Đề tài : nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị xử lý môi trường nước phục vụ nuôi tôm thương phẩm

Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của thiết bị: + Kiểm soát tổng hợp 5 thông số môi trường nhiệt độ, pH, độ mặn, độ đục, nồng độ Oxy hòa tan trang nước.. Hiện nay để đo các thông số môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ SẢN

-*** -

CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TRỌNG ĐIỂM CẤP NHÀ NƯỚC GIAI ĐỌAN 2001 – 2005

“ Khoa học và công nghệ phục vụ công nghiệp hóa, hiện đại hóa

nông nghiệp và nông thôn “ ( Mã số KC 07 )

BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ KIỂM SOÁT MÔI TRƯỜNG NƯỚC NUÔI TÔM THƯƠNG PHẨM

THÂM CANH QUI MÔ TRANG TRẠI

THUỘC ĐỀ TÀI TRỌNG ĐIỂM CẤP NHÀ NƯỚC:

“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ

CÁC THIẾT BỊ PHỤC VỤ MÔ HÌNH NUÔI TÔM THƯƠNG PHẨM

THÂM CANH QUI MÔ TRANG TRẠI”

Chương I XÁC ĐỊNH YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ

I Tổng quan về môi trường ao nuôi tôm thương phẩm thâm canh

Điều hành ao nuôi tôm có hiệu quả đòi hỏi sự hiểu biết về mối quan hệ giữa tôm và môi trường sống của nó Môi trường trong ao nuôi tôm bao gồm rất nhiều

yếu tố, ở đây xin đưa ra những thông số môi trường chính đó là: ôxy, độ pH, độ

mặn, độ đục, nhiệt độ

a Ô xy

Ôxy là yếu tố đặc biệt quan trọng với quá trình sống của sinh vật Đối với nghành nuôi tôm công nghiệp thì việc tăng hàm lượng Ôxy vào nước là một việc không thể thiếu

Ôxy được làm giàu cho nước từ hai nguồn cơ bản sau : Hoà tan trực tiếp

từ khí quyển và quá trình quang hợp của thực vật thuỷ sinh thải ra

Mức độ ôxy do thực vật nổi tạo ra tuỳ thuộc vào mật độ của chúng và cường

độ ánh sánh mặt trời Mật độ tảo và ánh sáng càng cao thì ôxy sinh ra càng nhiều Lúc trời nắng, hàm lượng ôxy trong ao thường cao nhất vào lúc xế chiều, sau đó giảm dần và thấp nhất vào lúc sáng sớm Máy sục khí cũng có thể cung cấp ôxy cho ao nhờ tăng trao đổi khí ở bề mặt của ao Dòng chảy và hoạt động của máy sục khí còn giúp đưa phiêu sinh thực vật từ đáy ao lên tầng mặt để thực hiện quá trình quang hợp tạo ôxy vào ban ngày

Thay một lượng nước lớn cũng có thể cung cấp ôxy nhanh chóng cho ao nuôi Oxy từ các bình chứa cũng được dùng để cung cấp ôxy trong trường hợp khẩn cấp Hàm lượng Ôxy tốt nhất để tôm sống khoẻ mạnh và phát triển tốt nhất là

từ (5 - 7)ml/g

b Độ pH

Độ pH của nước ao rất quan trọng, có ảnh hưởng rất lớn đến tôm nuôi và phiêu sinh vật Độ pH cũng là một trong vài chỉ tiêu về chất lượng môi trường ao

dễ đo, dể theo dõi điều kiện môi trường trong ao Độ pH biểu thị tính axit của

nước ao Khi pH<7 thì nước có tính axit, nếu pH>7 thì nước có tính kiềm

Nước có độ pH khoảng 7,5÷8,5 là phạm vi rất thích hợp cho tôm sú

c Độ mặn

Độ mặn là tổng lượng ( tính theo gam ) các chất hoà tan chứa trong 1 kg nước biển, các nhà hải dương học tính độ mặn bằng phần nghìn (0/00) Tuỳ theo loại tôm và thời điểm trong chu kỳ sinh sống của mỗi loại tôm mà nồng độ mặn có khác nhau Đối với tôm sú thì có thể chịu đựng được sự biến thiên về độ mặn từ 3÷450/00

Độ mặn lý tưởng cho tôm sú sống và phát triển mạnh là từ 15÷250/00

d Độ đục

Độ trong của nước được đo dựa vào độ sâu còn nhìn thấy được nhờ một dụng

cụ gọi là đĩa Secchi Còn hàm lượng Seston thường được xác định theo phương pháp trọng lượng Seston là tập hợp các sinh vật sống trong tầng nước và thể vẩn

lơ lững trong nước Chúng gồm các hợp phần sau: chất vẩn vô cơ được đưa vào thuỷ vực từ đất, mùn bã hữu cơ, sinh vật phù du ( kể cả động vật và thực vật) Do

đó trong các ao nuôi thuỷ sản tồn tại mối quan hệ độ trong và thực trạng của ao Giá trị độ trong <20 Cm thì ao được gọi là ao đục, ao đục sẽ cản trở sự quang hợp của sinh vật phù du trong nước do đó sẽ dẫn đến trình trạng thiếu ôxy trong ao nuôi Ngược lại, nếu ao nuôi có độ trong từ 45÷60 cm thì nước ao gọi là nghèo chất dinh dưỡng

Độ trong khoảng từ 0,4÷0,5m là tình trạng ao tốt nhất

e Nhiệt độ

Nhiệt độ môi trường ao nuôi tôm cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển

và tăng trưởng của tôm Nhiệt độ trong ao nằm trong khoảng 25÷300C là tốt nhất

Bảng 1: Yêu cầu kỹ thuật về các thông số môi trường theo tiêu chuẩn

ngành Thủy sản 28 TCN 171:2001

1 Nguồn nước

Vùng ven biển có nguồn nước mặn, lợ, ngọt không

bị nhiễm bẩn do chất thải của các nghành sản xuất nông, công nghiệp và chất thải từ khu dân cư

8 Chất đất Đất thịt hoặc thịt pha cát, hoặc thịt pha bùn ít mùn

bã hữu cơ có độ dính kết cao

II Xác định các yêu cầu kỹ thuật cơ bản

Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của thiết bị:

+ Kiểm soát tổng hợp 5 thông số môi trường (nhiệt độ, pH, độ mặn, độ đục, nồng độ Oxy hòa tan trang nước) Có chế độ cảnh báo tự động bằng LED 3 màu

+ Các ngưỡng đo của thiết bị phải đạt như sau:

- pH: 6÷10, độ phân giải 0.1

- Độ măn: 10÷30, độ phân giải 0.1

- Độ đục: 10cm÷60cm, độ phân giải 1cm

- Nhiệt độ: 15÷350C, độ phân giải 0.50C

- Nồng độ Oxy hòa tan: 3÷9, độ phân giải 0.1

+ Thiết bị làm việc theo thời gian được định sẵn trong ngày

+ Kết quả đo được hiển thị trên LCD và được đưa lên máy tính thông qua cổng COM

Chương II THIẾT KẾ KỸ THUẬT THIẾT BỊ

III Xây dựng phương án thiết kế

III.1 Các phương án hiện dùng

Hiện nay để đo các thông số môi trường trong ao nuôi tôm người ta thường dùng các máy đo từng thông số riêng (máy đo pH, máy đo độ mặn, máy đo nồng

độ oxy hòa tan trong nước) có bán trên thị trường với các độ chính xác khác nhau

Sau đây là một số thiết bị đo có độ chính xác cao và được dùng phổ biến trên thị trường

a) Máy đo nồng độ Oxy hòa tan trong nước của phân viện vật lý TPHCM

Hình 1: Thiết bị DO-802 dùng để đo nồng độ Oxy hòa tan trong nước của

phân việt vật lý TPHCM

Đây là thiết bị có độ chính xác cao: 0.1mg/lít Khoảng đo 0÷20mg/lít, giá

b) Thiết bị đo pH:

Hình 2: Thiết bị đo pH-62K của phân việt vật lý TPHCM

+ Các phần tử của máy đo:

c) Thiết bị đo độ mặn SM-802 của phân viện vật lý TPHCM

Hình 3: Thiết bị đo độ mặn SM-802 của phân việt vật lý TPHCM

+ Đặc trưng kỹ thuật :

Chỉ thị số : tinh thể lỏng LCD 16x2

Thang đo : 0 –50 g / lít

Độ chính xác : ± 1%

Điện cực : graphit siêu sạch, trơ với hoá chất ăn mòn

Nguồn điện : 2 pin 9V hoặc điện lưới dùng với adaptor kèm theo máy

Tự động báo nguồn điện yếu : mặt hiển thị LCD hiện chữ “LB”

Khoảng bù trừ nhiệt độ tự động : 0 – 60oC

Kích thước : 195 mm x 100 mm x 48 mm

Trọng lượng : 600 gam (gồm cả pin và điện cực)

d) Đo độ đục của nước

Để đo độ đục của nước người ta dùng đĩa Secchi Đĩa Secchi là một chiếc đĩa tròn bằng INOX trên bề mặt đĩa được chia thành 4 phần bằng nhau Trên các phần đó người ta sơn xen kẽ các màu đen và trắng Khi đo ta thả đĩa xuống nước cho tới khi nào không phân biệt được màu trắng và đen sơn trên mặt đĩa nữa thì độ sâu của đĩa chính là độ đục của nước Đây là phương pháp thủ công, độ chính xác không cao vì kết quả đo còn phụ thuộc vào ánh sáng của mặt trời

Như vậy các thiết bị đo các thông số môi trường trong ao nuôi tôm hiện nay

là riêng biệt không tổng hợp Các thiết bị này mới chỉ hiển thị cho người nuôi tôm kết quả các thông số môi trường, còn việc xử lý các kết quả đo là do người nuôi dựa vào kinh nghiệm của mình là chính Việc điều chỉnh các thông số môi trường trong ao nuôi tôm rất quan trọng đòi hỏi thường xuyên trong ngày và phải chính xác Công việc này gây mất nhiều công sức và thời gian cho người nuôi tôm Hiện nay trong nước chưa có thiết bị kiểm soát tổng hợp môi trường ao nuôi tôm tự động Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị kiểm soát tổng hợp môi trường ao nuôi tôm thương phẩm thâm canh là việc làm rất cần thiết hiện nay, nhằm giúp người nuôi tôm nói riêng và ngành nuôi tôm công nghiệp nói chung giảm sức lao động, tăng hiệu quả trong sản xuất góp phần tự động hóa ngành nuôi tôm công nghiệp ở nước ta

III.2 Xây dựng phương án thiết kế

Để thiết kế bộ kiểm soát tổng hợp môi trường ao nuôi tôm trước hết ta cần

xây dựng quy trình kiểm tra các thông số môi trường trong ao nuôi tôm

Một ngày quá trình trên diễn ra 4 lần, mỗi lần cách nhau 4 tiếng đồng hồ

+ Khâu kiểm tra tổng hợp phải đáp ứng được yêu cầu: kiểm tra 1 lúc 5

thông số của ao nuôi tôm (nhiệt độ, độ đục, độ pH, nồng độ Oxy hòa tan, độ mặn) một cách tự động, nhanh chóng và chính xác

+ Khâu hiển thị kết quả đo phải đảm bảo yêu cầu: Dễ nhìn, rõ ràng từng

thông số

+ Khâu so sánh với các thông số theo tiêu chuẩn phải đảm bảo chính xác

+ Khâu cảnh báo bằng LED 3 màu đảm bảo dễ phân biệt giúp người nuôi

tôm bằng mắt bình thường có thể biết được thông số nào đang ở mức cao, mức TB (cho phép) và mức thấp

+ Khâu tác động Rơle đảm bảo chính xác phải có 2 chế độ tự động và bằng tay để vừa có thể vừa tự động điều chỉnh các thông số môi trường và chịu sự can

thiệp của người nuôi tôm

+ Khâu đưa các kết quả đo tổng hợp lên máy tính nhằm giúp cho công việc sau này như lưu trữ kết quả đo, xử lý kết quả đo…

Kiểm tra

tổng hợp

Hiển thị kết quả đo tổng hợp lên LCD

So sánh với các thông số theo tiêu chuẩn

Cảnh báo bằng LED

3 màu

Tác động Rơle để điều chỉnh lại các thông số (nếu cần) Đưa kết quả đo

lên máy tính

Xây dựng sơ đồ khối thiết bị kiểm soát tổng hợp môi trường ao nuôi tôm thương phẩm thâm canh

Hình 4: Sơ đồ khối thiết bị kiểm soát tổng hợp các thông số môi trường ao

nuôi tôm thương phẩm thâm canh

Thùng đựng nước ngọt

để rửa các đầu dò

5 LED cảnh báo

Thùng đựng nước ao để kiểm tra 5 thông số môi trường

LCD

8 đường

ra để điều chỉnh các thông số môi trường

5 đầu đo

nước ao

Van cấp nước ngọt

Đồng hồ định thời gian

Hộp điều khiển

Bộ cấp nguồn DC cho hộp điều khiển

* Nguyên lý hoạt động của thiết bị:

Đây là thiết bị thực hiện quy trình kiểm soát tổng hợp môi trường ao nuôi

tự động theo thời gian được lập trình sẵn bằng kỹ thuật vi xử lý

Trong hộp điều khiển có một bộ định thời gian, được định sẵn các thời điểm kiểm tra trong 1 ngày Tới thời điểm kiểm tra hộp điều khiển tự động mở bơm để cấp nước trong ao nuôi tôm vào trong thùng đựng nước kiểm tra, khi nước

đã đủ đầy lúc này các đầu đo bắt đầu đo các thông số môi trường có trong thùng Các kết quả đo được hiển thị ngay lên màn hình LCD Thời gian đo diễn ra trong 5 phút Sau 5 phút từ các kết quả đo hộp điều khiển sẽ đưa ra các LED cảnh báo Nếu LED của thông số nào có màu vàng là thông số đó có giá trị dưới mức cho phép, màu xanh thể hiện giá trị trong mức cho phép, màu đỏ thể hiện giá trị trên mức cho phép Tiếp đó hộp điều khiển sẽ dựa vào giá trị các thông số để tự động điều chỉnh các thông số môi trường trong ao nuôi tôm cho đạt yêu cầu Nếu thông

số nào nằm trong khoảng cho phép thì hộp điều khiển sẽ không tác động, còn thông số nào nằm ngoài khoảng cho phép thì hộp điều khiển sẽ tác đông các Rơle điện từ để cấp nguồn cho các Rơle khởi động từ chịu được dòng điện lớn để mở các van, bơm để cấp hóa chất, kịp thời điều chỉnh các thông số môi trường trong

ao nuôi tôm Sau khi kiểm tra xong hộp điều khiển mở van xả, xả hết nước trong

ao, tiếp đó đóng van xả lại và mở van cấp nước ngọt để rửa sạch và bảo quản các đầu đo Quá trình kiểm tra đã kết thúc và màn hình LCD lúc này hiển thị dòng thông báo “ĐÃ KIỂM TRA XONG” Đến giờ kiểm tra lần sau quá trình lại tiếp tục diễn ra như trên

Ngoài ra thiết bị còn có chế độ kiểm tra bất kỳ lúc nào mà người nuôi tôm muốn Và ngoài chế độ điều chỉnh tự động các thông số môi trường trong ao nuôi tôm thiết bị còn có chế độ điều chỉnh các thông số bằng tay

IV Tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản

IV.1 Tính toán các thông số kỹ thuật phần cứng

Hộp điều khiển là bộ phận quan trọng nhất Tất cả các quá trình định thời gian, quá trình kiểm tra, quá trình cảnh báo, quá trình điều chỉnh các thông số môi trường, quá trình đưa kết quả đo lên máy vi tính, cũng như quá trình bảo quản các đầu đo đều được hộp điều khiển thực hiện hoàn toàn Tất cả các công việc mà hộp điều khiển thực hiện được đều do IC vi xử lý 89C51 đảm nhận

Chương trình để nạp cho IC 89C51 được viết trên máy tính bằng ngôn ngữ Assemble (hợp ngữ), qua card nạp chương trình được nạp vào trong IC 89C51, đây là trung tâm xử lý sẽ điều khiển tất cả các quá trình hoạt động của hộp điều khiển

Do vậy khi thiết kế hộp điều khiển này bao gồm 2 phần, đó là công việc thiết kế phần cứng (bao gồm mạch vi xử lý, mạch khuếch đại, mạch chuyển đổi

AD, mạch giao tiếp với máy vi tính, mạch cảnh báo, mạch điều chỉnh, mạch nguồn…) và công việc thiết kế phần mền (chương trình viết bằng ngôn ngữ Assemble để định thời gian, chuyển đổi tín hiệu Analog thành tín hiệu Digital, chương trình hiển thị các kết quả lên màn hình LCD, chương trình cảnh báo, chương trình điều khiển các thông số môi trường…)

Để thiết kế được thuận lợi rõ ràng ta lập sơ đồ khối của hộp điều khiển, sau

đó sẽ thiết kế từng phần nhỏ rồi ghép lại thành 1 khối hoàn chỉnh

Máy bơm

Máy đo

pH Máy đo độ mặn Máy đo OXY

Mạch khuyếch đại

Mạch chuyển đổi AD

Mạch vi xử lý

89C51

Bơm nước cho đến khi đầy

LED cảnh báo

Đồng hồ định thời gian

Van xả

Van cấp nước ngọt

Mạch điều chỉnh

Mạch giao tiếp với may vi tính

* Sơ đồ tổng quát về cấu trúc của hộp điều khiển

IV.1.1 Thiết kế mạch khuyếch đại.

Các đầu dò cảm biến các thông số môi trường có nguyên lý hoạt động chung như sau: nó chuyển đổi sự thay đổi các thông số môi trường thành sự thay đổi điện thế, sự thay đổi này là tuyến tính Nhưng sự thay đổi điện áp này thường rất nhỏ, do vậy để nhận biết được các sự thay đổi này ta phải khuyếch đại các tín hiệu điện áp này lên thông qua mạch khuyếch đại thuật toán

Hình 5: Nguyên lý mạch khuyếch đại thuật toán so sánh

4

Ur+

Tín hiệu từ đầu đo

VCC VCC

10K

1K

+ - LM741

3 2

3 2

6

7 1

4 5

1 Mạch khuyếch đại cho máy đo pH

Để đo thông số pH chính xác theo yêu cầu của thiết bị ta sử dụng máy đo

pH-62K vì máy này có độ chính xác cao và có thể lấy tín hiệu đo ra được dưới

dạng Analog Như vậy từ tín hiệu ra của máy đo pH ta thiết kế mạch khuyếch đại

để khuyếch đại tín hiệu Analog này lên rồi qua mạch chuyển đổi AD để vi xử lý nhận biết và xác định được kết quả pH

Hình 6: Nguyên lý mạch khuyếch đại pH

2 Mạch khuyếch đại cho đầu dò cảm biến độ mặn

Ta chọn loại máy đo độ mặn SM-802 của phân viện vật lý TP-HCM Các thông số máy đã trình bày ở phần trên Dưới đây là mạch khuyếch đại

Hình 7: Nguyên lý mạch khuyếch đại độ mặn

U6

LM741 3

R5 500K R6

120K U5

ICL7612 3

PH

1

2

R4 120K VCC

R7

-5V

3 Mạch khuyếch đại cho đầu dò cảm biến nồng độ Oxy

Ta chọn loại máy đo nồng độ Oxy của Mỹ (American Marine Inc) Dưới đây là mạch khuyếch đại

Hình 8: Nguyên lý mạch khuyếch đại đo nồng độ Oxy

4 Mạch khuyếch đại cho cảm biến nhiệt độ

Có rất nhiều loại cảm biến đo nhiệt độ Ở đây ta thiết kế mạch đo nhiệt độ để

đo nhiệt độ nước trong ao nuôi tôm, khoảng nhiệt độ đo ở đây nằm trong khoảng 20-35 độ C Nên ta chọn loại cảm biến nhiệt độ IC LM 335 Z là phù hợp nhất đây

là loại cảm biến được sử dụng rộng rãi nhất

Các thông số cơ bản của loại IC cảm biến nhiệt:

- LM 335 có độ biến thiên theo nhiệt đô: 10mV/1oC

- Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiêt độ rất nhạy, ở nhiệt độ 25oC nó có sai số không quá 1%, độ tuyến tính ngõ ra cao

- Tiêu tán công suất thấp

DO

1 2

+ U10A

+

-Hình 10: Mạch khuyếch đại nhiệt độ

5 Mạch khuyếch đại cho cảm biến độ đục:

Ta chọn quang trở làm cảm biến

Hình 11: Bề mặt quang trở Cảm biến quang: Là loại cảm biến dùng để chuyển tín hiệu vật lý (ánh

sáng) thành điện trở, đây là loại cảm biến có độ nhạy tương đối cao và tuyến tính Nguyên tắc làm việc của nó là điện trở thay đổi khi cường độ ánh sáng tại nơi đặt

10uF

20K 20K

+5V

2.2K +5V

Metal-film contact

Cadmium Sulphide track Metal-film

contact

+ Nguyên lý đo độ đục:

`

Hình 12: Nguyên lý đo độ đục

Nguyên lý đo độ đục như hình trên: khi độ đục của nước thay đổi thì cường

độ sáng mà quang trở nhận được cũng thay đổi, do vậy làm điện trở của quang trở thay đổi Qua mạch khuyếch đại ta xác định được độ đục của nước

Hình 13: Mạch khuyếch đại độ đục

Quang trở

Bóng đèn

Nước ao nuôi tôm

Ống nước Dây tín hiệu

Dây cấp điện cho đèn

0V +5V 10K

0V

0V 20K

0V

LM 324 +5V

IV.1.2 Thiết kế mạch chuyển đổi AD

a Giới thiệu ADC 0809

ADC 0809 là thiết bị biến đổi tương tự số dùng kỹ thuật CMOS Tổng cộng người sử dụng có 8 kênh làm việc hoàn toàn độc lập với nhau để lựa chọn Ở đây còn chú ý là các điện áp được đo so với điện thế 0V Còn một đặc điểm đáng quan tâm hơn là sự tiêu thụ dòng điện của vi mạch hầu như không đáng kể (chỉ cỡ 300uA) Thời gian biến đổi khoảng 100 us

+ Các thông số kỹ thuật của bộ biến đổi ADC 0809 được kể ra như sau:

1 Không cần đòi hỏi điều chỉnh điểm 0

2 Quét động 8 kênh bằng các logic địa chỉ

3 Giải tín hiệu lối vào Analog khi điện áp nguồn là +5V

4 Tất cả các tín hiệu tương thích TTL

5 Độ phân giải 8 bit

6 Thời gian biến đổi 100us

7 Dòng tiêu thụ (bình thường): 0.3 mA

8 Tần số cung cấp cho chân clock: 10KHz ÷ 1280KHz Thông thường vào khoảng 640KHz

Tín hiệu giữ nhịp dùng cho bộ biến đổi AD cần phải tạo được ở bên ngoài và được dẫn đến chân clock Điện áp so sánh được đưa qua tầng lặp lại điện áp để làm chân REF+

Chân này có điệntrở lối vào cỡ 2.5K Mẫu bit ở các lối vào địa chỉ A, B, C sẽ xác định xem kênh nào phải được lựa chọn

Hình 14: IC ADC0809 + Nguyên tắc hoạt động

Nguyên tắc làm việc của bộ biến đổi ADC 0809 cũng không có gì phức tạp Một xung dương ở chân start kích hoạt sự biến đổi Qua đó mẫu bit ở lối vào địa chỉ A, B, C cũng đồng thời được chốt và xác định kênh cấn biến đổi Trong quá trình biến đổi, chân ra EOC (End of Conversion) đứng ở mức Low Sau cả 100us mức này sẽ chuyển sang high và báo hiệu kết thúc quá trình chuyển đổi Sau đó kết quả của quá trình chuyển đổi sẽ xếp hàng ở đường dẫn dữ liệu D0 ÷ D7 Khi

OE = 1

b Mạch tạo dao động cho ADC 0809

Để cho ADC có thể làm việc được cần phải cung cấp cho nó xung clock, xung này được tạo từ mạch phát dao động quen thuộc dùng IC dao động NE555, như trên ta đã biết ADC cần cung cấp xung CLOCK tần số từ 10KHz ÷ 1280KHz, trong trường hợp này ta lấy giá trị cần cung cấp cho nó là 500KHz, do đó ta tính toán giá trị Rx, R,Chất lượng theo công thức sau:

ADC0809

CLK VCC

4

22

6 7

9 10 16

12 REF- REF+

EOC OE

ALE START

RA1RA2RA3R3

R2

R1

252423

A0A1A2

17

D7D6D5D4D3D2D1D0

26272812345

IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7

3 2

6 5

WR

RD

CS5

7402 7402 GND

f=1/T=1.44/C(R1+R2) Với R1=330; R2=5.6K;C1=101; C2=103

Hình 15: Mạch tạo dao động

c Mạch tạo giao tiếp với KIT 8951

1 8 bit ra của 0809 được nối với Port0 của IC 8951

2 3 chân chọn kênh A0, A1, A2 của 0809 được nối với IC 74LS373 và IC này được nối với IC 8951 Vì vậy khi ghi một dữ liệu vào vùng nhớ của

0809 tức chọn kênh của nó

3 Chân Start và ALE được nối chung với nhau và nối với chân số 4 của IC

7402 và chân WR được nối với P3.6 của IC 8951 khi nào WR ở mức thấp nó sẽ kích hoạt 2 chân START và ALE

4 Chân OE được nối với chân 1 của IC 7402 và chân RD của IC này được nối với P3.7 của IC 8951 khi nào RD từ mức cao xuống mức thấp nó sẽ cho phép ADC0809 xuất dữ liệu

5 Chân EOC được nối với P1.1 Trong quá trình thực hiện chuyển đổi vi điều khiển sẽ đọc giá trị EOC tại P1.1 Nếu EOC = 1: hoàn thành quá

CLKNE555

R2-5.6KR1-330

37

6

2

5

1C2-103

CV

QDISTHR

+5V

12

13

11

Hình 16: Mạch giao tiếp ADC0809 với KIT 8951

IV.1.3 Mạch vi xử lý

a Giới thiệu về vi xử lý 8951

IC 8951 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập Trong đó

có 24 chân có công dụng kép, mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập

hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của bus dữ liệu và bus địa chỉ

Hình 17: Cấu trúc vi xử lý 8951

Hệ thống giao tiếp port:

a/ Port 0:

Port 0 là một port hai chức năng trên các chân 32 – 39 Trong các thiết kế cỡ nhỏ (không dùng bộ nhớ mở rộng) nó có chức năng như các đường I/O Đối với các thiết kế lớn với bộ nhớ mở rộng, nó được hợp kênh giữa bus dữ liệu và byte thấp của bus địa chỉ

b/ Port 1:

Port 1 là một port I/O trên các chân 1 – 8 Các chân được kí hiệu:

P1.0 ; P1.1 ; P1.2 … có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần Port 1 không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các

biệt của 8951 như ở bảng sau:

Bảng 2: Các chân của Port P3

INT1\

T0 T1 WR\

RD\

Dữ liệu nhận cho port nối tiếp

Dữ liệu phát cho port nối tiếp Ngắt 0 bên ngoài

Ngắt 1 bên ngoài Ngõ vào của Timer/counter 0 Ngõ vào của Timer/counter 1 Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

IV.1.4 Thiết kế bộ nguồn

+ Yêu cầu:

1 Cung cấp một nguồn VDC cho tất cả các IC trong mạch

2 Có nguồn dự phòng trong trường hợp gặp sự cố ở nguồn điện Nguồn dự phòng ở đây ta dùng acquy khô (panasonic)12V-3.5Ah

1N4004

1N4004

2200uF 1N4004

12Vac

in COM out

78L05

1uF 0Vac

B3 LED1

Q2 A1015

Q3 A1015

Q4 A1015

Q5 A1015

Q6 A1015

R3 4.7k

R4 4.7k

R5 4.7k

R6 4.7k

R8 220

R9 220

R10 220

R11 220

R12 220

HEADER8

HEADER8

IV.1.5 Thiết kế mạch hiển thị bộ định thời bằng LED 7 đoạn

Ta chọn mạch LED 7 đoạn để hiển thị thời gian định thời đây là mạch LED 7 đoạn dùng Anôt chung điều khiển bằng phương pháp quét

Hình20: Sơ đồ nguyên lý 6 LED 7 đoạn dùng Anôt chung IV.1.6 Mạch giao tiếp với máy tính.

Cổng nối tiếp RS232 là một giao diện phổ biến rộng rãi nhất Người ta còn gọi cổng này là cổng COM1, còn cổng COM2 để tự do cho các ứng dụng khác Giống như cổng máy in cổng COM cũng được sử dụng một cách thuận tiện cho

việc giao tiếp với thiết bị ngoại vi

Việc truyền dữ liệu qua cổng COM được tiến hành theo cách nối tiếp Nghĩa là các bit dữ liệu được truyền đi nối tiếp nhau trên một đường dẫn Loại truyền này có khả năng dùng cho những ứng dụng có yêu cầu truyền khoảng cách lớn hơn, bởi vì các khả năng gây nhiễu là nhỏ đáng kể hơn khi dùng một cổng

song song (cổng máy in)

Việc truyền dữ liệu xảy ra ở trên hai đường dẫn Qua chân cắm ra TXD

tính nhận được, lại được dẫn đến chân RXD các tín hiệu khác đóng vai trò như là tín hiệu hổ trợ khi trao đổi thông tin, và vì thế không phải trong mọi trường hợp ứng dụng đều dùng hết

Vì tín hiệu cổng COM thường ở mức +12V, -12V nên không tương thích với điện áp TTL nên để giao tiếp vi điều khiển 8951 với máy tính qua cổng COM

ta phải qua một vi mạch biến đổi điện áp cho phù hợp với mức TTL, ta chọn vi mạch MAX232 để thực hiện việc tương thích điện áp

IV.1.7 Mạch Rơle.

Mạch bao gồm 12 Rơle Trong đó có 8 rơle để điều chỉnh các thông số môi trường

tự động, 4 rơle còn lại để đóng mở các van và bơm nước vào thùng chứa để kiểm tra

Hình 22: Mạch điều khiển các rơle điện từ

Rôle8

Rôle2 Rôle1

Rôle7

Rôle6 Rôle12

IC 74LS138 có sơ đồ chân như sau:

Hình 23: Sơ đồ chân IC 74138 b.IC đảo SN7404

7404 là loại IC cổng thuộc họ TTL, bên trong nó gồm 6 cổng đảo

Khi số lượng cổng được sử dụng ít hơn 6 thì ở các cổng không sử dụng ta nên nối nó lên +VCC hay nối xuống mass qua một điện trở khoảng vài trăm Ω đến 1KΩ để các cổng không sử dụng này không gây nhiễu đến quá trình làm việc của các cổng khác

IC 7404 cần nguồn nuôi chuẩn 5V (± 10%)

IC 7404 có sơ đồ chân như sau: