THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY TẠO ĐỘ ẨM BẢO QUẢN RAU, CỦ QUẢ

Từ rất lâu con người đã biết bảo quản rau củ quả sau khi thu hoạch. Rau, quả tươi sau khi thu hoạch về, chúng được đưa vào phòng mát, thoáng khí và luôn giữ độ ẩm để hạn chế sự thoát hơi nước. Với phương pháp trên thì thời gian bảo quản phụ thuộc vào đặc tính sinh học của từng loại rau quả khác nhau. Khoa học kỹ thuật phát triển dẫn đến công nghệ bảo quản rau, củ, quả ngày càng đa dạng và phong phú, thời gian bảo quản cũng được tăng lên. Nhiều năm gần đây, các nhà khoa học đã bắt tay nghiên cứu để tìm ra phương pháp bảo quản rau, củ, quả tươi lâu hơn và để được dài ngày, cũng như hạn chế việc mất chất dinh dưỡng và hao hụt. Tuy nhiên việc áp dụng các ứng dụng vào nước ta vẫn chưa phổ biến, và vẫn có nhiều hạn chế. Ví dụ, rau, củ, quả bỏ vào tủ đông thì giữ được độ tươi nhưng phải rã đông khi sử dụng ( rất bất tiện). Để giải quyết vấn đề trên, chúng ta nghiên cứu và chế tạo máy tạo độ ẩm cho rau, củ, quả sử dụng sóng siêu âm với công suất lớn sử dụng trong các siêu thị… Hiện nay có nhiều loại máy tạo độ ẩm nhưng công suất nhỏ không đạt yêu cầu.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY TẠO ĐỘ ẨM BẢO QUẢN RAU, CỦ QUẢ

Giáo viên hướng dẫn : LĂNG VĂN THẮNG

Sinh viên thực hiện : NHÓM

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 5 năm 2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY TẠO ĐỘ ẨM BẢO QUẢN RAU, CỦ QUẢ

Giáo viên hướng dẫn : LĂNG VĂN THẮNG

Sinh viên thực hiện : NHÓM

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 5 năm 2013

-Xu thế mới của con người hiện nay hướng đến bảo quản tự nhiên, hạn chế tối đa việc đưa các nguồn độc hại vào cơ thể qua đường ăn uống Đó chính là phương pháp tạo độ ẩm cho rau củ quả bằng máy phun sương sử dụng siêu âm.

- Mục tiêu của việc bảo quản rau, củ, quả là góp phần nâng cao giá trị thương mại

và giá trị kinh tế cho người sản xuất Kéo dài tuổi thọ bảo quản, tạo điều kiện cho tiêu thụ sản phẩm trong nước và phục vụ xuất khẩu rau, củ, quả tươi

- Góp phần làm cho rau, củ, quả tươi lâu hơn và giữ được vitamin, chất xơ… cần thiết cho nhu cầu hằng ngày của con người

- Các phương pháp nghiên cứu: bằng máy ozone, trong tủ lạnh, bằng dung dịch chiết xuất tự nhiên, bằng phương pháp chiếu xạ, máy phun hơi nước công nghê siêu âm

- Bố cục đề tài:

Chương 1: Tổng quan về máy tạo ẩm bảo quản rau, củ quả

Chương 2: Cơ sở lý thuyết của việc bảo quản rau củ quả

Chương 3: Thiết kế máy tạo ẩm bảo quản rau củ quả

Chương 4: Thiết kế mạch điều khiển bằng vi điều khiển pic 16F877A

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Nội dung Trang CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ MÁY TẠO ẨM BẢO QUẢN RAU, CỦ, QUẢ 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Các phương pháp bảo quản rau, củ, quả 2

1.2.1 Bằng máy ozone 2

1.2.2 Trong tủ lạnh (trong công nghiệp thì kho lạnh) 3

1.2.3 Bằng dung dịch chiết xuất tự nhiên (Chitosan) 3

1.2.4 Bằng phương pháp chiếu xạ 4

1.2.5 Máy phun hơi nước công nghê siêu âm 4

1.3 Lịch sử phát triển của việc bảo quản rau, củ, quả 4

1.4 Mục tiêu của đồ án 5

1.5 Đóng góp của đề tài 5

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VIỆC BẢO QUẢN RAU CỦ QUẢ 2.1 Các phương án sử dụng để bảo quản rau, củ quả 6

2.1.1 Máy phun sương dùng áp suất 6

2.2.2 Máy phun sương (hơi) dùng siêu âm 7

2.2 Cơ sở lý thuyết về thông số độ ẩm của từng loại rau, củ quả và hệ thống máy siêu âm 8

2.2.1 Thông số độ ẩm cần thiết để bảo quản của một số loại rau, củ, quả 8

2.2.2 Thông số và các thành phần cơ bản của máy tạo ẩm 10

2.2.3 Chọn và bố trí quạt 11

2.2.4 Thùng chứa nước 14

2.3 Kết luận 16

THIẾT KẾ MÁY TẠO ẨM BẢO QUẢN RAU CỦ QUẢ 17

3.1 Khung máy 17

3.2 Thùng nước 19

3.3 Khay đựng rau, củ, quả 23

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÁY TẠO ẨM BẢO QUẢN RAU CỦ QUẢ BẰNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A 24

4.1 Giới thiệu 24

A Giới thiệu vi điều khiển PIC 16F877A 24

B Giới thiệu về PIC16F8XX và PIC16F877A 27

C Sơ đồ chân và chức năng PIC 16F877A loại 40 chân PDIP 29

4.2 Tổ chức bộ nhớ 33

A Bộ nhớ chương trình 33

B Bộ nhớ dữ liệu 34

C STACK 37

4.3 CÁC CỔNG XUẤT NHẬP CỦA PIC16F877A 37

A PORTA 38

B PORTB 38

C PORTC 39

D PORTD 39

E PORTE 39

4.4 TIMER 0 39

4.5 TIMER1 41

4.6 TIMER2 43

4.7 ADC 44

4.8 COMPARATOR 46

4.9 CCP (CAPTURE/COMPARE/PWM) 49

4.10 GIAO TIẾP NỐI TIẾP 52

4.10.1 USART 52

4.10.2 MSSP 53

4.11 CỔNG GIAO TIẾP SONG SONG PSP 53

4.12.1 BỘ DAO ĐỘNG (OSCILLATOR) 54

4.12.2 CÁC CHẾ ĐỘ RESET 55

4.12.3 NGẮT (INTERRUPT) 57

4.12.4 WATCHDOG TIMER (WDT) 59

4.13 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN ĐO ĐỘ ẨM HS1101 59

4.14 Nguyên lý làm việc HS1101 61

4.15 Thiết kế phần cứng 64

4.15.1 Cấu trúc tổng quát 64

4.15.2 Cấu trúc chi tiết 65

4.15.3 Khối vi xử lý trung tâm 66

4.15.4 Khối cảm biến 67

4.15.5 Khối mạch công suất 68

4.15.6 Keyboard 69

4.16 Giải thuật điều khiển chương trình 70

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY TẠO ẨM BẢO QUẢN RAU, CỦ QUẢ

1.1 Đặt vấn đề

Nông sản nói chung và rau quả nói riêng là một thành phần quan trọng trong hệthống thực phẩm của con người Do đó, việc tìm cách nâng cao sản lượng, năng suất làmột yêu cầu vô cùng cấp thiết Thế nhưng nếu chỉ tập trung vào việc gia tăng sản xuấtthôi thì vẫn chưa đủ Đặc điểm của rau quả là loại thực phẩm rất dễ bị tác động từnhiều khía cạnh như môi trường, khí hậu… và dẫn đến hư hỏng Hơn nữa, rau quả còn

là loại thực phẩm theo mùa, việc có trái cây trái theo mùa đôi khi cũng phục vụcho con người về mặt thị hiếu và góp phần làm tăng tính đa dạng trong khẩu phần ăncủa con người Vì thế, song song với việc tìm cách nâng cao sản lượng đến mức tối đacũng không thể không quan tâm đến vấn đề bảo quản nông sản sau thu hoạch Để làmđược điều đó cần phải nghiên cứu tất cả các quá trình xảy ra trong bản thân các loạirau quả khi bảo quản để từ đó tìm mọi biện pháp nhằm đề phòng, ngăn chặn hoặc hạnchế những hiện tượng hư hại có thể xảy ra Bảo quản nông sản nói chung thật sự cũngcòn tồn tại nhiều vấn đề lợi bất cập hại Việc sử dụng hóa chất để bảo quản trái cây ítnhiều làm giảm khả năng tự đề kháng chống bệnh tật của quả và ảnh hưởng đến chấtlượng trái cây, mặt khác có khi làm ảnh hưởng đến sức khỏe của người tiêu dùng.Chính vì hậu quả tiềm ẩn của các hóa chất bảo vệ này mà hiện nay chúng ta phải dèchừng khi sử dụng chúng Xu thế mới của con người hiện nay hướng đến bảo quản

tự nhiên, hạn chế tối đa việc đưa các nguồn độc hại vào cơ thể qua đường ăn uống Đóchính là phương pháp tạo độ ẩm cho rau củ quả bằng máy phun sương sử dụng siêuâm

Yêu cầu muốn có đa dạng loại rau quả để sử dụng quanh năm mà bản chất rau quảlại là sản phẩm theo mùa vụ Nghịch lý đó có thể thực hiện được không? Công nghệbảo quản rau củ quả bằng máy phun sương sử dụng siêu âm có thể giải quyết được vấn

đề nêu trên

Từ vấn đề nêu trên thì câu hỏi đặt ra là đã có người làm thiết bị để bảo quản rau, củquả này chưa?

Từ rất lâu con người đã biết bảo quản rau củ quả sau khi thu hoạch Rau, quả tươisau khi thu hoạch về, chúng được đưa vào phòng mát, thoáng khí và luôn giữ độ ẩm đểhạn chế sự thoát hơi nước Với phương pháp trên thì thời gian bảo quản phụ thuộc vàođặc tính sinh học của từng loại rau quả khác nhau Khoa học kỹ thuật phát triển dẫnđến công nghệ bảo quản rau, củ, quả ngày càng đa dạng và phong phú, thời gian bảoquản cũng được tăng lên Nhiều năm gần đây, các nhà khoa học đã bắt tay nghiên cứu

để tìm ra phương pháp bảo quản rau, củ, quả tươi lâu hơn và để được dài ngày, cũngnhư hạn chế việc mất chất dinh dưỡng và hao hụt Tuy nhiên việc áp dụng các ứngdụng vào nước ta vẫn chưa phổ biến, và vẫn có nhiều hạn chế Ví dụ, rau, củ, quả bỏvào tủ đông thì giữ được độ tươi nhưng phải rã đông khi sử dụng ( rất bất tiện)

Để giải quyết vấn đề trên, chúng ta nghiên cứu và chế tạo máy tạo độ ẩm cho rau,

củ, quả sử dụng sóng siêu âm với công suất lớn sử dụng trong các siêu thị… Hiện nay

có nhiều loại máy tạo độ ẩm nhưng công suất nhỏ không đạt yêu cầu

1.2 Các phương pháp bảo quản rau, củ quả

1.2.1 Bằng máy ozone

- Muốn biết sử dụng máy ozone như thế nào là hợp lý thì trước tiên ta cùng tìmhiểu nguyên lý hoạt động của máy và chúng ta sẽ có những cách khai thác sử dụnghiệu quả nhất đối với máy ozone

- Nguyên lý hoạt động của máy ozone

- Với nguyên lý hòa trộn bằng máy ozone bơm hút trộn chuyên dụng ORP củanước khi chưa có rau quả cần không nhỏ hơn + 320 mV, khi có rau quả cần không nhỏhơn +350mV đến + 400mV Duy trì tối thiểu trong 7 phút cho mục đích sát khuẩn hay10-15 phút cho đồng thời vừa sát khuẩn vừa tiêu độc

- Tuy là ozone nhanh chóng tự phân giải sau một thời gian ngắn (thời gian giảmmột nửa trong môi trường nước là bể có nắp đậy, có nhiệt độ 180C, pH ~7, và không

có thành phần hóa học, yếu tố vật lý xúc tác … vào khoảng 40-60 phút , trong môitrường không khí nhiệt độ 28-300C, độ ẩm 80% áp suất 1 bar …vào khoảng 20-30phút Sau khi phân giải gần như không để độc hại thứ cấp gì, nhưng cũng không nênnhiều ozone quá hoặc ORP cao quá hay thời gian xử lý dài quá sẽ làm giảm màu sắc, chất lượng (một số Vitamine), mùi vị …của rau quả, nhất là loại rau có tinh dầu nhưrau thơm, húng, tía tô … hay rau có lá mỏng như rau diếp, cải cúc,…

Với nguyên lý hòa trộn bằng Venturi-Injector ORP của nước trong bể khi chưacho rau quả vào (nhúng bút đo trực tiếp hoặc lấy ra 1 cốc 200ml để đo) cần không nhỏhơn +350mV Khi đang có rau quả cầm không nhỏ hơn +400mV đến + 450mV Duytrì tối thiểu trong 10 phút cho mục đích sát khuẩn hay 15 -20 phút cho đồng thời vừasát khuẩn vừa tiêu độc

- Tùy theo các loại rau xuất xứ và thu hoạch như thế nào thì đơn vị cần theo dõiđúc rút quy trình thích hợp tương thích với thiết bị xử lý của mình

Nếu chuyên dịch vụ xử lý rau thì nên trang bị thêm một số dụng cụ đo kiểm và xây

“Hầm nổi” xử lý liên tục trên băng xích hay xe goòng, quang treo …di chuyển quatừng khoang trong “Tunen” chứ không theo từng mẻ trong bể chứa

- Có thể dùng máy các thiết bị, máy ozone để xử lý một số loại rau quả không chophép rửa nước, muốn vậy có thể thực hiện xử lý khô trong tủ kính có các giàn treo, giá

đỡ và cánh đóng kín, Riêng với nho, dâu tay nên trộn ozone nước đậm đặc bằngDynamic Injector nối tiếp với Static Magnetic Mixer rồi phun mù trong tủ kín chứa rauquả cần xử lý Một số loại rau sau xử lý, có thể dùng máy quay li tâm nhẹ nhàng đểnhanh chóng làm ráo nước Rau quả sau xử lý nếu không chế biến ngay hay ăn ngaythì cần bao gói và bảo quản lạnh nhiệt độ thích hợp, nếu để trong siêu thị nên phun bọcmàng Chitosan (Việt nam sản xuất từ vỏ con tôm)

1.2.2 Trong tủ lạnh ( trong công nghiệp thì kho lạnh)

Kho lạnh bảo quản là kho được sử dụng để bảo quản các loại thực phẩm, nôngsản, rau quả, các sản phẩm của công nghiệp hoá chất, công nghiệp thực phẩm, côngnghiệp nhẹ vv…Hiện nay kho lạnh được sử dụng trong công nghiệp chế biến thựcphẩm rất rộng rãi và chiếm một tỷ lệ lớn nhất

1.2.3 Bằng dung dịch chiết xuất tự nhiên (Chitosan)

Yêu cầu cơ bản nhất trong bảo quản rau quả là tránh được tổn thất về khối lượng vàgiữ được trạng thái tươi cho rau quả, ngoài ra biện pháp bảo quản phải đơn giản và chiphí đầu tư thấp Vì thế bảo quản bằng màng bao mang lại nhiều hiệu quả trên.Chitosan là một polyme động vật được thu từ phế thải của ngành thuỷ sản(vỏ tôm),mang nhiều đặc tính phù hợp để bảo quản rau quả

1.2.4 Bằng phương pháp chiếu xạ

Chuyển một phần năng lượng từ dòng electron hoặc tia bức xạ điện từ cho mẫuthực phẩm được chiếu xạ, nhờ đó sẽ tạo ra một số biến đổi có lợi cho quá trình chếbiến hoặc bảo quản thực phẩm

Trong số các tia bức xạ điện tử như tia X, tia gamma, tia beta, chỉ có tia gamma làđược sử dụng ở quy mộ công nghiệp cho mục đích chiếu xạ thực phẩm Người ta sử

dụng tia bức xạ gamma của chất phóng xạ Cobalt 60 hoặc của chất Césium 137 để

chiếu vào thực phẩm nhằm diệt vi trùng (thịt), vi sinh vật, sâu bọ, côn trùng và ký sinhtrùng (lúa mì, bột, đồ gia vị, ngũ cốc, trái cây khô), làm chậm lại sự phát triển, làmchậm chín cũng như ngăn chặn sự nẩy mầm ở các loại trái cây và củ hành Phóng xạtác động thẳng vào phần DNA tức là phần quyết định tính chất di truyền, làm tế bàokhông thể phân cắt được Đôi khi phương pháp chiếu xạ thực phẩm còn được gọi bằng

những tên như khử trùng bằng điện tử electronic pasteurization hoặc cold

pasteurization (phương pháp khử trùng lạnh) vì không sử dụng đến nhiệt để phân biệt

với phương pháp pasteurization

1.2.5 Máy phun hơi nước công nghê siêu âm

Khi phun hơi nước làm cho môi trường trong phòng của bạn có độ ẩm cao nhưmong muốn, những hạt hơi nước li ti kết hợp với những hạt bụi trong phòng quá trìnhnày diễn ra cho tới khi hạt bụi đủ nặng rơi xuống nền nhà làm cho môi trường sốngtrong lành hơn, không khí lúc này như sau một trận mưa rào, thật dễ chịu, làm mát vàlàm giảm nhiệt độ 5-70C trong phòng Từ độ ẩm ổn định có thể bảo quản rau củ quảgiúp chúng giữ được độ ẩm mong muốn mà không bị héo úa Không gian bảo quảnrộng rãi giúp bảo quản số lượng rau quả lớn

1.3 Lịch sử phát triển của việc bảo quản rau, củ quả

Từ xưa, người ta đã biết cách để bảo quản rau củ quả khỏi bị hư bằng những biệnpháp kỹ thuật truyền thống như:

- Khi thu hoạch rau quả cần thu hái đúng thời vụ, đúng độ chin, tránh thu hoạchquá non, tránh những ngày mưa, phải loại bỏ những rau quả bị sâu bệnh và dập nát

- Khi vận chuyển cần tránh vứt ném, phải nhẹ nhàng tránh dập nát để hạn chế xựxâm nhập của vi sinh vật vào rau quả

- Không nên chất đống rau quả ngoài trời nắng, nóng, rau quả sẽ hô hấp mạnh dẫnđến hư hỏng.

- Rau quả cần được xếp vào kho mát hoặc kho lạnh Có thể giữ được vài tháng (đốivới loại quả)

Ngoài ra chúng ta có thể dùng biện pháp sơ chế như sấy khô, muối chua để giữ rauquả được lâu dưới dạng thành phẩm khác

Sau khi khoa học công nghệ phát triển thì những cách bảo quản truyền thống trêndường như không đáp ứng được những nhu cầu ngày càng cao của con người Vì thế,người ta đã áp dụng những biện pháp kỹ thuật hiện đại vào việc bảo quản rau, củ, quả

1.4 Mục tiêu của đồ án

- Mục tiêu của việc bảo quản rau, củ, quả là góp phần nâng cao giá trị thương mại

và giá trị kinh tế cho người sản xuất Kéo dài

tuổi thọ bảo quản, tạo điều kiện cho tiêu thụ

sản phẩm trong nước và phục vụ xuất khẩu

rau, củ, quả tươi

- Góp phần làm cho rau, củ, quả tươi lâu

hơn và giữ được vitamin, chất xơ… cần thiết

cho nhu cầu hằng ngày của con người

1.5 Đóng góp của đề tài

Đề tài nhóm chúng em đang triển khai là :

- Hệ thống bảo quản rau củ quả bằng hơi ẩm để chống lại sự mất nước đó của nôngsản, chúng ta cần bù vào cho nông sản lượng nước bị mất đi, đồng thời hạn chế sự mấthơi nước nhờ vào nhiệt độ trong môi trường bảo quản thích hợp Từ hệ thống nàychúng ta có thể triển khai các hệ thống lớn hơn với sự kết hợp các yếu tố khác nhưkiểm soát nhiệt độ ở mức thích hợp, kiểm soát từng ngăn riêng biệt với các loại sảnphẩm khác nhau

- Rau, củ, quả giữ được màu bắt mắt và hạn chế việc mất vitamin, chất xơ…

- Tăng thời gian bảo quản, giúp cho việc tiêu thụ sản phẩm dễ dàng hơn

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VIỆC BẢO QUẢN RAU CỦ QUẢ

2.1 Các phương án sử dụng để bảo quản rau, củ quả:

Với nội dung được phân tích ở trên cùng với nội dung của đồ án này chúng ta sẽ đisâu vào phân tích các biện pháp bảo quản rau, củ quả dùng hơi ẩm hay là dùng sương(đều là các hạt nước) ?

Đầu tiên chúng ta sẽ tìm hiểu về các thiết bị dùng để tạo hơi và tạo sương

2.1.1 Máy phun sương dùng áp suất:

* Tiêu thụ ít nước – Khoảng 2 lít / h

* Tiêu thụ điện năng ít – Khoảng 50W/h

* Giảm nhiệt so với nhiệt độ ngoài trời khoảng 10°C

* Sử dụng lâu và tiêu chuẩn an toàn cao

►Nhược điểm của hệ thống:

Hạt nước còn tương đối lớn nên sẽ không áp dụng được với máy bảo quàn củachúng ta Vì hạt sẽ không kịp hòa lẫn vào môi trường, mà liên kết lại với nhau, đọngtrên thực phẩm.làm cho thực phẩm bị úng nước.

2.1.2 Máy phun sương (hơi) dùng siêu âm:

Máy dùng cơ chế sóng âm vận hành trên cơ sở các chất lỏng khi rung động ở tần sốcao (trên 500 KHz) Ở tình trạng đó, năng lượng truyền qua sự rung động sẽ phá vỡ bềmặt chất lỏng thành những phần tử nhỏ li ti có kích thước nhỏ ( 4 µm - 12 µm ) Cácphần tử đó thoát ra ngoài tạo thành màn sương mỏng

* Máy gồm:

1/ Mạch tạo sóng siêu âm ngõ vào 220-240V-50/60Hz

2/ Loa áp điện ở tần số 1,7MHz hoặc 2,4MHz Vật liệu là Pb[Zr, Ti]O3 (hay còngọi là PZT) pha tạp Mn Mảnh gốm áp điện có độ dày 0,87mm Đúng độ dày này thìmảnh gốm cộng hưởng tốt nhất nên phun mạnh nhất (Độ dày chính xác còn phụ thuộcvào vật liệu chế tạo nên tấm gốm) Khác độ dày thì lệch cộng hưởng -> không phunđược mà mạch công suất sẽ bị nóng

►Ưu điềm của máy sử dụng siêu âm là: Tạo được hạt nước rất nhỏ nên không gây đọng nước lên thực phẩm, máy chạy êm, tiết kiệm nước, đảm bảo độ ẩm.

2.2 Cơ sở lý thuyết về thông số độ ẩm của từng loại rau, củ quả và hệ thống máy siêu âm.

2.2.1 Thông số độ ẩm cần thiết để bảo quản của một số loại rau, củ quả:

Độ ẩm của không khí trong môi trường bảo quản quyết định tốc độ bay hơi nướccủa rau quả Độ ẩm môi trường càng thấp, cường độ hô hấp và tốc độ bay hơi nướccàng cao dẫn đến khối lượng tự nhiên của rau quả càng giảm, làm rau quả bị héo Sựmất nước quá nhiều sẽ gây ra hiện tượng co nguyên sinh chất làm cho hoạt động của tếbào bị rối loạn

Chọn độ ẩm tối ưu cho loại rau quả muốn bảo quản để tránh ảnh hưởng xấu đếnchất lượng sản phẩm

Thông thường, các loại rau có thời gian bảo quản ngắn, độ ẩm không khí duy trì ở90-95%

Quả có khả năng chống bốc hơi nước tốt hơn và thời gian bảo quản lâu hơn thì cầngiảm độ ẩm (80-90%).

Sau đây là bảng thông số độ ẩm 1 số loại rau củ quả thường gặp:

CÁC LOẠI RAU QUẢ ĐỘ ẨM

Bưởi 89-90 %

Trong thời gian bảo quản cần kiểm tra thường xuyên để phát hiện bệnh, đồng thời thay đổi

độ chín để kịp thời thay đổi chế độ bảo quản cho thích hợp

2.2.2 Thông số và các thành phần cơ bản của máy tạo ẩm:

- Máy siêu âm tạo hơi ẩm:

Thông số:

Điện áp: 220v-50hz

Công suất 250w

Lượng phun: 2500 ml/h

Tạo ra kích thước hạt nước từ 4 µm - 12 µm (có thể coi là hơi nước)

Năng lượng siêu âm: là động năng dao động và thế năng đàn hồi của các phần tử trong môi trường, được tính theo công thức sau:

a: biên độ siêu âm

Cường độ siêu âm: là năng lượng siêu âm truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sóng:

I =w.v = k a2.f2.v I: cường độ siêu âm (W/cm2);

v: vận tốc truyền âm

2.2.3 Chọn và bố trí quạt:

A Chọn quạt:

- Khó điều chỉnh lượng gió ra vào.

- Đầu ra có kích thước lớn, bằng với đường kính cánh quạt

* Quạt lồng sóc:

Tương tự như quạt khò hay sử dụng cho các bếp củi

►Ưu điểm:

- Đầu ra của quạt nhỏ

- Có thể điều chỉnh lượng gió ở đầu ra và đầu vào

►Khuyết điểm:

- Lượng gió ra không mạnh bằng loại quạt vuông có cùng công suất

- Khá lớn và nặng

- Chi phí hơi cao

- Lựa chọn: Do yêu cầu đồ án là điều khiển độ ẩm mà độ ẩm phụ thuộc vào lượng hơi

sương được đẩy đi nên cần chọn quạt lồng sốc có thể điều chỉnh được lượng gió ở đầu vào và đầu ra

B Cách bố trí quạt

a) Thổi từ trên xuống:

Khi ta bố trí quạt như trên, gió sẽ thổi từ trên xuống Khi đến mặt nước thì bị phântán ra.

Hơi sương được tạo ra từ bề mặt nước ngay tại vị trí đặt máy tạo hơi bay lên Khi

đó sẽ bị lực gió phân tán đẩy đi theo ống thoát hơi dẫn ra ngoài

Ưu điểm của cách bố trí này là lượng hơi sương được tạo ra, ngay lập tức sẽ bị lựcgió phân tán cuốn đi và thoát ra ngoài liền nên hiệu suất hơi thoát ra cao Lượng hơisương ít bị đập vào thành, bị dồn nén và ngưng tụ thành giot nước bám trên bề mặtthành

b) Thổi ngang:

Khi ta bố trí quạt như trên, gió sẽ ngang với bề mặt nước Khi đến thành thì bị phântán ra

Hơi sương được tạo ra từ bề mặt nước ngay tại vị trí đặt máy tạo hơi bay lên Khi

đó sẽ bị lực gió thổi ngang cuốn đi đập vào thành rồi theo ống thoát hơi dẫn ra ngoài.Cách bố trí này thì hiệu suất hơi thoát ra cũng đạt nhưng do lượng hơi sương bị đậpvào thành nhiều nên dễ bị dồn nén và ngưng tụ thành giot nước bám trên bề mặt thành.Đây là nguyên nhân làm giảm hiệu suất

c) Hút hơi sương ở ống thoát hơi:

Với cách bố trí này, lượng hơi sương

tạo ra sẽ trực tiếp bị hút qua ống thoát

hơi, qua quạt hút và bị đẩy ra ngoài

Cách này bị một vấn đề rất nghiêm

trọng Chính là lượng hơi sương đi qua

quạt hút sẽ ít nhiều tồn đọng trong quạt

Nước tồn đọng trong quạt sẽ tạo ra tác

d) Bố trí quạt thổi trên ống dẫn hơi:

Cách bố trí này, hơi sương tạo ra theo ống thoáthơi ra đường ống dẫn Tại đó bị quạt thổi đẩy đi rangoài

Nhưng thực tế khi áp dụng phương pháp này,

do áp tạo ra của quạt thổi mạnh hơn nhiều so với

áp tạo hơi sương của máy tạo hơi nên lương hơi

sương bị cuốn đi rất ít Phần lớn bị dồn nén

trong khoang chứa và dễ dàng ngưng tụ lại

Trong hai phương pháp còn lại, Phương pháp bố trí quạt thổi từ trên xuống đạt hiệusuất cao hơn, nên lựa chọn cách bố trí này

2.2.4 Thùng chứa nước:

Thùng chứa phải đảm bảo các yêu cầu:

- Thùng chứa nước phải đảm bảo nước không bị rò rỉ ra ngoài trong bất kỳ trườnghợp nào.

- Do phạm vi nằm trong giới hạn đồ án môn học nên yêu cầu vật liệu làm dụng cụchứa phải trong suốt để nâng cao khả năng quan sát từ bên ngoài

- Hình dạng của dụng cụ chứa phải đảm bảo khi lắp quạt thổi từ trên xuống có hiệusuất thổi hơi nước ra ngoài cao nhất

- Ở trên nắp của dụng cụ chứa có đặt một số thiết bị tương đối nặng nên kết cấu củadụng cụ chứa phải đảm bảo chịu được trọng tải từ trên xuống

A Vật liệu lựa chọn làm dụng cụ chứa:

Có 3 loại: kính, mica hoặc nhựa trong

* Kính:

Kính có độ trong suốt cao, nên khả năng quan sát từ bên ngoài rất tốt Có thể chịuđược trọng tải cao Nhưng nhược điểm rất dễ nứt bể do va quẹt Trọng lượng tương đốinặng gây khó cho việc di chuyển Chi phí cũng khá cao

►Như vậy nhựa dẻo là vật liệu thích hợp nhất đảm bảo được tất cả các yêu cầu của

đồ án này

B Hình đạng dụng cụ chứa:

a) Hình hộp chữ nhật:

Dạng hình hộp chữ nhật rất thông dụng trong thực tế làm các dụng cụ chứa Rất đễthi công thực hiện cắt miếng, lắp ráp Kết cấu này có thể đảm bảo chịu được trọng tảicao Khi quạt được lắp ở trên vẫn đảm bảo được hiệu suất thổi hơi nước ra ngoài.

b) Hình chóp cụt ngược:

Do thành của thùng nghiên ra ngoài nên khả

năng hơi sương chạm vào thành thùng ít, sự ngưng

tụ thành giọt nước giảm, hiệu suất thoát hơi nước

- Không thể làm bằng tay, phải mua, chi phí cao

- Khó khăn trong vấn đề di chuyển

-Lựa chọn: Trong ba phương pháp, phương pháp hình hộp chữ nhật là tối ưu nhất.

Có khả năng chịu được tải trọng cao, hiệu suất đạt yêu cầu, dễ thiết kế và thực hiện,chi phí thấp

2.3 Kết luận:

Dựa vào những phân tích ở trên ta sẽ chọn biện pháp tối ưu nhất cho phần Thiết Kế

đó là:

a) Máy tạo hơi ẩm dùng công nghệ siêu âm

b) Gắn cảm biến độ ẩm để cài đặt thông số cho từng loại rau củ quả

c) Lựa chọn và bố trí quạt, thùng nước cho phù hợp để có thể can thiệp điềuchỉnh lượng hơi thoát ra

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MÁY TẠO ẨM BẢO QUẢN RAU CỦ QUẢ

Xét tổng thể máy:

Về cơ bản máy gồm: khung máy, thùng nước, khay đựng rau củ quả, ống nối và bảng điều khiển.

3.1 Khung máy:

Yêu cầu:

- Thép hộp vuông 20 x 20 x 1.2

- Sơn trắng sau khi hàn khung

- Mặt trước bắt màn hình, đèn báo và bàn phím điều khiển

- Gắn bánh xe để di chuyển dễ dàng

3.2 Thùng nước:

Yêu cầu:

- Cắt lỗ trên thành thùng sau đó dán

mica trong để có thể quan sát khi

máy hoạt động

- Tấm nhựa cắt lỗ thoát hơi và lỗ

quạt khò

- Thùng chứa nước dán ron cao su

cho kín để hơi không thoát ra

định bằng vít tránh tình trạng khi

vận chuyển làm dao động máy

siêu âm có thể làm hư máy

* Các bộ phận khác trên và trong thùng nước:

a) Trong thùng bao gồm: Máy siêu âm (Mist Maker), phao điện

Thông số:

- Kích thước Mist Maker: (D x R x C) 253 x 88 x27.5mm

- Công suất: >2500ml/h

Yêu cầu khi lắp đặt 2 phao điện:

- Khoảng cách khi đặt 2 phao giữa điểm cao nhất (thường mở) của phao thứ 2 và điểm thấp nhất (thường đóng) của phao thứ nhất là 45mm đây là khoảng làm việc của máy siêu âm đạt tần số hiệu quả để phân tách các phân tử nước bức lên tạo được nhiều hơi nước

Valve Solenoid

Tác dụng: Khi máy không có nước hay khi mực nước xuống mức an toàn ( hết

trạng thái thường mở của phao thấp nhất) thì nó sẽ mở van cho nước vào ( ở đây khi lắp đặt ta sẽ dùng nước có áp)

Lưu ý: khi lắp quạt ta sẽ lắp thêm Dimmer để có thể điều chỉnh lượng hơi ra phù

hợp nhằm làm tăng hay giảm mức độ đáp ứng độ ẩm

Ống giảm áp ø 90 – ø 60 – ø 27 và các ống nối co, lơi ø 27

Sở dĩ ta khoan lỗ 90 sau đó giảm áp từ từ về 27 là vì ở đây là hơi ẩm, mật độ hơi

ẩm dày đặc sẽ va chạm vào nhau và tạo thành giọt nước không đạt yêu cầu cho đầu ra, nếu chỉ dùng 90 thì với mô hình nhỏ của đồ án sẽ không đạt tính thẩm mĩ, còn dùng 27

sẽ đạt thẩm mĩ nhưng trên đường đi ống quá nhỏ sẽ hơi va chạm nhiều gây nước đọng vậy biện pháp ở đây ta sẽ cho 90 giảm áp từ từ về đầu ra 27 sẽ hạn chế 1 phần hiện tượng đọng nước và đạt tính thẩm mĩ

3.3 Khay đựng rau củ quả

Yêu cầu: Toàn bộ khay phải được làm từ inox để tránh gỉ sét ảnh hưởng đến Rau

củ quả và sức khỏe người sử dụng

CHƯƠNG 4

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÁY TẠO ẨM BẢO QUẢN RAU CỦ

QUẢ BẰNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A

4.1 Giới thiệu

A Giới thiệu vi điều khiển PIC 16F877A

a) Tổng quan về họ Vi điều khiển PIC

PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology DòngPIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi Microelectronics Division thuộcGeneral_Instrument PIC bắt nguồn từ chữ viết tắt của “Programmable Intelligent Computer”(Máy tính khả trình thông minh) là một sản phẩm của hãng General Instruments đặt cho dòngsản phẩm đầu tiên của họ là PIC1650 Lúc này, PIC 1650 được dùng để giao tiếp với các thiết

bị ngoại vi cho máy chủ 16 bit CP1600, vì vậy, người ta cũng gọi PIC với tên “PeripheralInterface Controller” (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi) CP1600 là một CPU tốt, nhưng lạikém về các hoạt động xuất nhập, và vì vậy PIC 8-bit được phát triển vào khoảng năm 1975 đểhỗ trợ hoạt động xuất nhập cho CP1600 PIC sử dụng microcode đơn giản đặt trong ROM, vàmặc dù, cụm từ RISC chưa được sử dụng thời bấy giờ, nhưng PIC thực sự là một vi điềukhiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh một chu kỳ máy (4 chu kỳ của bộ dao động) Năm

1985 General Instruments bán bộ phận vi điện tử của họ, và chủ sở hữu mới hủy bỏ hầu hếtcác dự án – lúc đó quá lỗi thời Tuy nhiên, PIC được bổ sung EPROM để tạo thành 1 bộ điềukhiển vào ra khả trình Ngày nay rất nhiều dòng PIC được xuất xưởng với hàng loạt cácmodule ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC…), với bộ nhớ chương trình từ 512Word đến 32K Word

b) Một số đặc tính của Vi điều khiển PIC

Hiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng, nhưngchúng ta có thể điểm qua một vài nét như sau :

- 8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Harvard có sửa đổi

- Flash và ROM có thể tuỳ chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte

- Các cổng Xuất/ Nhập (I/ O ports) (mức logic thường từ 0V đến 5.5V,

ứng với logic 0 và logic 1)

- 8/16 bit Timer

-Các chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ/ khung đồng bộ USART

- Bộ chuyển đổi ADC Analog-to-digital converters, 10/12 bit

- Bộ so sánh điện áp (Voltage Comparator)

- Các module Capture/ Compare/ PWM

- LCD

- MSSP Peripheral dựng cho các giao tiếp I2 C, SPI, I2 S

- Bộ nhớ nội EPROM – có thể ghi/ xoá lớn tới 1 triệu lần

- Module Điều khiển động cơ, đọc encoder

- Hỗ trợ giao tiếp USB

- Hỗ trợ giao tiếp CAN

- Hỗ trợ giao tiếp LIN

- Hỗ trợ giao tiếp IrDA

- Một số dòng có tích hợp bộ RF (PIC16f639, và rfPIC)

- KEELOQ mờ hoá và giải mờ

- DSP những tính năng xử lý tín hiệu số (dsPIC)

Đặc điểm thực thi tốc độ cao của RISC CPU của họ vi diều khiển PIC16F87XA :

c) Những đặc tính ngoại vi

- Timer0 : 8- bit định thời/ đếm với 8- bit prescaler

- Timer1 : 16- bit định thời/ đếm với prescaler, có thể được tăng lên trong suốt chế

độ Sleep qua thạch anh/ xung clock bên ngoài

- Timer2 : 8- bit định thời/đếm với 8- bit, prescaler và postscaler

- Hai module Capture, Compare, PWM

* Capture có độ rộng 16 bit, độ phân giải 12.5ns

* Compare có độ rộng 16 bit, độ phân giải 200ns

* Độ phân giải lớn nhất của PWM là 10bit

- Có 13 ngơ I/O có thể điều khiển trực tiếp

- Ḍng vào và ḍng ra lớn :

* 25mA ḍng vào cho mỗi chân

* 20mA ḍng ra cho mỗi chân

d) Đặc điểm về tương tự

- 10 bit, với 8 kênh của bộ chuyển đổi tương tự sang số (A/D)

- Brown – out Reset (BOR)

- Module so sánh về tương tự

* Hai bộ so sánh tương tự

* Module điện áp chuẩn VREF có thể lập trình trên PIC

- Có thể lập trình ngõ ra vào đến từ những ngõ vào của PIC và trên điện áp bêntrong

- Những ngõ ra của bộ so sánh có thể sử dụng cho bên ngoài

e) Các đặc điểm đặc biệt :

- Có thể ghi/ xoá 100.000 lần với kiểu bộ nhớ chương trình Enhanced Flash

- 1.000.000 ghi/ xoá với kiểu bộ nhớ EPROM

- EPROM có thể lưu trữ dữ liệu hơn 40 năm

- Có thể tự lập trình lại dưới sự điều khiển của phần mềm

- Mạch lập trình nối tiếp qua 2 chân.

- Nguồn đơn 5V cấp cho mạch lập trình nối tiếp

- Watchdog Timer (WDT) với bộ dao động RC tích hợp sẵn trên Chip cho hoạtđộng đáng tin cậy

- Có thể lập trình mờ bảo vệ

- Tiết kiệm năng lượng với chế độ Sleep

- Có thể lựa chọn bộ dao động

B Giới thiệu về PIC16F8XX và PIC16F877A

PIC16F8X là nhóm PIC trong họ PIC16XX của họ Vi điều khiển 8-bit, tiêu haonăng lượng thấp, đáp ứng nhanh, chế tạo theo công nghệ CMOS, chống tĩnh điện tuyệtđối Nhóm bao gồm các thiết bị sau:

kỳ lệnh ngoại trừ các lệnh rẽ nhánh chương trình mất 2 chu kỳ lệnh Chỉ có 35 lệnh và

1 lượng lớn các thanh ghi cho phép đáp ứng cao trong ứng dụng

- Họ PIC16F8X có nhiều tính năng đặc biệt làm giảm thiểu các thiết bị ngoại vi, vìvậy kinh tế cao, có hệ thống nổi bật đáng tin cậy và sự tiêu thụ năng lượng thấp Ở đây

có 4 sự lựa chọn bộ dao dộng và chỉ có 1 chân kết nối bộ dao động RC nên có giảipháp tiết kiệm cao Chế độ SLEEP tiết kiệm nguồn và có thể được đánh thức bởi cácnguồn reset Và còn nhiều phần khác đó được giới thiệu bên trên sẽ được nói rõ ở cácphần kế tiếp

- PIC16F877A có 40/44 chân với sự phân chia cấu trúc như sau :

+ Có 5 port xuất/nhập

+ Có 8 kênh chuyển đổi A/D 10-bit

+ Có bộ nhớ gấp đôi so với PIC16F873A và PIC16F874A2.2.1 Tổ chức thanh ghi

Bảng 1.1: Tóm tắt đặc điểm của PIC16F877A

Bộ nhớ chương trình Flash

Hình 1.1: hình ảnh Pic 16f877A

C Sơ đồ chân và chức năng PIC 16F877A loại 40 chân PDIP

Chức năng các chân :

* Chân OSC1/CLKI (13) : ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock bên ngoài

- OSC1 : ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock bên ngoài Ngõ vàoSchmit trigger khi được cấu tạo ở chế độ RC ; một cách khác của CMOS

- CLKI : ngõ vào nguồn xung bên ngoài Luôn được kết hợp với chức năngOSC1

* Chân OSC2/CLKO (13) : ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock

- OSC2 : Ngõ ra dao động thạch anh Kết nối đến thạch anh hoặc bộ cộnghưởng

- CLKO : ở chế độ RC, ngõ ra của OSC2, bằng tần số của OSC1 và chỉ ratốc độ của chu kỳ lệnh

* Chân /VPP (1) :

- MCLR : Hoạt động Reset ở mức thấp

- AN1 : ngõ vào tương tự 1

* Chân RA2/NA2/VREF-/CVREF (4) :

- RA2 : xuất/nhập số

- AN2 : ngõ vào tương tự 2

- VREF -: ngõvào điện áp chuẩn (thấp) của bộ A/D

- CVREF: điện áp tham chiếu VREF ngõ ra bộ so sỏnh

* Chân RA3/NA3/VREF+ (5) :

- RA3 : xuất/nhập số

- AN3 : ngõ vào tương tự 3

- VREF+ : ngõ vào điện áp chuẩn (cao) của bộ A/D

* Chân RA4/TOCKI/C1OUT (6) :

- RA4 : xuất/nhập số - mở khi được cấu tạo như ngõ ra

- TOCKI : ngõ vào xung clock bên ngoài cho Timer 0

- C1 OUT : Ngõ ra bộ so sánh 1

* Chân RA5/AN4/ /C2OUT (7) :

- RA5 : xuất/nhập số

- AN4 : ngõ vào tương tự 4

- SS : ngõ vào chọn lựa SPI phụ

- T1 OCO : ngõ vào bộ dao động Timer 1

- T1 CKI : ngõ vào xung clock bên ngoài Timer 1

* Chân RC1/T1 OSI/CCP2 (16) :

- RC1 : xuất/nhập số

- T1 OSI : ngõ vào bộ dao động Timer 1

- CCP2 : ngõ vào Capture 2, ngõ ra compare 2, ngõ ra PWM2

- SCK : ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ/ngõ ra của chế độ SPI

- SCL : ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ/ ngõ ra của chế độ I2C

* Chân RC4/SDI/SDA (23) :

- RC4 : xuất/nhập số

- SDI : dữ liệu vào SPI

- SDA : xuất/nhập dữ liệu vào I2C

* Chân RC5/SDO (24) :

- RC5 : xuất/nhập số