TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN
KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ


THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƢỚI CÂY
TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG ARDUINO

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT
ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG

Sinh viên thực hiện

: Trần Hồng Chung

Mã sinh viên

: K12C08065

Giảng viên hướng dẫn : ThS. Trần Thị Trà Vinh
Khóa đào tạo

: 2018 - 2021

Đà Nẵng - 01/2021



LỜI NÓI ĐẦU
Đặt vấn đề và lý do chọn đề tài

Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, vi điều
khiển AVR và vi điều khiển PIC ngày càng thơng dụng và hồn thiện
hơn, nhưng có thể nói sự xuất hiện củaArduino 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 bắt đầu tìm tịi về vi điều khiển mà
khơng 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. Ngơn ngữ lập trình trên nền Java lại vơ cùng dễ sử
dụng tương thích với ngơn ngữ C và hệ 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.
Trên cơ sở kiến thức đã học trong suốt quá trình ở trường…
cùng với những hiểu biết về các thiết bị điện tử, em đã quyết định
thực hiện đề tài: Thiết kế hệ thống tƣới cây tự động sử dụng
Arduino.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
1.

– Tìm hiểu về các hệ thống tưới cây tự động.
– Tìm hiểu và arduino.
– Tìm hiểu về hệ thống tưới cây tự động sử dụng arduino.
– Thiết kế thi công hệ thống tứi cây tự động sử dụng arduino.
– Kiểm tra đánh giá tính ứng dụng của đề tài.
3.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

– Nghiên cứu về kích thướt mơ hình hệ thống tưới cây tự động

sử dụng arduino.

– Nghiên cứu sử dụng arduino uno r3 trong hệ thống.
1


– Tập trung nghiên cứu dùng cảm biến độ ẩm đất làm tín hiệu
chủ động để hệ thống hoạt động.

– Sử dụng các nề tảng có sẵn và sử dụng các thư viện mở để
phát triển sản phẩm.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Trong đề tài này em đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu:

– Phương pháp tham khảo tài liệu: thu thập thơng tin từ nhiều
nguồn sách, báo, tạp chí, và cổng thông tin điện tử.

– Phương

pháp quan sát: Đi khảo sát thực tế những nơi áp
dụng hệ thống tưới cây tự động, tưới cây tự động sử dụng arduino...

– Phương pháp thực hành: Tiến hành thiết kế và thi cơng hệ
thống để kiểm tra tính thực tế để có những cải tiến phù hợp.
5. Dự kiến kết quả
Dự kiến kết quả hệ thống tưới cây tự động sử dụng arduino sẽ
có các tính năng:
– Cảm biến độ ẩm đất làm tín hiệu chủ động để hệ thống hoạt
động.


– Thiết kế LCD hiển thị ra các thông tin trên LCD đưa thông
tin cho người sử dụng các thông tin điều khiển hệ thống.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài này sẽ giúp em có nhiều kinh
nghiệm để sau khi em tốt nghiêp có đủ khả năng nghiên cứu phát
triển thành một hệ thống có nhiều ứng dụng hơn, đáp ứng nhiều yêu
cầu thực tiễn hơn từ đó có thể giúp con người càng càng có cuộc
sống hiện đại hơn tiết kiệm sức lao động của con người

2


CHƢƠNG 1. TÌM HIỂU CHUNG VỀ CƠ SỞ LÍ THUYẾT
1.1. KHÁI QUÁT VỀ NHÀ TRỒNG THÔNG MINH
1.2. THỰC TIỄN ÁP DỤNG CỦA ARDUINO VÀO ĐỀ TÀI
1.3. KHÁI NIỆM, NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG TƢỚI
NƢỚC TỰ ĐỘNG
Thiết kế hệ thông tưới cây tự động địi hỏi phải có một số
thơng 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.
1.3.1. Tổng quan về thiết kế một hệ thống tƣới.
1.3.2. Thiết kế hệ thống tƣới.
1.4 . GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ARDUINO
1.5. BOARD ARDUINO UNO R3
Khi nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình hay nghiên
cứu chế tạo thì dịng đầu tiên mà người ta thường tìm hiểu đó chính
là dịng Arduino UNO. Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ
thứ 3 (R3). Mọi người sử dụng Arduino Uno R3 để phục vụ cho việc
học tập và nghiên cứu của mình hơn là các dịng Arduino khác vì

dịng Arduino Uno R3 có kích thước nhỏ gọn, đầy đủ tính năng và
rất dễ sử dụng đối với những người mới tiếp cận về lập trình.

Hình 1.4. Board Arduino uno r3
1.6.

LCD 1602
LCD 1602 sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển thị 2
dịng với mỗi dịng 16 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến,
nhiều code mẫu.
3


Hình 1.9. LCD 1602
1.7. CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT
Cảm biến độ ẩm đất bao gồm hai thành phần. Một thành phần
có hai đầu dùng để cắm vào đất hoặc bất cứ nơi nào khác cần đo hàm
lượng nước. Phía trên của thành phần này có 2 chân kết nối với mạch
khuếch đại dùng để kết nối với Arduino.

Hình 1.10. Cảm biến độ ẩm đất
1.8. GIỚI THIỆU VỀ MODULE RELAY 1 KÊNH 5V
Relay hình 1.12 là thiết được sử dụng rất nhiều trong cuộc
sống và trong các thiết bị đièu khiển điện tử.

–

Cấu tạo relay gồm 2 phần:
+ Cuộn hút: tạo ra năng lượng từ trường để hút các tiếp điểm
về mình.

+ Cặp tiếp điểm: khi khơng cấp điện tiếp điểm 1 được tiếp xúc
tiếp điểm 2 (tiếp điểm thường đóng). Khi cấp điện tiếp điểm 1 bị hút
chuyển sang tiếp điểm 3 (tiếp điểm thường mở).

4


Hình 1.12. Hình ảnh và sơ đồ của modulee relay 5
1.9. MẠCH CHUYỂN ĐỔI I2C CHO LCD
1.10. MÁY BƠM NƢỚC MINI 3V-5V DC

Hình 1.16. Máy Bơm Nước Mini 3V-5V DC
Máy bơm nước mini 3v - 5V DC được sử dụng trong các ứng
dụng bơm mini công suất nhỏ như bơm bể cá, bơm thí nghiệm,....

Thơng số kỹ thuật Máy bơm nƣớc mini 3V - 5V DC

–
–
–
–
–

Nguồn sử dụng: DC 3 - 5V
Dòng tiêu thụ: 100 - 200mA
Mức đẩy tối đa: 0.3 - 0.8 mét
Công suất bơm: 1.2 - 1.6L/ phút
Trọng lượng: 28 gram

5



1.11. ARDUINO IDE VÀ LẬP TRÌNH CHO ARDUINO.
1.12. NGUỒN SỬ DỤNG

Hình 1.18. Adapter 9V 2A

6


CHƢƠNG 2. PHÂN TÍCH THIẾT KẾ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM
VIỆC
2.1. MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ
Trong đề tài này, hệ thống tưới cây tự động hoạt động như
sau:
Cảm biến độ ẩm đất sẽ đóng vai trị trực tiếp tiếp nhận tín hiện
gửi về bộ phận điều khiển bằng cách cắm trực tiếp xuống đất để lấy
thông tin. Phần mềm được lập trình trong board arduino uno r3, đặt
ra các điều kiện điều khiển cho hệ thống, giá trị thay đổi độ ẩm được
nhận biết qua các cảm biến giá trị của cảm biến đó sẽ đưa về bộ điều
khiển so sánh với các giá trị cài đặt qua bộ điều khiển. Bộ điều khiển
xử lí đưa ra các tín hiệu điều khiển sang bộ biến đổi để thực hiện
việc điều khiển động cơ hoạt động hợp lí.
Động cơ hoạt động sẽ đưa nước tới các téc phun tưới cây đảm
bảo việc chăm sóc các cây trồng phát triển tốt. Hệ thống làm việc
liên tục khoa học tránh các thao tác thừa khi điều khiển động cơ.
Thiết kế LCD hiển thị ra các thông tin trên LCD đưa thông tin
cho người sử dụng các thông tin điều khiển hệ thống.
2.2. YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG
2.2.1. Yêu cầu về chức năng

2.2.2. Yêu cầu phi chức năng

7


CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG CỦA HỆ THỐNG
Hệ thống tưới tự động cho máy bơm nước tự động được biểu
diễn trên hình 3.1 như sau:

3.2.

Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống
THIẾT KẾ

Hình 3.2. Sơ đồ mạch
3.2.1. Phƣơng án thiết kế
 Trong mạch chủ yếu là dùng các module nên chọn phương
án là kết nối dây.
 Điều kiện hoạt động ngồi trời, chụi tác động của mơi
trường xung quanh như nhiệt độ độ ẩm và các tác nhân vật lí làm hư
hỏng, khơng đảm bảo cho mạch hoạt động ổn định nên cần có một
lớp bảo vệ bên ngoài để tránh các tác nhân trên.

8


3.2.2.

Thiết kế mơ hình

u cầu đặt ra:

–
–
–
–

Hình dạng vùng tưới: Hình chữ nhật
Diện tích vùng tưới; 500mm2
Loại cây trồng: Cây cỏ voi

Nhu cầu nước của cây cỏ voi: cây cần nhiều nước phát triển
tốt ở điều độ ẩm cao.
Để xác định hình dáng, diện tích vùng tưới, khơng 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 to quy hoạch lớn chúng ta nên đo chính xác vừa
đủ với lưu lượng nước chúng ta cần tưới phù hợp với công suất bơm.
3.3. LẬP TRÌNH PHẦN MỀM

9


4.1.

CHƢƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
THI CÔNG MẠCH
 Chuẩn bị:
Bảng 4.1. Các module và linh kiện cần chuẩn bị

Arduino Uno R3

Dây cắm

Rào Cái Đơn Chân Thẳng
1x40 Chân (Female Pin
Header)

Cảm biến độ ẩm đất

Biến trở

LCD1602 Xanh Lá

10


Mạch Chuyển Giao Tiếp
I2C

Mạch 1 Relay Opto Chọn
Mức Kích High/Low
(5/12/24VDC)

Động Cơ Bơm Chìm Mini
Water Pump 5VDC

Ống Mềm Silicone Tube
8x6mm (1 mét)


Nguồn Power Adaptor ACDC 9V 2A

Hộp điện kĩ thuật 8*8

11


 Tiến hành:
Bước 1: Nạp code cho arduino.
Bước 2: Kết nối dây theo sơ đồ.
Bước 3: Cấp nguồn kiểm tra mạch
Bước 4: Hoàn thiện, bảo vệ mạch bằng hộp điện kĩ thuật.

Hình 4.1. Mạch hồn chỉnh đã đưa vào hộp điện kĩ thuật
4.2. THI CƠNG MƠ HÌNH
 Chuẩn bị:
Bảng 4.2. Chuẩn bị các dụng cụ và vật liệu thi công mơ hình
STT
Tên dụng cụ
Hình ảnh mơ tả

1

Thùng xốp 20*30

2

Ống Mềm Silicone
Tube
8x6mm (1 mét)


12


3

Dây thép 2 ly

4

Dây rút 1 tấc

5

Dao dọc giấy

6

Kìm mỏ nhọn

7

Keo nến

13


Hình 4.2. Hệ thống hồn thành

14



KẾT LUẬN
Qua thời gian làm đồ án tốt nghiệp với đề tài: Thiết kế hệ
thống tƣới cây tự động sử dụng arduino em đã thiết kế và xây
dựng được hệ thống tưới cây tự động mà động cơ hoạt động sẽ đưa
nước tới các téc phun tưới cây đảm bảo việc chăm sóc các cây trồng
phát triển tốt. Hệ thống làm việc liên tục khoa học tránh các thao tác
thừa khi điều khiển động cơ.
Thiết kế LCD hiển thị ra các thông tin trên LCD đưa thông
tin cho người sử dụng các thơng tin điều khiển hệ thống.
Trong q trình thực hiện, lập trình cho mạch độ ẩm gặp phải
nhiều khó khăn khác nhau như: do phải nghiên cứu nhiều tài liệu
nước ngoài, datasheets,… dẫn đến nhiều chỗ dịch sai, dịch nhầm dẫn
đến áp dụng các hàm, câu lệnh bị sai ý nghĩa, cấu trúc…, trong quá
trình viết code gặp phải nhiều lỗi phát sinh mà khơng tìm ngay ra
ngun nhân cần đầu tư thời gian để giải quyết, nhiều linh kiện rất
khó để tìm được thư viện chuẩn để lập trình… Q trình lắp mạch
cũng gặp phải những khó khăn nhất định tuy nhiên em đã cố gắng
giải quyết được vấn đề phát sinh để hoàn thành được đề tài.
Do thời gian có hạn việc thiết kế hệ thống của em vẫn cịn
nhiều sai sót. Hệ thống vẫn chưa tối ưu. Phát triển các dữ liệu trên
máy tính chưa phát huy được hết các tính năng tốt nhất. Em rất mong
được sự ủng hộ và giúp đỡ của thầy giáo để đề tài chúng em thực
hiện được hoàn thiện hơn và có thêm nhiều cải tiến đáng kể và ứng
dụng tốt hơn vào thực tiễn.
 Hƣớng phát triển của đề tài
1. Đo và thông báo đƣợc các thông số về môi trƣờng xung
quanh


–
–
–

Đo được thông số độ ẩm của môi trường xung quanh
Đo các thông số nhiệt độ của thời tiết địa phương.
Đưa các thông tin đo lên thẻ nhớ dữ liệu thông báo việc

tưới tiêu.
15


2. Phát triển giao diện giám sát mô phỏng trên phần mềm
C#.

–
–
–

Phát triển lập trình qua cổng COM lập trình trên arduino
Thêm phần điều khiển động cơ bơm, trực tiếp giao diện C#.

16