Thiết kế hệ thống tự động đo, điều khiển và hiển thị nhiệt độ khí sấy nông sản dạng hạt sử dụng vi điều khiển họ 8051

Đề tài: Thiết kế hệ thống tự động đo, điều khiển hiển thị nhiệt độ khí sấy nơng sản dạng hạt sử dụng vi điều khiển họ 8051 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mở đầu Nớc ta thuộc nhóm nớc phát triển với nỊn kinh tÕ n«ng nghiƯp trun thèng Qua nhiỊu thËp niên trở lại nông nghiệp Việt Nam ngày phát triển vững mạnh Hiện nay, kinh tế giới chuyển mạnh sang ngành công nghiệp, dịch vụ Việt Nam nông nghiệp ngành có đóng góp đáng kể vào tổng thu nhập quốc dân Chính mà Đảng Nhà nớc coi trọng công công nghiệp hoá, đại hoá sản xuất nông nghiệp nông thôn, nhờ mà ngành nông nghiệp đà có bớc phát triển vợt bậc, sản lợng thu hoạch từ loại nông sản qua mùa vụ ngày đợc nâng cao Sản xuất nông nghiệp tăng, đòi hỏi công nghệ sau thu hoạch phải phát triển mạnh để bảo quản tốt sản phẩm làm Hầu hết sản phẩm nông nghiệp dạng hạt nh lúa, ngô, đậu, vừng sau thu hoạch cần sấy khô kịp thời tránh h hỏng nấm mốc, mối, mọt đồng thời đáp ứng yêu cầu cho trình chế biến Trớc sản phẩm nông nghiệp dạng hạt sau thu hoạch đợc làm khô phơng pháp phơi nắng Nhng phơng pháp hiệu mùa thu hoạch mùa khô, thu hoạch mà thời tiết ma liên tục kéo dài sản phẩm không đợc phơi khô dẫn đến nảy mầm ảnh hởng lớn đến chất lợng sản phẩm Vì có phơng pháp khác đà đời để làm khô sản phẩm kịp thời tình hình thời tiết phơng pháp sấy Hiện giới đà có nhiều loại thiết bị sấy đại, có công suất lớn nhng giá thành lại cao đòi hỏi kỹ thuật vận hành phức tạp nên đa loại máy vào cho sản xuất nông nghiệp nớc ta Trên thị trờng nớc ta đà xuất thiết bị sấy, nhng thiết bị cồng kềnh, nhiệt độ sấy không ổn định đồng thời tự động thay đổi đợc nhiệt độ sấy cần thiết loại hạt ta cần chọn nhiệt độ sấy thích hợp nhằm đạt suất cao, chất lợng tốt tiÕt LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com kiÖm lợng Đặc biệt nông sản dạng hạt mà làm hạt giống yêu cầu độ ổn định nhiệt độ cao suốt trình sấy Mặt khác để dễ dàng cho ngời sử dụng việc theo dâi nhiƯt ®é sÊy cịng nh− thay ®ỉi nhiƯt độ sấy nhiệt độ sấy nhiệt độ đặt cần phải đợc hiển thị Ngoài hệ thống sấy phải có giá thành rẻ phù hợp với kinh tế nông nghiệp nớc ta Nắm bắt đợc yêu cầu tiến hành nghiên cứu phát triển đề tài: Thiết kế hệ thống tự động đo, điều khiển hiển thị nhiệt độ khí sấy nông sản dạng hạt sử dụng vi điều khiển họ 8051 Đề tài gồm sáu chơng: Chơng 1: Tổng quan chung sấy nông sản dạng hạt Chơng 2: Họ vi điều khiển 8051 Chơng 3: Thiết kế hƯ thèng tù ®éng ®iỊu khiĨn nhiƯt ®é khÝ sÊy, đo hiển thị LCD sử dụng vi điều khiển AT89C52 Chơng 4: Tổng hợp hệ thống điều chỉnh nhiệt độ khí sấy Chơng 5: Phần lập trình Chơng 6: Kết luận đề nghị LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ch−¬ng Tỉng quan chung vỊ sấy nông sản dạng hạt 1.1 Công nghệ sấy nông sản dạng hạt 1.1.1 Cơ sở vật lý trình sấy Sấy trình nớc từ vật liệu ẩm khuếch tán, bốc không khí xung quanh Quá trình đợc thực chênh lệch áp suất nớc bề mặt vật liệu môi trờng xung quanh Để làm cho lợng ẩm bề mặt sản phẩm bốc cần có ®iỊu kiƯn: Pm >Pk Pm - Pk = ΔP Pm : áp suất nớc bề mặt vật liệu Pk : áp suất riêng phần nớc không khí P: Động lực trình sấy Trị số P lớn lợng ẩm chuyển sang môi trờng xung quanh mạch trình sấy đợc thực nhanh Nh vậy, trình bốc nớc không khí xung quanh phụ thuộc vào Pm Pk, Pm phụ thuộc vào nhiệt độ sấy, độ ẩm ban đầu vật liệu tính chất liên kết nớc vật liệu, Pk phụ thuộc chủ yếu vào lợng nớc có mặt không khí Trong vật liệu ẩm nớc tồn hai trạng thái: liên kết tự hai dạng ẩm đó, nớc khuếch tán bốc không khí Nớc liên kết đợc giữ lực liên kết hoá học lớn nên khó bay Nớc bay vật liệu đợc đốt nóng nhiệt độ cao trình bay thờng gây nên biến đổi cấu trúc phân tử vật liƯu Do tÝnh chÊt hót, nh¶ Èm cđa vËt liƯu không khí nên độ ẩm không khí vật liệu có trình cân ®éng: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com NÕu Pm >Pk lợng ẩm bề mặt sản phẩm bốc vào không khí làm cho áp suất bề mặt vật liệu Pm giảm xuống Từ vật liệu nớc đợc khuếch tán bề mặt bốc thiết lập cân áp suất bề mặt độ ẩm Độ ẩm vật liệu đợc giảm dần theo trình sấy Theo mức độ khô vật liệu, bốc chậm dần tới độ ẩm lại vật liệu đạt tới một giá trị đó, gọi độ ẩm cân Wcb, P = 0, nghĩa Pm = Pk trình sấy dừng lại NếuPm < Pk ngợc lại vật liệu hút ẩm trình đợc gọi trình hấp thụ nớc, đợc diễn độ ẩm vật liệu đạt tới trị số độ ẩm cân dừng lại Quá trình nớc từ vật liệu ẩm bay hơi, kèm theo thu nhiệt Vì đốt nóng, cung cấp nhiệt từ vào nhiệt độ vật liệu giảm xuống Khi nhiệt độ giảm làm giảm áp suất bề mặt, dẫn đến làm chậm tốc độ bốc nớc Do đó, muốn sấy nhanh, phải cung cấp lợng nhiệt từ vào để làm tăng nhiệt độ vật liệu sấy Quy luật thay đổi độ ẩm đợc đánh giá tốc độ sấy, tốc độ khuếch tán nớc từ vật liệu không khí Tốc độ sấy đợc xác định lợng nớc bốc từ 1m3 bề mặt hay từ 1kg vật liệu ẩm đơn vÞ thêi gian: Us = W W hay U s = Ft Gt Us - Tèc ®é sÊy, kg/m2.h hay (kg/kg.h) W - Lợng nớc bốc từ bề mỈt vËt liƯu cã diƯn tÝch F(m2) hay tõ G(kg) vËt liƯu thêi gian t(h) Khi tèc ®é sÊy cao, nghĩa thời gian làm khô vật liệu ngắn, suất thiết bị sấy cao Cho tới cha có phơng pháp hoàn chỉnh để tính toán lựa chọn tốc độ sấy, chịu ảnh hởng nhiều yếu tố biến đổi trình sấy Ngời ta tính toán tơng đối xác sở đờng cong sấy đợc vẽ theo kết thực nghiệm cho loại vật liệu điều LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com kiện định nh: nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ chuyển động tác nhân sấy, bề dày vËt liƯu sÊy … MỈc dï vËy quy lt thay đổi nhiệt , ẩm phần lớn loại nông sản có dạng chung nh đồ thị hình I.1.1 Hình I.1.1 - Đồ thị trình sấy Căn vào biến thiên tốc độ sấy, chia trình sấy thành giai đoạn chủ yếu: Giai đoạn (tốc độ sấy không đổi) giai đoạn (tốc độ sấy giảm) Nếu theo trình tự thời gian trình sấy đợc chia theo giai đoạn: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Giai đoạn đầu làm nóng vật liệu, ứng với thời gian ngắn t0 nhằm đa vật liệu sấy từ nhiệt độ thấp lên nhiệt độ cao bay đợc giai đoạn nhiệt độ vật liệu tvl tăng nhanh đồng thời tốc độ sấy Us tăng nhanh đồng thời tốc độ sấy Us tăng nhanh nhng độ ẩm vật liệu wvl giảm không đáng kể (đoạn AB) Giai đoạn thứ hai ứng với thời gian t1 giai đoạn tốc độ sấy không đổi Toàn nhiệt từ không khí truyền vào cho vật liệu dùng để bốc nớc Nhiệt độ vật liệu hầu nh không đổi nhiệt độ nớc bốc ra, độ ẩm vật liệu giảm xuống nhanh (đoạn BC) Tốc độ sấy không đổi vật liệu nhiều nớc, lợng ẩm rời đến bề mặt vật liệu để bốc tơng ứng với lợng ẩm đà bốc bề mặt Giai đoạn chủ yếu làm tách lợng n−íc tù vËt liƯu, n−íc bay h¬i khỏi bề mặt tơng tự nh bay từ mặt nớc tự Giai đoạn cuối ứng với thời gian t2 giai đoạn tốc độ sấy giảm, độ ẩm vật liệu giảm dần (đoạn CD), nhiệt độ vật liệu tăng dần Giai đoạn diễn vật liệu có độ ẩm cân (ứng với điểm D) tốc độ sấy 0, trình sấy dừng lại Nguyên nhân làm cho vận tốc sấy giảm vật liệu đà khô hơn, tốc độ khuếch tán ẩm vật liệu nhỏ tốc độ bay nớc bề mặt phải khắc phục trở lực khuếch tán, đồng thời bề mặt vật liệu đợc phủ lớp màng cứng làm cản trở việc thoát ẩm Cuối giai đoạn này, lợng ẩm liên kết bền bắt đầu đợc tách Nhiệt cung cấp phần để nớc tiếp tục bốc hơi, phần để vật liệu tiếp tục nóng lên Nhiệt độ vật liệu sấy đợc tăng lên vật liệu đạt đợc độ ẩm cân nhiệt độ vật liệu nhiệt độ tác nhân sấy (tơng ứng với điểm E) Vì vậy, giai đoạn cần giữ nhiệt độ tác nhân sấy không vợt nhiệt độ cho phép vật liệu Trong trình sấy khô sản phẩm, tính chất sinh học, lý hoá, cấu trúc học tính chất khác sản phẩm cần phải đợc giữ nguyên thay đổi ít, tính chất có ý nghĩa quan trọng, xác định tiêu phẩm chất LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Để đạt đợc yêu cầu cần phải thực chế độ sấy, nghĩa phải đảm bảo đợc giá trị thích hợp nhiệt độ, thời gian tốc độ giảm ẩm loại vật liệu không đợc giới hạn cho phép Vì trình sấy cần ý số đặc điểm sau: Nhiệt độ sấy cho phép nhiệt độ tối đa cha làm ảnh hởng tới chất lợng Nếu nhiệt độ cao thành phần dinh dỡng có hạt bị biến đổi Protein hạt bị ngng tụ, chất bột bị hồ hoá, dầu bị oxy hoá , dẫn đến giảm giá trị dinh dỡng sản phẩm, giảm sức nảy mầm hạt giống, Yêu cầu kỹ thuật sấy nhiệt độ hạt sấy không 600C hạt lơng thực 500C hạt giống Khi độ ẩm đạt tới 25%, nhiệt ®é chÊt mang nhiƯt cho phÐp cã thĨ tíi 700C, độ ẩm hạt cao 25%, nhiệt độ chất mang nhiệt không đợc 800C Tốc độ giảm ẩm cho phép giới hạn tối đa tốc độ giảm ẩm trung bình cha gây h hỏng chất lợng sản phẩm trình sấy Quá trình giảm ẩm sấy kèm theo biến đổi tính chất vật lý, hoá học cấu trúc sản phẩm Ví dụ nh: trọng lợng riêng, độ bền học tăng, kích thớc hình dáng biến đổi gây co kéo, dịch chuyển phận cấu trúc bên trong, biến dạng cấu trúc tế bào, phá vỡ mô,Nếu sấy với tốc độ nhanh, biến đổi nói xảy mÃnh liệt gây rạn nứt sản phẩm dạng hạt Từ làm giảm chất lợng sản phẩm, giảm độ an toàn bảo quản giảm giá trị cảm quan , Thời gian sấy cho phép thời gian đợc phép thực trình sấy nằm giới hạn không dài tới mức làm giảm chất lợng hạt nhiệt không ngắn mức làm giảm chất lợng hạt tốc độ giảm ẩm nhanh 1.1.2 Các phơng pháp sấy Để tách ẩm khỏi sản phẩm, ngời ta dùng nhiều phơng pháp khác nh: phơng pháp học (ép máy ép hay máy ly tâm, hút ẩm máy bơm), phơng pháp hoá lý (dùng chất hút ẩm canxi clorua, axit sunfuric, silicagen, ) phơng pháp nhiƯt (t¸ch Èm vËt LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com liệu sang dạng nhờ có tác dụng nhiệt) Phơng pháp tách ẩm học đơn giản rẻ tiền nhng khó tách hết đợc lợng ẩm đạt yêu cầu bảo quản thờng làm biến dạng sản phẩm Sấy hoá lý phơng pháp phức tạp, tốn phải dùng chất hấp thụ tơng đối đắt tiền Vì thực tế sản xuất phơng pháp sấy nhiệt đợc áp dụng có hiệu Sấy nhiệt đợc chia làm phơng pháp : sấy tự nhiên sấy nhân tạo 1.1.2.1 Sấy tự nhiên Là phơng pháp làm khô đơn giản nhất, bao gồm hong gió tự nhiên phơi nắng * Hong gió tự nhiên thờng áp dụng cho trờng hợp sản phẩm thu hoạch có độ ẩm cao với khối lợng không lớn Do có độ ẩm cao nên áp suất nớc bề mặt sản phẩm lớn so với áp suất nớc riêng phần không khí làm cho nớc sản phẩm bốc bên Thời tiết khô (áp suất nớc không khí thấp) tốc độ bay nớc mạnh ngợc lại Vì độ ẩm tơng đối không khí lớn đặc biệt sơng mù việc hong gió hiệu Phơng pháp có u điểm đơn giản nhng tốc độ bay chậm, thời gian kéo dài khó giảm đợc độ ẩm tới mức cần thiết để bảo quản Do phơng pháp đợc áp dụng để làm giảm ẩm sơ cho sản phẩm thu hoạch cha kịp phơi sấy để tránh sẩy thối mốc hay mọc mầm * Phơi nắng phơng pháp sấy tự nhiên lợi dụng nhiệt xạ mặt trời để làm khô sản phẩm Nguyên lý phơng pháp sấy ánh nắng mặt trời sản phẩm hấp thụ lợng xạ tia mặt trời làm tăng nhiệt độ áp suất bề mặt sảy trình bốc nớc từ hạt vào không khí làm hạt khô dần Phơng pháp có u điểm đơn giản, tận dụng đợc nguồn lợng thiên nhiên nhng có nhợc điểm phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, sản LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com phẩm khô không đợc đồng đều, tốn nhiều công sức không khí hoá đợc 1.1.2.2 Sấy nhân tạo Sấy nhân tạo đợc thực nhờ có tác nhân sấy đốt nóng (khói lò không khí), chúng tiếp xúc trực tiếp gián tiếp với vật liệu, đốt nóng hút nớc Quá trình tốn nhiều lợng Tuy phơng pháp phơng pháp làm khô khối lợng sản phẩm lớn thời gian ngắn với điều kiện thời tiết tách hết độ ẩm liên kết bền vững khỏi sản phẩm cần thiết 1.1.3 Hệ thống sấy nông sản dạng hạt 1.1.3.1 Đặc điểm chung hệ thống sấy nông sản dạng hạt Hệ thống sấy nông sản dạng hạt giống nh hệ thống sấy nông sản khác, gồm phận chính: phận tạo áp cấp nhiệt cho trình sấy, phận lọc làm hoà trộn hỗn hợp khí nóng trớc khí nóng đợc đa vào buồng sấy qua sản phẩm sấy, buồng sấy Hình 1.1 sau sơ đồ cấu trúc hệ thống sấy nông sản dạng hạt: Khâu cấp nhiệt Bộ phận làm hoà trộn hỗn hợp Khâu tạo áp ( quạt gió) Buồng sấy Hình 1.1 - Sơ đồ cấu trúc hệ thống sấy nông sản dạng hạt * Bộ phận cấp nhiệt Đây khâu cấp nhiệt cho hệ thống sấy, nguồn lợng cung cấp cho khâu nhiều đa dạng tuỳ thuộc vào mạnh vùng mà chọn dạng lợng phù hợp Việc tận dụng, sử dụng phế thải sản xuất nông nghiệp, công nghiệp nh vỏ trấu, bà mía, gỗ vụn, mùn ca, than làm nguồn cung cấp lợng thuận lợi sẵn có hay mua đợc với giá rẻ, phế thải sản xuất giúp đẩy nhanh trình sản xuất hạ giá hành sản phẩm nông sản sấy Với yếu tố thuận lợi nh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ACALL Command ; Xuat lenh MOV R1,#11 MOV DPTR,#STR2 Read2: CLR A ; Xoa A MOVC A,@A+DPTR ; Xuat mot ki tu ACALL Datastr INC DPTR ; Tang Dptr DJNZ R1,Read2 RET ; Chuong trinh de LCD thuc hien lenh Command: ACALL Ready MOV P2,A ; Dua du lieu ghi A cong P2 CLR P3.5 ; RS = 0, Cho phep thu hien lenh CLR P3.6 ; RW = 0, Cho phep ghi lenh SETB P3.4; E = CLR P3.4 ; E = RET ; Chuong trinh de LCD viet du lieu Datastr: ACALL Ready MOV P2,A ; Dua du lieu ghi A cong P2 SETB P3.5; RS =1, Cho phep lam viec voi du lieu CLR P3.6 ; RW = 0, Cho phep ghi du lieu SETB P3.4; E = CLR P3.4 ; E = RET LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ; Chuong trinh kiem tra LCD da thuc hien xong lenh chua Ready: SETB P2.7; LCD dang ban CLR P3.5 ; RS=0 SETB P3.6; RW=1 Back1: CLR P3.4 ; E=0 SETB P3.4 ; E=1 JB P2.7,Back1 ;P2.7#0 quay ve BACK1 RET ; Chuong trinh chuyen doi tu so nhi phan ma Ascii Ascii: ; Chuyen doi tu so nhi phan BCD va luu vao o nho co dia chi ;30H,31H,32H MOV B,#10 DIV AB MOV R2,A MOV 32H,B MOV A,R2 MOV B,#10 DIV AB MOV 31H,B MOV 30H,A ; Chuyen tu BCD Acsii va cho hien thi len LCD MOV A,30H ORL A,#30H ACALL Datastr MOV A,31H ORL A,#30H LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ACALL Datastr MOV A,32H ORL A,#30H ACALL Datastr RET ; Chuong trinh vi dieu khien lam viec co ngat ngoai INT0 ORG 100H Interrupt0: ; dieu khien thyristor ; R6 luu tru gia tri tu ADC ; R7 luu tru gia tri nhiet dat SETb P1.5 MOV TMOD,#01 ; Chon Timer0 che (16bit) ACALL NapT0 ACALL DelayT0 CLR P1.5; Kich thyristor CLR C; Xoa co nho De chi tru R7 cho R6 (khong phai tru cho co nho) MOV A,R7; Dua noi dung R7 vao A SUBB A,R6; Tru noi dung ghi A cho noi dung ghi R6 va co nho JNZ next1; Neu R6=R7 thi giu nguyen goc mo truoc SJMP Wait Next1: JNC next2 ; Co nho khong duoc dat (R6 > R7) ; R6