Luận văn nghiên cứu bộ điều khiển pid kiểm soát vi khí hậu trong nhà kính (full)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - NGUYỄN VĂN HUẤN NGHIÊN CỨU BỘ ĐIỀU KHIỂN PID KIỂM SỐT VI KHÍ HẬU TRONG NHÀ KÍNH LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - NGUYỄN VĂN HUẤN NGHIÊN CỨU BỘ ĐIỀU KHIỂN PID KIỂM SỐT VI KHÍ HẬU TRONG NHÀ KÍNH LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.GVC ĐINH HỒNG BÁCH TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2015 i CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học : ………………TS.GVC ĐINH HOÀNG BÁCH Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 21 tháng năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: Họ tên Chức danh Hội đồng TT Chủ tịch Phản biện Phản biện Ủy viên Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV ii TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHỆ TP HCM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày 20 tháng năm 2015 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN VĂN HUẤN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 17/01/1983 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1341830012 I- Tên đề tài: Nghiên cứu điều khiển PID kiểm soát vi khí hậu nhà kính II- Nhiệm vụ nội dung: Tính tốn, chế tạo thực nghiệm điều khiển vi khí hậu cho nhà kính, theo giải thuật PID (Propotional – Integral – Derivative) Các yếu tố điều khiển bao gồm: - Ánh sáng - Độ ẩm - Nhiệt độ - Thơng thống khí III- Ngày giao nhiệm vụ: 18/8/2014 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/01/2015 V- Cán hướng dẫn: TS.GVC ĐINH HOÀNG BÁCH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) iii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn NGUYỄN VĂN HUẤN iv LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn tri ân: - TS.GVC ĐINH HỒNG BÁCH tận tình giảng dạy, hướng dẫn khoa học tạo điều kiện thuận lợi cho tơi thời gian học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn - Quý Thầy, Cô giảng dạy, hướng dẫn suốt trình học tập Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM - Ban Giám Hiệu Thầy Cô Khoa Nông nghiệp công nghệ thực phẩm - Trường Đại học Tiền Giang tạo điều kiện để tơi lắp đặt thử nghiệm điều khiển ghi số liệu suốt trình thực luận văn - Cơng ty TNHH phân bón VAC_R, Q.12 - Tp.HCM giúp đỡ nguồn kinh phí hỗ trợ linh kiện, thiết bị lắp đặt điều khiển - Và tất anh, bạn học viên lớp, người thân giúp đỡ, đóng góp ý kiến, động viên tơi suốt thời gian học tập Trân trọng Tp.HCM, ngày 20 tháng năm 2015 NGUYỄN VĂN HUẤN v TÓM TẮT Canh tác nông nghiệp kiểu "nước, phân, cần, giống", yếu tố liên quan khác biết nhờ "trời", ngày lạc hậu Ứng dụng tự động hóa phương pháp tốt để nâng cao suất chất lượng cho nơng sản Theo đó, điều khiển yếu tố thời tiết theo yêu cầu nông học trồng cách sử dụng nhà kính nghiên cứu thực Mục tiêu nghiên cứu áp dụng giải thuật PID điều khiển tự động nhiệt độ, ẩm độ, cường độ chiếu sáng cho trồng Đồng thời đánh giá tác động giải pháp làm mát, xạ mặt trời đến khí hậu bên nhà kính Kết thực nghiệm cho thấy tác dụng hệ thống điều khiển, tiểu khí hậu nhà kính hồn tồn thích hợp cho hầu hết trồng xứ nhiệt đới số loại rau ôn đới vi ABSTRACT Automation is one of the best methods to increase capacity and quality for production and even agricultural production To meet the demand for automation of the ecological factors in agricultural cultivation and especially in greenhouse, a study of this aspect was done The target of this study is on designing a model of greenhouse applied automatic control and researching the effect of cooling methods and ventilating automatic control on the greenhouse’s inner climate According to PID algorithm to control temperature; humidity; light and operating condition of greenhouse was built After experimenting, microclimate in the greenhouse fits to plant most of tropical trees and some temperature vegetables vii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT – KÝ HIỆU x DANH MỤC CÁC BẢNG xi DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ - ĐỒ THỊ - SƠ ĐỒ - HÌNH ẢNH xii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Giả thuyết nghiên cứu 1.4 Giả thiết 1.5 Mục tiêu đề tài 1.6 Nội dung nghiên cứu 1.7 Phương pháp nghiên cứu 1.8 Ý nghĩa khoa học 1.9 Khách thể nghiên cứu 1.10 Đối tượng nghiên cứu 1.11 Phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nhà kính – GreenHouse 4 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Phân loại nhà kính 2.1.3 Cấu trúc kiểu nhà trồng điển hình 2.1.4 u cầu tiểu khí hậu nhà kính 2.1.4.1 Nhiệt độ 2.1.4.2 Ẩm độ 14 2.1.4.3 Ánh sáng 14 2.1.4.4 Thơng thống 15 2.2 Điều khiển tự động cho nhà trồng 19 2.3 Giải thuật PID [33][35] 21 2.3.1 Tổng quan giải thuật PID 21 viii 2.3.2 Các phương pháp xác định tham số điều khiển PID 22 2.3.2.1 Phương pháp Ziegler-Nichols 22 2.3.2.2 Phương pháp Chien-Hrones-Reswick 24 2.3.2.3 Phương pháp tối ưu modul 26 2.3.3 Số hóa điều khiển PID 2.4 Cơ sở thiết kế hệ thống điều khiển đề tài 28 30 Chương TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KỸ THUẬT 31 3.1 Thiết kế kỹ thuật cấu chấp hành hệ thống 31 3.1.1 Hệ thống thông khí 31 3.1.2 Hệ thống che nắng 32 3.1.3 Hệ thống phun sương 35 3.1.4 Hệ thống làm mát cooling pad 39 3.1.5 Hệ thống quạt thơng khí cưỡng 43 3.2 Thiết kế kỹ thuật cảm biến thu nhận liệu 44 3.2.1 Cảm biến nhiệt độ (Temperature Sensor) 44 3.2.2 Cảm biến ẩm độ (Humidity Sensor) 47 3.2.3 Cảm biến ánh sáng (Ambient Light Sensor) 51 3.3 Thiết kế kỹ thuật khối điều khiển 53 3.3.1 Điều khiển nhiệt độ nhà kính 55 3.3.2 Điều khiển ẩm độ nhà kính 57 3.3.3 Giải thuật điều khiển nhiệt độ, ẩm độ, cường độ chiếu sáng theo PID 59 3.4 Lưu đồ giải thuật điều khiển vi khí hậu nhà kính 60 3.5 Thiết kế kỹ thuật mạch điện tử xử lý trung tâm - ECU 63 3.5.1 Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý trung tâm: 63 3.5.2 Mạch giao tiếp ngõ vào 65 3.5.3 Mạch giao tiếp ngõ 67 Chương CHẾ TẠO 70 4.1 Các cấu chấp hành 70 4.1.1 Hệ thống đóng mở lưới che nắng 70 4.1.2 Hệ thống phun sương 71 83 - Ngoài ra, sai số xác lập lớn giai đoạn từ 21 đến sáng Trong đêm, khơng khí ẩm ướt, độ ẩm vượt đến +9% so với thiết lập Đây đặc thù khí hậu nóng ẩm vùng nhiệt đới gió mùa nước ta - Thời gian xác lập tín hiệu tương đối nhỏ (1- phút), kết hợp phun nước tạo ẩm với quạt thơng khí hệ thống hạ nhiệt cooling pad làm cho nước nhanh chóng bốc Việc giúp hạn chế đọng nước gây thối nhũn trồng loại rau 5.2.1.3 Điều khiển kết hợp nhiệt độ ẩm độ Gọi: Ta : Nhiệt độ trung bình bên ngồi ngày thực nghiệm, 0C Tref : Nhiệt độ tham chiếu điều khiển, 0C T : Nhiệt độ nhà kính, 0C RHa : Độ ẩm tương đối trung bình bên ngồi ngày thực nghiệm, % RHref : Độ ẩm tương đối tham chiếu điều khiển, % RH: : Độ ẩm tương đối nhà kính, % Hình 5.8: Nhiệt độ ẩm độ nhà kính thực nghiệm 84 Theo nguyên tắc: - Ưu tiên điều khiển cho yếu tố nhiệt độ - Tiết kiệm lượng riêng, tín hiệu điều khiển là: + Mở cửa thơng thống + Đóng rèm che nắng + Bật quạt thơng khí + Bật hệ thống cooling pad + Bật phun sương Nhìn chung, kết thực nghiệm: - Sai số xác lập nhiệt độ ẩm độ lớn rơi vào thời điểm có nhiệt độ cao từ 11 đến 15 thời điểm nhiệt độ xuống thấp từ 23 đến sáng hôm sau - Độ vọt lố tín hiệu lớn 8-12% - Thời gian xác lập kéo dài khoảng đến phút - Tuy nhiên, hệ thống làm việc tốt ổn định, chất lượng điều khiển chấp nhận 5.2.2 Tiểu khí hậu nhà kính tác dụng điều khiển 5.2.2.1 Nhiệt độ Thu kết thực nghiệm xử lý Excel cho thấy giải pháp thơng thống kết hợp quạt cưỡng đóng lưới cắt nắng nhiệt độ bên có giảm tỉ lệ thuận với nhiệt độ khơng khí bên ngồi theo thời gian Giải pháp làm mát cooling pad giải pháp phun sương, cài đặt nhiệt độ mức mức nên nhiệt độ bên nhà kính ổn định nhiệt độ giảm nhiều 3-4 0C (Hình 5.3) Hình 5.9: Ảnh hưởng giải pháp làm mát đến nhiệt độ nhà kính 85 Kết thực nghiệm cho thấy nhiệt độ bên nhà kính hồn toàn phụ thuộc tỷ lệ thuận vào nhiệt độ khơng khí bên ngồi áp dụng giải pháp thơng thống đóng/mở lưới cắt nắng Tuy nhiên, áp dụng phun sương cooling pad nhiệt độ bên ổn định (Hình 5.4) Hình 5.10: Các giải pháp làm mát ảnh hưởng nhiệt độ môi trường Nhiệt độ bên nhà kính phụ thuộc vào xạ mặt trời nhiệt độ khơng khí bên ngồi nhà kính Giải pháp thơng thống kết hợp quạt cưỡng đóng lưới cắt nắng nhiệt độ bên có giảm tỉ lệ thuận với nhiệt độ khơng khí bên ngồi xạ mặt trời Giải pháp cooling pad giải pháp phun sương, nhiệt độ bên nhà kính ổn định (Hình 5.5) Hình 5.11: Các giải pháp làm mát ảnh hưởng xạ nhiệt độ bên đến nhiệt độ nhà kính 86 5.2.2.2 Ẩm độ Ẩm độ bên nhà kính phụ thuộc vào xạ mặt trời ẩm độ tương đối khơng khí bên ngồi nhà kính Giải pháp thơng thống quạt cưỡng đóng lưới cắt nắng ẩm độ bên có tăng tỉ lệ thuận với ẩm độ tương đối khơng khí bên xạ mặt trời Giải pháp cooling pad giải pháp phun sương, cài đặt ẩm độ mức mức nên ẩm độ bên nhà kính tương đối ổn định ≤ 90% không gây hại cho trồng Ẩm độ tương đối, % Bức xạ mặt trời (W/m2) Hình 5.12: Các giải pháp làm mát ảnh hưởng xạ ẩm độ tương đối khơng khí bên ngồi đến độ ẩm nhà kính Hình 5.13: Các giải pháp làm mát ảnh hưởng ẩm độ tương đối bên ngồi đến độ ẩm bên nhà kính 87 Hình 5.14: Biểu đồ so sánh giải pháp làm mát phụ thuộc vào nhiệt độ ẩm độ tương đối khơng khí bên ngồi nhà kính Ẩm độ bên nhà kính phụ thuộc vào nhiệt độ khơng khí ẩm độ tương đối khơng khí bên ngồi nhà kính Giải pháp thơng thống quạt cưỡng đóng lưới cắt nắng ẩm độ bên có tăng tỉ lệ thuận với ẩm độ tương đối khơng khí bên ngồi nhiệt độ bên ngồi nhà kính 5.3 Nhận xét Trong thời gian tiến hành thực nghiệm, bao gồm ngày nắng nóng có ngày áp thấp nhiệt đới, kết sau: Về tiểu khí hậu đạt bên nhà kính: - Nhiệt độ khơng khí bên ngồi nhà kính tăng cao lúc 11 đến 15 ngày nắng nóng - Giải pháp làm mát thơng thống, quạt cưỡng bức, lưới cắt nắng: Nhờ bố trí thơng thống linh hoạt mái thơng thống mơ hình hợp lý nên đối lưu khơng khí qua cửa thơng thống quạt cưỡng với lưới cắt nắng làm giảm 40 – 50% cường độ xạ vào nhà kính nên nhiệt độ bên nhà kính giảm từ 0,5 – 0C - Giải pháp làm mát cooling pad: Kết khảo nghiệm cho thấy khơng khí nóng từ mơi trường bên ngồi nhà kính qua cooling pad quạt ly tâm hút khơng khí lạnh đưa vào nhà kính đối lưu khơng khí nóng bên làm hạ nhiệt độ bên nhà kính – 0C với thơng thống nên ẩm độ khơng vượt 85 % 88 - Giải pháp phun sương: thời gian khí hậu nóng bức, nhiệt độ nhà kính nhờ phun sương làm mát thơng thoáng giảm đáng kể từ 30C đến 50C tùy theo thời gian ngày Nhờ giải pháp thơng thống tốt nên ẩm độ không vượt 90 % - Kết khảo nghiệm so sánh giải pháp làm mát, cho thấy nhiệt độ ngày nóng sáng từ 8-9 chiều từ – giờ, xạ mặt trời thấp cần thơng thống tự nhiên lưới cắt nắng nhiệt bên nhà kính đảm bảo cho trồng pháp triển tốt Khi nắng nóng từ 10 đến 15 xạ mặt trời cao sử dụng giải pháp cooling pad phun sương Nhờ thơng thống nên ẩm độ không vượt (≥90 %) không gây hại cho trồng - Ngồi ra, nhiệt độ mơi trường xuống thấp ngày có khí hậu lạnh, mơ hình nhờ có màng che phủ đóng cửa thơng thống nên nhiệt độ bên nhà kính ấm lên từ 1.5 đến 0C ẩm độ ≤ 90% đảm bảo cho trồng phát triển tốt Về chất lượng điều khiển áp dụng giải thuật PID: - Đối với nhiệt độ đạt không cao lắm, nhiều nguyên nhân chủ yếu thuộc chất: + Yếu tố điều khiển có qn tính lớn biến đổi chậm + Hấp thu nhiệt nhả nhiệt cấu kiện bên nhà kính (kết cấu thép, giá thể thân trồng) + Nhiệt tích tụ mái nhà + Chênh lệch nhiệt độ lớn ngày đêm - Tương tự, ẩm độ sai số xác lập lớn nguyên nhân khắc phục như: + Chênh lệch độ ẩm ngày đêm xa Hơn nữa, hệ thống khơng có phận tách ẩm khơng khí, khơng thể kéo giảm sai số ẩm độ, ẩm độ tương đối khơng khí cao so với giá trị thiết lập 89 + Chọn nhiệt độ làm đối tượng điều khiển ưu tiên Do đó, trường hợp nhiệt độ môi trường cao so với nhiệt độ thiết lập, hệ thống phải tích cực phun nước để hạ nhiệt, ẩm độ đạt bị "trơi" so với giá trị tham chiếu - Cường độ chiếu sáng: + Mặc dù hệ thống lắp đặt cảm biến để ghi nhận xây dựng giải thuật điều khiển, trình thực nghiệm cho thấy chọn nhiệt độ, ẩm độ để làm đối tượng kiểm sốt, kết cường độ chiếu sáng theo (bởi lẽ nhiệt độ cường độ chiếu sáng tỷ lệ thuận với nhau) + Hơn nữa, cường độ chiếu sáng cần thiết trồng nhiệt đới nằm dãy biến đổi rộng [21] 90 Chương KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Kết thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm cho thấy hệ thống nhà kính hoạt động ổn định, kết cấu bền vững Việc điều khiển tự động yếu tố tiểu khí hậu bên trong, thơng qua cấu chấp hành đóng mở cửa thơng thống, phun sương làm mát, đóng mở lưới cắt nắng, làm mát cooling pad điều khiển hệ thống quạt thơng thống giảm nhiệt độ nhà kính từ đến 0C khí hậu nóng làm ấm khơng khí, tăng khoảng 1.5 đến 20C khí hậu lạnh Đồng thời ẩm độ nhà kính khống chế khơng cho tăng 85% Qua cho thấy, với điều khiển điện tử, sử dụng vi xử lý, áp dụng theo giải thuật PID, hồn tồn có thể: - Điều khiển vi khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, lượng thơng gió) cách tự động cho nhà trồng - Xây dựng mơ hình điều khiển với nhiều tính có lợi cho nhà nơng: thuận tiện cài đặt thông số, giao tiếp thân thiện, tiết kiệm chi phí lượng, … - Thuận lợi để tiến hành thử nghiệm xác lập quy trình canh tác cho số loại hoa – rau trồng theo hướng công nghệ cao Tuy chất lượng điều khiển đạt không cao phụ thuộc vào nhiều yếu tố Nhưng kết tiểu khí hậu bên nhà kính hồn tồn đáp ứng u cầu nơng học hầu hết loại rau, trồng xứ nhiệt đới đáp ứng cho số loại rau, hoa xứ ôn đới trồng Việt Nam [*] [*]: - G.J.H Grubben (2005), Vegetable growing manual Northern terriory department of resources - Royal tropical instutite (1977), Tropical vegetables and their genetic resources Netherland - Greg I Johnson (2008), The vegetable industry in tropical Asia The World vegetable center, Taiwan - Kết nghiên cứu nhằm góp phần việc thiết kế, chế tạo vận hành hệ thống điều khiển tự động tiểu khí hậu hệ thống nhà kính, từ làm tăng suất chất lượng sản phẩm nông nghiệp - Xây dựng ứng dụng vào sản xuất nông nghiệp giải pháp điều khiển đại đối tượng điều khiển biến đổi phức tạp 91 6.2 Kiến nghị Kết đề tài có ý nghĩa thực tiễn lớn nêu Tuy nhiên, để chế tạo thương mại hố hệ thống với kích thước lớn, tác giả kiến nghị: - Hồn thiện chương trình điều khiển tự động, theo hướng xây dựng quy trình canh tác cho nhiều loại trồng khác Bao gồm điều khiển: chế độ tưới, bón phân, tiểu khí hậu… ứng với giống từ lúc gieo hạt đến thu hoạch - Mơ hình nên tiếp tục nghiên cứu phát triển với diện tích lớn để hồn thiện đáp ứng nhu cầu canh tác nơng nghiệp công nghệ cao, nâng cao chất lượng sản phẩm đóng góp phần vào cơng đại hóa phát triển kinh tế nước a TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thị Phương Hà (1998), Lý thuyết điều khiển đại Đại học Quốc Gia Tp.HCM [2] Nguyễn Ngọc Lâm (2005), Nhà trồng có điều khiển tự động Tài liệu hội thảo, Tp.HCM [3] Nguyễn Ngọc Lâm (2005), Nghiên cứu thiết kế, chế tạo đưa vào ứng dụng nhà màng polyethylen trồng có điều khiển tự động phù hợp với điều kiện sinh thái Tp.HCM Tạp chí khoa học kỹ thuật nông nghiệp Vol.03 [4] Phạm Gia Trung, Vũ Quốc Hằng (2011), Tình hình sản xuất nơng nghiệp Việt Nam giới NXB Nông Nghiệp [5] Nguyễn Thế Phùng, Trần Thanh Lắm (1995), Đặc điểm khí hậu vùng Đồng sông Cửu Long NXB Nông Nghiệp [6] Aldrich, R.A.; J.W Bartoic Jt (1989), Greenhouse engineering NorthWest regional agricultural engineering service Cornell University [7] A.Netafirm, Proposal for design (2008), Supply and supervision of vegetables greenhouse project for HCMC HCMC [8] Bucklin RA; J.D Leary (2004), Fan and Pad greenhouse evaporative colling system Department of agricultural and biological engineering University of Florida, USA [9] B Egardt (1979), Stability of Adaptive Controllers Springer-Verlag New York [10] G Tao (2003), Adaptive Control Design and Analysis Wiley-Interscience [11] Gang Feng and Rogelio Lozano (1999), Adaptive control systems Jordan Hill, Oxford [12] I D Landau (1979), Adaptive Control: The Model Reference Approach Marcel Dekker [13] K S Narendra and A M Annaswamy (1989), Stable Adaptive Systems Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall [14] K J Astrom and B Wittenmark (10095), Adaptive Control Addison-Wesley Kokotovic, P.V., Foundations of adaptive control, A Springer-Verlag, 1991 b [15] M Krstic, I Kanellakopoulos (1995), Nonlinear and Adaptive Control Design Wiley Interscience [16] P A Ioannou and P V Kokotovic, Adaptive Systems with Reduced Models Springer Verlag [17] Sastry, S S (1989), A Adaptive control of linearizable system, IEEE Transac Autom Vol 34 [18] Sapounas S.; C.Nikita (2007), Aspect of CFD modeling of fan and pad evaporative cooling system in greenhhouse Crete Island [19] G.J.H Grubben (2005), Vegetable growing manual Northern terriory department of resources [20] Royal tropical instutite (1977), Tropical vegetables and their genetic resources Netherland [21] Greg I Johnson (2008), The vegetable industry in tropical Asia The World vegetable center, Taiwan c PHỤ LỤC Phụ lục 1: Kết khảo nghiệm ngày 19/11/2014 Nhiệt độ bên nhà kính(oC) Giải pháp làm mát phun sương (oC) Ẩm độ bên ngồi nhà kính (%) Giải pháp làm mát phun sương (%) Giải pháp làm mát cooling pad (oC) Giải pháp làm mát cooling pad (%) Giải pháp làm mát thơng thống, quạt cưỡng bức(%) 75.0 Giải pháp làm mát thơng thống, quạt cưỡng (%) 30.5 31.0 29.3 73.5 77.0 29.5 31.2 29.3 71.6 77.0 29.6 75.0 30.7 73.0 31.3 29.0 70.3 77.0 29.6 75.0 30.8 73.0 31.5 29.0 67.5 77.0 29.6 77.0 31.3 70.0 32.0 29.2 67.5 79.0 29.7 77.0 31.5 69.5 32.3 29.1 66.5 81.0 29.5 77.0 32.0 69.0 32.8 29.0 65.7 81.0 29.7 77.0 32.0 67.5 33.0 29.0 63.5 84.0 29.6 80.0 32.5 65.0 33.5 29.3 60.0 84.0 29.7 80.0 32.5 63.0 33.2 29.3 63.6 84.0 29.9 80.0 32.5 65.5 33.0 29.0 65.3 84.0 29.8 80.0 32.0 67.0 32.8 29.0 64.5 81.0 29.9 77.0 32.0 67.0 32.5 29.0 65.5 81.0 29.7 77.0 32.0 68.0 32.0 29.3 65.5 79.0 29.7 77.0 31.5 68.0 31.5 29.0 67.3 77.0 29.7 77.0 31.3 70.0 31.3 29.3 68.5 77.0 29.9 75.0 30.8 72.0 31.2 29.0 70.5 77.0 29.8 75.0 30.6 72.5 75.0 Ẩm độ bên ngồi nhà kính (%) 60.0 63.5 64.5 65.5 67.5 68.5 70.5 71.6 73.5 Ẩm độ bên nhà kính-phun sương (%) 84.0 84.0 81.0 81.0 79.0 77.0 77.0 77.0 77.0 Ẩm độ bên nhà kính-cooling pad (%) 80.0 80.0 77.0 77.0 77.0 75.0 75.0 75.0 75.0 63.0 65.0 67.0 68.0 69.5 72.0 72.5 73.0 75.0 Ẩm độ bên nhà kính-Thơng thống, quạt (%) d Phụ lục 2: Một số kết khảo nghiệm từ ngày 12/10 đến ngày 25/11/2014 Bức xạ Nhiệt Giải Ẩm độ Giải pháp Giải pháp Giải Giải Giải mặt trời độ bên pháp làm bên làm mát làm mát pháp làm pháp làm pháp làm mát phun phun cooling mát mát mát nhà sương nhà kính sương pad cooling thơng thơng kính (oC) (%) (%) ( %) pad thoáng thoáng (%) (0C) (%) (W/m ) o ( C) 460 31.0 29.3 73.5 77.0 29.5 75.0 30.5 75.0 480 31.2 29.3 71.6 77.0 29.6 75.0 30.7 73.0 510 31.3 29.0 70.3 77.0 29.6 75.0 30.8 73.0 540 31.5 29.0 67.5 77.0 29.6 77.0 31.3 70.0 570 32.0 29.2 67.5 79.0 29.7 77.0 31.5 69.5 600 32.3 29.1 66.5 81.0 29.5 77.0 32.0 69.0 630 32.8 29.0 65.7 81.0 29.7 77.0 32.0 67.5 660 33.0 29.0 63.5 84.0 29.6 80.0 32.5 65.0 700 33.5 29.3 60.0 84.0 29.7 80.0 32.5 63.0 675 33.2 29.3 63.6 84.0 29.9 80.0 32.5 65.5 650 33.0 29.0 65.3 84.0 29.8 80.0 32.0 67.0 640 32.8 29.0 64.5 81.0 29.9 77.0 32.0 67.0 615 32.5 29.0 65.5 81.0 29.7 77.0 32.0 68.0 580 32.0 29.3 65.5 79.0 29.7 77.0 31.5 68.0 530 31.5 29.0 67.3 77.0 29.7 77.0 31.3 70.0 500 31.3 29.3 68.5 77.0 29.9 75.0 30.8 72.0 490 31.2 29.0 70.5 77.0 29.8 75.0 30.6 72.5 Nhiệt độ bên nhà kính (oC) 31.0 31.5 32.0 32.5 33.0 33.5 Giải pháp làm mát phun sương ( oC ) 29.3 29.0 29.2 29.0 29.0 29.3 Giải pháp làm mát cooling pad ( oC ) 29.5 29.6 29.7 29.7 29.6 29.7 Giải pháp làm mát thơng thống, quạt ( oC ) 30.5 31.3 31.5 32.0 32.5 32.5 Lưu đồ giải thuật điều khiển vi khí hậu Slave MCU Bắt đầu chương trình Chương trình điều khiển nhiệt độ, ẩm độ nhà kính Thực tuần tự: - Tắt phun sương - Tắt Cooling Pad - Tắt quạt thơng khí - Mở che nắng - Đóng cửa thơng khí Khởi tạo biến số, số, tham số Khởi tạo chương trình False PIDT > True Khởi tạo khối I2C Thực tuần tự: - Mở cửa thơng khí - Đóng che nắng - Bật quạt thơng khí - Bật Cooling Pad - Bật phun sương False Có tín hiệu truyền liệu I2C Thực tuần tự: - Bật Cooling Pad - Bật phun sương True False T ≥ Tref PIDRH > True True T ≤ Tref False Thực tuần tự: - Tắt phun sương - Tắt Cooling Pad True False Ghi liệu gán cho biến Trả giá trị chương trình Gọi chương trình điều khiển nhiệt độ, ẩm độ nhà kính Chương trình điều khiển chiếu sáng nhà kính True Mở che nắng T ≤ Tref False L > Lref True T ≥ Tref False True Đóng che nắng Gọi chương trình điều khiển chiếu sáng False Trả giá trị chương trình Gọi chương trình điều khiển giao tiếp với PC Chương trình điều khiển giao tiếp với máy tính Nhận kết từ chương trình False Có tín hiệu giao tiếp (PC=true) True Chuyển đổi liệu xuất tín hiệu điều khiển ngõ Khởi tạo khối giao tiếp RS232 Trả giá trị chương trình Kết thúc chương trình Hình 3.27: Lưu đồ giải thuật điều khiển Slave_MCU 62 Bắt đầu Lưu đồ giải thuật điều khiển vi khí hậu Master MCU Khởi tạo: khối giao tiếp I2C, biến số, số, tham số KP_T, KI_T, KD_T, KP_RH, KI_RH, KD_RH False Chu kỳ đo Đo thông số gán cho biến True Mở công tắc nguồn Công tắc nguồn hoạt động (Run_SW) False True Nhiệt độ nhà kính (T) Chu kỳ điều khiển Ẩm độ nhà kính (RH) False True Cường độ chiếu sáng nhà kính (L) Chương trình giao tiếp RS232 với giao diện điều khiển Cơng tắc vị trí che nắng (Sunny_Sheild_SW) Cơng tắc vị trí cửa thơng khí (Air_Door_SW) T  20.CT ADCT 1024 RH  100  Ghi chú: U 50 - KP_T, KI_T, KD_T: Các hệ số PID điều khiển nhiệt độ nhà kính - KP_RH, KI_RH, KD_RH: Các hệ số PID điều khiển ẩm độ nhà kính eT ( k )  T  Tref - I2C: Inter-Integrated Circuit - Chuẩn giao tiếp hai vi điều khiển - T: Nhiệt độ nhà kính, 0C - Tref: Nhiệt độ tham chiếu, 0C - RH: Độ ẩm tương đối nhà kính, % IT ( k )  ( IT ( k 1)  eT ( k ) t ) K P _ T eT ( k ) KD _T - RHref: Độ ẩm tương đối tham chiếu, % eT ( k )  eT ( k 1) t - eT: sai số nhiệt độ bên nhà kính so với nhiệt độ tham chiếu, C - eT(k): Sai số nhiệt độ lần lấy mẫu tại, 0C - eT(k-1): Sai số nhiệt độ lần lấy mẫu trước đó, 0C PIDT _ output  K P _ T eT ( k )  K I _ T ( IT ( k 1)  IT ( k ) )  K D _ T - eRH(k): Sai số độ ẩm lần lấy mẫu tại, % eT ( k )  eT ( k 1) t - eRH(k-1): Sai số độ ẩm lần lấy mẫu trước đó, % - PIDT_output: Giá trị tính PID điều khiển nhiệt độ Gán giá trị: eT ( k 1)  eT ( k ) IT ( k 1)  IT ( k ) - PIDRH_output: Giá trị tính PID điều khiển độ ẩm ∆T: Thời gian hai lần lấy mẫu, s eRH ( k )  RF  RH ref I RH ( k )  ( I RH ( k 1)  eRH ( k ) t ) K P _ RH eRH ( k ) K D _ RH PIDRH _ output  K P _ RH eRH ( k )  K I _ RH ( I RH ( k 1)  I RH ( k ) )  K D _ RH eRH ( k )  eRH ( k 1) t eRH ( k )  eRH ( k 1) t Gán giá trị: eRH ( k 1)  eRH ( k ) I RH ( k 1)  I RH ( k ) True False Chu kỳ nhận liệu I2C Chu kỳ truyền liệu I2C False True Chuyển đổi truyền liệu đến Slave MCU theo giao thức I2C Kết thúc Hình 3.26 Lưu đồ giải thuật điều khiển Master_MCU 61