Hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm của hệ thống lò ấp trứng dùng 8051

Ngành ấp trứng ở Việt Nam đã trải qua một sự phát triển đáng kể trong thập kỷ gần đây và trở thành một phần quan trọng của nền kinh tế nông nghiệp của quốc gia. Việt Nam không chỉ là một người tiêu dùng trứng lớn mà còn là một người xuất khẩu trứng quan trọng trong khu vực. Với sự đa dạng về loại trứng sản xuất, từ trứng gà, trứng vịt, trứng cút đến trứng gà tre, ngành này mang lại nhiều cơ hội và lợi ích cho người dân và kinh tế cả nước.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ====o0o==== BÁO CÁO THIẾT KẾ HỆ THỐNG KỸ THUẬT Đề tài: Hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm cho lò ấp trứng tự động sử dụng vi điều khiển 8051 Giáo viên hướng dẫn: Phạm Văn Hùng Thành viên thực hiện: Phạm Văn Cương Nguyễn Tiến Trung Hoàng Thanh Tùng Phạm Quốc Tuấn Lưu Minh Tân Hà Nội, 2023 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN I Thông tin chung Tên lớp: 2023EE6121001 Khóa:1 Tên nhóm (nếu giao phiếu học tập nhóm): Nhóm 11 Họ tên thành viên nhóm: Nguyển Tiến Trung – 2023600124 Phạm Quốc Tuấn – 2023600320 Hoàng Thanh Tùng – 2023600130 Phạm Văn Cương – 2023600125 Lưu Minh Tân –2023600324 II Nội dung học tập Tên chủ đề: Thiết kế hệ thống ấp trứng tự động Hoạt động sinh viên - Ứng dụng đề tài thực tiễn quy trình cơng nghệ - Tìm hiểu thiết bị mơ hình - Tìm hiểu thiết bị điều khiển - Xây dựng thuật tốn, lập trình kết nối cho hệ thống điều khiển áp suất Sản phẩm nghiên cứu: Bài báo cáo III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành Đồ án theo thời gian quy định Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề giao trước giảng viên sinh viên khác KẾ HOẠCH THỰC HIỆN TIỂU LUẬN, BÀI TẬP LỚN, ĐỒ ÁN/DỰ ÁN Tên lớp: 2023EE6121001 Tên nhóm: Nhóm 11 Khóa :1 Họ tên thành viên nhóm: Nguyễn Tiến Trung, Lưu Minh Tân, Phạm Quốc Dương, Phạm Quốc Tuấn, Phạm Văn Cương, Hoàng Thanh Tùng Tên chủ đề : Thiết kế hệ thống ốn định áp suất Tuần Người thực 1-3 Hoàng Thanh Tùng 4-5 Lưu Minh Tân 5-9 Phạm Quốc Tuấn Nội dung công việc Ứng dụng đề tài thực tiễn quy trình cơng nghệ Trao đổi, thảo luận, tìm hiểu thơng qua giáo trình Tìm hiểu thiết bị mơ hình Trao đổi, thảo luận, tìm hiểu thơng qua giáo trình, chọn thiết bị Tìm hiểu thiết bị điều khiển Trao đổi, thảo luận, tìm hiểu thơng qua giáo trình internet, chọn thiết bị Phạm Văn Cương 9-13 Nguyễn Tiến Trung Phương pháp thực Xây dựng thuật tốn Lập trình kết nối cho hệ thống ấp trứng tự động Trao đổi, thảo luận, tìm hiểu qua giáo trình internet 13-15 Nguyễn Tiến Trung Mô kiểm nghiệm Phạm Quốc Tuấn Phạm Văn Cương Hoàng Thanh Tùng Lưu Minh Tân Ngày 27 tháng 12 năm 2021 XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN (Ký, ghi rõ họ tên) BÁO CÁO HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM Tên lớp : 2023EE6121001 Tên nhóm : Khóa : Nhóm 11 Tên chủ đề : Thiết kế hệ thống ốn định áp suất Tuần Người thực Nội dung cơng việc Kết đạt Hồng Thanh Tùng Ứng dụng đề tài thực tiễn quy trình công nghệ Lưu Minh Tân Phạm Quốc Tuấn Tìm hiểu thiết bị mơ hình Xác định rõ thiết bị để hồn thành hệ thống Tìm hiểu thiết bị điều khiển Tìm hiểu cách thức hoạt động , điều khiển thiết bị Phạm Văn Cương 13 Hiểu quy trình hệ thống ứng dụng Biết rõ nguyến lý hoạt động, cách thức lập trình theo quy trình Nguyễn Tiến Trung Xây dựng thuật tốn Lập trình kết nối cho hệ thống điều khiển áp suất Kiến nghị với giảng viên hướng dẫn (Nêu khó khăn, hỗ trợ từ phía giảng viên,… cần) 15 Nguyễn Tiến Trung Mơ kiểm nghiệm Hồn thành báo cáo Phạm Quốc Tuấn Phạm Văn Cương Hoàng Thanh Tùng Lưu Minh Tân Ngày 27 tháng 12 năm 2021 XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN (Ký, ghi rõ họ tên) MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Khái niệm hệ thống tự động 1.3 Ứng dụng tự động hóa ngành ấp trứng CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 2.1 Lý thuyết hệ thống ấp trứng tự động 2.2 Tổng quan vi điều khiển 8051 2.2.1 Cấu trúc chức khối 8051 2.2.2 Sơ đồ khối ý nghĩa chân 8051 2.3 Tổng quan phần mềm Proteus 11 2.4 Tổng quan phần mềm Keil C 12 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 12 3.1 Yêu cầu hệ thống 13 3.2 Quy trình vận hành 14 3.3 Sơ đồ khối lưu đồ thuật toán 14 3.4 Thiết kế phần mềm 16 3.5 Sơ đồ kết nối 19 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 21 4.1 Kết mô Proteus 21 4.2 Nhận xét kết 21 CHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỀN ĐỀ TÀI 22 5.1 Kết luận 22 5.2 Hướng phát triển đề tài 22 Tài liệu tham khảo 22 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc 8051 Hình 2.2 Sơ đồ chân 8051 Hình 3.1 Sơ đồ khối 15 Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán 16 Hình 3.3 Cấu trúc chương trình 17 Hình 3.4 Chương trình 18 Hình 3.5 Chương trình hiển thị LCD 19 Hình 3.6 Sơ đồ bảng tủ 20 Hình 4.1 Kết mơ Proteus 21 CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Đặt vấn đề - Ngành ấp trứng Việt Nam trải qua phát triển đáng kể thập kỷ gần trở thành phần quan trọng kinh tế nông nghiệp quốc gia Việt Nam không người tiêu dùng trứng lớn mà người xuất trứng quan trọng khu vực Với đa dạng loại trứng sản xuất, từ trứng gà, trứng vịt, trứng cút đến trứng gà tre, ngành mang lại nhiều hội lợi ích cho người dân kinh tế nước - Sự đa dạng sản phẩm trứng: Ngành ấp trứng Việt Nam đa dạng loại sản phẩm trứng, loại trứng có giá trị riêng biệt Trứng gà sản phẩm phổ biến chiếm phần lớn thị trường Chúng tiêu dùng hàng ngày nguồn dinh dưỡng quan trọng cho người dân Trứng vịt có vị đặc biệt thường sử dụng ăn truyền thống Việt Nam Trứng cút có kích thước nhỏ, chúng có giá trị dinh dưỡng cao có ưa thích đặc biệt ẩm thực Trứng gà tre, sản phẩm cao cấp, đòi hỏi kỹ thuật ấp trứng đặc biệt ưa chuộng ăn truyền thống ẩm thực sang trọng - Sự phát triển ngành sản xuất: Ngành ấp trứng Việt Nam phát triển đáng kể với gia tăng quy mô sản xuất hiệu suất Các trang trại ấp trứng chuyên nghiệp xuất hiện, sử dụng công nghệ đại quản lý chặt chẽ để đảm bảo an toàn chất lượng trứng Điều giúp tăng cường sản lượng cung cấp trứng chất lượng cao cho thị trường nước xuất - Sự đóng góp cho kinh tế: Ngành ấp trứng không cung cấp nguồn thực phẩm dinh dưỡng cho người dân mà cịn đóng góp quan trọng vào kinh tế Việt Nam Việt Nam xuất lượng lớn trứng gà trứng vịt sang thị trường quốc tế, đặc biệt nước châu Á Trung Quốc, Nhật Bản Hàn Quốc 1.2 Khái niệm hệ thống tự động Hệ thống tự động (hoặc hệ thống tự động hóa) hệ thống kỹ thuật máy móc thiết kế để hoạt động mà không cần can thiệp trực tiếp người Hệ thống tự động thường sử dụng cảm biến, logic điều khiển phần mềm đặc biệt để thực nhiệm vụ, quy trình tác vụ cụ thể cách tự động Mục tiêu hệ thống tự động tăng hiệu suất, đảm bảo độ xác đồng trình sản xuất điều khiển thiết bị khác mà không cần can thiệp thường xuyên người Hệ thống tự động thường sử dụng nhiều lĩnh vực, bao gồm sản xuất cơng nghiệp, quản lý tịa nhà, lĩnh vực y tế, giao thông vận tải, nhiều ứng dụng khác Các thành phần hệ thống tự động thường bao gồm: - Cảm biến (sensors): Các thiết bị thu thập liệu môi trường trình cần điều khiển - Hệ thống điều khiển (control system): Bao gồm xử lý logic điều khiển để xử lý liệu từ cảm biến định hoạt động - Thiết bị thực (actuators)*: Là thành phần thực hành động cụ thể, dựa định hệ thống điều khiển - Giao diện người-máy (human-machine interface - HMI): Được sử dụng để tương tác với hệ thống tự động theo dõi hoạt động Hệ thống tự động cấu hình lập trình để thực nhiều tác vụ khác nhau, từ kiểm sốt q trình sản xuất nhà máy đến quản lý hệ thống thơng tin tịa nhà thông minh Điều giúp cải thiện - RESET (Tín hiệu vào): Dùng để khởi động lại tồn hệ thống chương trình chạy mà gặp lỗi (Ví dụ: Gặp phải vịng lặp vơ hạn, chương trình bị treo ) - RxD, TxD: Là hai chân nhận truyền số liệu cổng truyền thông nối tiếp (mức tín hiệu mức TTL) RxD (Receive Data), TxD (Transmit Data) - Là hai chân nhận tín hiệu yêu cầu ngắt từ bên ngồi - (Tín hiệu ra) cho phép viết liệu tới ngoại vi, nhớ bên ngồi vi điều khiển - (Tín hiệu ra) cho phép đọc liệu từ ngoại vi, nhớ liệu vi điều khiển - X1, X2: Dùng để tạo xung nhịp cho vi điều khiển - Vcc, GND: Cấp nguồn cho vi điều khiển (Vcc = 5VDC) - EA/VP: Là tín hiệu vào = 1: Vi điều khiển sử dụng nhớ chương trình bên nhớ chương trình bên ngồi, cụ thể sau: + Nếu vi điều khiển có Kbytes nhớ chương trình bên với địa 0000H ÷ 0FFFH nhớ chương trình bên ngồi phải có địa 1000H ÷ FFFFH + Nếu vi điều khiển có Kbytes nhớ chương trình bên với địa 0000H ÷ 1FFFH nhớ chương trình bên ngồi phải có địa 2000H ÷ FFFFH = 0: vi điều khiển sử dụng nhớ chương trình bên ngồi có địa l 0000H ữ FFFFH 10 ã ALE/P: (Tớn hiu ra) tín hiệu chốt địa (Address Latch Enable), dùng để phân biệt P0 bus liệu bus địa vi điều khiển cần ghép nối thêm ngoại vi ALE = 1: P0 bus địa ALE = 0: P0 bus liệu • PSEN: có chức giống chân RD để đọc nhớ chương trình bên ngồi 2.3 Tổng quan LCD1602 Mơ-đun LCD 16 × loại mô-đun LCD phổ biến sử dụng dự án nhúng dựa 8051 Nó bao gồm 16 hàng cột × × ma trận điểm LCD Các mơ-đun nói loại JHD162A, loại phổ biến Nó có sẵn gói 16 chân với ánh sáng , chức điều chỉnh độ tương phản ma trận điểm có độ phân giải × chấm Số chân, tên chúng chức tương ứng hiển thị bảng bên  Chân số Tên chân Vss Vcc Vee RS R/W E DB0 DB1 DB2 10 DB3 11 DB4 12 DB5 13 DB6 14 DB7 15 LED+ 16 LED- Chức Chân phải nối GND Chân nối nguồn cấp (5V) Chỉnh độ tương phản Chọn ghi Đọc ghi Cho phép mô-đun Chận liệu Chân liệu Chân liệu Chân liệu Chân liệu Chân liệu Chân liệu Chân liệu Anode led Cathode led 11 Hình 2-3: LCD1602 Tổng quan DHT11 2.4  DHT11  DHT11 cảm biến kỹ thuật số giá rẻ để cảm nhận nhiệt độ độ ẩm Cảm biến dễ dàng giao tiếp với vi điều khiển vi Arduino, Raspberry Pi, để đo độ ẩm nhiệt độ  DHT11 cảm biến độ ẩm tương đối Để đo khơng khí xung quanh, cảm biến sử dụng điện trở nhiệt cảm biến độ ẩm điện dung Sơ đồ chân DHT11  Số chân Tên chân Mô tả Vcc Nguồn 3.5V đến 5.5V Data NC GROUND Đầu nhiệt độ độ ẩm thông qua liệu nối tiếp Khơng có kết nối khơng sử dụng Nối đất 12 Hình 2-4: DHT11  Đặc tính thơng số kỹ thuật ADC0804      Điện áp hoạt động: 3V - 5V DC Dòng điện tiêu thụ: 2.5mA Phạm vi cảm biến độ ẩm: 20% - 90% RH, sai số ±5%RH Phạm vi cảm biến nhiệt độ: 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C Tần số lấy mẫu tối đa: 1Hz (1 giây lần) CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Yêu cầu hệ thống - Đo nhiệt độ độ ẩm lò ấp trứng - Hiển thị nhiệt độ độ ẩm hình LCD 13 - Ấp trứng đèn sợi đốt - Điều chỉnh nhiệt độ độ ẩm ngưỡng cài đặt 3.2 Quy trình vận hành Đầu tiên, chúng em đo nhiệt độ độ ẩm hiển thị lên hình LCD, có hệ thống cảnh báo nhiệt độ độ ẩm cao thấp so với mức cài đặt Khi nhiệt độ cao mức cài đặt tắt đèn sợi đốt nhiệt độ thấp mức cài đặt bật lại đèn sợi đốt để đảm bảo nhiệt độ mức cài đặt Khi độ ẩm cao mức cài đặt tắt quạt phun sương độ ẩm thấp mức cài đặt bật lại quạt phun sương để đảm bảo độ ẩm mức cài đặt Có hệ thống quạt gió để phân bổ nhiệt độ độ ẩm khơng khí lị ấp cách đồng Có thể tiến hành cài đặt mức cảnh báo nhiệt độ độ ẩm trức tiếp thông qua nút ấn quan sát hình LCD 3.3 Sơ đồ khối lưu đồ thuật toán  Sơ đồ khối chương trình 14 Hình 3.1 Sơ đồ khối  Lưu đồ thuật tốn chương trình 15 Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán 3.4 Thiết kế phần mềm - Cấu trúc chương trình sau: 16 Hình 3.3 Cấu trúc chương trình  Chương trình 17 Hình 3.4 Chương trình  Chương trình hiển thị LCD 18 Hình 3.5 Chương trình hiển thị LCD 3.5 Sơ đồ kết nối - Sơ đồ mạch nguồn 19 Hình 3.6 Sơ đồ bảng tủ 20 CHƯƠNG KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Hình 4.1 Kết mơ Proteus 4.1 Kết mô Proteus 4.2 Nhận xét kết Hệ thống đo thị nhiệt độ - độ ẩm hình LCD Có thể điều chỉnh mức cảnh báo cao-thấp cho nhiệt độ độ ẩm thơng q nút Có hệ thống đèn Led cảnh báo nhiệt độ vượt qua mức cảnh báo cài đặt Khi nhiệt độ-độ ẩm thấp mức cảnh báo cao đèn sưởi quạt phun sương bật tắt nhiệt độ-độ ẩm cao mức nhiệt độ-độ ẩm cao cài đặt 21 CHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỀN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận Đề tài lò ấp trứng tự động sử dụng vi điều khiển chủ đề quan trọng hiệu lĩnh vực chăn nuôi nước ta bời nhờ vào lợi ích to lớn sau: - Dùng dây bóng đèn để cung cấp nhiệt Điều khiển nhiệt độ dùng vi điểu khiển nên có tính thời gian thực cung cấp lượng nhiệt liên tục đầy đủ mà dảm bảo độ xác cao hệ thống - Tự động hóa quản lý: Vi điều khiển tự động hóa q trình ấp trính theo lịch trình cài đặt trước giúp nâng cao hiệu suất ấp trứng mà không phụ thuộc vào mái - Độ tin cậy cao: Vi điều khiển giảm sát thơng số nhiệt độđộ ẩm theo thời gian thực - Tích hợp dễ dàng: Vi điều khiên truyền thơng đê giảm sát điều khiển từ xa Giúp điều khiển tập trung, tiết kiệm sức người mà quản lý tồn hệ thống - Tiết kiệm lượng: Hệ thống điều khiển giám sát theo mức độ xác cao nên giảm thất thoát lượng so với hệ thống ấp thủ công khác - Bảo vệ môi trường: Do sử dụng điện cách hiệu từ góp phần vào việc bảo vệ mơi trường 5.2 Hướng phát triển đề tài - Đối với lò ấp trứng tự động tương lai tích hợp truyền thơng để giám sát điều khiển nhiệt độ thông qua điện thoại 22 - Xây dựng thêm hệ thống thời gian vi điều khiển để hẹn ấp trứng định kì ngày - Xây dựng thêm hệ thống lật trứng tự động cài đặt - Xây dựng thêm hệ thống tia uv để khử trùng buông ấp 23 Tài liệu tham khảo [1] "8051AH Datasheet," Intel Corporation [2] "LCD1602A Datasheet," SHENZHEN EONE [3] "DHT11 Datasheet" 24