Phần mềm lập trình bộ nạp chip và chip vi xử lý PSoc cho hệ thống tưới phun trong dây chuyền chăm sóc cây trồng p5 pps

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 45 - H .Độ sâu lớp đất tới.(mm) chọn H = 500mm G V .Dung trọng đất khô (T/m 3 ) lấy G V = 4 (T/m 3 ) . Hệ số hiệu ích tới phun ma: = 0,8-0,95 Lấy = 0,8. max . Độ ẩm tối đa đồng ruộng. Lấy max = 80% min . Độ ẩm giới hạn dới cho phép. min = 70 ữ 80% max = 60% M TK = 10.500.2.(0,8 - 0,6) 8.0 1 = 2500 (m 3 /ha). Vậy với diện tích khu vờn ta có lợng nớc tới cần là = 1000m 3 nớc. ắ Thới gian tới mỗi lần t = 1000 q Mba TK Trong đó: a . Khoảng cách giữa các vòi phun. a = 10m b . Khoảng cách giữa các đờng ống nhánh b = 10m M TK . Mức tới thiết kế. M TK = 2500 (m 3 /ha) . Hệ số hiệu ích tới phun ma: = 0,8 q . Lu lợng vòi.( m 3 /s). q = 0,1 (m 3 /h) t = 8,01,0.1000 2500.10.10 = 3125(s) = 0,86 (h). ắ Lu lợng đầu vào ống nhánh Q n = n V .q Q n - Lu lợng đầu vào ống nhánh (l/giờ) q - Lu lợng bình quân của các vòi phun ma trên ống nhánh q = 0,1(m 3 /h) n V - Số lợng vòi trên một ống nhánh. n V = 2 Q n = 2. 0,1 = 0,2 (m 3 /h). ắ Tính toán lu lợng đầu vào ống chính Q C = 2.N.Q n Q n - Lu lợng đầu vào ống nhánh (m 3 /h). N - Số lợng hàng ống nhánh. N = 2 Q C = 2.2.0,2 = 0,8 (m 3 /h). Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 46 - Do diện tích tới nhỏ, chiều dài các đờng ống ngắn cho nên tổn thất dọc đờng ống là không đáng kể vì vậy ta có thể bỏ qua tổn thất dọc đờng ống. ắ Xác định tổng cột nớc thiết kế H = Z d - Z S + H d + H V + h f + h j Trong đó: H. Tổng cột nớc thiết kế của hệ thống tới phun ma( cột nớc) (m). Z d . Cao trình mặt đất tại vòi phun điển hình (m). Z d = 50 (m) Z v . Cao trình mặt nớc mà máy bơm hút.(m) Z V = 46 (m). H d . Chiều cao ống đứng lắp vòi tại vị trí vòi phun điển hình. H d = 1(m) H V . Cột nớc thiết kế đầu vòi phun (m). H V = 0,5 (m). h f. Tổng tổn thất cột nớc đờng dài tính từ van đáy ống hút đến vị trí vòi phun điển hình (m). h f. Tổng tổn thất cột nớc cục bộ tính từ van đáy ống hút đến vị trí vòi phun điển hình.(m). H = 50 - 46 + 1 + 0,5 + 0 + 0 = 5,5 (m) ắ Công suất và hiệu suất * Công suất thuỷ lực Ntl (công suất hữu ích) của bơm là công suất dùng để truyền trọng lợng của lu lợng Q với cột áp H: Ntl = 1000 HQ (kW). Trong đó: - Trọng lợng riêng của chất lỏng (N/m 3 ) tính với nớc = 1000 (N/m 3 ) Q - Lu lợng của bơm (m 3 /s) có Q = 0,8 (m 3 /h) = 0,22 .10 -3 (m 3 /s). H - Cột áp toàn phần của bơm (mH 2 0). Ntl = 75.10 -3 (Kw) = 75 (W). ắ Công suất đòi hỏi trên trục của bơm cần phải lớn hơn công suất thuỷ lực Ntl vì bơm phải tiêu hao một phần năng lợng để bù vào các tổn thất thuỷ lực, tổn thất ma sát giữa các bộ phận làm việc của bơm Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 47 - N = 1000 HQ Ntl = (kW). < 1 :Hiệu suất toàn phần của bơm ta chọn = 0,8 N = 94(W) chọn N = 100 (W). B.) Nhng trong thực tế ngời ta thờng áp dụng phơng pháp tính toán sau Từ điều kiện bài toán ban đầu và dựa vào khả năng bốc thoát hơi nớc tiềm năng PET mà ta có nhu cầu nớc tới phụ thuộc vào từng loại cây và tuỳ thuộc vào từng thời kỳ sinh trởng của cây. WR = Kcr. PET = Kcr. 59 )08,0025,0( + TaQs Qs. Bức xạ tổng cộng trong ngày hoặc tuần. Ta. Nhiệt độ trung bình ngày hoặc tuần. 59. Lợng nhiệt cần thiết để bốc hơi 1mm nớc. Kcr. Hệ số hoa màu ta có thể tra bảng. Mặt khác cũng phơng pháp này thì theo quyển Tin học trong nông nghiệp. PGS.TS Nguyễn Hải Thanh chủ biên, NXB khoa học kỹ thuật, 2005 thì hiệu quả của từng phơng pháp tới sẽ đa ra lợng nớc tới phù hợp. STT Phơng pháp tới Diện tích tới (m 2 ) Lợng nớc tới 1 Tới rãnh 10.000 Kct.PET.10/0,65 2 Tới phun ma 10.000 Kct.PET.10/0,85 Vậy theo điều kiện bài toán ta có Diện tích cần tới: S = 400m 2 . Rau bắp cải ví dụ đang ở thời kỳ thu hoạch ta có Kcr = 0,8. Đo nhiệt độ trung bình trong ngày hôm trớc là Ta = 28 C. Đo năng lợng bức xạ mặt trời trong ngày hôm qua là: Qs = 1000 (calo/cm 2 /ngày). ắ Do vậy lợng nớc cần tới là Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 48 - LNT = 0,8. 59 )08,0025,0( + TaQs = = 0,8. 0,85.10000 10.400 59 )08,028.025,0(1000 + = 4,9 (m 3 ). Căn cứ vào lợng nớc ma thu đợc trong ngày hôm trớc: LNM ta sẽ có lợng nớc cần tới cho ngày hôm sau là: LNCT = LNT - LNM. Trong bài toán ta ví dụ trong ngày không ma cho nên: LNCT = LNT - 0. Từ đó ta chọn máy bơm có lu lợng: Q = 1,8 (l/s) Vậy thời gian cần bơm cho một máy bơm là: t = LNT/Q = 2713(s). ắ Chọn vòi phun là phun hình tròn mang nhãn hiệu 501-U 1/2 F, M do hãng Naan - Israrel cung cấp với các thông số sau: * Lu lợng vòi phun Q = 0,10 - 0,29 m 3 /h. (Chọn Q = 0,2 m 3 /h) * Đờng kính vòi phun lớn nhất: D = 16m. ắ Sơ đồ bố trí vòi phun: Căn cứ vào hớng gieo trồng và hớng độ dốc của đất tôi tiến hành bố trí theo dạng tổ hợp vòi hình vuông. Do đờng kính phun tối đa của vòi phun là D = 16m và diện tích khu vờn là S = 400 m 2 cho nên tôi tiến hành bố trí thành hai đờng ống nhánh chạy song song dọc theo chiều dài khu vờn với khoảng cách giữa hai đờng này là 10m, khoảng cách giữa hai vòi là 10m. Do đó trên diện tích 400m 2 ta chỉ cần lắp n = 4 vòi phun có lu lợng dã chọn có dạng nh hình vẽ sau: Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 49 - Khi đó bán kính phun thiết kế R TK là R TK = K . R Trong đó: K là hệ số (0,7 ữ 0,9) R bán kính phun (8m) Khi đó R TK = 0,8 .8 = 6,4m. Vì vậy tổng lu lợng tại đầu đờng ống chính là: Q = 4.0,2 = 0,8 (m 3 /h) (Bỏ qua tổn thất dọc đờng ống). Mặt khác lu lợng ở đờng ống có diện tích tiết diện là thì sẽ có vận tốc dịch chuyển dòng chất lỏng là: Q = v. v = Q / . Mặt khác theo phơng trình Becnuli cho dòng nguyên tố chất lỏng lý tởng chảy ổn định đợc xác định theo công thức: Z + P + g v .2 2 = const. Trong đó : Z. Vị năng của một đơn vị trọng lợng chất lỏng so với mặt chuẩn. P. áp suất tại mặt khảo sát. v. Vận tốc dòng chất lỏng. g. Gia tốc trọng trờng tại vị trí khảo sát. Vậy ta áp dụng công thức trên tại cùng một vị trí nhng với áp suất thay đổi ta có: Z1 + 1P + g v .2 1 2 = Z2 + 2P + g v .2 2 2 UP = ) 11 (. .2 2 1 2 2 2 Q g Vậy khi thay đổi diện tích tiết diện ống ( Điều chỉnh van) thì áp suất dòng nớc thay đổi. 2.5. Thiết kế giao diện 2.5.1. Phần mềm thiết kế giao diện a. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Với các bài toán đặt ra phải lựa chọn một hệ quản trị cơ sở dữ liệu để có Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 50 - thể quản lý các dữ liệu thu thập từ các lần tới trớc phục vụ cho các lần tới kế tiếp sau. Về lý thuyết ta có thể chọn nhiều ngôn ngữ nh: Microsoft Foxpro, Microsoft Access Nhng trên thực tế thì ngôn ngữ Microsoft Access có nhiều u điểm hơn trong quản trị CSDL. Vì vậy trong đề tài này tôi chọn Microsoft Access làm ngôn ngữ quản trị CSDL. - Microsoft Access là hệ quản trị CSDL trên môi trờng Window là một thành phần trong bộ Microsoft office. hệ quản trị CSDL này có sẵn các công cụ hữu hiệu và tiện lợi đáp ứng đợc đầy đủ yêu cầu cho một bài toán quản lý. - Microsoft Access có thể sử dụng đợc tất cả các phơng tiện của cơ chế trao đổi dữ liệu động(DDE), nhúng và liên kết đối tợng ( OLE ). - Microsoft Access là hệ quản trị CSDL quan hệ với đầy đủ các chức năng định nghĩa dữ liệu, xử lý dữ liệu và kiểm soát dữ liệu. - Microsoft Access cho khả năng kết suất dữ liệu cho phép thiết kế đợc những biểu mẫu và báo cáo phức tạp đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đề ra. Có thể tác động dữ liệu kết hợp các biểu mẫu và báo cáo trong một tài liệu và trình bày kết quả theo dạng thức chuyên nghiệp. b. Phần mềm lập trình giao diện Microsoft Visual Basic là một ngôn ngữ lập trình là dụng cụ lập trình cơ sở dữ liệu Multimedia, thiết kế Web và lập trình Internet. Với Visual Basic ta có thể xây dựng cấc ứng dụng quản lý. Nó có thể kết nối và xử lý dữ liệu từ các hệ quản trị cơ sở dữ liệu nh Excel, FoxPro, Access, SQL Server Visual Basic là một công cụ phát triển ứng dụng hớng đối tợng tức là thông qua việc xây dựng các thuộc tính, các phơng thức để thiết kế các trình ứng dụng chạy trên môi trờng Window. Giao diện lập ra phải đảm bảo: - Giao diện có tính thân thiện, dễ sử dụng đối với ngời vận hành. - Có thể theo dõi, giám sát và điều khiển toàn bộ quá trình tới phun m a. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 51 - - Có thể đa ra các bản báo cáo của các lần tới trớc làm cơ sở vận hành các lần tới tiếp theo. Khi khởi động giao diện điều khiển giữa máy tính và phần mạch điều khiển bên ngoài thì trên màn hình có cửa sổ: Hình 2-9. Trên cửa sổ này có giới thiệu qua một số thông tin liên quan đến đề tài và đa ra thông báo hệ thống đang bận kết nối với phần cứng bên ngoài . Sau khoảng 5 giây thì chơng trình sẽ tự động chuyển sang cửa sổ: Hình 2-10 và toàn bộ công việc giao diện ngời máy làm việc trên cửa sổ này. Khi đó công việc của ngời vận hành là điền các thông số đầu vào nh: Loại đất canh tác, loại cây trồng, thời kỳ sinh trởng, cách bố trí vòi phun, kiểu vòi và loại bơm khi đó máy tính sẽ liên tục cập nhật các thông số từ cảm biến nhiệt, cảm biến năng lợng bức xạ ở mục tín hiệu đầu vào mà đa ra các bộ thông số điều khiển ở các mục Thông số số đầu ra và điều khiển trực tiếp tới mạch lực. Theo thông số Diện tích lỗ van cần mở mà ta điều khiển động cơ bớc để điều chỉnh van tiết lu Van làm việc để cung cấp lu lợng nớc tới sao cho phù hợp. H ình 2-9: Cửa sổ khởi động làm việc của giao diện Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 52 - Hình 2-10 Cửa sổ làm việc chính của giao diện. Nếu kết nối với máy tính. Đồng thời máy tính sẽ tự động lu các bộ tham số với chu kỳ trích mẫu là 10 phút để phục vụ cho các lần tới sau. 2.6. Kết luận chơng II Thông qua chơng II ta đã tiến hành lựa chọn ra một phơng pháp tới tối u, có hiệu quả kinh tế lớn nhất mà vẫn đảm bảo các điều kiện kỹ thật mang lại lợi nhuận lớn nhất cho ngời nông dân. Từ phơng pháp tới ta tiến hành nghiên cứu tính toán các thông số và áp dụng thiết kế cho hệ thống tới phun ma cho một khu vờn thí nghiệm có diện tích S = 400m 2 . Từ đó lập trình tạo ra giao diện điều khiển kết nối giữa máy tính với bộ điều khiển bên ngoài. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 53 - Chơng 3 Nghiên cứu phần cứng và phần mềm của chip vi xử lý trên công nghệ pSOc của hãng cypress 3.1. Lựa chọn thiết bị điều khiển Trong điều kiện khoa học phát triển nh hiện nay thì để thực hiện một bài toán điều khiển thì ta có rất nhiều giải pháp trên các phần cứng cũng nh phần mềm thông minh. Nh điều khiển bằng hệ thống Rơle, chip vi xử lý, PLC Song tuỳ vào điều kiện, quy mô từng bài toán mà ta lựa chọn ra các giải pháp sao cho hợp lý, đảm bảo hiệu quả kinh tế. Đối với bài toán điều khiển hệ thống tới phun ma thì do điều kiện tự nhiên mà bàn điều khiển có thể phải để ngoài thực địa và cần di chuyển nhiều, mặt khác độ phức tạp khi điều khiển không cao thông số điều khiển vào ra không nhiều cho nên tôi chọn chip vi xử lý trên công nghệ PSoC làm giải pháp điều khiển cho hệ thống tới phun ma. Khác với các công nghệ sản xuất chip thông thờng chỉ cho ra các IC riêng lẻ, IC ngoại vi không có bộ xử lý thì công nghệ PSoC của hãng Cypress cho phép tạo nên cả một hệ thống trên một chip bao gồm CPU, ROM, RAM và các ngoại vi thời gian thực ( ADC, DAC, Timer, Counter, các cổng vào ra đa chức năng, các cổng truyền thông) Ngoài ra, công nghệ này còn có một u điểm nổi trội hơn so với các công nghệ khác là cho phép ngời lập trình thay đổi cấu hình phần cứng trong quá trình hoạt động. Các chip chế tạo theo công nghệ PSoC đợc phát triển trên nền vi xử lý ngày càng hoàn thiện về chức năng, tối u về kích thớc. Các chip này đã dần thay thế vị trí các bộ vi xử lý ứng dụng trong đo lờng điều khiển công nghiệp cũng nh nhiều lĩnh vực khác. Từ những u điểm vợt bậc trên ta tiến hành chọn chip vi xử lý trên công nghệ PSoC làm chip điều khiển hệ thống tới Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 54 - phun ma. 3.2. Tổng quan cấu trúc và tính năng của PSoC PSoC là một từ viết tắt của cụm từ tiếng anh: Programable System on Chip nghĩa là hệ thống khả trình trên một chip. Các chip chế tạo theo công nghệ PSoC là chip điều khiển thông minh có tính linh hoạt cao, chi phí công nghệ phục vụ nghiên cứu và phát triển ban đầu khá thấp, giá thành chip thấp, hỗ trợ kỹ thuật tốt với phần mềm phát triển dễ sử dụng. Thành phần của chip PSoC bao gồm các khối ngoại vi số và tơng tự có thể cấu hình đợc, một bộ vi xử lý 8 bit, bộ nhớ chơng trình (EEROM) có thể lập trình đợc và có bộ nhớ RAM lớn. Để lập trình hệ thống và cài chơng trình điều khiển vào chip thì ta cần có phần mềm lập trình và một kit phát trin do hãng chế tạo chip cung cấp, Ví dụ nh các chip PSoC của hãng Cypress thì ngời lập trình cần có phần mềm PSoC Designer. Phần mềm thiết kế đợc xây dựng trên cơ sở hớng đối tợng với cấu trúc module hoá. Mỗi khối chức năng là một module mềm. Việc lập cấu hình cho chip nh thế nào là tuỳ thuộc vào ngời lập trình thông qua một số th viện chuẩn. Ngời lập trình thiết lập cấu hình trên chip chỉ đơn giản bằng cách muốn chip có những chức năng gì thì kéo chức năng đó và thả vào khối tài nguyên số hoặc tơng tự, hoặc cả hai. (Bản chất đây là phơng pháp lập trình kéo thả). Việc thiết lập ngắt trên chân nào, loại ngắt gì, các chân vào ra đợc hoạt động nh thế nào đều tuỳ thuộc vào việc thiết lập của ngời lập trình cho PSoC. Chip PSoC có nhiều họ đối với mỗi họ nó cung cấp phần cứng khác nhau, có bao nhiêu chân, chức năng mỗi chân, số lợng các khối và tốc độ của chúng. Đối với chip PSoC họ CY8C27xxx cung cấp. 1). Bộ vi xử lý với cấu trúc Harvard. 5 Tốc độ của vi xử lý lên đến 24 MHz. 5 Lệnh nhân 8 bit x 8 bit, thanh ghi tích luỹ là 32 bit. [...]... áp Hoạt động trong dải nhiệt độ từ - 40 C đến 85 C 2) Các khối ngoại vi có thể hoạt động độc lập hoặc kết hợp 12 khối ngoại vi tơng tự có thể đợc thiết lập để đợc thiết lập để đáp ứng yêu cầu bài toán Các bộ ADC lên tới 14 bit Các bộ DAC lên tới 9 bit Các bộ khuyếch đại có thể lập trình đợc hệ số khuyếch đại Các bộ lọc và các bộ so sánh có thể lập trình đợc 8 khối ngoại vi số có thể đợc lập để làm các... từ 4K đến 16K, phụ thuộc vào từng loại chip với chu kỳ ghi xoá cho bộ Flash là 50.000 lần Không gian bộ nhớ RAM là 256 byte Chip có thể lập trình thông qua chuẩn nối tiếp (ISSP) Bộ nhớ Flash có thể đợc nâng cấp từng phần Chế độ bảo mật đa năng tin cậy Có thể tạo đợc không gian bộ Flash trên chip lên tới 2,304 byte 4) Có thể lập đợc cấu hình cho từng chân của chip Các chân vào ra ba trạng thái sử dụng... các nhiệm vụ: Các bộ định thời đa chức năng, đếm sự kiện, đồng hồ thời gian thực, bộ điều chế độ rộng xung có và không có dải chết( dead band) Các module kiểm tra lỗi (CRC modules) Hai bộ truyền thông nối tiếp không đồng bộ hai chiều Các bộ truyền thông SPI Master hoặc Slaver có thể cấu hình đợc Có thể kết nối với các chân vào ra 3) Bộ nhớ linh hoạt trên chip Không gian bộ nhớ chơng trình Flash từ 4K . Thành phần của chip PSoC bao gồm các khối ngoại vi số và tơng tự có thể cấu hình đợc, một bộ vi xử lý 8 bit, bộ nhớ chơng trình (EEROM) có thể lập trình đợc và có bộ nhớ RAM lớn. Để lập trình hệ. hệ thống và cài chơng trình điều khiển vào chip thì ta cần có phần mềm lập trình và một kit phát trin do hãng chế tạo chip cung cấp, Ví dụ nh các chip PSoC của hãng Cypress thì ngời lập trình. vào ra không nhiều cho nên tôi chọn chip vi xử lý trên công nghệ PSoC làm giải pháp điều khiển cho hệ thống tới phun ma. Khác với các công nghệ sản xuất chip thông thờng chỉ cho ra các IC riêng