 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.

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 và đưa vào thực
tiễn ngày càng nhiều. Thiết bị tưới cũng rất đa dạng về chủng loại (vòi phun nước,
phun sương, vòi nhỏ giọt bù áp, dây tưới nhỏ giọt) có thông số khác nhau phục vụ
cho các loại cây trồng 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 của mình. Hệ thống tưới phun đáp ứng độ ấm gốc, độ ẩm lả và không khí
cho cây trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm nước tạo điều kiện cho cây trồng hấp
thụ dinh dưỡng không gây rửa trôi, thoái hóa đất, không gây ô nhiễm môi trường.
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 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 sẽ được sinh trưởng
và phát triển tốt hơn nhờ việc tưới cây phù hợp và chính xác hơn.
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 ở các
7


nước phát triển. Hệ thống tưới nước tự động là một hình thức tưới nước hợp lý, tiết
kiệm sức lao động và chi phí nhân công. Vốn đã rất phổ biến tử nhiều nước trên thế
giới. Tuy nhiên ở Việt Nam chỉ vài ba năm trở lại đây việc vận dụng hệ thống này
mới trở thành xu hướng. Hệ thống tưới nước tự động cũng trở nên phổ biến hơn với
người nông dân ở nông thôn cùng với quá trình hiện đại hóa, nông nghiệp hóa nông
thôn nhưng không phải người dân nào cũng mạnh dạn đưa vào sử dụng vì chi phí
đầu tư cao. Mặt khác khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ đã làm thay đổi cuộc
sống con người, làm cho cuộc sống con người ngày càng trở nên tiện nghi và hiện

đại. Kỹ thuật điện tử phát triển con người đã tạo ra những thiết bị máy móc hiện đại
thay thế cho con người những công việc nặng nhọc và đòi hỏi độ chính xác cao.
Ngành nông nghiệp nước ta hiện nay còn phụ thuộc nhiều vào khí hậu tự nhiên và
với những phương pháp canh tác truyền thống không mang lại năng suất cao. Khi
kinh tế xã hội phát triển thì nhu cầu con người càng được nâng cao, đòi hỏi chất và
lượng nâng cao. Do đó cần đến các thiết bị kỹ thuật tiên tiến có khả năng đo đạc và
điều khiển các thông số của môi trường như: nhiệt độ, độ ẩm không khí, chất dinh
dưỡng cung cấp phù hợp với từng giai đoạn phát triển của cây trồng.
Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn trên em đã nghiên cứu và tiến hành
thiết kế mô hình hệ thống tưới tự động.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, phân tích và thi ết kế được mạch có
khả năng điều khiển và giám sát hệ thống tưới nước tự động thông qua các
thông tin thu thập về. Thông tin độ ẩm môi trường, độ ẩm đất được cảm bi ến
đo chuyển tới khối xử lý dữ liệu và được gửi tới sever là Blynk bằng module
WIFI. Dựa vào các thông tin trên mà sever đi ểu khi ển máy b ơm tưới nước tự
động.

8


CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG
1.1.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 quy trình xảy ra trong thiên nhiên, cuộc sống mà không có sự tham
gia trực tiếp của con người.
Hệ thống tự động xuất hiện ngày nay rất phổ biến:
- Hệ thống điều hòa không khí.
- Hệ thống tự động báo cháy.
- Hệ thống điều chỉnh độ ẩm.

- Hệ thống tưới nước tự động . . .
Trong môi trường sản xuất:
- Các máy tự động.
- Các đường dây sản xuất, lắp ráp tự động.
- Các robot, máy tính . . .
1.2. VAI TRÒ CỦA TỰ ĐỘNG HÓA TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
Tự động hóa đang được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau:
công nghiệp sản xuất, gia công cơ khí, dây chuyền lắp ráp tự động, ứng dụng kiểm
soát chất lượng… Các hệ thống điều khiển thường dùng để vận hành quá trình sản
xuất bao gồm servo, PLC, mạch điện tử, G code… Các hệ điều khiển này có thể bao
gồm việc điều khiển từ đơn giản đến các thuật toán phức tạp, điều khiển những máy
móc đơn giản cho đến những hệ thống công nghiệp lớn.
9


Có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng tới quá trình tự động hóa của một quốc gia,
hoặc một lĩnh vực. Trong đó, có thể kể đến những nhân tố quan trọng như: Công
nghệ số hóa, trình độ nhân sự, nguồn lực vốn... Để quá trình này được diễn ra thuận
lợi, cần hiểu rõ bản chất tự động hóa trong từng lĩnh vực, từng quy trình sản xuất, từ
đó ứng dụng tối ưu, giúp tăng năng suất, giảm chi phí.
1.3. ỨNG DỤNG CỦA TỰ ĐỘNG HÓA TRONG TƯỚI TIÊU 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
nói chung và 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 không chỉ trên lĩnh
vực nông nghiệp. Có thể nói tự động hóa trở thành xu hướng tất yếu cho bất kì quốc
gia, vùng lãnh thổ nào muốn phát triển kinh tế trên Thế giới.
1.4. CÁC DẠNG CHÍNH CỦA HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG [1]
Về cơ bản hệ thống tưới nước tự động có 4 dạng chính:
- Tưới phun mưa:
Đây là hệ thống tưới nước tạo các tia nước bắn ra xung quanh nhờ đầu phun
tạo mưa, phun trực tiếp lên bề mặt lá cây. Hệ thống này giúp bà con nông dân tưới
cây nhanh hơn, hiệu quả hơn, nâng cao hiệu quả kinh tế. Phương pháp này có tác
dụng làm tăng độ ẩm cho đất và làm mát cho cây trồng, tạo điều kiện kích thích cây
trồng sinh trưởng và phát triển. Hệ thống này được áp dụng phổ biến nhất do phù
10


hợp với nhiều mô hình canh tác từ hoa màu cho đến cây ăn quả, cây công nghiệp.
Nước ra vòi phun, béc phun theo dạng mưa, từng hạt, từng hạt có khả năng văng xa,
tùy theo áp lực nước.
Ưu điểm: Tưới phun mưa có hiệu quả sử dụng rất cao vì hạn chế cao độ tổn thất
nước do bốc hơi vì tia phun ngắn.
• Cường độ tưới phun mưa và diện tích làm ướt có thể được điều chỉnh cho
phù hợp sự tăng trưởng của cây trồng. Không tạo nên dòng chảy trên mặt đất.
không phá vỡ cấu tượng đất do hạt mưa nhỏ.
• Cường độ tưới phun mưa và diện tích làm ướt có thể được điều chỉnh cho
phù hợp sự tăng trưởng của cây trồng. Cường độ tưới phun mưa và diện tích làm
ướt có thể được điều chỉnh cho phù hợp sự tăng trưởng của cây trồng.
• Do toàn bộ hệ thống đường ống tưới phun mưa đặt ngầm nên tiết kiệm đất.
Thuận tiện việc chăm sóc, canh tác trên đồng ruộng. Mặt khác cũng dễ dàng tự
động hóa từng phần hoặc toàn phần hệ thống tưới phun mưa. Cũng như việc cơ khí
hoá và tự động hóa phần thiết bị điều khiển. Thiết bị tưới phun mưa được điều

khiển toàn bộ hệ thống từ xa theo chương trình lập sẵn. Nên tiết kiệm sức lao động
và nâng cao năng suất tưới.
• Nâng cao năng suất tưới và năng suất các khâu canh tác nông nghiệp khác.
Sử dụng áp lực làm việc loại trung bình và thấp. Đồng thời lưu lượng tưới phun
mưa yêu cầu nhỏ nên tiết kiệm năng lượng và nguồn nước. Có tác dụng cải tạo vi
khí hậu khu tưới. Hạn chế sâu bệnh, cỏ dại phát triển. Kết hợp được tưới tưới phun
mưa với phun thuốc trừ sâu, bón phân hóa học. Rất phù hợp với các cây trồng mềm
yếu (vườn hoa, vườn ươm, cây đang ra hoa, thụ phấn).
• Thiết bị tưới phun sương cho phép người sử dụng có thể pha thêm một số
dung dịch an toàn chống lại sâu bệnh gây hại. Tuy nhiên, nếu phải thường xuyên
tiếp xúc với các chất này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Vì thế, sản
phẩm này giúp đảm bảo sức khỏe của người dùng. Bên cạnh đó, với mật độ phun
11


đều, lượng nước và chất phòng ngừa sâu hại không bị tồn đọng quá nhiều gây ngập
úng hay dư thừa chất bảo vệ thực vật.
Nhược điểm:
• Các loại béc tưới phun mưa dễ bị tắc nghẽn (khi nước tưới có nhiều tạp
chất), nhất là đối với các vòi phun sương mù (Mist Sdrayer) có các lỗ tưới phun
mưa rất nhỏ.
• Yêu cầu trình độ nhất định trong thiết kế xây dựng và quản lý hệ thống tưới
phun mưa.
• Vốn đầu tư cho hệ thống tưới phun mưa ban đầu cao hơn so với các kỹ thuật
tưới cổ điển.
• Các đường ống tưới phun mưa và thiết bị hay hư hỏng, dễ bị mất mát, phá
hoại do con người và côn trùng tại mặt ruộng (điều này rất dễ xảy ra ở Việt Nam).

Hình 1.1. Hệ thống tưới nước phun mưa


- Tưới phun sương:
12


Tưới phun sương là một hệ thống tưới nước chịu áp suất của máy bơm tăng
áp. Nguồn nước đưa vào được nén với áp suất cao qua những vòi được thiết kế đặc
biệt sẽ chuyển hóa thành dạng sương siêu mỏng với kích thước hạt nhỏ, dễ khuếch
tán vào môi trường xung quanh. Tưới phun sương thường được lắp trong các khu
vườn ươm giống, các vườn hoa trong nhà kính, trồng rau hữu cơ, rau thủy canh,
trồng hoa, tưới cảnh quan…
Ưu điểm:
• Có tác dụng ngăn bụi, điều hòa vi khí hậu, giúp không khí mát mẻ và có thể
tận dụng lúc tưới để phun các loại thuốc bổ trợ cho cây trồng. Kích thước hạt nhỏ,
mịn nên sẽ an toàn đối với hoa và cây trồng, không gây hại cho cây.
• Nhắc đến thiết bị tưới phun sương là phải nhắc đến công dụng đầu tiên của
sản phẩm này là chống lãng phí nước. Nếu so với việc tưới thủ công tốn khá nhiều
nước, thì thiết bị này giúp người trồng trọt tiết kiệm được nguồn tài nguyên quý giá
và không thể thiếu đối với sự sống của cây trồng. Cường độ tưới có thể điều chỉnh
cho thích hợp với từng loại cây trồng, cộng thêm thiết bị có thể tưới trên diện rộng,
nên thiết bị này không chỉ chống lãng phí nước mà còn tiết kiệm thời gian tưới cây.
• Lợi thế tiếp theo của thiết bị này là giúp cho người trồng trọt đỡ vất vả, đỡ
tốn công sức tưới hoặc thuê người tưới. Thay vì mất vài giờ đồng hồ chỉ để tưới cây,
trong khi thời gian là tiền bạc, chủ vườn cây có thể dành thời gian đó để làm việc
khác, hoặc ngồi ngắm nhìn khu vườn đang sai trĩu quả hoặc đang trổ hoa đẹp mắt.
Vừa tiết kiệm nước, vừa tiết kiệm công sức lao động quả là thiết bị đáng phải xem
xét để đầu tư.
• Thiết bị tưới phun sương cho phép người sử dụng có thể pha thêm một số
dung dịch an toàn chống lại sâu bệnh gây hại. Tuy nhiên, nếu phải thường xuyên
tiếp xúc với các chất này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Vì thế, sản
phẩm này giúp đảm bảo sức khỏe của người dùng. Bên cạnh đó, với mật độ phun


13


đều, lượng nước và chất phòng ngừa sâu hại không bị tồn đọng quá nhiều gây ngập
úng hay dư thừa chất bảo vệ thực vật.

14


• Với sân vườn nhỏ, khách hàng có thể tự lắp ráp hệ thống tưới phun sương tự
động theo hướng dẫn ghi trên hộp, hoặc theo hướng dẫn của nhà cung cấp. Đối với
diện tích sân vườn lớn hơn, bạn vẫn có thể tự lắp ráp nhưng tốt nhất là nên có sự hỗ
trợ kỹ thuật từ phía người bán, vì họ có nhiều kinh nghiệm và họ sẽ giúp bạn có
được hệ thống tưới hiệu quả nhất. Tính năng tự động không thể không nhắc đến khi
nói về sản phẩm này. Người sử dụng chỉ cần đứng ở đầu nguồn nước để mở vòi,
hoặc lắp đặt hệ thống tưới tự động hẹn giờ, lúc này thiết bị sẽ tưới theo đúng thời
gian và lượng nước được cài đặt sẵn.
• Không gây dòng chảy mặt: Các hạt sương có kích thước nhỏ, di chuyển với
vận tốc bé trong không khí.
• Độ ẩm đồng đều.
Nhược điểm:
• Hệ thống này nếu muốn tưới tự động thì bạn cần đầu tư chi phí để mua bộ
thiết bị hẹn giờ, cảm biến mưa, các vòi phun và đường ống tốt. Đặc biệt đối với hệ
thống lắp đặt ngầm, bạn càng cần có sản phẩm tốt để có thể sử dụng lâu dài mà
không tốn công thay thế bộ phận, chi tiết hay phải sửa lại đường ống nếu ống dẫn
không tốt. Tuy vốn đầu tư ban đầu lớn, nhưng điều đó không có nghĩa chi phí trung
bình cao vì hệ thống thiết bị tưới phun sương có thể sử dụng từ 10 đến 20 năm. Nếu
bạn lấy vốn ban đầu chia cho số năm sử dụng, bạn sẽ thấy được thiết bị này vừa tiện
lợi, lại vừa tốn ít chi phí trung bình phải bỏ ra.

• Thiết bị sử dụng công nghệ hiện đại đòi hỏi người sử dụng phải có kiến thức
nhất định về sản phẩm, cũng như cách dùng. Với diện tích đất trồng hay sân vườn
lớn, bạn cần có bản thiết kế hoàn chỉnh trước khi bắt tay vào lắp đặt, chưa kể đến
bạn cần có thông tin cách sử dụng sao cho hiệu quả nhất. Tuy nhiên, bạn cũng
không cần quá lo lắng, vì đa phần các nhà cung cấp thiết bị tưới phun sương uy tín
đều có đội ngũ nhân viên kỹ thuật giàu kinh nghiệm. Họ sẽ giúp đỡ bạn từ khâu
thiết kế, lắp đặt, đến vận hành hệ thống tưới tự động này.
15


Hình 1. 2. Hệ thống tưới nước phun xương

- Tưới nhỏ giọt:
Tưới nhỏ giọt là hệ thống tưới nước đưa nước đến từng gốc cây, nước sẽ
được tưới trực tiếp lên bề mặt của đất chứ không phải phun trên bề mặt lá. Từ đây
hạn chế đến tối đa việc bốc hơi của nước, giúp cây thu đủ chất dinh dưỡng để phát
triển. Nước ra từ các đầu vòi theo dạng từng giọt, từng giọt một tưới trực tiếp vào
gốc cây thích hợp cho việc tưới không gian lớn cho cây ăn quả, cây lâu năm.
Ưu điểm
• Đảm bảo cung cấp độ ẩm đồng đều cho đất canh tác, ngoài ra còn điều hòa
được các yếu tố như nhiệt độ, chế độ không khí, nước, thức ăn, quang hơp của
cây…
• Tưới nhot giọt giúp tiết kiệm nước một cách tối đa, giảm đến mức thấp nhất
sự hao hụt về nước do thấm ra đất hay bốc hơi.
16


• Tránh hiện tượng xói mòn, rửa trôi đất, tập trung muối về 1 nơi khiến đất
không đồng đều về dinh dưỡng.
• Là bước đệm cho cơ giới hóa, tự động hóa trong nông nghiệp, năng suất lao

động tăng lên đáng kể nhưng lại ít tốn nhân công và giảm thời gian lao động chân
tay bởi vì thao tác bón phân hay bơm thuốc bảo vệ thực vật dễ dàng kết hợp cùng
quá trình tưới.
• Tưới nhỏ giọt ít phụ thuộc vào cấu trúc địa hình, không phá vỡ kết cấu của
đất, thích hợp với mọi điều kiện địa hình ở nước ta.
• Tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành.
• Góp phần ngăn chặn cỏ dại, sâu bệnh do chỉ đủ nước cho gốc cây chứ
không phung phí ra các vùng xung quanh.
• Và đặc biệt, hệ thống tưới nhỏ giọt luôn duy trì độ ẩm ở mức độ tốt nhất,
phù hợp với từng loại cây trồng, do đó, tăng năng suất cây và giúp cây đạt chất
lượng vượt trội.
Nhược điểm:
• Dễ bị tắc ngẽn do rong rêu, bùn, chất cặn trong dinh dưỡng hay nguồn nước,
do đó nguồn dung dịch đi qua ống tưới cần có bộ lọc trước khi đến cây trồng.
• Không thể làm mát cây và tăng khả năng quang hợp của lá nhưng các hệ
thống tưới khác.
• Chi phí ban đầu khá cao.
• Đòi hỏi người đầu tư phải am hiểu về kỹ thuật tưới nhỏ giọt mới vận hành
được.

17


• Nếu quá trình tưới nhỏ giọt bị gián đoạn chất lượng cây trồng sẽ xuống cấp
cực kỳ nhanh so với những cách tưới khác.
Như vậy, sau khi so sánh những ưu – nhược điểm của hệ thống tưới nhỏ giọt bạn
có thể chọn cho mình cách tưới tiêu hợp lý nhất tùy vào loài cây và khả năng tài
chính của bạn.
Có 2 hệ thống tưới nước nhỏ giọt phổ biến:
• Tưới nhỏ giọt dọc luống: Được áp dụng đầu tiên trong nông nghiệp có lẽ là

hình thức tưới nhỏ giọt dọc luống. Với khả năng nhân rộng cao, chủ vườn chỉ cần
lắp đặt một đường ống nước và đặt dọc theo các luống cây. Mỗi gốc cây sẽ lắp thêm
một béc để dòng nước chảy nhỏ giọt ra từ từ.
• Tưới nhỏ giọt quanh gốc: Từ phương pháp tưới nhỏ giọt dọc luống cũ, các
nhà khoa học đã nghiên cứu và cải tạo thành tưới nhỏ giọt quấn quanh gốc. Phương
pháp này phù hợp để sử dụng cho những loại cây trồng có nhu cầu cao về lượng
nước, nhưng việc áp dụng các biện pháp tưới phun sương lại không phù hợp.

Hình 1.3. Hệ thống tưới nước nhỏ giọt

18


- Tưới cảnh quan, tưới cỏ:
Hệ thống tưới tự động được hiểu đơn giản là có thể hoạt động mà không cần
sự tác động của con người. Mọi hệ thống tưới nhỏ giọt, phun mưa, tưới cảnh quan,
sân vườn đều có thế áp dụng tưới tự động thống tưới tự động thông qua các thiết bị
điện tử như bộ hẹn giờ và các thiết bị cơ khí khác. . .
Việc áp dụng hệ thống tưới tự động có thể làm tăng chi phí ban đầu nhưng về
lâu dài các năm sau chi phí để chăm sóc cây trồng sẽ giảm thiểu tối đa do giảm
thiểu về nhân công lao động, tiền điện, tiền nước.
Ưu điểm:
• So với việc tưới cây thủ công thì hệ thống tưới cảnh quan tự động giúp tiết
kiệm được 60% lượng nước. Chính điều này đã giúp giảm chi phí tiền nước hàng
tháng của mỗi gia đình, mỗi công ty. Đồng thời cũng giúp giảm được sức lực chăm
sóc của con người. Không chỉ vậy, đặc điểm của hệ thống này đó là được lắp đặt cố
định nên nó sẽ giúp đảm bảo tuổi thọ lâu dài cho các thiết bị tưới tiêu.
• Bên cạnh đó, hệ thống tưới cảnh quan còn giúp bạn tiết kiệm được nhiều
thời gian chăm sóc cây, từ đó có thêm thời gian để tập trung vào những việc khác
trong cuộc sống. Khu vườn của bạn sẽ trở nên tươi mới, sống động hơn nếu được

lắp đặt hệ thống tưới cảnh quan tự động. Từ đó công trình sân vườn do bạn tâm
huyết chăm sóc sẽ trở nên ấn tượng và thu hút hơn rất nhiều. Điều này cũng giúp
con người thư thái và thoải mái hơn khi ngắm những loại cây cảnh ưa thích. Vì hệ
thống này có bộ cảm biến và tắt tự động vì vậy nó giảm lượng bụi bẩn, ô nhiễm vào
nguồn nước từ các dòng chảy, giúp bảo vệ môi trường trong lành hơn.
Nhược điểm:
• Nhược điểm của hệ thống tưới cảnh quan tự động là chi phí đầu tư ban đầu
khá cao so.

19


• Để vận hành hệ thống hoạt động tốt và hiệu quả thì cần người có kỹ thuật
chuyên môn, am hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống tưới tự động

Hình 1.4 Hệ thống tưới nước cảnh quan, cây cỏ
1.5 CÁC NGHIÊN CỨU NƯỚC NGOÀI
Ở nước ngoài đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng về hệ thống tưới cây tự động:
Đầu những năm 80, Liên Xô (cũ) đã chế tạo ra một loại máy tự động ứng dụng
trong nông nghiệp. Khi làm việc loại máy này có thể quan sát được độ ẩm của thổ
nhưỡng, nhiệt độ không khí, sức gió… Nó có thể xác định được phương pháp tưới
và tiến hành tưới cho cây trồng, nhờ một loại máy làm mưa nhân tạo khác. Hãng
robot Droplet giới thiệu robot tưới cây tích hợp những công nghệ tự động mới nhất,
điện toán đám mây và một số dịch vụ kết nối khác cho phép Droplet có khả năng tự
động ngắm hướng vòi phun, lượng nước và tần suất tưới để tự động tưới nước cho
cây theo những lịch trình tự tính toán dựa trên phân tích các dữ liệu đầu vào.
Droplet là 1 chiếc vòi phun tự động có khả năng tự điều chỉnh hướng dòng nước
phun ra từ ống đến thân cây trong bán kính 9,14 mét. Trước khi robot tự động vận
hành, người dùng chỉ cần khai báo tên của các loại cây có mặt trong vườn thông qua
điện thoại, máy tính bảng, được kết nối không dây với robot. Dựa trên thông tin về

tên các loại cây, Droplet sẽ tự tra cứu thông tin trên mạng nhằm xác định lượng
20


nước cũng như tần số tưới cho phù hợp với từng loại cây. Bên cạnh đó, Droplet
cũng tự tra cứu dữ liệu về tình hình thời tiết của địa điểm làm việc để xác định
mưa/nắng nhằm đưa ra lịch làm việc thích hợp. Bộ điều khiển tưới cây tự động
Israel dễ dàng được lập trình theo yêu cầu tưới của người sử dụng. Chỉ cần vài thao
tác lập trình, cung cấp cho hệ thống một nguồn nước đầu vào và dẫn các đầu tưới
đến các vị trí cần tưới là đã hoàn tất việc lắp đặt hệ thống tưới tự động theo công
nghệ tưới tiên tiến.
1.6 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. Ở các trường
đại học chuyên ngành kĩ thuật đã có nhiều đề tài về hệ thống tưới nước tự động do
sinh viên thực hiện. Tuy nhiên vẫn còn nhiều mặt hạn chế cần khắc phục.
Hệ thống tưới phun tự động đa năng- một công trình khoa học của 2 giảng
viên rường Cao đẳng Công nghiệp (CĐCN) Huế: Tiến sĩ Lê Văn Luận và thạc sĩ Lê
Đình Hiếu. Các thiết bị chính của hệ thống tưới phun đa năng này gồm có 1 cảm
biến đo nhiệt độ và 1 cảm biến đo độ ẩm của đất được cài đặt tại nhà màng trồng
hoa, hệ điều khiển được lập trình trên PLC-S7- 1200. Khi các cảm biến cho thông
số độ ẩm của đất hoặc nhiệt độ không khí tại nhà màng báo hiệu cần nước, tín hiệu
này sẽ đưa đến hộp điều khiển PLC. Tại đây các chức năng sẽ được điều khiển tự
động để nhận nước và đưa tưới tự động tưới phun theo các vòi phun lắp đặt, và sẽ tự
ngừng trong đúng 5 phút, khi cảm biến báo độ ẩm hoặc nhiệt độ đã đạt yêu cầu.
1.7. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
- Cảm biến đo độ ẩm, nhiệt độ truyền dữ liệu đến bộ điều khiển để tưới nước
một cách tự động (khô thì tưới, thừa nước thì ngừng luôn duy trì độ ẩm ở mức ổn

định để cây phát triển nhanh). Có thể điều khiển tưới thước bằng tay khi cần thiết.

21


CHƯƠNG 2:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG
1.1 SƠ ĐỒ KHỐI

Máy bơm

Cảm biến

Vi điều khiển

Hiển thị

Thiết bị điều
khiển

Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống tưới nước tự động
Nguyên lý hoạt động:
Tín hiệu đặt là việc cái đặt do người lập trình đặt ra các điều kiện điểu khiển
cho hệ thống. Các giá trị thay đổi về nhiệt độ, độ ẩm được nhận biết qua các cảm
biến. Các giá trị của cảm biến đó sẽ đưa về bộ điểu khiển so sánh với các giá trị cài
đặt qua bộ điều khiển. Bộ điểu khiển xử lý đưa ra các tín hiệu điều khiển sang bộ
biến dổi để thực hiện việc điều khiển động cơ hoạt động hợp lý. Động cơ hoạt động
sẽ đưa nước tới các téc phun tưới cây đảm bảo việc chăm sóc các cây trồng phát
22



triển tốt. Hệ thống làm việc liên tục khoa học tránh các thao tác thừa khi điều khiển
động cơ.
2.2 CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI
2.2.1 Khối vi điều khiển
a) Chức năng
Là một máy tính được tích hợp trên một chip, nó thường được sử dụng
để điều khiển các thiết bị điện tử. Vi điều khiển, thực chất, là một hệ thống
bao gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp (khác với các bộ
vi xử lý đa năng dùng trong máy tính) kết hợp với các khối ngoại vi như bộ
nhớ, các module vào/ra, các module biến đổi số sang tương tự và tương tự
sang số,... Ở máy tính thì các module thường được xây dựng bởi các chip và
mạch ngoài.
b) KIT điều khiển ESP8266 NodeMCU [2]
Module ESP8266 là module wifi được đánh giá rất cao cho các ứng dụng
liên quan đến Internet và Wifi cũng như các ứng d ụng truy ền nh ận s ử d ụng
thay thế cho các module RF khác với khoảng cách truy ền lên t ới 100 mét( Môi
trường không có vật cản). Trên 400m với anten và router thích hợp.

-

ESP8266 cung cấp một giải pháp kết nối mạng Wi-Fi hoàn chỉnh và khép kín, cho
phép nó có thể lưu trữ các ứng dụng hoặc để giảm tải tất cả các chức năng kết nối
mạng Wi-Fi từ một bộ xử lý ứng dụng.

-

Khi ESP8266 là máy chủ các ứng dụng hay khi nó chỉ là bộ vi xử lý ứng dụng có
trong thiết bị, nó có thể khởi động trực tiếp từ một flash ngoài. Nó có tích hợp bộ
nhớ cache để cải thiện hiệu suất của hệ thống trong các ứng dụng này, và để giảm

thiểu các yêu cầu bộ nhớ.

23


-

Luôn phiên, phục vụ như một bộ chuyển đổi Wi-Fi, truy cập internet không dây có
thể được thêm vào bất kỳ thiết kế vi điều khiển nào dựa trên kết nối đơn giản qua
giao diện UART hoặc giao diện cầu CPU AHB.

-

Khả năng lưu trữ và xử lý mạnh mẽ cho phép nó được tích hợp với các bộ cảm
biến, vi điều khiển và các thiết bị ứng dụng cụ thể khác thông qua GPIOs với chi
phí tối thiểu và một PCB tối thiểu. Với mức độ tích hợp cao trên chip, trong đó bao
gồm các anten chuyển đổi balun, bộ chuyển đổi quản lý điện năng…

Hình 2.2 Hình ảnh thực tế của Chip NODEMCU ESP8266
Module ESP8266 có các chân dùng để cấp nguồn và thực hiện kết nối.
Chức năng của các chân như sau:

+ VCC: 3.3V lên đến 300Ma
+ GND: Chân Nối mass
+ Tx: Chân Tx của giao thức UART, kết nối đến chân Rx của vi điều
khiển.
+ Rx: Chân Rx của giao thức UART, kết nối đến chân Tx của vi điều
khiển.
+ RST: chân reset, kéo xuống mass để reset.
24



+ 10 chân GPIO từ D0 – D8, có chức năng PWM, IIC, giao tiếp SPI, 1-

Wire và ADC trên chân A0

+ Kết nối mạng wifi (có thể là sử dụng như điểm truy
cập và/hoặc trạm máy chủ lưu trữ một, máy chủ web), kết
nối internet để lấy hoặc tải lên dữ liệu.

Hình 2.2 : Sơ đồ chân kết nối NodeMCU
Tính năng của NODEMCU ESP8266

-

Hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n.
Wi-Fi 2.4 GHz, hỗ trợ WPA/WPA2.
Chuẩn điện áp hoạt động: 3.3V.
Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độ Baud lên đến115200
Tích hợp ngăn xếp giao thứcTCP / IP.
Tích hợp chuyển đổi TR, balun, LNA, bộ khuếch đại công suất và phù hợp với

-

mạng.
Tích hợp PLL, bộ quản lý, và các đơn vị quản lý điện năng.
Công suất đầu ra +19.5dBm trong chế độ 802.11b.
25



-

-

Tích hợp cảm biến nhiệt độ.
Hỗ trợ nhiều loại anten.
Wake up và truyền các gói dữ liệu trong <2ms.
Chế độ chờ tiêu thụ điện năng<1.0mW (DTIM3).
Hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP
Làm việc như các máy chủ có thể kết nối với 5 máy con
Hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: OPEN, WEP, WPA_PSK, WPA2_PSK,

WPA_WPA2_PSK.
- Có 3 chế độ hoạt động: Client, Access Point, Both Client and Access Point.
Quản lý năng lượng NODEMCU ESP8266
ESP8266 được thiết kế cho điện thoại di động, điện tử l ắp ráp và ứng dụng
InternetofThings với mục đích đạt được mức tiêu thụ điện năng th ấp nh ất v ới
sự kết hợp của nhiềukỹ thuật độc quyền. Kiến trúc tiết kiệm năng lượng hoạt

-

động trong 3 chế độ: chế độ hoạt động, chế độ ngủ và chế độ ngủ sâu.
Bằng cách sử dụng các kỹ thuật quản lý nguồn điện và ki ểm soát chuy ển đ ổi
giữa chế độ ngủ ESP8266 tiêu thụ chưa đầy 12uA ở chế độ ngủ nhỏ hơn
1.0mW so với (DTIM = 3) hoặc ít hơn 0.5mW (DTIM = 10) để giữ kết nối với

-

các điểm truy cập.
Khi ở chế độ ngủ, chỉ có bộ phận hiệu chỉnh đồng hồ thời gian thực và c ơ

quan giám sát vẫn hoạt động. Đồng hồ thời gian thực có thể được lập trình đ ể

-

đánh thức ESP8266 ở bất kỳ khoảng thời gian cần thiết nào.
ESP8266 có thể được lập trình để thức dậy khi một đi ều ki ện ch ỉ định được
phát hiện. Tính năng tối thiểu thời gian báo thức này của ESP8266 có th ể
được sử dụng bởi Tính năng tối thi ểu thời gian báo thức của ESP8266 có th ể
được sử dụng bởi thiết bị di động SOC. Cho phép chúng vẫn ở chế độ chờ,

-

điện năng thấp cho đến khi Wifi là cần thiết.
Để đáp ứng nhu cầu điện năng của thiết bị di động và đi ện tử l ắp giáp,
ESP8266 có thể được lập trình để giảm công suất đầu ra của PA phù h ợp v ới
các ứng dụng khác nhau. Bằng việc tắt khoảng tiêu thụ năng lượng.
Các chip có thể được thiết lập ở các trạng thái sau:

-

OFF: chân CHIP_PD ở mức thấp. Các RTC (đồng hồ thời gian) bị vô hiệu hóa và
mọi thanh ghi sẽ bị xóa.

26