Đề tài : Nghiên cứu, thiết kế kit điều khiển đo lường và điều khiển hệ thống tự động tưới đa năng cho nhà trồng hoa

 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HUẾ KHOA ĐIỆN ---–&—--- KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ KIT ĐIỀU KHIỂN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TƯỚI ĐA NĂNG CHO NHÀ TRỒNG HOA Khóa học 2011  -  2014 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HUẾ KHOA ĐIỆN ---–&—--- KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ KIT ĐIỀU KHIỂN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TƯỚI ĐA NĂNG CHO NHÀ TRỒNG HOA. Sinh viên thực hiện: Giáo viên hướng dẫn: LÊ HỮU CƯỜNG  Th.s LÊ ĐÌNH HIẾU(B) Lớp: 11CDDC01        Niên khoá: 2011 - 2014 Huế, tháng 05 năm2014 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KHÓA LUẬN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA TƯỚI PHUN THEO ĐA NĂNG 1.1. Giới thiệu về các công trình nghiên cứu về hệ thống tưới phun hiện nay. Kỹ thuật tưới phun là một trong những phương pháp tưới sử dụng nước hợp lý, tiết kiệm nước và năng lượng, giúp nâng cao hiệu quả kinh tế, tăng năng suất lao động và tăng năng suất cây trồng.Tưới phun là phương pháp tưới cung cấp nước cho cây trồng dưới dạng các hạt mưa hoặc hạt sương rơi trên một diện tích nhỏ xung quanh gốc cây trồng bằng thiết bị gọi là máy phun mưa. Nguyên tắc chính của phương pháp này là đưa lượng nước rất hạn chế tập trung vào vùng rễ cây thông qua hệ thống máy bơm, ống dẫn nước và đầu phun để tạo thành mưa cục bộ tưới cho các loại cây trồng. Các phương pháp tưới: - Tưới phun mưa: Kỹ thuật tưới phun mưa là kỹ thuật đưa nước tới cây trồng vào mặt ruộng dưới dạng mưa nhân tạo nhờ các thiết bị tạo dòng phun mưa (tia mưa) thích hợp. Phương pháp này ngày càng được phổ biến và áp dụng rộng rãi, nhất là tại các nước có nền công nghiệp phát triển. Tưới phun mưa: Sử dụng máy bơm nước cột áp cao kèm theo ống dẫn và mũi phun tạo mưa. Đây là phương pháp tưới hiện đại có tác dụng nhiều mặt cả về tạo độ ẩm cho đất và làm mát cho cây, kích thích sinh trưởng cho cây và đặc biệt có thể tiết kiệm được 30-50% khối lượng nước so với phương pháp tưới tràn theo rãnh. - Tưới phun sương: tưới phun sương là một giải pháp điều hòa không khí , hoạt động dựa trên nguyên tắc bốc hơi nhanh .Nước sạch được nén với áp suất cao qua những vòi được thiết kế đặc biệt , chuyển hóa thành dạng sương phân tử siêu mỏng với kích thước hạt sương nhỏ , khuếch tán vào không khí nóng xung quanh , khiến sương bốc hơi ngay lập tức .Khi bốc hơi nhanh sương hấp thu nhiệt và do đó làm giảm nhiệt độ của môi trường xung quanh từ 5 – 7oC . Để giảm nhiệt độ trong thời tiết quá nắng nóng như hiện nay nên lắp đặt hệ thống phun sương ở trước hiên nhà , cửa trước khi vào nhà ,hoặc những gia đình có sân vườn thì phun sương là một giải pháp tạo không gian thoáng mát. Máy phun sương tạo áp suất cao cho nước để biến thể nước thành sương mù và hơi ẩm hạ nhiệt cho môi trường, lắng bụi, tạo không khí mát mẻ dễ chịu. Độ bền cao, vận hành êm không gấy tiếng ồn .Phun sương phù hợp cho: nhà hàng, quán ăn, nhà máy dệt... 1.2. Các phương pháp tưới thủ công và bán thủ công. - Phương pháp tưới rãnh Là phương pháp tưới để nước chảy theo các rãnh được thiết kế giữa các hàng cây. Nước được thấm dần vào đất và cung cấp cho cây trồng. Cách tưới này tiết kiệm và chủ động được nước tưới cho vườn cây, lớp đất mặt vẫn tơi xốp, không bị gí chặt, kết cấu đất vẫn giữ vững, đất không bị bào mòn, chất dinh dưỡng không bị rửa trôi. Đây là phương pháp tưới thông dụng thường được bà con tưới cho nhiều vườn cây ăn quả trong cả nước. Nhưng chỉ áp dụng được với nơi có địa hình tương đối bằng phẳng (độ dốc<50). Biện pháp tưới này cũng có một số hạn chế như: lãng phí một phần nước ở cuối rãnh tưới; gặp khó khăn trong việc vận chuyển công cụ sản xuất qua rãnh; phải chi phí khá lớn nhân công và thời gian cho việc cải tạo các rãnh nước. Tưới rãnh thích hợp với cây trồng hàng rộng như ngô, bông, mía , khoai lang...Khi tưới nước từ rãnh thấm vào đất nhờ tác dụng của lực mao dẫn trong đất và chỉ một phần ít thấm xuống đáy rãnh theo trọng lực. Tưới rãnh lớp đất mặt vẫn tơi xốp, kết cấu đất ít bị phá vỡ, đất ít bị bào mòn, chất dinh dưỡng không bị rữa trôi - Phương pháp tưới dải Tưới dải là tạo nên một lớp nước mỏng 5 – 6 cm chảy men theo độ dốc mặt đất. - Phương pháp tưới ngầm Tưới ngầm là phương pháp tưới tước cho cây qua hệ thống thiết bị máy bơm kèm theo hệ thống các ống dẫn nước đặc biệt nằm dưới lòng đất hoặc có sự chênh lệch mực nước của nguồn cung cấp nước. Tưới ngầm tiết kiệm nước. Đất không bị gí chặt, giữ nguyên hiện trạng kết cấu đất, đất không bị bào mòn, phân bón không bị rửa trôi. Chi phí đầu tư ban đầu cho phương pháp này khá lớn, chỉ áp dụng được đối với các loại đất có độ xốp cần thiết cho nước thấm qua dễ dàng. Đây là phương pháp tưới hiện đại được thực hiện bởi 2 phương pháp sau: - Biện pháp thứ nhất là đặt ống tưới ngầm hoặc các hầm đào ngầm dưới mặt đất ở một chiều sâu khoảng 40 – 50 cm và cách nhau một khoảng cách nhất định để cung cấp nước cho cây trồng. - Biện pháp thứ hai là xây dựng cống điều tiết trên mương tiêu lộ thiên đểđiều tiết mực nước trong mương dâng cao cho thông qua các ống ngầm hoặc trực tiếp ngấm vào tầng đất giữa 2 mương để cung cấp cho cây trồng. - Phương pháp tưới ngập Tưới ngập là phương pháp cho nước vào vườn cây một lớp nước nhất định, trong một thời gian xác định để cung cấp nước cho cây. Phương pháp này kết hợp được việc tưới nước với tiêu diệt một số loài sâu hại cư trú trong lòng đất (dế cắn rễ cây, nhộng, các loài ruồi, sâu đục hạt quả xoài và quả các loại cây khác). Phương pháp tưới này tốn nhiều nước, chỉ áp dụng được với nơi có địa hình tương đối bằng phẳng, thoát nước tốt. Đất bị gí chặt, dinh dưỡng bị rửa trôi theo dòng nước tiêu, kết cấu đất bị phá vỡ. Tưới ngập là tạo nên trên mặt đất một lớp nước nhất định và dần dần thấm vào đất.Phương pháp này áp dụng cho các cây trồng ưa nước như lúa, cói, một số cây thức ăn giasúc hoặc áp dụng trong trường hợp rữa mặn. 1.3. Các phương pháp tưới phun mưa. Kỹ thuật tưới phun mưa là kỹ thuật đưa nước tới cây trồng vào mặt ruộng dưới dạng mưa nhân tạo nhờ các thiết bị tạo dòng phun mưa (tia mưa) thích hợp. Phương pháp này ngày càng được phổ biến và áp dụng rộng rãi, nhất là tại các nước có nền công nghiệp phát triển.Tưới phun mưa: Sử dụng máy bơm nước cột áp cao kèm theo ống dẫn và mũi phun tạo mưa. Đây là phương pháp tưới hiện đại có tác dụng nhiều mặt cả về tạo độ ẩm cho đất và làm mát cho cây, kích thích sinh trưởng cho cây và đặc biệt có thể tiết kiệm được 30-50% khối lượng nước so với phương pháp tưới tràn theo rãnh. * Ưu điểm : - Hiệu quả sử dụng rất cao vì hạn chế cao độ tổn thất nước do bốc hơi vì tia phun ngắn, cường độ phun mưa và diện tích - khoảng không gian làm ướt - có thể được điều chỉnh cho phù hợp sự tăng trưởng của cây trồng, không tạo nên dòng chảy mặt đất, không phá vỡ cấu tượng đất do hạt mưa nhỏ. - Do toàn bộ hệ thống đường ống 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, như cơ khí hoá và tự động hóa phần thiết bị điều khiển, thiết bị tưới mặt ruộng hoặc 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, lưu lượng 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 nước 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) và các cây trồng cao cấp trong nhà kính...vv. *Nhược điểm : - Vòi phun 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 phun mưa rất nhỏ. - Yêu cầu trình độ nhất định trong thiết kế xây dựng và quản lý. - Vốn đầu tư ban đầu cao hơn so với các kỹ thuật tưới cổ điển. - Các đường ống 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). Ngoài tưới tiết kiệm nước bằng công nghệ nhỏ giọt và phun mưa, còn có các dạng tưới ngầm theo hình thức nước trong các ống đặt ngầm dưới đất theo các lỗ thấm ra ngoài, tuy dạng tưới này được xem là tương đối tốt hiện nay nhưng thiết bị đắt, lắp đặt vận hành và sửa chữa rất phức tạp nên trong bài viết này chúng tôi không đề cập ở đây. 1.4. Phương pháp tưới nhỏ giọt. Tưới nhỏ giọt (Drip Irrigation/Strickle Irrigation) là một dạng cơ bản của kỹ thuật tưới tiết kiệm nước (hay vi tưới micro irrigation). Đây là hình thức đưa nước trực tiếp trên mặt đất đến vùng gốc cây trồng một cách liên tục dưới dạng từng giọt nhờ các thiết bị đặc trưng là các vòi tạo giọt (được cấp nước bởi hệ thống đường ống dẫn cấp nước áp lực). Đây là phương pháp tưới hiện đại, thường được áp dụng đối với những vườn cây ăn trái đặc sản có hiệu quả kinh tế cao ở những vùng thiếu nước tưới. Cách tưới này tiết kiệm lượng nước tưới tối đa. Đất không bị gí chặt, giữ nguyên hiện trạng kết cấu đất, đất không bị bào mòn, phân bón không bị rửa trôi. Nhưng đây là phương pháp yêu cầu đầu tư lớn nhất, khó áp dụng trong sản xuất đại trà. * Các ưu điểm : - Tưới nhỏ giọt đảm bảo phân bố độ ẩm đều trong tầng đất canh tác (phần có bộ rễ cây trồng) tạo nên điều kiện thuận lợi về chế độ không khí, nhiệt độ, độ ẩm, chế độ tiêu hóa thức ăn và quang hợp cho cây trồng. - Cung cấp nước một cách đều đặn nhưng tránh được hiện tượng tập trung muối trong nước và trong đất, khắc phục được hiện tượng bạc màu, rửa trôi đất trên đồng ruộng. - Tưới nhỏ giọt tiết kiệm nước đến mức tối đa (hơn cả ở tưới phun mưa) vì nó tránh triệt tiêu đến mức tối thiểu các loại tổn thất nước (do thấm và bốc hơi), ở hệ thống tưới nhỏ giọt đất tưới cũng được tiết kiệm tối đa. - Không gây ra xói mòn đất, không tạo nên váng đất đọng trên bề mặt và không phá vỡ cấu tượng đất do tưới nhỏ giọt được thực hiện một cách liên tục với mức tưới rất nhỏ dưới dạng từng giọt. - Đảm bảo năng suất tưới, năng suất lao động được nâng cao không ngừng vì có khả năng cơ khí hóa, tự động hóa cao độ khâu nước tưới. Tạo điều kiện cơ giới, tự động hóa thực hiện tốt một số khâu khác như: phun thuốc trừ sâu, bón phân hóa học kết hợp tưới nước. - Việc thực hiện tưới nhỏ giọt thực tế đã rất ít phụ thuộc vào các yếu tố thiên nhiên : độ dốc địa hình, thành phần và cấu trúc đất tưới, mực nước ngầm ở nông hay sâu, điều kiện nhiệt độ và không bị chi phối bởi ảnh hưởng của gió như là tưới phun mưa và có thể thực hiện tưới liên tục suốt ngày đêm. - Kỹ thuật tưới nhỏ giọt sử dụng cột nước áp lực làm việc thấp và lưu lượng nhỏ nên tiết kiệm năng lượng giảm chi phí quản lý vận hành. Nói chung áp lực tưới nhỏ giọt chỉ bằng 10% - 15% ở tưới phun mưa và lượng nước bơm lại ít hơn 70% - 80%. - Tưới nhỏ giọt đã góp phần ngăn chặn được sự phát triển của cỏ dại quanh gốc cây và sâu bệnh, vì nước tưới chỉ làm ẩm quanh gốc cây. - Kỹ thuật tưới tiết kiệm nước cho phép cung cấp nước trực tiếp đến tận rễ cây và khống chế phân bố độ ẩm vùng hoạt động của bộ rễ cây nên rất tiết kiệm nước tưới. Thực tế kỹ thuật tưới này dùng nước ít hao từ 20 - 30% so với tưới phun mưa toàn bộ, thậm chí có thể tiết kiệm từ 50 đến 80% so với kỹ thuật tưới thông thường. - Cung cấp nước thường xuyên, tạo ra môi trường ẩm trong đất gần độ ẩm tối đa đồng ruộng. Lượng nước tưới có thể được khống chế và điều khiển dễ dàng để bảo đảm nước tưới được phân bố đều trong vùng đất có bộ rễ hoạt động, duy trì chế độ ẩm thích hợp theo nhu cầu sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Nhờ khả năng cung cấp nước và chất dinh dưỡng trực tiếp tới rễ cây nên cây trồng sinh trưởng, phát triển nhanh, đạt năng suất cao. * Các nhược điểm: - Nhược điểm chủ yếu là dễ gây ra sự tắc bí (nước khó thoát) tại các vòi tạo giọt và ống nhỏ giọt, các đường ống dẫn trong các thiết bị tạo giọt dễ bị tắc do bùn cát, rong tảo, tạp chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng không hòa tan, các chất keo và cacbonnatcanxi kết tủa. Sự tắc bí này đã gây tốn công sức xử lý khắc phục và yêu cầu phải xử lý nước trong sạch (qua hệ thống lọc). - Khác với kỹ thuật tưới phun mưa, ở tưới nhỏ giọt không có khả năng làm mát cây, cải tạo vi khí hậu, không có khả năng rửa lá cây. Tác dụng cải tạo tiểu khí hậu đồng ruộng bị hạn chế. Vốn đầu tư trong xây dựng tương đối cao và đòi hỏi phải có trình độ trong xây dựng và quản lý. - Trong một số trường hợp, sự phân bố độ ẩm tưới bị thiếu và không đồng đều ở khối đất canh tác chứa bộ rễ cây. - Nếu việc tưới nhỏ giọt bị gián đoạn, chững lại thì cây trồng sẽ xấu đi nhiều hơn so với phương pháp tưới thông thường. 1.5. So sánh các phương pháp tưới khác nhau. Phương pháp Thủ công và bán thủ công Tưới phun mưa Tưới nhỏ giọt Ưu điểm - Không yêu cầu trình độ kỹ thuật, tiết kiệm kinh phí đầu tư. - Năng suất lao động cao. - Có thể áp dụng tự động hóa vào quá trình tưới nề giảm nhân công. - Tiết kiệm nước, tiết kiệm nhân lực, tiết kiệm đất, thuận tiện cho việc chăm sóc và canh tác. - Cải tạo vi khí hậu khu tưới. - Có thể điều chỉnh lượng tưới cho phù hợp với quá trình phát triển của cây, không tạo nên dòng chảy nên không phá vỡ cấu tượng đất. - Kết hợp tưới nước với bón phân và thuốc tù sâu. - Phân bố độ ẩm đều trong đất tạo điều kiện cho cây phát triển tốt. - Cung cấp nước đều đặn cho cây tránh tình trạng bạc màu rửa trôi, không phá vỡ cấu tượng đất. - Tiết kiệm nhân công, chi phí quản lý và tiết kiệm nước tối đa (hơn cả pp tưới phun mưa). - Tăng năng suất lao động, năng suất tưới, kết hợp bón phân và phun thuốc trừ sâu. - Ít phụ thuộc vào yếu tố thiên nhiên nên có thể tưới liên tục ngày đêm. Nhược điểm - Tốn rất nhiều nhân công cho việc tưới tiêu và chăm sóc. - Việc tưới thủ công tốn nhiều nước, gây xói mòn và phá vỡ cấu tượng đất. - Khó khăn trong việc bố trí diện tích trồng trọt để tiện cho việc đi lại chăm sóc. - Vốn đầu tư cao, yêu cầu trình độ xây dựng quản lý. - Vòi phun dễ bị tắc nghẽn do tạp chất. - Các đường ống dễ bị hư hại và mất mát. - Vốn đầu tư cao, yêu cầu về trình độ quản lý, xây dựng và vận hành cao. - Dễ gây ra sự tắc bí cho đường ống do cát, tạp chất... nên gây tốn công xử lý. - Không có khả năng làm mát cây, xử lý vi khí hậu và rửa lá cây. - Trong một số trường hợp sự phân bố độ ẩm không đồng đều ở rễ cây. - Nếu việc tưới bị chững lại thì ảnh hưởng đến quá trình phát triển của cây. 1.6. Tổng kết chương 1. Nhìn chung các phương pháp tưới đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng nhưng đều mang lại một lợi ích nhất định cho người trồng cây. Tùy vào từng điều kiện của từng vùng trồng trọt và điều kiện kinh tế để áp dụng phương pháp tưới tiêu hiệu quả nhất và mang lại năng suất cao nhất. CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát triển của cây trồng. 2.1.1. Yếu tố nhiệt độ môi trường. Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sinh trưởng của cây trồng. Cây có thể sinh trưởng và phát triển trong một khoảng nhiệt khá rộng vì vậy mỗi loại cây trồng khác nhau thì tồn tại ở những khoảng nhiệt độ khác nhau. Trong giới hạn sinh trưởng của cây thì có khoảng nhiệt độ tối thích cho sự sinh trưởng, ở nhiệt độ đó sự sinh trưởng của cây xảy ra thuận lợi nhất, trên dưới khoảng nhiệt độ tối thích thi tốc độ sinh trưởng sẽ giảm so với khoảng nhiệt độ tối thích. Ban ngày nhiệt độ cao thuận lợi cho cây quang hợp và tích lũy chất hữu cơ, ban đêm nhiệt độ hạ thấp sẽ hạn chế hô hấp và tiêu phí chất hữu cơ, giảm sự thoát hơi nước nên sinh trưởng nhanh hơn. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm tạo điều kiện thuận lợi cho sự tích lũy tinh bột trong các cơ quan sinh sản và dự trữ như củ khoai lang, khoai tây, củ sắn, hạt hòa thảo..., do đó làm tăng năng suất mùa màng. 2.1.2. Yếu tố độ ẩm môi trường Ý nghĩa của nước đối với sinh vật: Sau nhân tố nhiệt độ, nước (độ ẩm) là một nhân tố sinh thái vô cùng quan trọng. Nước chứa trong cơ thể sinh vật một hàm lượng rất cao, từ 50 - 90% khối lượng cơ thể sinh vật là nước, có trường hợp nước chiếm tỷ lệ cao hơn, tới 98% như ở một số cây mọng nước, ở ruột khoang (ví dụ: thủy tức). Nước là nguyên liệu cho cây trong quá trình quang hợp tạo ra các chất hữu cơ. Nước là môi trường hoà tan chất vô cơ và phương tiện vận chuyển chất vô cơ và hữu cơ trong cây. Nước tham gia vào quá trình trao đổi năng lượng và điều hòa nhiệt độ cây trồng. 2.1.3. Yếu tố về ánh sáng. Ánh sáng là nguồn năng lượng cơ bản cho mọi hoạt động sống của thực vật, có vai trò chi phối đến các yếu tố khí hậu khác, nhưng phân bố không đề trong không gian và thời gian. - Mỗi nhóm thích nghi với điều kiện chiếu sáng khác nhau. + Nhóm cây ưa sáng mọc ở nơi trống trải có lá dày, màu xanh nhạt. + Nhóm cây ưa bóng nhận ánh sáng khuyếch tán có lá mỏng màu xanh đậm + Cây chịu bóng phát triển được ở những nơi giàu ánh sáng và nơi ít ánh sáng. 2.1.4. Yếu tố về gió. Gió có ảnh hưởng rõ rệt đến nhiệt độ, độ ẩm của môi trường dẫn đến sự thay đổi thời tiết, ảnh hưởng đến sự thoát hơi nước của thực vật. Gió có ảnh hưởng lớn đến cây trồng, gió là sự thể hiện của nhiệt độ, độ ẩm… 2.1.5. Phân bón. Phân bón có ý nghĩa rất quan trọng trong đời sống của thực vật.nó không những có tác dụng làm cho cây sinh trưởng nhanh mà còn là nhân tố ảnh hưởng rất lớn đến sự hình thành và phát triển cơ thể thực vật.Theo nhiều tài liệu trên thế giới, chí sử dụng phân bón chiếm 30%. Việc kết hợp cân đối các nguồn phân, khả năng cung cấp của đất, thế thống canh tác, giống cây trồng, điều kiện thời tiết thích hợp sẽ nâng cao hiệu quả sư dụng phân bón, giảm chi phí, nâng cao hiệu quả sản xuất, bảo vệ môi trường sinh thái bền vững.Phân bón là các chất hữu cơ hoặc vô cơ chứa các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng đươc bón trực tiếp vào đất hoặc hoà lẫn vào nước phun, xử lý hạt giống, rễ và cây con. Cây trồng cần cung cấp các chất dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển. Các chất dinh dưỡng này bao gồm các nguyên tố đa lượng, trung lượng, vi lượng và các nguyên tố khoáng cần thiết cho cây, chúng đều có trong đất và được cây trồng hấp thụ qua hệ thống rễ. Tuy nhiên số lượng các nguyên tố này đất không có khả năng cung cấp đủ cho cây trồng trong quá trình sinh trưởng, do đó phải bón phân bổ sung. Viêc bón phân cho cây trồng phải tiến hành thường xuyên và được chú trọng để tạo điều kiện cho cây sinh trưởng tốt và nâng cao sức sống cho cây trồng. Bón phân cũng như những biện pháp kỹ thuật canh tác khác nhau, thường không chỉ gây ra một tác động trực tiếp dẫn đến một kết quả nào đó mà thường có nhiều tác động lên các thành tố trong hệ sinh thái và có thể dẫn đến những kết quả khác nhau. Do đặc điểm của quá trình phản ứng dây chuyền và quá trình tiếp nhận các tác động từ bên ngoài vào các hệ sinh thái mà có thể có những tác động rất mạnh nhưng không gây ra hiệu quả gì đáng kể, trong khi đó, có những tác động nhẹ nhàng, nhưng được nhân lên trong phản ứng dây chuyền và tạo nên những hiệu quả rất lớn. Bón phân hợp lý có thể không cần sử dụng những lượng phân bón mà có thể đạt được hiệu quả rất cao. 2.2. Tính toán thiết kế, bố trí hệ thống ống dẫn nước, vòi phun. 2.2.1. Tính toán áp lực nước. Bảng áp lực và tầm phun Các đại lượng Áp lực thấp, tầm phun gần Áp lực vừa, tầm phun vừa Áp lực cao, tầm phun xa Áp lực làm việc 1¸3 3¸5 >6,0 Lưu lượng (m3/h) 0,3¸11 11¸40 >40,0 Bán kính tầm phun (m) 5¸20 20¸40 >40,0 Cần có 2.2.2. Tính toán bán kính phun của vòi. 1) Phân loại vòi phun a) Theo nguyên lý làm việc, vòi phun mưa được chia thành hai loại chính sau: - Vòi phun ly tâm: sử dụng cho máy phun mưa áp lực thấp và tầm phun gần; - Vòi phun tia: sử dụng cho máy phun mưa áp lực lớn và tầm phun xa. b) Theo áp lực nước cho phép ở đầu vòi phun và bán kính tầm phun, vòi phun mưa được chia thành ba loại nêu trong bảng 1: Bảng 1 - Thông số kỹ thuật chính của các loại vòi phun mưa thường được sử dụng để tưới cho cây trồng cạn Thông số kỹ thuật Vòi phun áp lực thấp Vòi phun áp lực vừa Vòi phun áp lực cao 1. Áp lực làm việc ( Mpa) Từ 0,1 đến 0,3 Từ 0,3 đến 0,5 > 0,5 2. Lưu lượng phun (m3/h) Từ 0,3 đến 11,0 Từ 11 đến 40 > 40 3.Bán kính tầm phun(m) Từ 5 đến 20 Từ 20 đến 40 > 40 2) Lựa chọn vòi phun Căn cứ vào điều kiện thực tế tại vùng tưới và đặc điểm sinh học của loại cây trồng cần tưới mà lựa chọn loại vòi phun mưa phù hợp. Bảng 2 quy định trị số H/d thích hợp đối với các loại cây trồng, trong đó H là áp lực nước đầu vòi phun và d là đường kính miệng vòi. Đơn vị của H và d tính bằng mét (m). Bảng 2 - Trị số H/d thích hợp đối với các loại cây trồng Loại cây trồng Trị số H/d 1. Các loại rau ³ 4 000 2. Cây lương thực và cây công nghiệp ³ 3 000 3. Cây ăn quả ³ 2 500 4. Cỏ chăn nuôi ³ 2 000 a) Xác định cường độ phun mưa - Cường độ phun mưa ký hiệu là p, đơn vị là mm/h, được xác định như sau: +) Xác định theo lý thuyết: p = 1 000 .b trong đó: R là bán kính tầm phun mưa, m; q là lưu lượng phun, m3/h, phụ thuộc vào loại vòi phun; b là hệ số phụ thuộc vào sơ đồ bố trí vòi phun (xem hình 1): - Sơ đồ bố trí hình vuông: b = 1,57; - Sơ đồ bố trí hình tam giác: b = 1,20; - Sơ đồ bố trí hình chữ nhật: b = 1,81; +) Xác định theo số liệu thực đo ngoài hiện trường: Cường độ phun tại điểm phun thứ i: p = trong đó: Dhi là độ sâu lớp nước đo được tại điểm i trên diện tích phun, mm; t là thời gian phun, h; Cường độ phun trung bình toàn khu tưới, ký hiệu là , mm/h: = trong đó là độ sâu lớp nước bình quân đo được trên diện tích được tưới phun mưa, mm. d) Cường độ phun mưa xác định theo 5.4.1không lớn hơn hệ số ngấm của đất được tưới trong thời gian phun mưa và không vượt quá cường độ phun mưa cho phép. Cường độ phun mưa cho phép phụ thuộc vào đặc điểm của loại đất canh tác và độ dốc địa hình khu canh tác, lấy theo quy định sau: +) Với khu tưới có độ dốc mặt đất dưới 5 %: - Đất cát: 20 mm/h; - Đất thịt pha cát: 15 mm/h; - Đất cát pha: 12 mm/h; - Đất thịt: 10 mm/h; - Đất sét: 8 mm/h; +) Khi độ dốc địa hình khu tưới từ 5 % trở lên, cường độ phun mưa phải giảm tương ứng với tỷ lệ giảm tốc độ thấm của đất, lấy theo bảng 3: Bảng 3 - Mức độ giảm tốc độ thấm theo độ dốc bề mặt khu tưới Độ dốc mặt đất % Mức độ giảm tốc độ thấm % < 5 0 Từ 5 đến 8 20 Từ 8 đến 12 40 Từ 12 đến 20 60 > 20 75 e) Độ đồng đều của tưới phun mưa Đánh giá mức độ đồng đều của tưới phun mưa theo công thức :Cu = Trong đó: Cu (%): là hệ số đồng đều. Hệ số Cu trung bình cho cả khu tưới không nhỏ hơn 75 % và cho từng hàng phun không không nhỏ hơn 85 % (mm): là độ sâu lớp nước phun tại các điểm đo, xác định theo công thức: = là chênh lệch bình quân ở các điểm đo, mm: = n là số điểm đo. f) Sơ đồ bố trí vòi phun Tuỳ thuộc điều kiện cụ thể của khu tưới mà lựa chọn một trong các sơ đồ bố trí sau (xem hình 1): - Tốc độ gió dưới 1,5 m/s : áp dụng sơ đồ a (kiểu tam giác); - Tốc độ gió từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s : áp dụng sơ đồ b (kiểu hình vuông); - Tốc độ gió từ 3,5 m/s đến dưới 5,0 m/s: áp dụng sơ đồ c hoặc sơ đồ d; - Tốc độ gió từ 5,0 m/s trở lên : ngừng tưới. Sơ đồ bố trí kiểu tam giác Sơ đồ bố trí kiểu hình vuông Sơ đồ bố trí kiểu hình chữ nhật Sơ đồ bố trí kiểu hình bình hành CHÚ DẪN: a: Khoảng cách giữa hai vòi phun; b: Khoảng cách giữa hai hàng phun (ống tưới). R: Bán kính tầm phun mưa; Hình 1 - Các sơ đồ bố trí vòi phun mưa g) Số vòi phun cần thiết để tưới và thời gian tưới của một lần tưới - Số vòi phun cần thiết để tưới (ký hiệu là N) xác định theo công thức N = trong đó: q là lưu lượng của một vòi phun, m3/h; Q là lưu lượng cần tưới, m3/h: Q = 10.p.F p là cường độ phun mưa, mm/h; F là diện tích khu tưới được tưới đồng thời, ha. - Thời gian phun mưa t của mỗi lần tưới xác định theo công thức t = I/p trong đó I là mức tưới mỗi lần, mm. h) Khoảng cách giữa các vòi phun Khoảng cách a giữa các vòi phun phụ thuộc vào sơ đồ bố trí vòi phun và bán kính tầm phun mưa của vòi phun, xác định như sau: - Bố trí kiểu hình vuông: a = b=.R - Bố trí kiểu hình tam giác: a = 1,73 R - Bố trí kiểu hình chữ nhật và hình bình hành: a = R trong đó R là bán kính tầm phun mưa của vòi phun, m. 3) Bố trí đường ống Các đường ống chính nên bố trí dọc theo đường giao thông nội bộ khu tưới, cách mép đường một khoảng bằng bán kính tầm phun mưa của vòi phun và nằm sâu dưới mặt đất từ 60 cm đến 70 cm. Các đường ống nhánh và đường ống tưới bố trí theo diện tích khu tưới (thường vuông góc với đường ống chính), đặt sâu dưới mặt đất từ 50 cm đến 60 cm. Các đường ống chờ nên bố trí cao hơn so với mặt đất. Chiều cao của đường ống chờ phụ thuộc vào chiều cao lớn nhất của loại cây trồng được tưới. Khoảng cách giữa các đường ống chờ phụ thuộc vào sơ đồ bố trí vòi phun và bán kính tầm phun mưa của vòi phun, xác định theo 5.8. Đường ống chờ phải được định vị cố định để chống rung lắc trong quá trình phun 4) Tính toán thủy lực đường ống . Sơ đồ bố trí mạng lưới đường ống phụ thuộc vào điều kiện địa hình và quy mô của khu tưới, hệ thống đường giao thông của vùng tưới, đường sản xuất bố trí trong khu tưới và cảnh quan môi trường khu vực vùng tưới. Tính thủy lực đường ống phải đảm bảo các khu vực trong vùng tưới được tưới đồng đều, tổn thất giữa điểm đầu và điểm cuối đường ống không vượt quá phạm vi cho phép, áp lực nước tại các đầu vòi phun không được chênh lệch nhau quá 10 %. Căn cứ vào hình dạng và diện tích khu tưới để tính toán xác định chiều dài, đường kính các loại đường ống cấp nước. Căn cứ vào điều kiện địa hình khu tưới và phân bố cây trồng trong vùng tưới để lựa chọn biện pháp tưới luôn phiên hay tưới đồng thời, xác định quy mô diện tích được tưới và thời gian tưới của mỗi lần tưới. Lưu lượng tưới thiết kế của vùng tưới được tính theo số lượng vòi phun hoạt động đồng thời. Tổng tổn thất cột nước trong đoạn đường ống tính toán được xác định theo công thức Htt = Hd+Hc+ Hdh Trong đó: + Htt là tổng tổn thất cột nước trong đường ống tính toán, m; + Hd là tổn thất dọc đường, m, xác định theo công thức : Hd = S x L + S là hệ số tổn thất, m/km, tính theo công thức tính của Unicef như sau: S = + Q là lưu lượng của đoạn ống, l/s; + D là đường kính ống, mm; + f là hệ số ma sát phụ thuộc vào vật liệu chế tạo ống, L là chiều dài đoạn ống tính toán, km; + Hc là tổn thất cục bộ, xác định theo công thức : Hc=. ξ. + ξ là hệ số tổn thất cục bộ, xác định bằng phương pháp tra bảng tính toán thủy lực; + V là vận tốc dòng chảy của đoạn ống tính toán, m/s; + g là gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 ; + Hđh là chênh lệch về độ cao địa hình tại vị trí tim cửa vào (điểm đầu) và tim cửa ra (điểm cuối) của đoạn đường ống tính toán, m: Hdh= Hcc-Hcd Trong đó: + Hcd là độ cao địa hình tại vị trí tim cửa vào của đường ống, m; + Hcc là độ cao địa hình tại vị trí tim cửa ra của đường ống, m. 2.3. Tính toán chọn bơm nước. Bơm nước chọn loại có cột nước đẩy: Hđ = (6÷40)m, trong trường hợp vị trí đặt máy bơm xa nhà trồng (70÷150)m dùng loại có Hđ = (10÷100)m. Lưu lượng của máy bơm chọn từ (6÷266)lít/phút đối với nhà trồng (200÷400)m2, nếu diện tích lớn hơn thì nhà trồng nên chọn lưu lượng máy bơm lớn hơn. Cột nước hút tối thiểu 7m, công suất bơm (1÷3)HP, một pha, điện áp 220V. Nguồn nước tưới được lấy từ giếng đào, ao hồ, kênh rạch, song suối... Nếu lấy từ ao hồ thì cần xây thêm bể lắng cát, sỏi, có dung tích từ (5÷10)m3tùy theo diện tích nhà trồng. 4. Giới thiệu vi điều khiển Atmega 16. 1) Tổng quan về chip AVR. AVR là họ vi điều khiển 8 bit theo công nghệ mới, với những tính năng rất mạnh được tích hợp trong chip của hãng Atmel theo công nghệ RISC, nó mạnh ngang hàng với các họ vi điều khiển 8 bit khác như PIC, Pisoc.Do ra đời muộn hơn nên họ vi điều khiển AVR có nhiều tính năng mới đáp ứng tối đa nhu cầu của người sử dụng, so với họ 8051 89xx sẽ có độ ổn định, khả năng tích hợp, sự mềm dẻo trong việc lập trình và rất tiện lợi.  Hình 2.Chíp AVR đóng gói dạng DIP 40 chân. * Tính năng mới của họ AVR:  - Giao diện SPI đồng bộ.  - Các đường dẫn vào/ra (I/O) lập trình được.  - Giao tiếp I2C.  - Bộ biến đổi ADC 10 bit. - Các kênh băm xung PWM. - Các chế độ tiết kiệm năng lượng như sleep, stand by..vv. - Một bộ định thời Watchdog. - 3 bộ Timer/Counter 8 bit. - 1 bộ Timer/Counter 16 bit.  - 1 bộ so sánh analog.  - Bộ nhớ EEPROM.  - Giao tiếp USART..vv.  2. Giới thiệu vi điều khiển Atmega16L:  Atmelga16L có đầy đủ tính năng của họ AVR, về giá thành so với các loại khác thì giá thành là vừa phải khi nghiên cứu và làm các công việc ứng dụng tới vi điều khiển. Tính năng:  - Bộ nhớ 16K(flash) . - 512 byte (EEPROM). - 1 K (SRAM).  - Đóng vỏ 40 chân , trong đó có 32 chân vào ra dữ liệu chia làm 4 PORT A,B,C,D. Các chân này đều có chế độ pull_up resistors.  - Giao tiếp SPI. - Giao diện I2C. - Có 8 kênh ADC 10 bit.  - 1 bộ so sánh analog. - 4 kênh PWM.  - 2 bộ timer/counter 8 bit, 1 bộ timer/counter1 16 bit.  - 1 bộ định thời Watchdog.  - 1 bộ truyền nhận UART lập trình được.  2.1. Mô tả các chân:  - Vcc và GND 2 chân cấp nguồn cho vi điều khiển hoạt động.  - Reset đây là chân reset cứng khởi động lại mọi hoạt động của hệ thống.  - 2 chân XTAL1, XTAL2 các chân tạo bộ dao động ngoài cho vi điều khiển, các chân này được nối với thạch anh (hay sử dụng loại 4M), tụ gốm (22p).  - Chân Vref thường nối lên 5v(Vcc), nhưng khi sử dụng bộ ADC thì chân này được sử dụng làm điện thế so sánh, khi đó chân này phải cấp cho nó điện áp cố định, có thể sử dụng diode zener: Hình 3. Cách nối chân Vref - Chân Avcc thường được nối lên Vcc nhưng khi sử dụng bộ ADC thì chân này được nối qua 1 cuộn cảm lên Vcc với mục đích ổn định điện áp cho bộ biến đổi.  3. Phần mềm lập trình codevision(Hitech):  Lựa chọn phần mềm : đây là phần mềm được sử dụng rất rộng dải bởi nó được xây dựng trên nền ngôn ngữ lập trình C, phần mềm được viết chuyên nghiệp hướng tới người sử dụng bởi sự đơn giản, sự hổ trợ cao các thư viện có sẳn. 3.1. Mô tả phần cứng trên KIT AVR 03 Các led đơn nối với các cổng vào ra của ATMEGA16L(PORTA-PORTB-PORTC-PORTD). Để led sáng cần đưa mức logic của các chân IO của AVR lên mức cao(5V), để led tắt đưa các chân IO của AVR xuống mức thấp.  2.5. Cảm biến đo nhiệt độ LM35, LM335, DS18b20. 2.5.1. Cảm biến LM35 LM35là một cảm biến nhiệt độ analogNhiệt độ được xác định bằng cách đo hiệu điện thế ngõ ra của LM35. Sơ đồ chân của LM35 như sau:  ​Chân 1: Chân nguồn Vcc  Chân 2: Đầu ra Vout Chân 3: GND  Một số thông số chính của LM35: Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnhĐặc điểm chính của cảm biến LM35:+ Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V+ Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC+ Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C+ Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tảiDải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55 C - 150 C với các mức điện áp ra khác nhau. Xét một số mức điện áp sau : + Nhiệt độ -55 C điện áp đầu ra -550mV+ Nhiệt độ 25 C điện áp đầu ra 250mV + Nhiệt độ 150 C điện áp đầu ra 1500mV Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp. Đối với hệ thống này thì đo từ 0 đến 150. Chi tiết các bạn có thể xem trong datasheet của LM35. Tính toán nhiệt độ đầu ra của LM35. Việc đo nhiệt độ sự dụng LM35 thông thường chúng ta sử dụng bằng cách LM35 - > ADC - > Vi điều khiển Như vậy ta có: U= t.k u là điện áp đầu ra  t là nhiệt độ môi trường đo k là hệ số theo nhiệt độ của LM35 10mV/1 độ C  Giả sử điện áp Vcc cấp cho LM35 là 5V ADC 10bit  Vậy bước thay đổi của LM35 sẽ là 5/(2^10) = 5/1024  Giá trị ADC đo được thì điện áp đầu vào của LM35 là: (t*k)/(5/1024) = ((10^-2)*1024*t)/5 = 2.048*t  Vậy nhiệt độ ta đo được t = giá trị ADC/2048  Tương tự với ADC 11bit và Vcc khác ta cũng tính như trên để được công thức lấy nhiệt độ 2.5.2 Cảm biến LM335 Hình dạng của LM335 ngoài thực tế :  Nó có 3 chân chính : 2 chân cấp nguồn và 1 chân out tín hiệu AnalogKhi ta cấp điện áp 5V cho LM335 thì nhiệt độ đo được từ cảm biến sẽ chuyển thành điện áp tương ứng tại chân số 2 (Vout). Điện áp này được tỉ lệ với giải nhiệt độ mà nó đo được. Với độ giải của nhiệt độ đầu ra là 10mV/K. Hoạt động trong giải điện áp từ 0 cho đến 5V và giải nhiệt độ đo được từ 0 oC đến 100oC. Và cần chú ý đến những thông số chính sau :+ Hoạt động chính xác ở dòng điện đầu vào từ 0.4mA đến 5mA. Dòng điện đầu vào ngoài khoảng này kết quả đo sẽ sai+ Điện áp cấp vào ổn định là 5V+ Trở kháng đầu ra thấp 1 ôm+ Giải nhiệt độ môi trường là từ 0 đến 100 CNhư vậy LM335 nó cho chúng ta tín hiệu tương tự (Analog) và chúng phải xử lý tín hiệu này thành nhiệt độ +Tính toán các giá trị của mạch đoDo tín hiệu trả về từ cảm biến LM335 là tín hiệu tương tự . Như vậy để xử lý tín hiệu này và cho ra kết quả nhiệt độ tương ứng thì ta cần dùng bộ biến đổi tương tự sang số gọi tắt là ADC. Đầu bài là đo nhiệt độ từ 0 đến 100 CNhư ta đã  biết độ phân giải nhiệt độ của LM335 là 10mV/ K nên ta có+ Tại 0 C thì điện áp đầu ra tại LM335 là 2.73V+ Tại 100 C thì điện áp đầu ra LM335 là 3.73VNhư vậy giải điện áp mà ADC biến đổi là từ (2.73V đến 3.73V) tức là 1VGọi S là giải điện áp đo của tín hiệu : S = (2.73 – 3.73V) tức là 1VA là giải điện áp của ADC : A = 5VTa có trong con Dspic đã tích hợp sẵn bộ khối ADC 10 bit tốc độ cao và trong con Psoc nó cũng tích hợp sẵn bộ ADC 11 bit nên sử dụng bộ ADC này cho mục đích biến đổi.  Ta có bước thay đổi của ADC 10 bit : n = 5 /1024 =  4.9mV (Dspic)n1 = 5/2047 = 2.44mV (Psoc)Sai số tương đối của mạch đoς= 0.0049/1 =  0.49%   (Dspic)ς1 = 0.00244/1 = 0.244% (Psoc)+ Tính giá trị nhiệt độ đầu raLM335 là cảm biến nhiệt độ , với nhiệt độ đầu ra là 10mV/KSử dụng bộ biến đổi ADC_10bit :+ có giá trị lớn nhất là 1024+  với V  = V  = 5V+ Bước thay đổi là :  (Của Dspic và Psoc)n  = 5/1024 = 4.9 (mV) (Dspic)n1 = 5/2047 = 2.44(mV) (Psoc)Nên tại ở 0 C hay 273K thì điện áp đầu ra LM335 có giá trị là 2.73VNên tại ở 100 C hay 373K thì điện áp đầu ra của LM335 có giá trị là : 373.10mV/K =  3.73V. Như vậy giải điện áp đầu vào sẽ là (2.73 đến 3.73V)Tính toán được giá trị ADC đọc được từ Lm335. V_in = 2.73V =>ADC_value = (1024/5).2.73 = 559  (Dspic) V_in = 3.73V => ADC_value = (1024/5).3.73 = 764 (Dspic) V_in = 2.73V => ADC_value = (2047/5)*2.73 = 1118 (Psoc) V_in = 3.73 => ADC_value = (2047/5)*3.73 = 1527  (Psoc) Mặt khác do ADC_value = 1 cho ra điện áp tương ứng là 4.9mV (dspic) và 2.44mV (Psoc). Trong khi đó LM335 cho ra điện áp là 10mV/K. Nên do đó để ADC _value thay đổi trong 1 đơn vị thì nhiệt độ phải thay đổi là : (4.9mV/10mV/K) = 0.5K (dspic) và (2.44mV/10mV/K) = 0.244K (Psoc) Như vậy ta có công thức tính đầy đủ ra độ C tương ứng cho cả Psoc và Dspic:t  = (ADC_value – 559)* (4.9mV/10mV) = (ADC_value – 559) * 0.49   (Đối với Dspic) + Tính giá trị điện trở đệm cho LM355Muốn áp ra ứng với 10mV/oK thì phải cấp dòng cho nó từ 400uA đến 5mA, vậy phải có điện trở đệm.Nếu dùng nguồn áp 5V, dải đo từ 0-100 C => áp trên LM335 sẽ từ 2.73V đến 3.73V => áp rơi trên điện trở sẽ là từ 2.27V đến 1.27V => chọn điện trở 1.5k nối 5V - 1,5k - LM335. Do điện trở 1.5K không có nên ta dùng biến trở để cho điện trở đệm là 1.5K.Điều chỉnh giátrijij điện trở này cho nhiệt độ đúng với giá trị nhiệt độ mẫu. 2.5.3 Cảm biến DS18B20 DS18B20 là IC cảm biến nhiệt độ, chỉ bao gồm 3 chân, đóng gói dạng TO-92 3 chân nhỏ gọn. ​ Đặc điểm chính của DS18B20 như sau:+ Lấy nhiệt độ theo giao thức 1 dây (1wire)+ Cung cấp nhiệt độ với độ phân giải config 9,10,11,12 bit, tùy theo sử dụng. Trong trường hợp không config thì nó tự động ở chế độ 12 bit. Thời gian chuyển đổi nhiệt độ tối đa là 750ms cho mã hóa 12 bit​ +Có thể đo nhiệt độ trong khoảng -55 -> +125°C. Với khoảng nhiệt độ là -10°C to +85°C thì độ chính xác ±0.5°C,±0.25°C ,±0.125°C,±0.0625°C. theo số bít config.+ Có chức năng cảnh báo nhiệt khi nhiệt độ vượt ngưỡng cho phép. Người dùng có thể lập trình chức năng này cho DS18B20. Bộ nhớ nhiệt độ cảnh báo không bị mất khi mất nguồn vì nó có một mã định danh duy nhất 64 bit chứa trong bộ nhớ ROM trên chip (on chip), giá trị nhị phân được khắc bằng tia laze.+ Cảm bien nhiệt do DS18B20 có mã nhận diện lên đến 64-bit, vì vậy bạn có thể kiểm tra nhiệt độ với nhiều IC DS18B20 mà chỉ dùng 1 dây dẫn duy nhất để giao tiếp với các IC này.Với DS18B20 bạn hoàn toàn có thể tạo cho mình mạch cảm biến nhiệt độ theo ý muốn. + Điện áp sử dụng : 3 – 5.5 V​ + Dòng tiêu thụ tại chế độ nghỉ rất nhỏ.​ ​ Tìm hiểu về các lệnh ROM liên quan đến DS18b20​ - READ ROM (33h) Cho phép đọc ra 8 byte mã đã khắc bằng laser trên ROM, bao gồm: 8 bit mã định tên linh kiện (10h), 48 bit số xuất xưởng, 8 bit kiểm tra CRC. Lệnh này chỉ dùng khi trên bus có 1 cảm biến DS1820, nếu không sẽ xảy ra xung đột trên bus do tất cả các thiết bị tớ cùng đáp ứng. - MATCH ROM (55h) Lệnh này được gửi đi cùng với 64 bit ROM tiếp theo, cho phép bộ điều khiển bus chọn ra chỉ một cảm biến DS1820 cụ thể khi trên bus có nhiều cảm biến DS1820 cùng nối vào. Chỉ có DS1820 nào có 64 bit trên ROM trung khớp với chuỗi 64 bit vừa được gửi tới mới đáp ứng lại các lệnh về bộ nhớ tiếp theo. Còn các cảm biến DS1820 có 64 bit ROM không trùng khớp sẽ tiếp tục chờ một xung reset. Lệnh này được sử dụng cả trong trường hợp có một cảm biến một dây, cả trong trường hợp có nhiều cảm biến một dây. - SKIP ROM (CCh) Lệnh này cho phép thiết bị điều khiển truy nhập thẳng đến các lệnh bộ nhớ của DS1820 mà không cần gửi chuỗi mã 64 bit ROM. Như vậy sẽ tiết kiệm được thời gian chờ đợi nhưng chỉ mang hiệu quả khi chỉ có một cảm biến. - SEARCH ROM (F0h) Lệnh này cho phép bộ điều khiển bus có thể dò tìm được số lượng thành viên tớ đang được đấu vào bus và các giá trị cụ thể trong 64 bit ROM của chúng bằng một chu trình dò tìm. - ALARM SEARCH (ECh) Tiến trình của lệnh này giống hệt như lệnh Search ROM, nhưng cảm biến DS1820 chỉ đáp ứng lệnh này khi xuất hiện điều kiện cảnh báo trong phép đo nhiệt độ cuối cùng. Điều kiện cảnh báo ở đây được định nghĩa là giá trị nhiệt độ đo được lớn hơn giá trị TH và nhỏ hơn giá trị TL là hai giá trị nhiệt độ cao nhất và nhiệt độ thấp nhất đã được đặt trên thanh ghi trong bộ nhớ của cảm biến. Sau khi thiết bị chủ (thường là một vi điều khiển) sử dụng các lệnh ROM để định địa chỉ cho các cảm biến một dây đang được đấu vào bus, thiết bị chủ sẽ đưa ra các lệnh chức năng DS1820. Bằng các lệnh chức năng thiết bị chủ có thể đọc ra và ghi vào bộ nhớ nháp (scratchpath) của cảm biến DS1820. khởi tạo quá trình chuyển đổi giá trị nhiệt độ đo được và xác định chế độ cung cấp điện áp nguồn. Các lệnh chức năng có thể được mô tả ngắn gọn như sau: - WRITE SCRATCHPAD (4Eh) Lệnh này cho phép ghi 2 byte dữ liệu vào bộ nhớ nháp của DS1820. Byte đầu tiên được ghi vào thanh ghi TH (byte 2 của bộ nhớ nháp) còn byte thứ hai được ghi vào thanh ghi TL (byte 3 của bộ nhớ nháp). Dữ liệu truyền theo trình tự đầu tiên là bit có ý nghĩa nhất và kế tiếp là những bit có ý nghĩa giảm dần. Cả hai byte này phải được ghi trước khi thiết bị chủ xuất ra một xung reset hoặc khi có dữ liệu khác xuất hiện. - READ SCRATCHPAD (BEh)Lệnh này cho phép thiết bị chủ đọc nội dung bộ nhớ nháp. Quá trình đọc bắt đầu từ bit có ý nghĩa nhấy của byte 0 và tiếp tục cho đến byte rhứ 9 (byte 8 - CRC). Thiết bị chủ có thể xuất ra một xung reset để làm dừng quá trình đọc bất kỳ lúc nào nếu như chỉ có một phần của dữ liệu trên bộ nhớ nháp cần được đọc. - COPYSCRATCHPAD (48h) Lệnh này copy nội dung của hai thanh ghi TH và TL (byte 2 và byte 3) vào bộ nhớ EEPROM. Nếu cảm biến được sử dụng trong chế dộ cấp nguồn l bắt đầu việc đo. - CONVERT T (44h) Lệnh này khởi động một quá trình đo và chuyển đổi giá trị nhiệt độ thành số (nhị phân). Sau khi chuyển đổi giá trị kết quả đo nhiệt độ được lưu trữ trên thanh ghi nhiệt độ 2 byte trong bộ nhớ nháp Thời gian chuyển đổi không quá 200 ms, trong thời gian đang chuyển đổi nếu thực hiện lệnh đọc thì các giá trị đọc ra đều bằng 0. - READ POWER SUPPLY (B4h) Một lệnh đọc tiếp sau lệnh này sẽ cho biết DS1820 đang sử dụng chế độ cấp nguồn như thế nào, giá trị đọc được bằng 0 nếu cấp nguồn bằng chính đường dẫn dữ liệu và bằng 1 nếu cấp nguồn qua một đường dẫn riêng. b. Cách config độ phân giải cho ds18b20​ Sơ đồ bộ nhớ của ds18b20  ​ Các byte thứ 5 của bộ nhớ đệm có chức năng đăng ký cấu hình (config) cho ds18b20, và các bít được tổ chức như sau:​  ​ Các bit từ 0 đến 4 luôn được đọc giá trị là 1, bít số 7 luôn được đọc giá trị là 0. Cấu hình độ phân giải cho ds18b20 được quyết định bởi R1 và R0 ta có bảng thiết lập như sau.​  ​c. Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt ds18b20- Sơ đồ khi sử dụng một cảm biến.  ​ - Sơ đồ khi mắc nhiều cảm biến. (Chúng ta cũng chỉ cần 1 dây để lấy mẫu nhiệt độ)  ​ d. Đọc nhiệt độ Khi bắt đầu chuyển đổi nhiệt độ thì chân DQ sẽ được kéo xuống mức thấp và khi chuyển đổi xong thì ở mức cao.Như vậy ta sẽ căn cứ vào hiện tượng này để xác định khi nào chuyển đổi xong nhiệt độ. Lưu ý luôn phải dùng một điện trở tầm 4.7k trở lên vào chân DQ treo lên nguồn như sơ đồ mắc.​ Dưới đây là một ví dụ mẫu đo nhiệt độ bằng ds18b20 hiển thị LCD các bạn tham khảo sẽ hiểu rõ hơn về sử dụng cảm biến này như thế nào. Đồng thời tham khảo thêm datasheet của ds18b20.​ 2.6. Cảm biến đo độ ẩm không khí và cảm biến đo độ ẩm đất. 2.6.1.Cảm biến LM35 2.7. Thiết bị mạch điều khiển, mạch động lực. Thiết bị bao gồm: Kit ATMEGA16 Công tắc tơ Domino Máy bơm nước Đường ống dẫn nước Bộ nguồn biến áp cấp điện cho mạch điều khiển 2.8. Giới thiệu phần mềm codevision CodeVisionAVR - là một môi trường phát triển tích hợp phần mềm cho vi điều khiển Atmel AVR. Nó cung cấp sự hỗ trợ rộng rãi cho các thiết bị AVR và tạo ra một đoạn mã nhỏ gọn và hiệu quả.CodeVisionAVR bao gồm các thành phần sau:- Trình biên dịch ngôn ngữ C cho AVR;- Trình biên dịch hợp ngữ cho AVR;- Các máy phát điện của mã chương trình ban đầu cho phép khởi tạo thiết bị ngoại vi;- Module giao tiếp với debug board STK-500;- Module tương tác với các lập trình viên;- Terminal.CodeVisionAVR cho tập tin đầu ra là: - HEX, BIN hoặc tập tin ROM để nạp vào thiết bị thông qua lập trình;- COFF - file có chứa thông tin cho trình gỡ lỗi;- OBJ - file.Hiện nay, CodeVisionAVR bao gồm các thư viện và các ví dụ sau đây:- Alphanumeric LCD modules for up to 4x40 characters;- Philips I²C Bus;- National Semiconductor LM75 Temperature Sensor;- Maxim/Dallas Semiconductor DS1621 Thermometer/Thermostat;- Philips PCF8563 and PCF8583 Real Time Clocks;- Maxim/Dallas Semiconductor DS1302 and DS1307 Real Time Clocks;- Maxim/Dallas Semiconductor 1 Wire protocol;- Maxim/Dallas Semiconductor DS1820/DS18B20/DS1822 1 Wire Temperature - Sensors;- Maxim/Dallas Semiconductor DS2430/DS2433 1 Wire EEPROMs;- SPI;- MMC/SD/SD HC FLASH Memory Card drivers and FAT12, FAT16, FAT32 access libraries;- Power management;- Delays;- BCD and Gray code conversion.Nó hỗ trợ hầu hết các vi điều khiển Atmel AVR. Phiên bản mới thêm hỗ trợ cho vi điều khiển với một kernel ATxmega. 2.9. Tổng kết chương 2. Chương 2 là toàn bộ cơ sở lý thuyết để thiết kế một Kit điều khiển cho tưới tự động theo nhiệt độ, độ ẩm và thời gian. + Chương 2 đã tổng kết lại toàn bộ các cơ sở thực tế cần cho quá trình chăm sóc cây trồng. Từ đó, dựa trên cơ sở đó để thiết kế KIT điều khiển phù hợp với qua trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Chương 2 cũng đã giới thiệu về các linh kiện và phần mềm để thiết kế,chế tạo ra KIT điều khiển cho hệ thống tưới tự động. Giới thiệu về toàn bộ các thiết bị cần thiết cho việc thiết kế và lắp ráp một KIT hoàn chỉnh. CHƯƠNG III. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.1. Thiết kế kít Vi điều khiển AVR. 3.1.1. Chíp điều khiển AVR Atmega16. Hình 4.Atmega 16 3.1.2. Mạch cảm biến nhiệt độ. Mạch cảm biến nhiệt độ sử dụng cảm biến DS18B20 với công nghệ truyền một dây. DS18B20 Hình 5.Bộ cảm biến đo nhiệt độ DS18B20 3.1.3. Mạch cảm biến độ ẩm. LM35 Hình 6. Bộ cảm biến đo độ ẩm LM35 3.1.5. Mạch rơ le kích ngõ ra. 3.1.6. Mạch giao tiếp thời gian thực DS1307. Hình 7.Bộ kích ngõ ra rơle 3.1.7. Mạch I/O nút ấn cài đặt. 3.2. Thiết kế mạch động lực. 3.2.1. Rơ le trung gian kích công tắc tơ. 3.2.2. Mạch điều khiển van điện từ. 3.2.3. Mạch điều khiển động cơ bơm. 3.3. Thiết kế, bố trí đường ống-vòi phun, bơm nước, cảm biến. 3.4. Tổng kết chương 3. CHƯƠNG IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1. Kết quả Kít vi điều khiển 4.2. Kết quả mạch động lực. 4.3. Kết quả thuật toán điền khiển. 4.4. Đánh giá kết quả đạt được. 4.5. Thảo luận và kiến nghị.