Môn kỹ thuật cảm biến đề tài máy ấp trứng tự động 2

TRƯỜNG CAO ĐẲNG FPT FPOLYTECHNIC BỘ MÔN: ĐIỆN – CƠ KHÍ ASSIGNMENT CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA MƠN : LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỀ TÀI: MÁY ẤP TRỨNG TỰ ĐỘNG GVHD: Họ tên: Nguyễn Thị Thắm Đào Chí Thiện Bùi Trọng Tiến Trần Đức Hải Đào Ngọc Đức Lớp: AC18102– AUT110 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, máy tính tự động hóa sản xuất thâm nhập vào nhiều lĩnh vực Không công nghiệp, nông nghiệp nước ta bắt đầu xuất hệ thống chuồng trại, nhà máy, máy móc thiết bị u cầu tính tự động ngày cao Hình ảnh nông nghiệp với “ trâu trước cày theo sau” không lâu thay Xu tất yếu nông nghiệp cần phải có sản lượng lớn giá cạnh tranh ứng dụng sản phẩm khoa học công nghệ Ngay ngành truyền thống lâu ngành chăn nuôi gia cầm bước có nhiều thay đổi Máy ấp trứng với qui mô vài trăm trứng tới vài ngàn trứng thay dần phương pháp ấp truyền thống vốn có qui mô không lớn Từ vần đề trên, với vốn kiến thức học trường hướng dẫn tận tình thầy Lê Thanh Đạo, nhóm sinh viên định thực đề tài “HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN MÁY ẤP TRỨNG” Tuy nhiên thời gian có hạn kiến thức chun mơn cịn hạn chế nên trình thực đồ án khơng thể tránh thiếu sót định Những người thực mong giúp đỡ, ý kiến đóng góp q thầy tất bạn để đồ án tốt nghiệp hoàn thiện CHƯƠNG I : Tổng quan Hệ thống điều khiển tự động 1.1) Giới thiệu tổng quan hệ thống điều khiển tự động KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN Trong hoạt động người, lĩnh vực liên quan tới điều khiển Khái niệm điều khiển được hiểu tập hợp tất tác động mang tính tổ chức q trình nhằm đạt mục đích mong muốn q trình Hệ thống điều khiển mà khơng có tham gia trực tiếp người trình điều khiển gọi điều khiển tự động Điều chỉnh khái niệm hẹp điều khiển Điều chỉnh tập hợp tất tác động nhằm giữ cho tham số q trình ổn định hay thay đổi theo quy luật mong muốn người sử dụng Các thơng số nhiệt độ, áp suất, tốc độ quay, vị trí, lực ép, lực kẹp, hành trình… Các tham số tham số cần điều chỉnh Thành phần hệ thống điều chỉnh tự động Một hệ thống điều chỉnh tự động gồm hai thành phần đối tượng điều chỉnh ĐTĐC thiết bị điều chỉnh TBĐC ĐTĐC thành phần tồn khách quan có tín hiệu đại lượng cần điều chỉnh nhiệm vụ điều chỉnh phải tác động lên đầu vào ĐTĐC cho đại lượng cần điều chỉnh đạt giá trị mong muốn TBĐC tập hợp tất phần tử hệ thống nhằm mục đích tạo giá trị điều chỉnh tác động lên đối tượng Giá trị gọi tác động điều chỉnh Đại lượng cần điều chỉnh hay gọi đại lượng hệ thống điều chỉnh tự động Những tác động từ bên lên hệ thống gọi tác động nhiễu Phương pháp để TBĐC tạo tín hiệu điều chỉnh gọi phương thức điều chỉnh (điều khiển) Có phương thức điều chỉnh là:    Phương thức chỉnh theo chương trình Phương thức bù nhiễu Phương thức điều chỉnh theo sai lệch Trong phương thức điều chỉnh theo chương trình, tín hiệu điều chỉnh phát chương trình định sẵn TBĐC Với phương thức bù nhiễu, tín hiệu điều chỉnh hình thành xuất nhiễu loạn tác động lên hệ thống Tín hiệu điều chỉnh phát nhằm bù lại tác động nhiễu loạn để giữ cho giá trị đại lượng cần điều chỉnh khơng đổi Vì hệ thống bù nhiễu gọi hệ thống điều khiển bất biến Trong kỹ thuật thường sử dụng kỹ thuật điều khiển theo sai lệch Tín hiệu điều khiển hình thành có sai lệch giá trị mong muốn giá trị đo đại lượng cần điều chỉnh Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh tự động tác động theo phương thức sai lệch mô tả theo hình Trong đó: TBCĐ – thiết bị đặt giá trị chủ đạo x, giá trị mong muốn đại lượng cần điều chỉnh TBSS – thiết bị so sánh gái trị chủ đạo x giá trị đo y đại lượng cần điều chỉnh để xác định giá trị sai lệch e=x-y Giá trị x gọi giá trị nhiễu đặt trước KCN – khối chức nhằm tạo tín hiệu điều chỉnh U theo giá trị sai lệch e: U=f(e) CCCH – cấu chấp hành thực tác động điều chỉnh U lên ĐTĐC TBCN – thiết bị công nghệ có tín hiệu đại lượng cần điều chỉnh TBĐ – thiết bị đo để xác định giá trị y đại lượng cần điều chỉnh Z – tác động nhiễu phụ tải tác động từ lên hệ thống mà không mong muốn Hệ thống điều chỉnh tự động mơ tả hai thành phần ĐTĐC TBĐC Khi khảo sát hệ thống khảo sát cho nhiễu cụ thể cịn nhiễu khác tính Hình : Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển tự động Hình mơ tả hệ thống điều chỉnh tự động với tác động nhiễu khác a-Nhiễu đặt trước b- nhiễu phụ tải Hình mô tả hệ thống điều chỉnh tự động cho tác động nhiễu khác Hình 2a mơ tả hệ thống điều chỉnh tự động chịu tác động nhiễu đặt trước x cịn hình 2b mơ tả nhiễu phụ tải z Hệ thống điều chỉnh tự động luôn tồn hai trạng thái: trạng thái xác lập ( trạng thái tĩnh) trạng thái độ (trạng thái động) Trạng thái xác lập trạng thái mà tất đại lượng hệ thống đạt giá trị không đổi Trạng thái độ trạng thái kể từ thời điểm có tác động nhiễu hệ thống đạt trạng thái xác lập Lý thuyết điều khiển tự động tập trung mơ tả phân tích trạng thái độ hệ thống Trạng thái xác lập đánh giá độ xác q trình điều chỉnh Nếu trạng thái xác lập cịn tơng sai lệch tín hiệu chủ đạo tín hiệu đo giá trị sai lệch gọi sai lệch dư(hay gọi sai lệch tĩnh) ký hiệu ə, hệ thống gọi hệ thống có sai lệch dư Nếu ə=0 hệ thống gọi hệ thống khơng có sai lệch dư 1.2 Các phần tử hệ thống điều khiển tự động 1.2.1 Các phần tử Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển tự động Hình 1.2: Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển tự động Hình 1.2: Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển tự động Mọi hệ thống điều khiển tự động bao gồm phận : - Thiết bị điều khiển C (Controller device) - Đối tượng điều khiển (Object device) - Thiết bị đo lường (Measuring device) Trong đó: u(t) tín hiệu vào ; r(t) e(t) Sai lệch điều khiển ; x(t) Tín hiệu điều khiển ; y(t) Tín hiệu ; c(t) z(t) Tín hiệu phản hồi (hồi tiếp) 1.3 Các phần tử hệ thống điều khiển tự động dùng đề tài - Cảm biến nhiệt độ LM35 LM35 cảm biến nhiệt độ tương tự, điện áp đầu cảm biến tỷ lệ với nhiệt độ tức thời dễ dàng xử lý để có giá trị nhiệt độ bằng oC Ưu điểm LM35 so với cặp nhiệt điện khơng u cầu hiệu chuẩn bên ngồi Lớp vỏ bảo vệ khỏi bị nhiệt Chi phí thấp độ xác cao khiến cho loại cảm biến trở thành lựa chọn người yêu thích chế tạo mạch điện tử, người làm mạch tự chế bạn sinh viên Vì có nhiều ưu điểm nêu nên cảm biến nhiệt độ LM35 sử dụng nhiều sản phẩm đơn giản, giá thành thấp Đã 15 năm kể từ lần mắt cảm biến tồn sử dụng nhiều sản phẩm ứng dụng cho thấy giá trị loại cảm biến Sơ đồ chân cảm biến nhiệt độ LM35 Hình 1.3.1 : Cảm biến nhiệt độ lm35 Số chân Tên chân Chức VCC hay +VS Chân cấp nguồn với điện áp từ 4V đến 30V VOUT Chân lấy điện áp ra, điện áp chân thay đổi 10mV/oC GND Chân nối đất Thông số kỹ thuật cảm biến LM35  Hiệu chuẩn trực tiếp theo oC  Điện áp hoạt động: 4-30VDC  Dòng điện tiêu thụ: khoảng 60uA  Nhiệt độ thay đổi tuyến tính: 10mV/°C  Khoảng nhiệt độ đo được: -55°C đến 150°C  Điện áp thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ: 10mV/°C  Độ tự gia nhiệt thấp, 0,08oC khơng khí tĩnh  Sai số: 0,25°C  Trở kháng ngõ nhỏ, 0,2Ω với dòng tải 1mA  Kiểu chân: TO92  Kích thước: 4.3 × 4.3mm LM35 đo nhiệt độ phạm vi từ -55oC đến 150oC Độ xác thực tế cảm biến: ±1/4°C nhiệt độ phòng ±3/4°C phạm vi nhiệt độ từ 55°C đến 150°C Việc chuyển đổi điện áp đầu sang oC dễ dàng trực tiếp Trở kháng đầu nhỏ, đầu tuyến tính hiệu chuẩn xác đặc tính vốn có LM35, giúp tạo giao tiếp để đọc điều khiển mạch dễ dàng Điện áp cung cấp cho cảm biến LM35 hoạt động từ +4 V đến 30 V Nó tiêu thụ dịng điện khoảng 60μA LM35 có nhiều họ LM35A, LM35CA, LM35D, LM135, LM135A, LM235, LM335 Tất thành viên họ LM35 hoạt động theo nguyên tắc giống khả đo nhiệt độ khác chúng có nhiều kiểu chân khác (SOIC, TO-220, TO-92, TO) Nguyên lý hoạt động cảm biến nhiệt độ LM35 Cảm biến LM35 hoạt động cách cho giá trị điện áp định chân VOUT (chân giữa) ứng với mức nhiệt độ Như vậy, cách đưa vào chân bên trái cảm biến LM35 điện áp 5V, chân phải nối đất, đo hiệu điện chân giữa, bạn có nhiệt độ (0-100ºC) tương ứng với điện áp đo Vì điện áp ngõ cảm biến tương đối nhỏ nên thông thường mạch ứng dụng thực tế, thường dùng Op-Amp để khuếch đại điện áp ngõ - Vi điều khiểnATmega8:  Hình 1.3.2 : Vi điều khiển AT mega – Vi xử lý ATmega8 có tốc độ xử lý tối đa lên tới 16MHz, tốc độ phù hợp với yêu cầu kỹ thuật sản phẩm thời gian đáp ứng không 1s – Vi xử lý ATmega8 có nhớ đủ lớn: dung lượng nhớ chương trình: KB, nhớ EEPROM: 512 Byte dung lượng nhớ RAM KB – Vi xử lý ATmega8 có khả chuyển đổi tương tự – số (ADC) với độ phân giải 10bit, từ mức 0V đến mức điện áp tham chiếu có 1024 mức giá trị điện áp số, với khoảng chia nhỏ hạn chế sai số làm tròn Cấu tạo ADC ATmega8 khuếch đại thuật tốn có trở kháng vào lớn nên coi khơng có dịng vào,  nên đưa điện áp Vout cảm biến vào ADC kết cấu dịng điện mạch khơng thay đổi – Mức điện áp cung cấp điện áp tham chiếu ATmega8 vào khoảng từ đến 5V, mức điện áp nằm khoảng khuyến nghị cảm biến LM35 nên hai thiết bị dùng chung nguồn 10 Hình 4.4 : Cảm biến tiệm cận Cảm biến áp suất Cảm biến áp suất thiết bị điện gúp phát lực đơn vị diện tích chất khí, chất lỏng Tín hiệu thu truyền đến đầu vào thiết bị điều khiển hiển thị gọi máy đo áp suất Cảm biến/đầu dò áp suất thường sử dụng màng ngăn cầu đo biến dạng để đo lực tác động lên đơn vị diện tích Các thơng số kỹ thuật bao gồm chức cảm biến, áp suất làm việc tối thiểu tối đa, độ xác số chức cho ứng dụng riêng Cảm biến áp suất sử dụng nơi cần thông tin áp suất chất khí chất lỏng để kiểm sốt đo lường   Hình 4.5 : Cảm biến áp suất 20 ... cận    Cảm biến áp suất      Cảm biến vị trí      Cảm biến quang điện      Cảm biến hạt      Cảm biến chuyển động? ?     Cảm biến kim loại    Cảm biến cường độ  Cảm biến rò ri      Cảm biến độ... độ ẩm      Cảm biến khí hóa Cảm biến lực      chất      Cảm biến khuyết tật  Cảm biến lửa  Cảm biến dòng chảy      Cảm biến biến dạng  Cảm biến tiếp xúc    15 Cảm biến không tiếp Cảm biến gia tốc ... loại cảm biến đến mức phải khơng Để tiện cho bạn tìm hiểu, Lidinco liệt kê số loại cảm biến sử dụng rộng rãi công nghiệp đời sống Cảm biến hình ảnh    Cảm biến nhiệt độ    Cảm biến xạ      Cảm biến