Thiết kế hệ thống điều khiển quá trình tưới phun mưa phục vụ sản xuất rau an toàn

§å ¸n tèt nghiƯp Ngun Th¸i Häc - Líp T§H 46 Mở đầu Đặt vấn đề Lịch sử tiến hoá loài ngời đà phát triển qua nhiều thời kỳ, mà thời kỳ đợc đánh dấu phơng thức sản xuất định Từ xa xa ngời với công cụ thô sơ nh rìu, búa, lao đá dùng để săn bắn phục vơ cc sèng hiƯn t¹i cđa mét sè rÊt ngời mà dự trữ Nhng xà hội phát triển nhu cầu sống ngời ngày tăng mà tài nguyên thiên nhiên ngày cạn kiệt, điều thúc đẩy ngời ngày phải tìm tòi cải tiến công cụ, phơng thức lao động để tạo ngày nhiều cải vật chất phục vụ đời sống Điều tá cÊp thiÕt loµi ng−êi b−íc sang thÕ kỷ XXI mà tài nguyên thiên nhiên dần cạn kiệt, môi trờng ngày ô nhiễm trầm trọng nhng nhu cầu sống hởng thụ ngời ngày cao, dân số ngày đông Nguy thiếu lơng thực ngày tăng khó đảm bảo nhu cầu ngời Để giải vấn đề có số cách hữu hiệu ứng dụng tự động hoá vào sản xuất Các nớc giới đà sớm nhận thấy điều đà ứng dụng tự động hoá vào sản xuất từ sớm, kết họ sớm có sản suất đại công nghiệp đa thị trờng hàng loạt sản phẩm số lợng lớn, chất lợng cao tăng thu nhập cho quốc gia, nh Nhật, Anh, Pháp, Mỹ, Đức Chính công nghệ tự động hoá cao ứng dụng vào sản xuất đà đa quốc gia trở thành cờng quốc giàu mạnh có vị cao trờng quốc tế Nớc ta thuộc nhóm nớc phát triển víi mét nỊn kinh tÕ n«ng nghiƯp trun thèng, qua nhiều thập niên trở lại nông nghiệp Việt Nam ngày phát triển vững mạnh, đến kinh tế giới chuyển mạnh sang ngành công nghiệp dịch vụ đặc biệt c«ng nghƯ th«ng tin, víi viƯt Nam N«ng nghiƯp vÉn ngành có đóng góp đáng kể Khoa Cơ §iÖn -1- Tr−êng §HNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 vào tổng thu nhập quốc dân Chính mà nông nghiệp nớc ta đợc quan tâm Đảng nhà nớc, nhờ mà ngành nông nghiệp đà có nhiều bớc phát triển vợt bậc, sản lợng thu hoạch đợc từ loại nông sản qua mùa vụ ngày đợc nâng cao Tuy nhiên ngày nhu cầu sản phẩm nông nghiệp không đơn số lợng mà phải đảm bảo số lợng chất lợng, môi trờng ô nhiễm trầm trọng, việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật bừa bÃi làm ô nhiễm vào loại sản phẩm nông nghiệp, vấn đề xúc toàn thể xà hội Để giải vấn đề đờng lựa chọn tối u ứng dụng công nghệ cao vào sản xuất nông nghiệp tự động hoá đóng vai trò vô quan trọng mặt kỹ thuật, phục vụ sản xuất nông nghiệp có chất lợng cao đảm bảo an toàn cho ngời sử dụng Trong bữa ăn ngời Việt Nam từ sa đến rau thiếu rau loại thực phẩm cần thiết đời sống hàng ngày thay thế, rau có vị trí quan trọng đời sống sức khoẻ ngời Rau cung cấp cho thể chất quan trọng nh: Protein, lipit, vitamin, muối khoáng, axit hữu chất thơm vv Nhng thực tế sản xuất rau lạm dụng mà dùng nhiều hoá chất nh thuốc trừ sâu, phân đạm Làm cho số lợng tăng nhng chất lợng không đảm bảo gây nhiều vụ ngộ độc thực phẩm Trớc yêu cầu cấp bách tiến hành nghiên cứu đề tài "Thiết kế hệ thống điều khiển trình tới phun ma phục vụ sản xuất rau an toàn" Nhằm tạo hệ thống tới tiêu phục vụ sản xuất rau an toàn Trong trình thực đề tài đà tiến hành khảo sát mô hình thực tế, nghiên cứu số phần mềm sở lý thuyết từ xây dựng mô hình thực nghiệm dùng chip vi xử lý công nghệ PSoC phần mềm mô Visual basic 6.0, LabView, Orcad, Multisim Qua nhiỊu lÇn thÝ nghiệm sở tính toán lý thuyết khẳng định mô hình xây dựng Khoa Cơ Điện -2- Trờng ĐHNN I - H Nội LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 đảm bảo tính thực tế ứng dụng sản xuất nông nghiệp công nghệ cao ngày Mục đích đề tài - Nghiên cứu mô hình tự động tới nớc sản xuất rau an toàn thực tiễn từ thiết kế mô hình thực nghiệm sở sử dụng thiết bị có sẵn nớc - Nghiên cứu sở lý thuyết để xây dựng giao diện mạch điều khiển dựa phần mềm lập trình cho chip vi xử lý công nghệ PSoC - ứng dụng phần mềm PSoC Design 4.2 để xây dựng chơng trình điều khiển hệ thống Nội dung đề tài - Tổng quan đề tài - Xây dựng thuật toán điều khiển mô hình - Chọn thiết bị điều khiển, thiết bị nhập xuất Xây dựng mô hình thực nghiệm lập trình điều khiển hệ thống tới tự động phục vụ sản xuất rau an toàn Ph-ơng pháp nghiên cứu Để thực đợc nội dung đề tài nghiên cứu, tiến hành phơng pháp nghiên cứu sau: * Các kết nghiên cứu kế thừa: - Kế thừa công trình nghiên cứu hệ trớc sở lý thuyết phần mềm lập trình Nh Assembly, Orcad, Multisim, phần mềm mô Matlab 7.0 - Kế thừa mô hình sản xuất đà có thực tiễn * Định hớng nghiên cứu - Nghiên cứu phần mềm lập trình máy tính Khoa Cơ Điện -3- Trờng §HNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 - Thay đổi phơng pháp lập trình để tìm phơng pháp đơn giản, dễ sử dụng hiệu kinh tế - Xây dựng chơng trình điều khiển * Phơng pháp thực nghiệp kiểm chứng: - Chạy thử mô hình nhiều lần, kiểm tra phát lỗi mô hình lỗi chơng trình điều khiển, từ hoàn thiện hệ thống * Thiết bị thí nghiệm: - Máy tính PC - Bộ nạp chip chip vi xử lý PSoC - Bộ mô phỏng, hệ thống cáp, dây nối Khoa Cơ §iÖn -4- Tr−êng §HNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Chơng Tổng quan 1.1 Tình hình sản xuất rau nớc giới 1.1.1 Khái niệm rau Rau khái niệm tổng quát để loại rau đợc trồng môi trờng nh đất trồng, nớc tới, không khí Đảm bảo hàm lợng độc tố rau thu hoạch nhỏ mức quy định theo tiêu chuẩn - Đất trồng rau loại đất thịt nhẹ, đất pha cát, đất thịt trung bình, đất phù sa ven sông, đất cỏ dại, mầm mống sâu bệnh hại, ®é pH trung tÝnh, h¹n chÕ tèi ®a sinh vËt vi sinh vật gây bệnh - Phải dùng nớc s¹ch t−íi cho rau, tèt nhÊt dïng n−íc giÕng khoan, không đợc dùng nớc thải công nghiệp, nớc rửa chuồng trại mà cha đợc xử lý Hàm lợng tối đa số nguyên tố hoá học nớc đợc trình bày bảng sau: Nguyên tố Nớc dùng cho tất loại đất (mg/lít) Nguyên tố Nớc dùng cho tất loại đất (mg/lít) Nguyên tố Nớc dùng cho tất loại đất (mg/lít) Al 5,00 Beryllum 0,01 Mo 0,01 Asen 0,01 Cadimium 0,01 Zn 2,00 B 0,75 Lithium 2,50 Cu 0,20 Cl 0,10 Selenium 0,20 Co 0,05 F 1,00 Mn 0,20 Cl 0,10 Pb 5,00 Khoa Cơ Điện -5- Trờng ĐHNN I - H Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com §å ¸n tèt nghiƯp Ngun Th¸i Häc - Líp T§H 46 1.1.2 Tình hình sản xuất rau nớc Nớc ta nớc nông nghiệp lạc hậu xuất phát từ văn minh lúa nớc, phát triển chậm chạp tụt hậu so với nông nghiệp nớc khu vực giới Tuy nhiên năm gần có quan tâm sâu sắc Đảng, Nhà nớc đà ban hành nhiều chủ trơng sách phù hợp đa nông nghiệp nớc nhà ngày lớn mạnh chiếm vị trí quan trọng kinh tế Quốc dân đà đạt đợc thành tựu bớc đầu vô to lớn Từ chỗ nớc thiếu đói liên miên, hàng năm phải nhập hàng triệu lơng thực Việt Nam đà chở thành nớc xuất gạo đứng hàng đầu giới, hàng năm xuất hàng triệu lơng thực khác nh rau, quả, chế phẩm từ chúng sang thị trờng giới đợc bạn hàng a chuộng Có đợc thành ban đầu nhờ đà áp dụng nhiều tiến kỹ thuật vào sản xuất nông nghiệp, xây dựng vùng chuyên canh, xen canh phù hợp, kịp thời ngăn chặn dịch bệnh sâu hại, khuyến khích nông dân phát triển nông nghiệp, xây dựng mô hình kinh tế trang trại, nuôi trồng giống vật nuôi cho suất cao có hiệu kinh tế lớn, xây dựng cánh đồng 50 triệu/ha Trong đề án phát triển rau hoa cảnh thời kỳ 1999 - 2010 Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn đà đợc Thủ Tớng Chính phủ phê duyệt ngày 03/09/1999 đà xác định mục tiêu cho ngành sản xuất rau, hoa là: Đáp ứng nhu cầu rau có chất lợng cao cho nhu cầu tiêu dùng nớc khu tập trung (Đô thị, khu công nghiệp) xuất Phấn đấu đến năm 2010 đạt mức tiêu thụ bình quân đầu ngời 85 kg rau/năm, giá trị kim ngạch xuất đạt 690 triệu USD Trong phát triển chung toàn ngành Nông nghiêp ngành sản xuất rau đợc quan tâm phát triển mạnh Theo thống kê diện tích trồng rau năm 2000 450.000 tăng 70% so với năm 1990 diện tích trồng rau năm 2004 650.000 diện tích đợc trồng tỉnh Khoa Cơ Điện -6- Tr−êng §HNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 phía Bắc 300.000 chiếm 46% tổng diện tích trồng rau n−íc, diƯn tÝch trång rau ë c¸c tØnh phÝa Nam 250.000 chiếm 38% tổng diện tích Sản lợng rau đất nông nghiệp đợc cung cấp từ hai vùng sản xuất chính: + Vùng sản xuất rau chuyên canh ven thành phố khu công nghiệp chiếm 40 ữ 45% diện tích đạt 50 ữ 55% tổng sản lợng Rau đợc phục vụ tiêu dùng dân c tập trung đô thị khu công nghiệp với chủng loại rau phong phú suất cao + Vùng sản xuất rau luân canh với trồng khác chủ yếu vụ đông xuân tỉnh phía Bắc miền Tây nam Đây vùng sản xuất rau lớn cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp chế biến xuất Tuy nhiên thực sản xuất rau nói riêng sản xuất nông nghiệp nớc ta nói chung: Tuy sản lợng lợng lơng thực xuất lớn đứng đầu giới nhng giá thành thấp chất lợng độ an toàn nông sản ta không đảm bảo Hiện hàm lợng ®éc tè rau cđa n−íc ta t−¬ng ®èi cao chúng đợc trồng môi trờng ô nhiễm việc lạm dụng hoá chất phòng trừ sâu bệnh Theo Viện bảo vệ thực vật Việt Nam đà sử dụng tới 270 lo¹i thc trõ bƯnh, 160 lo¹i thc trõ cá, 12 lo¹i thc diƯt cht, 30 lo¹i thc kÝch thÝch sinh trởng Do chủng loại nhiều đà đợc nhà khoa học khuyến cáo nên sử dụng số loại hoá chất đảm bảo an toàn cho ngời tiêu dùng Tuy nhiên đa số nông dân có thói quen sử dụng sợ bị rủi ro sản xuất họ dùng số loại hoá chất có độc tố cao chí đà bị cấm sử dụng nh Monitor, Wofatox, DDT Do hàm lợng độc tố rau ngày tăng, nguyên nhân gây hàng loạt vụ ngộ độc thực phẩm gây tử vong thiệt hại nhà nớc hàng tỷ đồng - Hàm lợng (NO3-) rau cao Theo quỹ lơng thực giới FAO hàm lợng (NO3-) có liều lợng 4g/ngày gây ngộ độc 8g/ngày Khoa Cơ Điện -7- Trờng §HNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 gây tử vong nớc ta hàm lợng tích luỹ (NO3-) rau cao nguyên nhân làm rau không đảm bảo an toàn Theo tiêu chuẩn Việt Nam hàm lợng (NO3-) rau nh sau: Cải bắp 500mg/kg, cà chua 150mg/kg, d−a chuét 150mg/kg - Tån d− kim lo¹i nặng sản phẩm rau Do lạm dụng hoá chất bảo vệ thực vật với phân bón loại đà làm lợng N, P, K, hoá chất bảo vệ thực vật rửa trôi xâm nhập vào mạch nớc làm ô nhiễm mạch nớc ngầm Theo Phạm Bình Quân (1994) hàm lợng kim loại nặng, đặc biệt asen (as) Mai Dịch - Hà Nội mơng tới cao hẳn so với mức quy định gây ô nhiễm nguồn nớc rau hấp thụ vào thể hoá chất - Vi sinh vật gây hại rau sử dụng nớc tới có vi sinh vật gây hại ( Ecoli, Salmonella, Trứng giun.) làm cho vi sinh vật có hại theo rau qua đờng tiêu hoá vào thể ngời Tuy cha đợc thống kê, song tác hại lớn Do rau nguồn thực phẩm quan trọng đời sống ngời kinh tế phát triển, lơng thực thực phẩm đà đủ ăn ngời hớng tới thực phẩm có chất lợng, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm vấn đề cấp thiết đặt bên cạnh tìm cách nâng cao suất mở rộng loại lơng thực phải giảm hàm lợng độc tố có nông sản đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm Vì vấn đề cấp bách đặt cho ngành Nông nghiệp phải áp dụng khoa học kỹ thuật đại vào sản xuất, xây dựng mô hình sản xuất rau, an toàn Đà có nhiều công nghệ đợc áp dụng để sản xuất rau sạch, nhng giới hạn đề tài xin đợc nghiên cứu hệ thống tới nớc (Cụ thể thiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu khiĨn tù ®éng hƯ thèng tới phun ma) phục vụ sản xuất rau an toàn Bởi đặc điểm rau yêu cầu nhiệt độ độ ẩm phù hợp, độ ẩm thờng cao khoảng 85 - 90% khối lợng thân Nếu thiếu nớc rau sinh trởng phát Khoa Cơ Điện -8- Trờng ĐHNN I - H Nội LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 triển kém, mắc nhiều bệnh tật, thiết kế đợc mô hình tới tiêu tự động đảm bảo yêu cầu rau giúp chúng sinh trởng phát triển mạnh, ngăn ngừa sâu bệnh từ giảm đợc hàm lợng độc tố có rau 1.1.3 Tình hình sản xuất rau giới Trên giới khoa học kỹ thuật phát triển đà đợc áp dụng sâu rộng vào sống nh sản xuất Trong việc trồng rau đà sớm đợc trọng áp dụng tiến khoa học kỹ thuật vào sản xuất để nâng cao sản lợng, chất lợng, giảm lợng độc tố rau đảm bảo tiêu chuẩn rau Các nớc cung cấp nhiều rau giới phải kể đến nh Isaren, Hà Lan, NhậtMặc dù diện tích nông nghiệp nớc không nhiều nhng sản lợng cung cấp thị trờng tơng đối lớn điều chứng tỏ u việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất Muốn nâng cao sản lợng, chất lợng, đảm bảo rau nhà trồng rau nớc ta cần phải áp dụng tiến khoa học kỹ thuật vào sản xuất 1.2 Các phơng pháp tới 1.2.1 Phơng pháp tới Tới nớc cho trồng nói chung cho rau nói riêng công việc khó khăn Tuỳ thuộc vào loại vùng khí hậu nh tuỳ thuộc vào thời kỳ sinh trởng mà rau cần độ ẩm khác Trên thực tế sản xuất rau nớc nh giới mà ta có phơng pháp tới nh sau: a Phơng pháp tới ngập nớc Phơng pháp tới ngập nớc phơng pháp mà tháo ngập nớc vào khu vực trồng để phục vụ nớc cho trồng sinh trởng Đây thực phơng pháp cổ truyền có từ lâu đời phù hợp khu vực phẳng có độ dốc không lớn đợc áp dụng với số loại trồng nh lúa nớc, rau cần hay số khác thời điểm sinh trởng nh ngô, khoai lang, cói, đay Đây phơng pháp dùng để cải tạo đất nh Khoa Cơ Điện -9- Trờng ĐHNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com §å ¸n tèt nghiƯp Ngun Th¸i Häc - Líp T§H 46 thau chua rửa mặn hay dùng để giữ ẩm đất trình chờ canh tác Phơng pháp có u điểm sau: - Do áp dụng vùng phẳng có độ dốc không lớn tính thấm nớc đất yếu mức tới cao suất tới cao ngời t−íi 30 - 40 ha/ngµy - HƯ sè sư dơng ruộng đất cao, xây dựng hệ thống tới tiêu cho có diện tích lớn - Lớp nớc ruộng tạo điều kiện cho rễ lúa phát triển tốt, hấp thụ loại phân bón đợc thuận lợi, hạn chế đợc nhiều loại cỏ dại ổn định nhiệt Tuy nhiên, tới ngập có nhợc điểm hạn chế sau: - Tới ngập không ứng dụng đợc để tới cho loại trồng cạn, nhu cầu nớc ít, ®Êt cã ®é dèc lín - T−íi ngËp lµm cho độ thoáng khí đất trình phân giải chất hữu bị hạn chế Nếu chế độ tới không thích hợp, việc tổ chức quản lý tới làm ảnh hởng sấu đến phát triển trồng, gây lÃng phí nớc, làm xói mòn đất rửa trôi phân bón b Phơng pháp tới rnh Phơng pháp tới rÃnh đợc phổ biến để tới cho hầu hết loại trồng nh bông, nho, mía, loại có củ, nh khoai sắn, củ đậu, cà chua loại rau, nh bắp cải, su hào Khi tới rÃnh nớc không chảy vào khắp mặt ruộng mà vào rÃnh tới hàng trồng Yêu cầu tới rÃnh xác định xác yếu tố kỹ thuật tới chđ u, nh− l−u l−ỵng n−íc r·nh t−íi, chiỊu dài rÃnh tới thời gian tới để đảm bảo tiêu chuẩn tới định trớc theo yêu cầu sinh trởng trồng, phù hợp với điều kiện đất đai, địa hình khí hậu Ưu điểm tới rÃnh xây dựng đồng ruộng dễ dàng thích ứng với tõng ®iỊu kiƯn thĨ vỊ ®Êt ®ai, khÝ hËu trồng Đảm bảo đất đợc tơi xốp, Khoa Cơ Điện - 10 - Trờng ĐHNN I - H Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com §å ¸n tèt nghiƯp Ngun Th¸i Häc - Líp T§H 46 LM335 cảm biến đo nhiệt độ tích hợp từ chất bán dẫn đo nhiệt độ xác dễ dàng chuẩn hố Nó làm việc diode Zener, LM335 có điện áp đánh thủng tỉ lệ trực tiếp với nhiệt độ tuyệt đối 10mV/oK Khi kiểm tra 25oC LM335 có sai số nhỏ 1oC Không giống cảm biến khác, LM335 có đầu tuyến tính LM335 ứng dụng phạm vi nhiệt độ từ -40oC ÷ 100oC Trở kháng thấp đầu tuyến tính làm cho việc ghép nối mạch mạch điều khiển trở nên đơn giản + Các đặc ®iĨm LM335 VCC - Đo trực tiếp nhiệt độ Kelvin R2 - Dũng lm vic t 400àA ữ 5mA 2.2K Output - Trở kháng động nhỏ 1Ω - Kiểm tra dễ dàng LM335 R1 10mV/oK 10K 1 - Phạm vi nhiệt độ đo rộng D1 - Giá thành hạ + Chun hoỏ LM335 LM335 có phương pháp chuẩn hố thiết bị dễ dàng cho độ xác cao Nối nhánh hiệu chỉnh LM335 với biến trở 10KΩ (biến trở chỉnh tinh) Bởi đầu LM335 tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối Do với việc điều chỉnh biến trở, đầu cảm biến cho 0V 0oK Sai số điện áp đầu sai số độ dốc (do đầu tuyến tính theo nhiệt độ) Vì vậy, chuẩn hố độ dốc nhiệt độ làm tất nhiệt độ khác Điện áp đầu cảm biến tính theo cơng thc: T VoutT = VoutT0* (4-1) T0 Khoa Cơ Điện - 94 - Tr−êng §HNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Trong ú: T nhiệt độ chưa biết T0 nhiệt độ tham chiếu Cả hai tính nhiệt độ Kelvin Bằng cách chuẩn hoá đầu nhiệt độ làm đầu cho tất nhiệt độ khác Thông thường đầu lấy chuẩn 10mV/oK Ví dụ 25oC ta có đầu có điện áp 2,98V Tuy nhiên, LM335 loại cảm biến khác, tự làm nóng làm giảm độ xác * C¸c đầu cho điều khiển - Đầu rơ le (Dòng điện cho phép 3A) * Giao diện trun th«ng - Trn th«ng RS232 (COM PORT) * Giao diện ngời máy - Bàn phím gồm nút ấn - Màn hình tinh thể lỏng LCD (2 dòng 16 ký tự) - Các đèn LED biểu thị chế độ hoạt động * Các linh kiện đợc dùng trình thiết kế mạch: ễ rơ le điện áp ®iỊu khiĨn 24VDC Ơ phÝm Ên Ơ LCD module hiển thị tuân theo chuẩn công nghiệp Hitachi HD44780 Thông số module LCD: Khoa Cơ Điện - 95 - D6 D7 14 D5 12 13 D3 D4 D1 D2 10 11 D0 E RS RW VDD VEE VSS LCD Tr−êng §HNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 - Module gồm hai dòng 16 ký tự - Chân Vss Vdd hai chân cung cấp nguồn - Chân DB0 - DB7 chân liệu - Chân E chân cho phép đọc/ghi bus liệu - Chân R/W chân đọc/ghi - Chân RS chân lựa chọn ghi module Chân A, K hai chân cung cấp điện áp cho đèn hình Vcc,Vss chân nguồn +5V chân đất VEE đợc dùng để điều khiển độ tơng phản RS (Register Select )- chän ghi Cã ghi rÊt quan trọng bên LCD Chân RS đợc dùng để chọn ghi Nếu RS = ghi mà lệnh đợc chọn, cho phép ngời dùng gửi mà lệnh chẳng hạn nh xoá hình, đa trỏ đầu dòng Nếu RS = ghi liệu đợc chọn cho phép ngời dùng gửi liệu cần hiển thị lên LCD R/W (Read/Write )- Chân đọc ghi cho phép ngời dùng đọc/ ghi thông tin từ chip lên LCD R/W = đọc, R/W = ghi E (Enable )- Chân cho phép E đợc LCD sử dụng để chốt thông tin có chân liệu Khi liệu đợc cấp đến chân liệu xung mức cao-xuống-thấp đợc áp đến chân E để LCD chốt liệu chân liệu Xung phải réng tèi thiĨu 450ns Ơ chip PsoC CY8C27443-24PI ý nghĩa chân * Ký hiệu P0[0] chân số cổng P0 (tơng tự với cổng khác) * AI( Analog Input) đầu vào tơng tự * AIO (Analog Input/Output) đầu vào tơng tự * SMP (Switch Mode Pump) chân lựa chọn chế độ kích điện áp, đợc sử dụng hoạt động với nguồn điện áp thấp 1.0V * External VREF chân lấy điện áp tham chiếu từ bên * External AGND chân lấy điện áp AGND làm tham chiếu từ bên Khoa Cơ Điện - 96 - Trờng §HNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Hình 4-7: Sơ đồ chân chip CY8C27443 * EXTCLK chân xung nhịp từ bên * XRES chân cho phép khởi động lại chip từ bên * I2C SDA chân truyền liƯu nèi tiÕp trun th«ng I2C * I2C CLK chân truyền xung nhịp truyền thông I2C * XTALin XTALout hai chân lấy xung nhịp thạch anh từ bên * Chân Vss Vdd chân nguồn cấp cho chip ễ Một IC ổn áp LM7805 loại IC với đầu vào điện áp từ đến 25V đầu điện áp ổn định 5V U3 LM7805/TO VOUT VIN GND Hình 4-8 : Sơ đồ chân IC LM7805 ễ Một IC MAX 232 loại IC cho phép chuyển đổi truyền thông nối tiếp với truyền thông RS232 ễ Một IC MAX 232 loại IC cho phép chuyển đổi truyền thông nối tiếp với truyền thông RS232 14 15 19 10 11 12 17 13 U3 T1IN T2IN T3IN T4IN T5IN T1OUT T2OUT T3OUT T4OUT T5OUT 20 16 C1+ C1C2+ C2SD V+ VMAX232 Khoa Cơ Điện - 97 - Tr−êng §HNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 ễ Một nguồn 220VAC, 24VAC vµ mét sè phơ kiƯn nh− mét sè tụ lọc, jack tín hiệu 4.6.Cấu hình cho User Module chip CY8C27443 Hình 4-8: Sơ đồ cấu hình chip CY8C27443 Khoa Cơ Điện - 98 - Trờng ĐHNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Hình 4-9: Cấu hình chân chip Module ADCINC module chuyển đổi số sang tơng tự Input : LÊy tõ khèi t−¬ng tù ACB0 Clock Phase: Pha xung nhịp chế độ bình thờng Module LCD module hiển thị giá trị dùng để giao tiếp ng−êi m¸y LCDPort : Cỉng kÕt nèi Port_2 BarGraph : Enable Cho phép cấu hình đồ hoạ LCD Module PGA: Module khuếch đại không đảo có tác dụng đầu vào tơng tự Hệ số thay đổi thông qua chơng trình lập trình - Gain : 1.000 Đặt hệ số khuếch đại - Input: analogColumn_InputMUX_0 đầu vào khuếch đại Khoa Cơ Điện - 99 - Tr−êng §HNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Module Timer: Là định thời độ rộng 16 bit dùng để tạo chu kỳ trích mẫu Clock: VC3 Đầu vào xung nhịp VC3 Capture: High Chế độ băt điểm trạng thái cao TerminalCountOut: None Đầu giá trị đếm cuối khoá CompareOut: None Đầu so sánh khoá Period: 249 Giá trị đặt trớc 249 CompareValue: Giá trị so sánh CompareType: Less Than Or Equal Kiểu so sánh nhỏ InterruptType: Terminal Count Kiểu sinh ngắt giá trị đếm cuối ClockSync: Sync to SynCK Đồng xung nhÞp víi xung nhÞp cđa hƯ thèng TC_PulseWidth: Full Clock Lựa chọn độ rộng xung đầu giá trị đếm cuối đủ xung nhịp IterruptAPI: Enable Mở ngắt cho lập trình ứng dụng InvertEnable : Nomal Cho phép đầu đảo Clock: VC2 Đầu vào xung nhịp VC2 RX Input: Row_2_Input_1 Khai báo đầu vào nhận liệu Row_2_Input_1 TX Output: Row2_Output_1 Khai báo đầu liệu Row2_Output_1 TX Interrupt Mode: TXComplete Ngắt xảy truyền xong liệu RxCmBuffer: 16 bytes Dung lợng đệm nhận 16 bytes Command Terminator: 13 Ký tù kÕt thóc lƯnh Param_Delimiter: 32 Ký tù giíi h¹n lƯnh IgnoreCharsBelow: 32 Bá qua ký tù nhá 32 InterruptAPI: Enable mở ngắt cho lập trình ứng dụng Khoa Cơ Điện - 100 - Trờng ĐHNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 4.7 Kết thử nghiệm mô hình Sau thiết kế phần cứng ta tiến hành chạy thực nghiệm mô hình theo chơng trình điều khiển với điều khiển khác ta thu đợc kết quả: a) Bộ thông số thực nghiệm thiết kế hệ thống đờng ống Trên sở kết thu đợc bảng - 3, - 4, - ta nhận thấy vòi phun có đờng kính lỗ vòi phun có kết cấu tơng tự ta thấy với góc vòi phun so với phơng quỹ đạo chuyển động dòng tia phun = 64 chịu ảnh hởng gió có bán kính phun xa thông số kỹ thuật tối u đợc lấy theo trờng hợp Bảng - Kết thử nghiệm vòi phun với thông số kü thuËt: ( d= 4mm, θ = 60°, α = 5) Thông số áp lực đầu vòi phun P (Kg/cm2) Bán kính tia phun R (m) ChiỊu cao tia phun H (mH20) Lu lợng nớc qua vòi phun (l/ph) 1,1 5,20 2,22 17,2 1,4 5,80 2,34 16,5 1,8 5,95 2,55 15,95 2,2 6,2 2,60 14,37 2,4 6,48 2,70 12,41 2,6 6,62 2,80 11,27 2,8 6,90 2,90 10,1 Số TT Khoa Cơ Điện - 101 - Tr−êng §HNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Bảng - Kết thử nghiệm vòi phun với th«ng sè kü thuËt: ( d= 4mm, θ = 64°, = 5) Thông số áp lực đầu vòi phun P (Kg/cm2) B¸n kÝnh tia phun R (m) ChiỊu cao tia phun H (mH20) Lu lợng nớc qua vòi phun (l/ph) 1,1 5,40 2,43 17,5 1,3 5,47 2,50 16,7 1,6 5,91 2,63 15,9 1,8 6,12 2,72 15,2 2,2 6,43 2,80 14,1 2,5 6,72 2,90 12,3 2,7 7,00 3,01 11,0 Sè TT B¶ng - Kết thử nghiệm vòi phun với thông số kỹ thuật: ( d= 4mm, = 68, = 5) Thông số áp lực đầu vòi phun P (Kg/cm2) Bán kính tia phun R (m) ChiỊu cao tia phun H (mH20) L−u l−ỵng n−íc qua vßi phun (l/ph) 1,10 5,10 2,33 17,6 1,30 5,35 2,45 16,8 1,65 5,65 2,66 16,2 2,00 5,90 2,71 15,7 2,20 6,26 2,79 14,85 2,40 6,50 2,85 13,2 2,60 6,80 2,90 12,1 Sè TT Khoa Cơ Điện - 102 - Trờng ĐHNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com §å ¸n tèt nghiƯp Ngun Th¸i Häc - Líp T§H 46 b) Kết thực nghiệm chạy mô hình - Luật điều chỉnh PID với tham số lựa chän Kp = 1.5, Ti = 5, Td = 0.1; Stt Nhiệt độ (C) Độ ẩm (%) áp suất (at) Thêi gian (s) 25.7 85 1.2 360 26.2 78 1.2 382 26.8 65 1.3 390 27.1 58 1.2 410 28.0 59 1.25 420 28.3 55 1.3 425 28.8 48 1.2 456 29.4 43 1.2 467 29.8 40 1.2 489 4.8 KÕt luận chơng IV Thông qua chơng ta tiến hành thực nghiệm làm mạch điều khiển thông qua điều kiện yêu cầu toán đà đặt chơng trớc Mạch thiết kế đơn giản dễ sử dụng với nhiều tính lựa chọn thông qua việc nhập tham số qua bàn phím từ cảm biến đà đợc kiểm nghiệm thực tế chạy tốt Từ tiến hành thiết lập thuật toán điều khiển lập trình ứng dụng theo yêu cầu toán Hạn chế trình thiết kế mạch điều khiển điều kiện không cho phép không thiết kế đợc cảm biến độ ẩm, cảm biến áp suất cảm biến xạ lợng mặt trời mà thay vào ta đa tín hiệu tơng tự vào không phản ánh đợc trạng thái điều khiển thực tế Khoa Cơ Điện - 103 - Trờng ĐHNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com §å ¸n tèt nghiƯp Ngun Th¸i Häc - Líp T§H 46 Kết luận đề nghị Kết luận Sau thời gian nghiên cứu đề tài, gặp nhiều khó khăn nhng với nỗ lực thân với hớng dẫn tận tình thầy giáo ThS Ngô Trí Dơng Thầy Cô Khoa Cơ Điện phòng ban chức toàn thể bạn đồng nghiệp đến đề tài tốt nghiệp đà hoàn thành Từ kết nghiên cứu dợc đề tài "Nghiên cứu thiết kế mô hình điều khiển tới phun ma phục vụ sản xuất rau an toàn" Chúng đa số kết luận đề nghị sau: Mặt tích cực - Đề tài đà nêu đợc trình phát triển ngành tự động hoá trình sản xuất nớc nh giới, phân tích vai trò, ý nghÜa øng dơng cịng nh− h¹n chÕ cđa nã sản xuất - Nghiên cứu thiết bị phần cứng chip vi xử lý công nghệ PSoC linh kiện điện tử phụ trợ để tiến hành thiết kế mạch điều khiển - Nghiên cứu phần mềm PSoC Deisigner Version 4.2 vµ tiÕn hµnh thiÕt kÕ, lËp trình điều khiển hệ thống với sơ đồ công nghệ thực tiễn - Xây dựng mô hình thực, chạy thử kiểm nghiệm lại lý thuyết Mặt hạn chế - Do hạn chế khả nh mặt tài nên cảm biến áp suất, cảm biến độ ẩm cảm biến xạ cha làm thực mà phải dùng tín hiệu tơng tự thay kết kiểm nghiệm cha phản ánh xác độ biến thiên hệ thống thực Mặt nhận thức - Qua trình nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu để thực đề tài hiểu biết vô cung quan trọng phát triển công nghệ tự động hoá, việc ứng dụng tự động hoá vào sản xuất Đề tài giúp Khoa Cơ Điện - 104 - Trờng ĐHNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 tiếp cận với kiến thức điều khiển vi xử lý phần mềm lập trình đợc ứng dụng rộng rÃi hệ thống ®iỊu khiĨn tù ®éng hiƯn nh−: Visual Basic, Multisim, Matlab, Orcad - Hơn đề tài giúp có thêm kiến thức thực tế áp dụng tự động hoá nông nghiệp lĩnh vực vô cïng quan träng vµ cịng lµ nhiƯm vơ cđa mét kỹ s tự động hoá nông nghiệp Đề nghị Trong trình thiết kế mô hình điều khiển thời gian, điều kiện kinh tế nhận thức hạn chế nên việc tìm hiểu xây dựng mô hình, viết chơng trình điều khiển cha hợp lý, thông số sai số lớn Kính mong môn khoa Cơ Điện tạo điều kiện tốt thời gian nh thiết bị để đề tài hoàn thành tốt có tính ứng dụng thực tế cao Khoa Cơ Điện - 105 - Trờng §HNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Mục lục Mở đầu - - Đặt vấn đề - Mục đích đề tài - 3 Nội dung đề tài - Phơng pháp nghiên cứu - Ch−¬ng 1: Tỉng quan - 1.1 Tình hình sản xuất rau nớc giới - 1.1.1 Khái niệm rau - 1.1.2 Tình hình sản xuất rau s¹ch n−íc - 1.1.3 Tình hình sản xuất rau thÕ giíi - 1.2 Các phơng pháp tới - 1.2.1 Phơng pháp tới - 1.2.2 Lựa chọn phơng pháp tới - 14 1.3 Vai trß cđa tự động hoá trình sản xuất - 17 1.4 øng dơng cđa tù ®éng hoá nông nghiệp - 18 1.5 Mục đích ý nghĩa việc thiết kế mô h×nh t−íi phun m−a - 18 1.6 KÕt luËn ch−¬ng I - 19 Chơng 2: Nghên cứu tính toán thông số kỹ thuật hệ thống t-íi phun m-a trång rau s¹ch - 20 2.1 ChÕ ®é t−íi n−íc cho rau s¹ch - 20 2.1.1 Đất, nớc trång - 20 2.1.2 TÝnh to¸n møc t−íi - 20 2.2 Bố trí sơ đồ hệ thống tới phun ma thông số kỹ thuật - 22 2.2.1 C−êng ®é phun m−a - 22 2.2.2 KÝch th−íc h¹t m−a - 23 2.2.3 Độ đồng tới - 24 2.2.4 Năng suất tới phun ma - 25 2.2.5 TÇm xa lý thut cđa dßng tia - 26 - Khoa Cơ Điện - 106 - Tr−êng §HNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 2.2.6 Phân loại, lựa chọn vòi phun đờng ống phục vụ sản xuất rau an toàn 30 2.2.7 Các thông số lựa chọn máy bơm - 36 2.3 ThiÕt kÕ hƯ thèng t−íi phun m−a - 38 2.4 KÕt qu¶ thùc nghiÖm - 43 2.5 ThiÕt kÕ giao diÖn - 49 2.5.1 PhÇn mỊm thiÕt kÕ giao diƯn - 49 2.6 KÕt luËn ch−¬ng II - 52 Chơng 3: Nghiên cứu phần cứng phần mềm chip vi xử lý công nghƯ pSOc cđa h·ng cypress - 53 3.1 Lùa chän thiết bị điều khiển - 53 3.2 Tỉng quan cÊu tróc vµ tính PSoC - 54 3.3 Tìm hiểu cấu trúc phần cứng chip PSoC - 56 3.4 PhÇn mỊm ph¸t triĨn PSoC Designer 4.2 - 73 3.4.1 CÊu tróc cđa PSoC Designer - 73 3.4.2 Các kiểu file đuôi mở rộng - 74 3.4.3 T¹o mét dù ¸n PSoC Deisigner - 74 3.4.4 Trình soạn thảo cấu hình chip - Device Editor - 76 3.4.5 Trình soạn thảo ứng dụng - Application Editor - 79 3.5 Bé ®iỊu khiĨn PID sè - 79 3.5.1 ThiÕt kÕ lt ®iỊu khiĨn PID sè - 79 3.5.2 Tổng hợp hệ thống điều khiển - 87 3.6 KÕt luËn ch−¬ng III - 87 Chơng 4: Thiết kế thi công điều khiển hệ thống t-ới phun m-a công nghệ PSoC - 88 - 4.1 Sơ đồ khối ®iỊu khiĨn - 88 4.2 Phân công tín hiệu điều khiển - 89 4.3 Thuật toán điều khiển - 89 4.4.Thuyết minh sơ đồ - 93 4.5 Lùa chän thiÕt bÞ - 93 - Khoa Cơ Điện - 107 - Trờng ĐHNN I - H Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com §å ¸n tèt nghiƯp Ngun Th¸i Häc - Líp T§H 46 4.6.Cấu hình cho User Module chip CY8C27443 - 98 4.7 Kết thử nghiệm mô h×nh - 101 4.8 KÕt luËn ch−¬ng IV - 103 KÕt luËn đề nghị - 104 - KÕt luËn - 104 Đề nghị - 105 - Khoa C¬ §iÖn - 108 - Tr−êng §HNN I - Hμ Néi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... nhiều vụ ngộ độc thực phẩm Trớc yêu cầu cấp bách tiến hành nghiên cứu đề tài "Thiết kế hệ thống điều khiển trình tới phun ma phục vụ sản xuất rau an toàn" Nhằm tạo hệ thống tới tiêu phục vụ sản xuất. .. vào sản xuất, xây dựng mô hình sản xuất rau, an toàn Đà có nhiều công nghệ đợc áp dụng để sản xuất rau sạch, nhng giới hạn đề tài xin đợc nghiên cứu hệ thống tới nớc (Cụ thể thiết kế hệ thống điều. .. nghĩa việc thiết kế mô hình tới phun ma Trong trình sản xuất lơng thực nói chung sản xuất rau nói riêng tới nớc cho phát triển việc làm cần thiết trở nên quan trọng việc sản xuất rau Bởi trình tới