(Đồ án hcmute) thiết kế và thi công máy ủ sữa chua ổn định nhiệt độ dùng pid

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY Ủ SỮA CHUA ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ DÙNG PID GVHD: TS NGUYỄN MẠNH HÙNG SVTH: ĐẶNG TẤN PHONG MSSV: 16141228 SVTH: TRẦN THỊ NGỌC GƯƠNG MSSV: 16141139 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2021 an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY Ủ SỮA CHUA ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ DÙNG PID GVHD: TS Nguyễn Mạnh Hùng SVTH1: Đặng Tấn Phong MSSV1: 16141228 SVTH2: Trần Thị Ngọc Gương MSSV2: 16141139 Tp Hồ Chí Minh – 01/2021 an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY Ủ SỮA CHUA ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ DÙNG PID GVHD: TS Nguyễn Mạnh Hùng SVTH1: Đặng Tấn Phong MSSV1: 16141228 SVTH2: Trần Thị Ngọc Gương MSSV2: 16141139 Tp Hồ Chí Minh – 01/2021 an TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày 11 tháng năm 2021 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: Đặng Tấn Phong Trần Thị Ngọc Gương Kỹ thuật Điện tử - Truyền thơng Đại học quy 2016 MSSV: 16141228 MSSV: 16141139 Mã ngành: 41 Mã hệ: Lớp: 16941DT I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY Ủ SỮA CHUA ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ DÙNG PID II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: Tìm hiểu tài liệu hướng dẫn vi điều khiển PIC 16F887, thuật toán điều khiển PID, nguyên tắc dị góc khơng điện 220VAC… Nội dung thực hiện: - Nghiên cứu quy trình nhân tố ảnh hư ởng đến việc ủ sữa chua nhà, tiêu chí đánh giá đo lường chất lượng sanr phẩm - Nghiên cứu giải thuật điều khiển PID để ổn định nhiệt độ - Kết nối PIC 16F887 với cảm biến LM35, gia nhiệt để thực đọc nhiệt độ thời gian lên máy tính, vẽ đặc tuyến liên hệ thời gian nhiệt độ - Thiết kế sơ đồ khối hệ thống - Thiết kế phần cứng, thiết kế khí - Nghiên cứu lập trình đọc nhiệt độ nước thời gian làm sở tìm điều chỉnh hệ số Kp, Ki, Kd - Thiết kế thi cơng phần khí, phần mạch điện - Lắp ráp phần khí phần mạch, hoàn thiện sản phẩm - Chạy thử nghiệm mẫu sữa chua đầu tiên, đánh giá chất lượng sản phẩm hiệu chỉnh hệ thống - Viết báo cáo thực i an - Bảo vệ luận văn III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/10/2020 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/01/2021 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Mạnh Hùng CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y ii an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM Khoa Điện - Điện Tử Bộ Mơn Điện Tử Cơng Nghiệp CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 10 năm 2020 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Bản lịch trình đóng vào báo cáo) Họ tên sinh viên: Đặng Tấn Phong MSSV: 16141228 Họ tên sinh viên: Trần Thị Ngọc Gương MSSV: 16141139 Lớp: 16941DT Tên đề tài: Thiết kế thi công máy ủ sữa chua ổn định nhiệt độ dùng PID Tuần/ngày Tuần (5/10 – 11/10) Nội dung Xác nhận GVHD Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, tiến hành chọn đề tài Tuần (12/10 – 18/10) Tuần (19/10 – 25/10) GVHD tiến hành xét duyệt đề tài - - Viết tóm tắt yêu cầu đề tài chọn: Lí chọn đề tài, nội dung đề tài, giới hạn đề tài Tìm hiểu lí thuyết thuật tốn PID điều khiển nhiệt độ - Lập trình, mơ đọc cảm biến nhiệt độ , xuất tín hiệu để điều khiển thiết bị gia nhiệt dùng chế ON/OFF Tiến hành lắp mạch nguyên lí test board Vẽ vẽ phần khí Tuần - Tiến hành thi cơng phần khí (2/11 – 8/11) - Lập trình đọc nhiệt độ thời gian làm sở cho việc tính tốn lựa chọn thông số Kp, Ki, Kd cho hệ thống dựa thực nghiệm - Mô phỏng, đọc ghi liệu vào SD Card phần mềm Proteus Tuần (26/10 – 1/11) Tuần (9/11 – 15/11) - iii an Tuần - Tìm hiểu chuẩn giao tiếp UART để truyền liệu nhiệt độ thời gian lên máy tính thơng qua Terminal - Vẽ sơ đồ khối Tiến hành tính tốn để lựa chọn linh kiện, vẽ PCB Thi công mạch (16/11 – 22/11) Tuần (23/11 – 29/11) Tuần - Kiểm tra thi cơng mạch Lập trình thuật tốn PID để điều khiển thiết bị gia nhiệt Tuần 10 - (7/12 – 13/12) - Hồn chỉnh lập trình cho khối cịn lại: nút nhấn, hiển thị LCD, cảnh báo Hoàn chỉnh lập trình Tuần 11 - (14/12 – 20/12) - Tuần 12 - (21/12 – 27/12) - (30/11 – 6/12) Tuần 13 (28/12 – 3/1) - Tuần 14 (11/1 – 15/1) Viết báo cáo chương 2: Cơ sở lí thuyết Viết báo cáo chương 3: Tính tốn thiết kế + Tính tốn thiết kế phần khí + Tính tốn thiết kế phần mạch Viết báo cáo chương 4: Thi công hệ thống Viết báo cáo chương 5: Kết quả, nhận xét đánh giá Viết báo cáo chương 6: Kết luận hướng phát triển - Hoàn chỉnh báo cáo (file word, file powerpoint) - Nộp báo cáo Hoàn thành đồ án (4/1 – 10/1) Tuần 15 Tiến hành lắp ráp phần mạch thu công phần khí Tiến hành ủ đánh giá độ pH sản phẩm Điều chỉnh hồn thành mơ hình Viết báo cáo chương 1: Cơ sở lí thuyết iv an GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) v an LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Đặng Tấn Phong Trần Thị Ngọc Gương vi an LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Mạnh Hùng giúp đỡ hướng dẫn tận tình cho nhóm, đưa ý tưởng góp ý chân thành để nhóm hoàn thành tốt luận văn Chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô khoa Điện – Điện tử nhiệt tình giải đáp hỗ trợ chúng em nhóm có vấn đề khó khăn cần xin ý kiến Nhóm xin gửi lời cảm ơn đến bạn lớp 16941DT hỗ trợ chia kiến thức cho nhau, góp phần bồi dưỡng giúp nhóm hồn thiện đồ án Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Đặng Tấn Phong Trần Thị Ngọc Gương vii an CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ Hình 5.7 Sản phẩm sau ủ lần Hình 5.8 Đánh giá độ pH sau ủ lần 83 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ Hình 5.9 Hình ảnh sữa chua sau ủ lần Hình 5.10 Đánh giá độ pH sau ủ lần 84 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ Kết luận: Dựa mục tiêu đặt làm được, nhóm đánh giá sản phẩm máy ủ sữa chua đạt 90% Những vấn đề tồn nguyên nhân cụ thể sau: - Về khí:  Do vật liệu cách nhiệt PU foaming tủ có thiết kế lớp nên làm khối lượng tủ tăng lên đáng kể (khoảng 5kg)  Tủ có cấu kín nên xuất nước ngưng tụ bên phần bị rị rủ bên ngồi - Về linh kiện, thiết bị:  Vị trí đặt cảm biến gian nhiệt nước có ảnh hưởng đến trình ủ: cảm biến LM35 đặt gần chạm vào lớp kim loại có nhiệt độ tăng cao treo lơ lửng kim loại lưu nhiệt tốt; phần thân gia nhiệt nhúng sâu vào nước giúp nước nóng nhanh diện tích tiếp xúc phần kim loại gia nhiệt với nước lớn hơn, điều dẫn đễn quán tính nhiệt lớn Chính điều dẫn đến vấn đề khó hãm nhiệt hết thời gian ủ hệ thống ngừng cung cấp điện cho gia nhiệt  Nhưng nhìn chung, nguyên nhân ngày không làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sữa chua 85 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.4 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu thực hiện, nhóm hồn thành đề tài “Thiết kế thi công máy ủ sữa chua ổn định nhiệt độ dùng PID”, qua kiểm nghiệm thực tế mơ hình liệu thu thập đề tài đạt yêu cầu đề là: - Điều khiển nhiệt độ ổn định 46oC, sai số 1oC - Điều khiển thời gian định thời với khoảng thời gian: 7h30, 8h 8h30 - Có thể quan sát nhiệt độ, thời gian cài đặt, trạng thái hệ thống (TẮT hay CHẠY) thời gian ủ đếm ngược - Thực báo động qua buzzer ngừng gia nhiệt hết thời gian ủ để bảo đảm an toàn - Sản phẩm sữa chua có độ pH đạt khoảng 3.6 – 4.5 lần ủ - Có thể giám sát đặc tuyến nhiệt độ thời gian đồng thời trình ủ Hạn chế đề tài: - Chỉ điều khiển trực tiếp thơng qua cơng tắc, nút nhấn - Tủ ủ có khối lượng nặng (5kg) - Hơi nước tích tụ nhiều tủ - Quán tính gian nhiệt lớn 5.5 HƯỚNG PHÁT TRIỂN - Có thể thực PID ổn định cho nhiều giá trị nhiệt độ khác với khoảng thời gian khác Từ mở rộng phạm vi ứng dụng cho hệ thống này, khơng ủ sữa chua mà cịn sử dụng làm lò hấp, ủ nhiều loại thực phẩm khác - Có thể đáp ứng cho nhiều loại thiết bị khác nhau, phục vụ cho nhiều mục đích khác Chẳng hạn, với tải bóng đèn làm tủ sấy nhiệt, với tải quạt điều khiển tốc độ quạt cho ứng dụng làm mát… 86 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO (1) Đặng Thế Nhân, Nguyễn Phong Lưu, Nguyễn Văn Đơng Hải, Điều khiển nhiệt độ lị nhiệt ứng dụng giải thuật PID số, tạp chí khoa học Đồng Tháp [Journal] / auth (2) Effecr of fermentation temperature and culture concentration on microbial and physicochemical properties of cow and goat milk yogurt, Earth and Enviroment science, 2019 [Journal] / auth - [s.l.] : Ibrahim Aldaw (3) eva.vn [Online] / auth // https://eva.vn/suc-khoe/10-tac-dung-cua-sua- chua-cuc-tot-cho-suc-khoe-ban-nen-su-dung-c131a386326.html - 12 01, 2020 (4) Gundry MD, How much acid does Coca-Cola have, and how does it affect your health?, https://www.quora.com/How-much-acid-does-Coca-Colahave-and-how-does-it-affect-your-health, ngày 27 tháng 12 năm 2020 [Online] / auth 10 (5) Ibrahim Aldaw, Effecr of fermentation temperature and culture concentration on microbial and physicochemical properties of cow and goat milk yogurt, Earth and Enviroment science, 2019 [Journal] / auth (6) Nguyễn Đình Phú, Giáo trình Vi xử lí, Trường ĐH sư phạm kỹ thuật TP HCM, Nhà xuất đại học quốc gia TP HCM, năm 2016 [Journal] / auth (7) Nguyễn Ngơ Anh Qn, Hà Đắc Bình, Thiết kế đánh giá thực nghiệm điều khiển PID ổn định hệ thống cân bóng thanh, Tạp chí khoa học & cơng nghệ Đại học Duy Tân, năm 2020 [Journal] / auth 11 (8) Nguyễn Thị Phương Hà, Huỳnh Thái Hồng, Giáo trình Lý thuyết điều khiển tự động”, trường Đại học bách khoa TP HCM, Nhà xuất ĐH Quốc gia, năm 2005 [Book] / auth (9) Nguyễn Việt Hùng, Kỹ Thuật Truyền số liệu, trường ĐH sư phạm kỹ thuật TP HCM, Nhà xuất đại học quốc gia TP HCM, tháng 09/2010 [Book] / auth (10) Nhóm sinh viên khoa Cơng nghệ hóa học thực phẩm trường ĐH sư phạm kỹ thuật TP HCM, Thực tập chế biến sữa [Report] / auth BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an TÀI LIỆU THAM KHẢO (11) viettreview.vn [Online] / auth // https://vietreview.vn/danh-gia/may-lamsua-chua/ - 10 12, 2020 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH (main.c) #INCLUDE // #device adc=10 // #FUSES HS // cho phep su dung thach anh ngoai //intrc_io #USE DELAY(CLOCK=20M) // thach anh 20M #USE RS232(BAUD=9600,XMIT=PIN_C6,RCV=PIN_C7) // giao thuc uart, chuan giao tiep rs232 #define LCD_ENABLE_PIN #define LCD_RS_PIN #define LCD_RW_PIN PIN_b2 PIN_b4 PIN_b3 //// //// //// #define #define #define #define PIN_D7 PIN_D6 PIN_D5 PIN_D4 //// //// //// //// LCD_DATA4 LCD_DATA5 LCD_DATA6 LCD_DATA7 #include #define tb PIN_D1 #define #define #define ss tgian loa pin_e0 pin_e1 pin_e2 #define #define tang giam pin_a1 pin_a2 signed int32 duty,dutyt,dat; float e,e1,e2,a,b,ga,kp,kd,ki,out,lastout,t; unsigned int16 kq,ndlm35,ndt ; signed int32 i,bdn,dem; int1 tt_ss; signed int16 tt_tg,gio,phut,giay; signed int8 lgio,lphut,lgiay,giot,phutt,giayt; void tinh_pid() { e=dat-ndlm35; a=2*t*kp+ki*t*t+2*kd; b=t*t*ki-4*kd-2*t*kp; ga=2*kd; out=(a*e+b*e1+ga*e2+2*t*lastout)/(2*t); lastout=out; e2=e1; e1=e; if(out>115) if(out