Bài tập lớn môn đo lường và cảm biến GV Nguyễn Thu Hà Đềtài máy ấp trứng gà Yêu cầu thiết kếgồm phân tích công nghệ xây dựng mô hình hệ thống, các thiết bị và chức năng sơ đồ khối hệ thống lựa.
Bài tập lớn môn đo lường cảm biến GV: Nguyên Thu Hà Đềtài máy ấp trứng gà Yêu câu thiết kếgồm: - phân tích cơng nghệ - xây dựng mơ hình hệ thống, thiết bị chức - sơ đồ khối hệ thống - lựa chọn cảm biến dùng cho hệ thống - chọn điều khiển nhiệt - sơ đồ điều khiển DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHĨM: Ngun Bá Phong ( trưởng nhóm ) Nguyên Xuân Quy VũNgọc Minh Nguyên Mạnh Việt NguyênĐức Quang NỘI DUNG THỰC HIỆN: Đặt vấn đề: - Việc sử dụng lò ấp, máy ấp thời gian gần phổ biến Nó phù hợp với phát triển nhanh chóng chăn ni nước nhà Lị ấp thiết kế với cơng suất yêu cầu kỹ thuật khác tùy theo yêu cầu giống gia cầm cần ấp nở qui mơ ấp nở Có giống gia cầm cần yêu cầu kỹ thuật làm lò ấp cao gà trắng (gà cơng nghiệp) việc xây dựng lị ấp phải có tiêu chuẩn khắt khe như: giữ nhiệt, nhiệt, giữ ẩm, ẩm, cách tạo nhiệt ẩm cho lò Đối với giống gia cầm dê ấp nở gà ta, gà Sao yêu cầu kỹ thuật lò đơn giản Trong lò ấp trứng, yêu cầu cần phải cung cấp lượng nhiệt đầy đủ liên tục suất lị cao Nếu trình ấp trứng mà nhiệt trứng dê hỏng Do cần phải có hệ thống kiểm sốt, quản ly xem lị có cung cấp nhiệt đầy đủ hay khơng, biết dê dàng ngăn trứng không cung cấp nhiệt để sửa chữa I PHÂN TÍCH CÔNG NGHÊLÒÂP: Nhóm 10 -1- Máy ấp trứng Bài tập lớn môn đo lường cảm biến GV: Nguyên Thu Hà Điều kiện để ấp trứng gia câm a Thời gian: Thời gian để ấp trứng vịt 28 ngày, ấp trứng ngan( vịt xiêm), ngỗng 30 ngày, trứng cút 17 ngày, trứng đà điểu 43 ngày, trứng gà 21 ngày Tuy dao động: trứng nhỏ nỏ trước từ 5-10 giờ, trứng to nở muộn so với quy định 5-10 Từ đặc điểm này, có điều kiện cần phân loại trứng có khối lượng to , nhỏ khác cho vào cúng khay để dê theo dõi trứng nỏ tập trung, lúc Không nên áp chung loại trứng gia cầm khác lồi lị chế độ nhiệt loài khác b Nhiệt độ Trứng vào lò lạnh nên 3-4 ngày đầu cần cung cấp nhiệt độ cao giai đoạn ấp sau: Đối với trứng gà, trứng vịt trứng ngan xấp xỉ 38 độC (phụ thuộc vào điều kiện nơi ấp), sau giảm nhiệt độ từ từ, đến 3-4 ngày trước nở nhiệtđộ giảm 0,5-10 độC Trong ngày nóng, cần hạ nhiệt độ phịng ấp bằn cách mở lò ấp, phun nước ấm( 35-36 độ C), phun nước làm mát phòng ấp c Độ ẩm: Những ngày yêu cầu nhiệt độ cao, yêu cầu độ ẩm cao để giảm bớt bốc nướctrong trứng Đến thời kì ấp, việc trao đổi chất phôi tăng, lượng nước nội sinh tạo cần phải ngồi trứng nên u cầu nhiệt độ lò ấp phòng ấp giảm Vào vài ngày cuối thời kỳ ấp, trao đổi chất phôi mạnh nhất, nhiệt độ trứng tăng lên cao nên nhiệt độ lò ấp phải giảm đồng thời ẩm độ lò phải tăng (phun nước ấm lên trứng )để vừa hạ nhiệt trứng vừa tánh gà nở bị sát vỏ chết tắc d Khơng khí: Khơng khí cần cho tao đổi khí phơi lị ấp phải đủ thơng thống, khí lị ấp phải lưu thơng Đảo trứng cách để điều hòa nhiệt độ, ẩm độ khơng khí vị trí trứng Tổng quan công nghệ: Nhóm 10 -2- Máy ấp trứng Bài tập lớn môn đo lường cảm biến - GV: Nguyên Thu Hà Vì nhiệt độ ấp trứng gà 37,4 - 37,8 độ C nên dải nhiệt máy ta chọn 37,5 độ C, cài đặt điều khiển thông qua mạch điều khiển - Ta cần cóhệthống lò, cảm biênvàmạch điều khiển ( tốt dùng hệthống linh kiện điện tử) đểcóthểgiữđươc̣nhiệt độổn định vànằm khoảng nhiệt cho phép đểtrứng cóthểnởra khỏe mạnh vàtỉlệnởcao ấp hệthống của ta cânphải cung cấp cảkhông khílẫn độẩm đểtrứng đủđiều kiện nởtốt máy ấp ta nên thiết kế khay để trứng có tác dụng đảo đồng loạt trứng q trình ấp II MƠ HÌNH HÊ THỐNG, CÁC THIẾT BỊ VÀ CHỨC NĂNG: MƠ HÌNH HỆTHỐNG LÒÂṔ: Để chế tạo máy ấp trứng gà hệ thống ta cần : Vỏmáy - Hệ thống phát nhiệt - Hệ thống cảm biến đo điều khiển nhiệt độ lò - Mạch điều khiển - Hệ thống tuần hồn cung cấp khơng khí, độ ẩm đảo trứng - Hệ thống báo động nhiệt ngày nóng Nguyên líhoạt động hệ thống: Hệthống phát nhiệt sẽtạo nhiệt lượng ởtrong lò, đócảm biến nhiệt sẽnhântín hiệu đầu vaòlànhiệt độtrong lòvàsẽđưa đầu làtín hiêụđiện áp, tín hiệu điện áp này sẽđược đưa đến mạch điều khiển tại nósẽđược bộxửlítrung tâm (vi xửlí) đađược lập trình nhận làm tín hiệu vào vàđầu sẽlàđiênáp điều khiển cho triac đóng cắt nguồn cho hệthống phát nhiệt đểđảm bảo trìnhiệt độtrong lòởnhiệt độcho phép CÁC THIẾT BỊ VÀ CHỨC NĂNG : - Vỏ máy: Để bảo vệ trứng giữ nhiệt cho máy Trên vỏ máy cần thiết kế cửa sổ hình hoa thị để điều chỉnh lượng khơng khí vào máy ra, đảm bảo thơng thống cho máy ấp Có cơng dụng chống đỡ tồn máy, khay trứng, giữ nhiệt ổn định nhiệt độ theo nhu cầu ấp trứng Vỏ máy âṕnên chế tạo ván carton nhập ngoại, hoăc tôn ghép với phâncách nhiêt PHẦN VẬT LIÊU CÁCH NHIÊT: Nhóm 10 -3- Máy ấp trứng Bài tập lớn môn đo lường cảm biến GV: Nguyên Thu Hà cấu tạo lớp nhôm nguyên chất phủ lên nhựa tổng hợp chứa tùi khí Lớp nhơm có mầu sáng bạc giúp phản xạ nhiệt lớp nhựa chứa túi khí ngăn chặn q trình dẫn nhiệt giúp tản nhiệt nhanh Bên cạnh đó, lớp nhựa chứa túi khí cịn có có tác dụng ngăn sóng âm truyền qua, đồng thời khử sóng âm phản xạ tránh tiếng vang bề mặt không phẳng hình dạng bất định Tấm cách nhiệt P2: gồm lớp túi khí với hai mặt xi mạ nhơm Dày: 4mm Hiệu quả: giảm 6-7C Cách âm: 40% Nhóm 10 -4- Tấm cách nhiệt A2A: Gồm hai lớp túi khí với hai lớp màng nhơm ngun chất Dày: 8mm Hiệu quả: chống cháy cấp độ A, giảm 12 – 14 C Cách âm: 60% Máy ấp trứng Bài tập lớn môn đo lường cảm biến GV: Nguyên Thu Hà Tấm cách nhiệt A2 hạt to: Gồm lớp túi khí có dạng hạt to với hai lớp màng nhôm Dày: 6-7mm Hiệu quả: chống cháy cấp độ A, giảm 8-9C Cách âm: 50% Tấm cách nhiệt A1: Gồm lớp túi khí phủ lớp màng nhơm ngun chất Dày: 4mm Hiệu quả: chống cháy cấp độ A, giảm 4-5C Cách âm: 35% Tấm cách nhiệt AP: Gồm:01 mặt nhôm 01 mặt xi mạ nhôm phủ lên lớp túi khí Dày: 4mm Hiệu quả: giảm - 8C, chĐng cháy c¥p _Ù A Cách âm: 45% Tấm cách nhiệt P2P: Gồm hai lớp túi khí với hai mặt xi mạ nhôm Dày: 7-8mm Hiệu quả: giảm 10 - 12C Cách âm: 60% Nhóm 10 -5- Máy ấp trứng Bài tập lớn môn đo lường cảm biến Tấm cách nhiệt P1: Gồm lớp túi khí phủ lớp xi mạ nhôm Dày: 4mm Hiệu quả: giảm 4-5C Cách âm: 35% GV: Nguyên Thu Hà Tấm cách nhiệt A2: Gồm lớp túi khí với lớp màng nhôm nguyên chất Dày: 4mm Hiệu quả: chống cháy cấp độ A, giảm – C Cách âm: 40% Xốp Extruded Polystyrene Là loại vật liệu xốp cách nhiệt sử dụng phổ biến cách nhiệt, cách âm, chống thấm xử ly yếu Đây loại vật liệu cách nhiệt mang ưu điểm vượt trội so với loại xốp cách nhiệt khác có Việt Nam Đặc tính sản phẩm : Kết cấu phân tử khép kín hồn tồn Extruded Polystyrene làm cho vật liệu có khả chống thấm ẩm mốc tốt vật liệu cách nhiệt khác Ngồi xốp Polystyrene cịn có ưu trọng lượng nhẹ, độ bền cao dê dàng kết hợp với vật liệu xây dựng khác Thông số kỹ thuật: Đặc tính Tỷ trọng Đơn vị Chỉ số Kg/m3 > 30 12 bit ta phải tính toán thêm phần mềm dựa số liệu lưu trữ ghi nhiệt độ, COUNT REMAIN COUNT PER C nhóm ghi nháp (scratchpad) Nhóm 10 - 14 - Máy ấp trứng Bài tập lớn môn đo lường cảm biến GV: Nguyên Thu Hà - mạch điều khiển: có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ cảm biến, phân tích so sánh với nhiệt độ yêu cầu cài đặt để đưa tín hiệu điều khiển cho triac đóng cắt nguồn cho hệ thống phát nhiệt để nhiệt độ lò ấp ổn định nhiệt độ cho phép Hiện loại vi điều khiển phổ biến có khả điều khiển cao ta nên chọn vi điều khiển cho mạch Tæng Quan Hä Vi §iỊu KhiĨn AVR: Vi điều khiển AVR (Atmel Norway design) thuộc họ vi điều khiển Atmel, họ Vi điều khiển thị trường người sử dụng Đây họ Vi Điều Khiển chế tạo theo kiến trúc RISC (Reduced Intruction Set Computer) có cấu trúc phức tạp Ngồi tính họ VĐK khác, cịn tích hợp nhiều tính tiện lợi cho người thiết kế lập trình.Sự đời AVR bắt nguồn từ yêu cầu thực tế hầu hết cần lập trình cho vi điều khiển, thường dùng ngôn ngữ bậc cao HLL (Hight Level Language) để lập trình với loại chip xử lí bit ngơn ngữ C ngơn ngữ phổ biến Tuy nhiên biên dịch kích thước đoạn ma tăng nhiều so với dùng ngôn ngữ Assembly Hang Atmel nhận thấy cần phải phát triển cấu trúc đặc biệt cho ngôn ngữ C để giảm thiểu chênh lệch kích thước ma đa nói Và kết họ vi điều khiển AVR đời với việc làm giảm kích thước đoạn ma biên dịch thêm vào thực lệnh đơn chu kỳ máy với 32 ghi tích lũy đạt tốc độ nhanh họ vi điều khiển khác từ đến 12 lần PHÂN LOẠI AVR : + AT90S8535: Khơng có lệnh nhân chia ghi + ATMEGA 8, 16, 32 (AVR loại bit, 16 bit, 32 bit): Là loại AVR tốc độ cao, tích hợp sẵn ADC 10 bit + AVR tích hợp sẵn LCD driver : Atmega169,329 + AVR có tích hợp SC (power stage controller): AT90PWM thường dùng ứng dụng điều khiển động hay chiếu sáng nên gọi lighting AVR + Attiny11, 12, 15: AVR loi nh Đặc Điểm Của ATMEGA16L: - Hiệu cao, tiêu thụ lượng Nhóm 10 - 15 - Máy ấp trứng Bài tập lớn môn đo lường cảm biến GV: Nguyên Thu Hà - Kiến trúc RISC - Reduce Instruction Set Computer (Cã nghÜa máy tính dùng tập lệnh rút gọn,bộ vi xử lý kiểu thực lệnh vi xư lý kh¸c) - 131 lệnh mạnh, hầu hết lênh thực chu kỳ - 32 Thanh ghi 8-bit đa - Tốc độc thực lên tới 16 triệu lệnh giây với tần số 16MHz - Có nhân, thực thời gian chu kỳ - Các nhớ chương trình liệu cố định - 16 Kb nhớ flash có khả tự lập trình hệ thống - Có thể thực 10.000 lần ghi/xoá - Vùng ma Boot tuỳ chọn với bit khố độc lập - Lập trình hệ thống chương trình on-chip Boot - Thao tác đọc nghi thực - 512 bytes EEFROM Có thể thực 100.000 lần ghi /xoá - 1Kb SRAM bên - Lập trình Khố an ninh phần mềm + Giao diƯn nèi tiÕp ®ång bé ( chn IEEE std.1149.1).Khi thực trao đổi liệu với thiết bị tơng thích khung liệu 8Bit thiết bị đợc truyền đồng (cùng xung nhịp đồng hồ) - xảy lỗi C IM VI IU KHIỂN ATMEGA8535: Một vi điều khiển họ AVR vi điều khiển ATmega8535 (Data sheet ATmega8535) Đây vi điều khiển có cấu trúc phức tạp, có đầy đủ chức họ AVR, lập trình thành thạo cho ATmega8535 hồn tồn sử dụng thành thạo vi điều khiển khác họ ATmega8535 vi điều khiển CMOS 8bit công suất thấp kiến trúc AVR kiểu RISC Vào/ra: Analog - digital ngược lại Bằng việc thực câu lệnh chu kỳ xung nhịp đơn, ATmega8535 đạt triệu phép tính giây với tần số 1MHZ với tốc độ xử ly cao Cấu trúc ATmega8535 hình gồm 512 Byte EEPROM với 100.000 lần viết/xoá 512 Byte SRAM nội, hai định thời 8bit chế độ chọn tần số xung nhịp riêng, định thời 16 bit chế độ chọn tần số xung nhịp riêng, Nhóm 10 - 16 - Máy ấp trứng Bài tập lớn môn đo lường cảm biến GV: Nguyên Thu Hà kênh PWM, kênh ADC 10 bit, giao diện BUS hai dây truyền thông nối tiếp USART, giao diện nối tiếp SPI (Serial Peripheral Interface), so sánh tương tự chip, định thời watchog lập trình với mạch dao động riêng chíp ATmega8535 khởi động bật nguồn, mạch dao động RC nội, nguồn ngắt ngoại nội, có chế độ ngủ: IDLE, giảm nhiêu ADC, tiết kiệm lượng, Standby Standby mở rộng(mạch dao động tiếp tục chạy ngoại vi trì standby cho phép khởi động nhanh công suất tiêu thụ thấp) Điện áp hoạt động 4,5V - 5,5V, tần số hoạt động từ - 16 MHZ Đặc biệt với vi điều khiển ATmega8535 nhóm lệnh làm việc với 32 ghi đa nối trực tiếp với ALU đồng thời cho phép hai ghi độc lập truy cập đồng thời chu kỳ xung nhịp thực thi lệnh Kiểu ma kết trả hiệu thời gian nhanh gấp 10 lần so với vi điều khiển kiểu CISC thông thường - hệ thống tn hồn cung cấp khơng khí, độ ẩm đảo trứng: Bộ tạo ẩm điều ẩm Làm việc theo nguyên ly sau: - Dẫn nước hay đổ nước vào máng tạo ẩm đặt máy để nước bốc tạo ẩm Cách thủ công, đơn giản, không đảm bảo tốt yêu cầu độ ẩm ổn định, khó điều ẩm tốt - Vung nước qua cánh quạt máy, nước từ bình chứa đặt cao hay từ mạng ống cung cấp chung trại, qua van nước, ống dẫn vào bầu, để theo ống dẫn hàn dọc cánh quạt gió mà vung xung quanh, xuyên qua lỗ nhỏ vành lưới thép bao xung quanh, tạo thành lớp sương mù gây ẩm máy - Bộ điều ẩm thường gồm cảm biến ẩm đặt máy để tác động vào phận ngắt van nước để đóng ngắt dịng chảy vào máy, độ ẩm thấp hay cao q mức qui định Bộ thơng gió điều gió Nhóm 10 - 17 - Máy ấp trứng Bài tập lớn môn đo lường cảm biến GV: Ngun Thu Hà Bộ thơng gió máy ấp trứng quạt hướng trục, lắp thành sau bên máy Cửa hút gió bố trí gần trục quạt có nắp điều gió, điều chỉnh độ mở tay Cửa gió thường bố trí máy hay thành trước máy, có nắp điều gió, đóng mở tay Bộ đảo trứng Bao gồm có nguyên ly làm việc sau: - Dây kéo: dùng số máy ấp trứng cỡ nhỏ, khay trứng có đũa trịn xoay được, quấn dây chung cho đảo, ta kéo đầu dây đũa xoay đủ để trứng xoay theo góc - Tay quay: dùng máy ấp trứng có giàn trống, dùng tay quay trống nghiêng góc 45-470 (so với mặt nằm ngang) hai phía theo thời gian qui định - Động điện quay: dùng cho kiểu giàn trứng, thường gồm động điện, giảm tốc, truyền động cụm tiếp điểm cuối III SƠ ĐÔK ̀ HỐI HỆTHỐNG: Nhóm 10 - 18 - Máy ấp trứng Bài tập lớn môn đo lường cảm biến GV: Nguyên Thu Hà Nguyên ly hệ thống là: hệ thống phát nhiệt tạo nhiệt lượng, cảm biến nhiệt biến đổi tín hiệu nhiệt độ dạng tín hiệu số hồi tiếp mạch điều khiển vi xử ly phân tích so sánh cấp tín hiệu điều khiểncho van triac để đóng cắt nguồn cho hệ thống phát nhiệt đảm bảo nhiệt độ buồng ấp nhiệt độ thích hợp Đảm bảo trứng nở với hiệu suất cao IV LỰA CHỌN CẢM BIẾN SỬ DỤNG CHO HÊ THỐNG: số cảm biến nhiệt độ đa nói phân tích ta thấy IC cảm biến nhiệt DS18B20 có nhiều ưu điểm, dê kết nối có độ xác cao ta nên chọn IC cảm biến DS18B20 cho hệ thống Ta xử dụng nhiều cảm biến gắn vài vị trí buồng ấp, để đo nhiệt vị trí khác buồng ấp để đảm bảo nhiệt độ vị trí buồng ấp V CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIÊT ĐỘ: Dựa phân tích điều chỉnh nhiệt độ chọn là: Dùng vi xử ly Atmega16 có nhiều ưu điểm dê lập trình, điều khiển xác bị lỗi Dùng triac làm van đóng cắt nguồn cho dây nung tạo nhiệt độ Nhóm 10 - 19 - Máy ấp trứng Bài tập lớn môn đo lường cảm biến GV: Nguyên Thu Hà VI SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU KHIỂN: Nhóm 10 - 20 - Máy ấp trứng Bài tập lớn môn đo lường cảm biến GV: Nguyên Thu Hà Cảm biến nhiệt DS18B20 Bàn phím để đặt nhiệt độ Mạch điều khiển Triac Vi xử ly LCD hiển thị nhiệt độ Atmega16L Đồng tớn hiu MAX 232 Mỏy tớnh hoạt động mạch ®iƯn: + T¸c dơng c¸c linh kiƯn : - DS18B20 cảm biến nhiệt độ từ môi trờng bên buồng ấp để lấy tín hiệu nhiệt độ đa vào vi xử lý - LCD giải mà hiển thị nhiệt độ - triac van bán dẫn có tác dụng đóng cắt mạch lực hệ thống phát nhiệt - ATMEGA16L điều khiển đóng cắt thiết bị theo điều kiện nhiệt độ đà mặc định cài đặt,điều khiển hiển thị LCD - mạch ổn áp ,tạo điện áp 5VDC ổn định cấp cho vi mạch - cổng MAX 232 cổng để kết nối với máy tính Nhom 10 - 21 - Máy ấp trứng Bài tập lớn môn đo lường cảm biến GV: Nguyên Thu Hà C¶m biÕn nhiệt độ truyền tín hiệu nhiệt độ đọc đợc qua chân DQ(2) vào chân 34 ATMEGA16L (ADC6) chân đầu vào hệ thống biến đổi A/D ATMEGA16L , nhng không cần biến đổi mà đa thẳng vào khối xử lý trung tâm (vì tín hiệu truyền cảm biến nhiệt độ chân DQ tín hiệu số) ,tín hiệu đa vào đợc CPU xử lý với điều kiện đẫ đợc lập trình sẵn (nếu nhiệt độ 37,5 ®iỊu khiĨn triac ®ãng m¹ch cÊp nhiƯt nhiƯt ®é ≥ 37,5 điều khiển triac cắt mạch cấp nhiệt) ,sau tín hiệu sau đợc xử lý tiếp tục đa ch©n 26(TDO - Test Data Out – kiĨm tra liệu ra),27(TDI Kiểm tra liệu vào),28(TOSC1 Test ocsilltor kiểm tra đầu vào tạo dao động),29(TOSC2 kiểm tra đầu tạo dao động2) vào D4,D5,D6,D7 LCD để giải mà LCD nhËn xung nhÞp nèi tiÕp(SCL – Serial Clock ) ë chân 22 ATMEGA16 để Reset,dữ liệu nối tiếp (SDA Serial Data) chân 23 để ghi đọc ký tự,xung nhịp đà qua kiểm tra(TCK Test Clock) để xo¸ ký tù Nhóm 10 - 22 - Máy ấp trứng ... 19 - Máy ấp trứng Bài tập lớn môn đo lường cảm biến GV: Nguyên Thu Hà VI SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU KHIỂN: Nhóm 10 - 20 - Máy ấp trứng Bài tập lớn môn đo lường cảm biến GV: Nguyên Thu Hà Cảm biến. . .Bài tập lớn môn đo lường cảm biến GV: Nguyên Thu Hà Điều kiện để ấp trứng gia câm a Thời gian: Thời gian để ấp trứng vịt 28 ngày, ấp trứng ngan( vịt xiêm), ngỗng 30 ngày, trứng cút 17 ngày, trứng. .. khơng khí vị trí trứng Tổng quan công nghệ: Nhóm 10 -2- Máy ấp trứng Bài tập lớn môn đo lường cảm biến - GV: Nguyên Thu Hà Vì nhiệt độ ấp trứng gà 37,4 - 37,8 độ C nên dải nhiệt máy ta chọn 37,5