Hệ thống đo nhiệt độ lò ấp trứng gia cầm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ  ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỀ TÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐO NHIỆT ĐỘ LÒ ẤP TRỨNG GIA CẦM Giáo viên hướng dẫn Ths Nhữ Quý Thơ Nhóm sinh viên thực hiện Lê V.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ  ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐO NHIỆT ĐỘ LÒ ẤP TRỨNG GIA CẦM Giáo viên hướng dẫn: Ths Nhữ Quý Thơ Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Văn Dũng 2019605797 Phạm Văn Dũng 2019603785 Nguyễn Văn Dương 2018604548 Hà Nội - Năm 2021 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Các yêu cầu 1.3 Phương pháp, phạm vi giới hạn nghiên cứu 1.3.1 Phương pháp nghiên cứu 1.3.2 Phạm vi giới hạn nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa thực tiễn 1.4.1 Ý nghĩa thực tiễn nhóm 1.4.2 Ứng dụng thực tiễn CHƯƠNG XÂY DỰNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 2.1.1 Tổng quan hệ thống 2.1.2 Nguyên lí làm việc 2.1.3 Sơ đồ khối 2.2 Phân tích lựa chọn cảm biến 2.2.1 Một số cảm biến đo nhiệt độ thông dụng 2.2.2 Lựa chọn cảm biến 2.3 Phân tích lựa chọn điều khiển 10 2.3.1 Bộ điều khiển 10 2.3.2 Khối hiển thị 11 2.3.3 Thiết bị cấp nhiệt 12 2.3.4 Khối nguồn relay 14 2.4 Thiết kế mạch đo xử lý tín hiệu 15 2.4.1 Thiết kế mạch đo 15 2.4.2 Xử lý tín hiệu 15 CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG 16 3.1 Mơ hình hóa mơ phận khí 16 3.2 Mơ hình hóa mô phận điện tử 19 3.3 Xây dựng chương trình điều khiển 20 KẾT LUẬN 23 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Mơ hình hệ thống Hình 2.2 sơ đồ khối Hình 2.3 Cặp nhiệt điện Hình 2.4 Nhiệt điện trở Hình 2.5 Cảm biến LM35 Hình 2.6 Cảm biến LM35 Hình 2.7 Arduino Uno R3 10 Hình 2.8 Màn hình LCD 11 Hình 2.9 Đèn Halogen 12 Hình 2.10 Quạt tản nhiệt 13 Hình 2.11 Nguồn tổ ong 14 Hình 2.12Module relay 5v 14 Hình 2.13 Kết nối cảm biến với vi điều khiển 15 Hình 3.1 Mơ hình hệ thống 16 Hình 3.2 Mơ hình hóa phận điện tử 19 Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán 20 Hình 3.4 Hệ thống sau khởi động xong 21 Hình 3.5 Nhiệt độ hệ thống ngưỡng 21 Hình 3.6 Nhiệt độ hệ thống vượt qua ngưỡng 22 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM Tên lớp: Cơ điện tử Khóa: K13-K14 Tên nhóm: Nhóm Họ tên thành viên: Lê Văn Dũng 2019604597 Phạm Văn Dũng 2019603785 Nguyễn Văn Dương 2018604548 II Nội dung học tập Tên chủ đề: Xây dựng hệ thống đo nhiệt độ lò ấp trứng gia cầm sử dụng cảm biến nhiệt độ bán dẫn Hoạt động sinh viên - Nội dung 1: Tổng quan hệ thống (L1.1) - Nội dung 2: Xây dựng mơ hình hệ thống (L1.1; L1.2) - Nội dung 3: Chế tạo thử nghiệm hệ thống (L2.1) - Nội dung 4: Viết báo cáo Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch mơ hình sản phẩm (Nếu có) III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành đồ án theo thời gian quy định (từ ngày 13/09/2021 đến ngày 25/12/2021) Báo cáo nội dung nghiên cứu theo chủ đề giao trước hội đồng đánh giá IV Học liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án Tài liệu học tập: Giáo trình mơn học Cảm biến hệ thống đo, vi điều khiển Phương tiện, nguyên liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính, linh kiện dụng cụ điện tử theo nhu cầu sử dụng KHOA/TRUNG TÂM GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Anh Tú ThS Nhữ Q Thơ MƠ TẢ KỸ THUẬT Mơ tả nhiệm vụ cơng nghệ Hệ thống có khả năng: - Giả lập tín hiệu điều khiển nhiệt độ lị ấp cách bật /tắt gia nhiệt, hiển thị trạng thái tín hiệu điều khiển đèn LED - Đo nhiệt độ lò ấp trứng - Hiển thị nhiệt độ liên tục theo thời gian thực hình LCD - Có chức lựa chọn giới hạn nhiệt độ để đưa cảnh báo giá trị nhiệt độ vượt khoảng cho phép Cấu trúc thiết bị Thiết bị Loại sử dụng Cảm biến nhiệt độ Cảm biến bán dẫn Mạch chuyển đổi xử lí tín hiệu ADC ngồi chip Bộ điều khiển Vi điều khiển Hiện thị nhiệt độ tức thời LCD Phím chức nhập liệu Nút bấm số Tín hiệu cảnh báo Đèn Đặc tính kỹ thuật Thơng số Giới hạn nhiệt độ đo Sai số đo Bộ chuyển đổi ADC Giá trị 20-1000C 5% 10 bit Nội dung báo cáo - Bản vẽ TT Tên vẽ Khổ giấy Số lượng Bản vẽ sơ đồ hệ thống A3 Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống A3 - Báo cáo Chương Tổng quan hệ thống 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Các yêu cầu 1.3 Phương pháp, phạm vi giới hạn nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa thực tiễn Chương Xây dựng mơ hình hệ thống 2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 2.2 Phân tích lựa chọn cảm biến 2.3 Phân tích lựa chọn điều khiển 2.4 Thiết kế mạch đo xử lý tín hiệu 2.5 Mơ hình hóa mơ hệ thống (Nếu có) Chương 3: Mơ hình hóa mơ hệ thống 3.1 Mơ hình hóa mơ hệ thống khí 3.2 Mơ hình hóa mô hệ thống điện - điện tử 3.3 Xây dựng chương trình điều khiển Kết Luận LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển mạnh mẽ khoa học máy tính điện tử hỗ trợ lớn đến đời phát triển cơng nghệ tự động Cơng tự động hóa tạo bước ngoặt trình sản xuất sinh hoạt người Các máy móc thay sức lao động tay chân người, thực công việc phức tạp tốn nhiều công sức thay cho người với hiệu khối lượng công việc cao Công việc ấp trứng gia cầm vốn làm thủ công yêu cầu phải thực nhiều thao tác liên tục nhiều ngày đêm với giám sát chặt chẽ yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, độ thơng thống khí… Máy ấp trứng sản phẩm tự động hóa tất yếu đời để thay người cơng việc Với có mặt kỹ thuật điện tử, máy ấp trứng không hoạt động độc lập xác thời gian dài Nó cịn giao tiếp với máy tính để giúp người giám sát nắm thông số cài đặt yêu cầu cách đơn giản Xuất phát từ tính thực tiễn máy ấp trứng gà, cở sở kiến thức có ham muốn lĩnh vực này, nhóm em xin chọn đề tài làm đồ án tốt nghiệp: “Xây dựng hệ thống đo nhiệt độ lò ấp trứng gia cầm” CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung Thế kỷ 21 mỏ thời đại mới, thời đại khoa học cơng nghệ địi hỏi người ln ln khơng ngừng tìm tịi học tập để tiến Thiết bị công nghệ đổi tiên tiến góp phần nâng cao chất lượng máy móc, thiết bị hoạt động có hiệu quả, an toàn ổn định Ngày vi điều khiển có ứng dụng ngày rộng rãi lĩnh vực kỹ thuật đời sống xã hội, đặc biệt kỹ thuật tự động hóa điều khiển từ xa Trong hoạt động sản xuất nơng nghiệp nay, việc tự động hóa khâu sản xuất quan trọng Nhiều năm trở lại đây, có nhiều ứng dụng vi điều khiển vào hoạt động chăn nuôi, Một yếu tố ngành nông nghiệp chăn nuôi gia cầm với khâu quan trọng ổn định khâu sản xuất giống, mà cụ thể việc ấp nở giống từ trứng gia cầm Người ta thường cho trứng ấp nhiệt độ cố định cho phép Tuy nhiên nhiệt độ lị ln thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ mơi trường Vì việc kiểm sốt nhiệt độ lị ấp vơ quan trọng Trong đề tài nhóm kiểm sốt nhiệt độ lò ấp trứng khoảng phù hợp Trong đề tài nhóm sử dụng cảm biến bán dẫn để xây dựng hệ thống lò ấp trứng gia cầm Cảm biến đo nhiệt độ lò ấp hiển thị lên hình nhiệt độ vượt ngưỡng cho phép hệ thống tự động bật quạt , nhiệt độ thấp ngưỡng cho phép hệ thống tự động bật đèn 1.2 Các yêu cầu Để giải vấn đề đề tài nhóm cần giải vấn đề sau: - Đọc tín hiệu analog từ cảm biến nhiệt độ - Hiển thị nhiệt độ buồng ấp hình LCD Led - Khi nhiệt độ ngưỡng cho phép bật quạt bật bóng đèn để nhiệt độ quay mức ổn định - Thực mơ hình hố phần mềm proteus sử dụng code viết arduino để mô hoạt động hệ thống 1.3 Phương pháp, phạm vi giới hạn nghiên cứu 1.3.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết - Dựa vào kiến thức học môn học như: Cơ sở hệ thống tự động, Cảm biến hệ thống đo, Kỹ thuật vi xử lý cấu trúc máy tính - Áp dụng phương pháp thiết kế, viết chương trình tính tốn, phân tích, xử lý số liệu để xây dựng mơ hình phù hợp đề tài 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu mơ hình hố mơ - Từ nghiên cứu lí thuyết ta tính tốn để mơ hình hóa hệ thống mô hệ thống phần mềm - Khảo sát hệ thống đo có đạt theo yêu cầu hay không 1.3.3 Phạm vi giới hạn nghiên cứu - Cảm biến đo nhiệt độ khoảng từ -55°C đến 150°C - Giới hạn đo từ 20°C đến 100°C - Dải điện áp vi xử lí đo 0-5V - Hiển thị nhiệt độ trạng thái hệ thống 2.4 Thiết kế mạch đo xử lý tín hiệu 2.4.1 Thiết kế mạch đo Hình 2.13 Kết nối cảm biến với vi điều khiển - Chân cảm biến nối chân 5V vi xử lý - Chân cảm biến nối chân A0 - Chân cảm biến nối chân GND 2.4.2 Xử lý tín hiệu Tín hiệu trả từ cảm biến LM35 tín hiệu điện áp khoảng từ đến 5v ta sử dụng ADC Arduino để đọc tín hiệu điện áp sau dùng công thức chuyển đổi để thu nhiệt độ Do đặc tính cảm biến LM35 Điện áp tuyến tính theo nhiệt độ: 10mV/°C, ta có cơng thức: 𝑇= 𝐴 ∗ ∗ 100 1023 Với: T giá trị nhiệt độ A giá trị analog đo 15 CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG 3.1 Mơ hình hóa mơ phận khí Nhóm sử dụng phần mềm Solidworks để thiết kế phận khí Hình 3.1 Mơ hình hệ thống STT Tên + Mơ tả Vỏ lị Hình ảnh - Kích thước: 20x50x30cm - Có ngang để đỡ khay trứng - Cửa ngách nhỏ bên để thay khay nước - Bên có lỗ nhỏ để khơng khí bên ngồi lưu thơng vào, cung cấp Oxi cho trứng Khay chứa nước - Dung tích: 0.2 lít nước - Giúp bên lị có độ ẩm thích hợp cho trứng Khay trứng - Kích thước: 25x45cm - Nâng đỡ trứng bên lị, giúp trứng thơng thống Màn hình LCD - Hiển thị thông số cần thiết hệ thống 17 Keypad - Nhập thông số nhiệt độ thông qua Keypad Đèn Halogen - Giúp cấp nhiệt cho hệ thống Quạt thơng gió - Bán kính cánh 8cm - Giúp khơng khí lưu thơng ngồi lị Lắp lị - Kích thước: 35x55cm - Giúp giữ nhiệt bên lị 3.2 Mơ hình hóa mơ phận điện tử Nhóm sử dụng phần mềm Proteus để mô phần tử điện tử hệ thống - Nhóm sử dụng Module sau: Arduino Uno, LM016L, LM35, PCF8574, Relay, Motor DC, Led, Transistor, Keypad-phone,… Hình 3.2 Mơ hình hóa phận điện tử Mô tả cách kết nối phận điện tử: - LM35 có chân, chân VCC nối với chân 5v arduino, chân GND nối với GND arduino, chân Output nối với chân A0 arduino - Keypad nối với chân từ đến 10 arduino - LCD016L kết nối với arduino thông qua IC PCF8574 IC giao tiếp với arduino chuẩn giao tiếp I2C - Transistor kết nối với chân 12 13 arduino, transistor có tác dụng cơng tắc đóng mở điện cho Relay theo tín hiệu tác động arduino 19 3.3 Xây dựng chương trình điều khiển Lưu đồ hoạt động hệ thống : Hình 3.3 Lưu đồ thuật tốn Nhóm sử dụng phần mềm Arduino IDE để soạn thảo chương trình điều khiển cho hệ thống Sau phiên dịch thành cơng chương trình nhóm tiến hành mơ hệ thống phần mềm Proteus Dưới trạng thái hệ thống: - Khi mở hệ thống lên, hệ thống yêu cầu nhập vào nhiệt độ giới hạn, đèn quạt trạng thái tắt Hình 3.4 Hệ thống sau khởi động xong - Sau nhập xong nhiệt độ giới hạn giá trị nằm khoảng cho phép hệ thống bắt đầu hoạt động, hệ thống đo tín hiệu cảm biến đưa trạng thái tương ứng hệ thống Hình 3.5 Nhiệt độ hệ thống ngưỡng 21 - Khi chỉnh nhiệt độ lên qua ngưỡng nhiệt cho phép hệ thống chuyển sang trạng thái “HOT”, quạt quay đèn tắt Hình 3.6 Nhiệt độ hệ thống vượt qua ngưỡng Link video mơ hệ thống: https://youtu.be/2kzi4Twp_Us KẾT LUẬN Sau q trình nghiên cứu hoàn thành đồ án với đề tài “ xây dựng hệ thống đo nhiệt độ lò ấp trứng gia cầm dùng cảm biến bán dẫn” nhóm thu kết sau: - Xác định yêu cầu toán đọc nhiệt độ - Thiết kế vỏ lò phận khác phần mềm Solidworks - Mơ hình hóa mơ phần tử điện tử phần mềm Proteus - Xây dựng thành cơng chương trình điều khiển ngơn ngữ C phần mềm Arduino IDE Tuy nhiên nhóm nhận thấy hạn chế sau: - Thiết kế khí cịn sơ sài chưa thực tế - Nhiệt độ đọc chênh lệch so với nhiệt độ hiển thị cảm biến - Cần phải sử dụng thêm điều khiển PID để nhiệt độ hệ thống ổn định Sau trình nghiên cứu thực nhóm hồn thành đề tài mức mô phần mềm Do kiến thức hạn chế nên đồ án chưa hoàn toàn tối ưu hiệu Chúng em mong muốn nhận góp ý từ thầy bạn để chúng em hoàn thiện sản phẩm 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] "https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf," [2] TS Đào Thái Diệu, kỹ thuật cảm biến đo lường điều khiển, Hồ Chí Minh, 2008 [3] ThS Võ Tuấn Hải, giáo trình cảm biến hệ thống đo, Hà Nội, 2019 [4] "https://viblo.asia/p/huong-dan-lap-trinh-arduino-co-ban-4P856n4a5Y3," [5] "https://datasheet.octopart.com/A000066-Arduino-datasheet-38879526.pdf," [Online] [6] ThS Hồng Minh Cơng, Cảm biến cơng nghiệp, Đà Nẵng, 2004 PHỤ LỤC Code hệ thống: 25 27 29 ... cho phép Cấu trúc thiết bị Thiết bị Loại sử dụng Cảm biến nhiệt độ Cảm biến bán dẫn Mạch chuyển đổi xử lí tín hiệu ADC chip Bộ điều khiển Vi điều khiển Hiện thị nhiệt độ tức thời LCD Phím chức... dùng: Đo nhiệt độ khơng khí, dùng thiết bị đo, bảo vệ mạch điện tử - Tầm đo: -50°C - 150 °C 2.2.2 Lựa chọn cảm biến Dựa vào đặc tính loại cảm biến kể Nhóm định sử dụng cảm biến LM35 để đo nhiệt... Nguyên lí làm việc Cảm biến đo nhiệt độ từ lị gửi tín hiệu vi điều khiển Vi điều khiển nhận tín hiệu từ cảm biến chuyển đổi tín hiệu dạng tương tự thành nhiệt độ, sau so sánh với nhiệt độ đặt