ĐIỀU KHIỂN NHÀ VƯỜN PIC16F877A

Quý khách hàng có thể lướt xuống dưới cùng để xem nội dung file PDF này!!

Để lấy file zip chứa toàn bộ dự án: file thiết kế, prj lập trình, tài liệu pdf liên hệ admin.

Dự án "Thiết bị điều khiển nhà vườn thông minh 2024" là một hệ thống tự động hóa nông nghiệp quy mô nhỏ được xây dựng dựa trên vi điều khiển PIC16F877A với mã nguồn được cấu hình ở cấp độ thanh ghi. Hệ thống có nhiệm vụ giám sát liên tục các thông số môi trường cốt lõi bao gồm thời gian thực, nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất và cường độ ánh sáng. Từ các dữ liệu thu thập được, thiết bị sẽ tự động đưa ra quyết định điều khiển các cơ cấu chấp hành (quạt, bơm nước, đèn chiếu sáng) theo các ngưỡng thiết lập mong muốn hoặc qua chế độ điều khiển thủ công. Toàn bộ thông số đo đạc được hiển thị trực quan trên màn hình LCD, đồng thời cấu hình hệ thống được lưu trữ an toàn trong bộ nhớ EEPROM để tránh mất mát dữ liệu khi gặp sự cố mất nguồn điện.

Tài liệu kỹ thuật của dự án cung cấp đầy đủ từ tính năng, giải pháp phần cứng (sơ đồ nguyên lý, mạch in Layout) cho đến toàn bộ cấu trúc mã nguồn thực thi. Chi tiết hệ thống được phân tích như sau:

A. Các tính năng cốt lõi của hệ thống

Giám sát đa thông số: Thu thập và cập nhật liên tục thời gian thực, nhiệt độ môi trường, độ ẩm không khí và độ ẩm của đất trồng. 

Tự động điều hòa nhiệt độ: Cho phép người dùng thiết lập ngưỡng nhiệt độ tối đa; hệ thống sẽ tự động kích hoạt quạt làm mát khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng này. 

Tự động tưới tiêu: Cho phép cài đặt ngưỡng độ ẩm đất; hệ thống tự động bật máy bơm khi đất bị khô dưới ngưỡng và ngắt bơm khi độ ẩm đạt yêu cầu. 

Cảm biến ánh sáng thông minh: Tự động bật hệ thống đèn chiếu sáng khi trời tối và tự động tắt đi khi trời sáng dựa vào cảm biến ánh sáng LDR. 

Quản lý thời gian hoạt động: Người dùng có khả năng cài đặt thời gian hoạt động cụ thể cho các thiết bị trong vườn. 

Chế độ điều khiển linh hoạt: Hỗ trợ song song cả chế độ vận hành tự động (Auto) và chế độ điều khiển thủ công bằng tay (Manual). 

Bộ nhớ lưu trữ an toàn: Tích hợp tính năng lưu các thông số cấu hình vào bộ nhớ EEPROM, đảm bảo các ngưỡng cài đặt không bị xóa hoặc đặt lại khi mất điện đột ngột.

B. Kiến trúc thiết kế phần cứng

Sơ đồ nguyên lý và bản vẽ mạch in (PCB Layout) của thiết bị được phân chia rõ ràng thành các khối chức năng chuyên biệt: 

Khối xử lý trung tâm (MCU): Sử dụng chip PIC16F877A đóng vai trò điều phối, xử lý toàn bộ thuật toán điều khiển của hệ thống. 

Khối cảm biến và đầu vào: Bao gồm cảm biến DHT22 để đo nhiệt độ/độ ẩm không khí , cảm biến đo độ ẩm đất được kết nối qua kênh chuyển đổi analog-to-digital (ADC) , một quang trở LDR để nhận biết ngày/đêm , và khối 4 nút nhấn chức năng (MENU, UP, DOWN, ENTER) để thao tác cài đặt. 

Khối hiển thị và thời gian: Sử dụng màn hình LCD (giao tiếp qua module chuyển đổi I2C để tiết kiệm chân điều khiển) phối hợp cùng IC thời gian thực DS1307 để duy trì giờ giấc chính xác cho hệ thống. 

Khối đầu ra công suất (Output): Các cổng điều khiển thiết bị ngoại vi (FAN, LIGHT, PUMP) đều được thiết kế mạch cách ly quang sử dụng Optocoupler nhằm bảo vệ vi điều khiển, kết hợp với các Transistor MOSFET công suất lớn (có gắn tản nhiệt) để đóng ngắt dòng điện cho tải ổn định. 

Khối nguồn: Mạch tích hợp các linh kiện hạ áp và tụ lọc nguồn lớn để cấp nguồn VCC ổn định, chống nhiễu cho toàn mạch.

C. Cấu trúc chương trình và mã nguồn (Firmware)

Mã nguồn của dự án được viết trên phần mềm MPLAB X IDE (trình biên dịch XC8) và được module hóa thành các cặp file .h và .c riêng biệt: 

Module i2c_ds1307_v2: Chứa cấu hình thanh ghi điều khiển giao tiếp I2C phần cứng trên chip PIC và các hàm thiết lập, cập nhật thời gian thực từ IC DS1307. 

Module clcd: Định nghĩa các tập lệnh cấu hình, hàm khởi tạo và các hàm tiện ích hiển thị ký tự, chuỗi, chữ số lên màn hình LCD thông qua bộ mở rộng IO. 

Module dht22: Xử lý chuỗi xung data phản hồi cấu trúc của cảm biến DHT22, thực hiện tính toán kiểm tra checksum để tách dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm không khí chính xác. 

Module adc: Cấu hình bộ chuyển đổi ADC nội của vi điều khiển, thực hiện đọc giá trị điện áp analog từ cảm biến độ ẩm đất và sử dụng công thức chuyển đổi sang thang đo phần trăm (%).

Module epprom: Xử lý các hàm ghi/đọc dữ liệu ở cấp độ thanh ghi của bộ nhớ EEPROM tích hợp bên trong chip PIC để quản lý các biến cấu hình.

Module key và menu: Chứa thuật toán quét nút nhấn, xử lý chống dội và điều khiển cấu trúc máy trạng thái (state machine) cho menu hiển thị, giúp người dùng duyệt qua các trang cài đặt thông số và điều khiển bật/tắt thiết bị thủ công. 

Module main: File thực thi chính của hệ thống. File này đảm nhận việc định nghĩa tần số thạch anh (16MHz), cấu hình chế độ IN/OUT cho các cổng PORT, gọi các hàm khởi tạo hệ thống khi cấp nguồn, và vận hành một vòng lặp vô hạn while(1) để liên tục đọc dữ liệu cảm biến, kiểm tra nút bấm, cập nhật LCD và so sánh thực tế với các ngưỡng trong bộ nhớ để xuất tín hiệu điều khiển thiết bị đầu ra.

Mời các bạn đọc xem chi tiết cách hoạt động của mạch: