Nghiên cứu và thiết kế máy ấp trứng đà điểu

MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình iii Cam đoan iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Liệt kê hình vẽ ix Liệt kê bảng vẽ ………………………………………………………………………xi Tóm tắt xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Giới hạn 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.5 Bố cục Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Tính tốn thiết kế Chương 4: Thi công hệ thống Chương 5: Kết nhận xét đánh giá Chương 6: Kết luận CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu cấu tạo thành phần trứng đà điểu 2.1.1 Hình dạng kích thước 2.1.2 Cấu trúc trứng 2.1.3 Chất lượng trứng đà điểu 2.2 Chế độ ấp trứng 2.2.1 Nhiệt độ 2.2.2 Độ ẩm 2.2.3 Góc xếp số lần đảo trứng 2.2.4 Thơng thống 2.3 Kiểm tra sinh học trứng 2.3.1Thời gian soi trứng 2.4 Quá trình nở đà điểu 2.5 Bộ điều khiển PID 2.5.1 Tổng quan PID 2.5.2 Công thức điều khiển PID a Độ vọt lố (POT(%)) 10 b Sai số xác lập 11 c Thời gian xác lập: 11 2.5.3 Ảnh hưởng Kp, Ki, Kd đến hệ thống 12 a Ảnh hưởng Kp đến hệ thống: 12 b Ảnh hưởng Ki đến hệ thống: 13 c Ảnh hưởng Kd hệ thống: 14 2.5.4 Cách xác định thông số K p, Ki, Kd 15 a Phương pháp Ziegler – Nichols 15 b Phương pháp thực nghiệm 16 2.6 Xây dựng mơ hình điều khiển 17 2.6.1 Vi điều khiển PIC18F4550 18 a Khối I2C PIC18F4550 21 b Timer PIC18F4550 25 c Timer PIC18F4550 27 d Timer PIC18F4550 29 e Khối PWM 31 2.6.2 Các chuẩn giao tiếp 32 a Chuẩn I2C: 32 b IC thời gian thực DS1307 34 c Chuẩn dây 37 d Cảm biến nhiệt độ DS18B20 40 2.7 Cảm biến độ ẩm 45 2.8 Text LCD 47 CHƯƠNG 3:TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 51 3.1 Giới thiệu 51 3.2 Yêu cầu thiết kế dự án 52 3.3 Khối cảm biến 52 3.3.1 Cảm biến nhiệt độ 52 3.3.2 Cảm biến độ ẩm 53 3.3.3 Khối thời gian thực 54 3.3.4 Khối hiển thị 55 3.3.5 Khối relay điều khiển động đảo trứng 55 3.3.6 Khối đảo trứng 57 3.3.7 Khung đảo trứng 58 3.3.8 Driver công suất cho điều khiển nhiệt điện trở 59 3.3.9 Quạt 220V 62 3.3.10 Điện trở nhiệt 63 3.3.11 Rờ le(Relay) 64 3.3.12 Cơng tắc hành trình 64 3.2.12 Khối điều khiển 65 3.3.13 Khối nút nhấn cài đặt nhiệt độ, độ ẩm chỉnh thời gian 66 3.3.14 Khối nguồn 66 3.3.15 Những thành phần nhỏ khác 67 3.3.16 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 68 3.4 Công cụ phần mềm hỗ trợ 68 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 69 4.1 Giới thiệu 69 4.2 Thi công PCB 69 4.2.1 Khối nguồn: 69 4.2.2 Khối công suất: 70 4.2.2 Khối điều khiển: 71 4.2.3 Khối cảm biến độ ẩm: 72 4.2.4 Lắp mạch kiểm tra: 74 4.2.4 Lắp ráp vào mơ hình chính: 76 4.3 Sơ đồ khối hoạt động hệ thống 82 4.4 Lưu đồ giải thuật chương trình cho hệ thống 83 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 83 4.4.2 Giải thích chương trình 85 4.5 Hướng dẫn sử dụng máy ấp trứng 86 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 87 5.1 Kết 87 5.2 Nhận xét, đánh giá 89 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 90 6.1 Kết luận 90 6.2 Hướng phát triển 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1 Hình ảnh trứng đà điểu Hình 2.2 Cấu trúc trứng Hình 2.3 Tổng quan hệ thống điều khiển PID Hình 2.4 Bộ điều khiển PID Hình 2.5 Đồ thị biểu diễn hệ thống PID có vọt lố 10 Hình 2.6 Sai số xác lập Exl 11 Hình 2.7 Thời gian xác lập Txl 11 Hình 2.8 Ảnh hưởng Kp đến hệ thống 12 Hình 2.9 Sai số theo thời gian 13 Hình 2.10 Ảnh hưởng Kd đến hệ thống 14 Hình 2.11 Đồ thị hệ thống đáp ứng trễ 15 Hình 2.12 Hình ảnh PIC18F4550 đóng gói dạng DIP 18 Hình 2.13 Sơ đồ khối PIC18F4550 20 Hình 2.14 Sơ đồ Module I2C PIC18F4550 21 Hình 2.15 Thanh ghi trạng thái Module I2C 21 Hình 2.16 Thanh ghi điều khiển I2C SSPCON1 23 Hình 2.17 Thanh ghi điều khiển SSPCON2 24 Hình 2.18 Thanh ghi điều khiển Timer 25 Hình 2.19 Sơ đồ khối Timer chế độ 16-bit 27 Hình 2.20 Thanh ghi điều khiển Timer 27 Hình 2.21 Sơ đồ khối Timer PIC18F4550 29 Hình 2.22 Thanh ghi điều khiển Timer 29 Hình 2.23 Sơ đồ khối Timer 30 Hình 2.24 Sơ đồ khối khối PWM PIC18F4550 31 Hình 2.25 Kết nối thiết bị vào bus I2C 32 Hình 2.26 Truyền nhận liệu chủ/tớ 33 Hình 2.27 Quá trình đọc ghi liệu theo chuẩn I2C 34 Hình 2.28 Hai dạng đóng gói chip DS1307 35 Hình 2.29 Kết nối chuẩn dây với vi điều khiển 37 Hình 2.30 Gửi bit “Write ” 38 Hình 2.31 Gửi bit “Write ” 38 Hình 2.32 Đọc tín hiệu 39 Hình 2.33 Tín hiệu Reset Presence 39 Hình 2.34 Quá trình truyền nhận liệu 40 Hình 2.35 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 41 Hình 2.36 Cảm biến độ ẩm HS1101 45 Hình 2.37 Mạch chuyển đổi HS1101 46 Hình 2.38 Mối liên hệ điện dung độ ẩm HS1101 47 Hình 2.39 LCD 20x4 48 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 51 Hình 3.2 Kết nối cảm biến DS18B20 53 Hình 3.3 Sơ đồ kết nối HS1101 53 Hình 3.4 Sơ đồ kết nối DS1307 53 Hình 3.5 Sơ đồ kết nối LCD 20x4 55 Hình 3.6 Sơ đồ kết nối Relay 5V 56 Hình 3.7 Sơ đồ kết nối khối relay đảo trứng 57 Hình 3.8 Khung đảo trứng 58 Hình 3.9 Tải kích góc pha khác 59 Hình 3.10 Mạch bắt điểm khơng 60 Hình 3.11 Tín hiệu điện áp sau qua cầu diode 60 Hình 3.12 Dạng sóng hai đầu diode zener 61 Hình 3.13 Tín hiệu đưa vi điều khiển 61 Hình 3.14 Mạch cơng suất điều khiển Triac 61 Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý module TAC-2200 62 Hình 3.16 Quạt 220Vac 63 Hình 3.17 Điện trở nhiệt 63 Hình 3.18 Rờ le 12VDC 64 Hình 3.19 Cơng tắc hành trình 65 Hình 3.20 Kết nối Vi điều khiển PIC18F4550 đến chân 65 Hình 3.21 Kết nối nút nhấn 66 Hình 3.22 Mạch nguồn ổn áp từ 12Vdc xuống 5Vdc 66 Hình 3.23 Sơ đồ ngun lý tồn mạch 68 Hình 4.1 Sắp xếp linh kiện khối nguồn 69 Hình 4.2 PCB khối nguồn sau vẽ mạch 70 Hình 4.3 Sắp xếp linh kiện khối công suất 70 Hình 4.4 Mạch in khối cơng suất 71 Hình 4.5 Sắp xếp linh kiện khối điều khiển 71 Hình 4.6 Mạch in khối điều khiển 72 Hình 4.7 Sắp xếp linh kiện khối cảm biến độ ẩm 72 Hình 4.8 Mạch in khối cảm biến độ ẩm 73 Hình 4.9 Module Kit Pic18F4550 74 Hình 4.10 Module điều khiển cơng suất TAC-2200 75 Hình 4.11 PCB Module TAC-2200 75 Hình 4.12 Buồng ấp trứng 76 Hình 4.13 CB cơng tắc chiếu sáng 77 Hình 4.14 Hộp nhựa đựng module 78 Hình 4.15 Khối gia nhiệt quạt 79 Hình 4.16 LCD hiển thị nút nhấn điều chỉnh 80 Hình 4.17 Mơ hình máy ấp trứng đà điểu sau hoàn thành 81 Hình 4.18 Lưu đồ thuật tốn máy ấp trứng 82 Hình 4.19.a Lưu đồ thuật toán PIC18F4550 83 Hình 4.19.b Lưu đồ thuật tốn PIC18F4550 (tiếp theo) 84 Hình 5.1 Hệ thống hoạt động ổn định 88 LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1 Cơng thức tính hệ số với điều khiển 16 Bảng 2.2 Ưu, nhược điểm phương pháp điều khiển 17 Bảng 2.3 Tổ chức nhớ DS1307 35 Bảng 2.4 Tổ chức ghi thời gian DS1307 36 Bảng 2.5 Tổ chức nhớ DS18B20 44 Bảng 2.6 Cấu hình độ phân giải DS18B20 45 Bảng 2.7 Mối quan hệ độ ẩm tần số 47 Bảng 2.8 Ý nghĩa chân LCD 20x4 49 Bảng 2.9 Các lệnh LCD 50 Bảng 3.1 Bảng yêu cầu dự án 52 Bảng 3.2 Các thành phần liên quan thi công đồ án 67 Bảng 4.1 Các linh kiện sử dụng bảng mạch 74 Bảng 5.1 Sai số đặt nhiệt độ khác 89 TÓM TẮT Việt Nam quốc gia tiềm lớn để phát triển nông nghiệp điều kiện sở vật chất, kinh tế, hạ tầng hạn chế nên số lĩnh vực nông nghiệp chưa đầu tư phát triển tương xứng với tiềm Từ năm đầu thiên niên kỷ, đất nước có phần hội nhập với tồn cầu số bà nơng dân mạnh dạn đầu tư vào mơ hình nuôi đà điểu thịt lai tạo giống gặp nhiều khó khăn đặc điểm khí hậu khác Việt Nam môi trường sống Đà điểu, đặc biệt khâu ấp trứng để tạo nguồn giống có sẵn nước mà khơng phải nhập Nhận thấy tiềm lĩnh vực chưa khai thác mức, nhóm chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế máy ấp trứng đà điểu” để làm đề tài tốt nghiệp hi vọng đóng góp góp phần phục vụ đất nước, xã hội Sau gần 15 tuần tìm hiểu, nghiên cứu thi cơng Nhóm hồn tất mơ hình máy ấp trứng đà điểu với tính điều khiển nhiệt độ đảo trứng tự động, giảm bớt gánh nặng thời gian công sức cho người chăn nuôi giai đoạn tạo giống cho loại gia cầm PHỤ LỤC #endif #ifndef LCD_DATA4 #ifndef LCD_DATA_PORT #if defined( PCB ) //#define LCD_DATA_PORT 0X08 //portd #define LCD_DATA_PORT 0X06 //portb #define set_tris_lcd(x) set_tris_d(x) #else #if defined(PIN_D0) #define LCD_DATA_PORT getenv("SFR:PORTD") #else #define LCD_DATA_PORT getenv("SFR:PORTB") #endif #endif #endif //portd //portb #if defined( PCB ) LCD_PIN_MAP lcd, lcdlat; #byte lcd = LCD_DATA_PORT #byte lcdlat = LCD_DATA_PORT #elif defined( PCM ) LCD_PIN_MAP lcd, lcdlat, lcdtris; #byte lcd = LCD_DATA_PORT #byte lcdlat = LCD_DATA_PORT #byte lcdtris = LCD_DATA_PORT+0x80 #elif defined( PCH ) LCD_PIN_MAP lcd, lcdlat, lcdtris; #byte lcd = LCD_DATA_PORT #byte lcdlat = LCD_DATA_PORT+9 #byte lcdtris = LCD_DATA_PORT+0x12 #elif defined( PCD ) LCD_PIN_MAP lcd, lcdlat, lcdtris; #word lcd = LCD_DATA_PORT #word lcdlat = LCD_DATA_PORT+2 #word lcdtris = LCD_DATA_PORT-0x02 #endif #endif //LCD_DATA4 not defined #ifndef LCD_TYPE #define LCD_TYPE #endif // 0=5x7, 1=5x10, 2=2 lines #ifndef LCD_LINE1 #define LCD_LINE1 0x80 // LCD RAM address for the The first line #endif #ifndef LCD_LINE2 #define LCD_LINE2 0xC0 // LCD RAM address for the second line BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP PHỤ LỤC #endif #ifndef LCD_LINE3 #define LCD_LINE3 0x94 // LCD RAM address for the third line #endif #ifndef LCD_LINE4 #define LCD_LINE4 0xD4 // LCD RAM address for the fourth line #endif BYTE const LCD_INIT_STRING[4] = {0x20 | (LCD_TYPE