Đang tải... (xem toàn văn)
Hệ thống này giúp các bạn có thể tự động bật tắt thiết bị, thay đổi cường độ ánh sáng theo ý mình. để từ đó xây dựng những ứng dụng xoay quanh thời gian thực, dùng ic Ti BQ32000. Các bạn có thể xây dựng cho mình những ứng dụng tốt hơn. Sử dụng IC MSP430G2553 Của Ti.
Đồ án kĩ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA TIA UV TRONG BẢO QUẢN NÔNG SẢN Cán bộ hướng dẫn: Ths. Trần Hữu Danh SVTH: HUNH VNH ĐC –MSSV 1100987 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Bỉnh Nhân - 1101027 Cần Thơ, tháng 5 năm 2015 Đồ án kĩ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ 2 MỤC LỤC 1 GIỚI THIỆU 3 2 PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN 4 2.1 Tổng quan 4 2.2 Thiết kế phần cứng 4 2.2.1 Thiết kế khối xử lý trung tâm 4 2.2.2 Thiết kế khối thời gian thực 5 2.2.3 Thiết kế khối điều khiển đèn AC 7 2.2.4 Thiết kế khối bắt điểm 0 điều khiển độ sáng đèn 220VAC 9 2.2.5 Thiết kế khối keypad 10 2.2.6 Thiết kế khối hiển thị 11 2.3 Giải thuật chƣơng trình và hoạt động hệ thống 12 2.3.1 Giải thuật chƣơng trình 12 2.3.2 Hoạt động của hệ thống 13 3 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 13 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 16 CÁM ƠN 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 Đồ án kĩ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ 3 ỨNG DỤNG CỦA TIA UV TRONG BẢO QUẢN NÔNG SẢN Nguyễn Bỉnh Nhân 1 Trần Hữu Danh 2 ABSTRACT Today, with the development of scientific techniques in many fields, the agricultural sector in our country is growing diversity and the major changes in production methods. Apply scientific and technical progress in production is mainly present step. The production of crops, fruit phẩm- end- really need to have long-term preservation process, for our agricultural products will not be adulterated and quality assurance. One of preservation methods tested in this topic is the use of UV to preserve fruits vegetables through. Surveying the effects of UV damage to the time of fruit (banana, apple green, red plum, ). So that research can be further preserved by way of UV light for many other crops such as vegetables, food, Keyword: computer engineer, Automation, Science and Engineering. Title: Application of the UV ray on agricultural preservation. TÓM TẮT Ngày nay với sự phát triển của kĩ thuật khoa học trong nhiều lĩnh vực, ngành nông nghiệp ở nước ta đang phát triển đa dạng và có sự thay đổi lớn về phương thức sản xuất. Áp dụng nhiều tiến bộ khoa học- kĩ thuật vào trong sản xuất là bước đi chủ yếu hiện nay. Việc sản xuất các loại lương thực- thực phẩm- hoa quả cần phải có quy trình bảo quản lâu dài, để nông sản của chúng ta sẽ không bị hư hao và đảm bảo chất lượng. Một trong những phương pháp bảo quản được thử nghiệm trong đề tài này đó là sử dụng tia UV để bảo quản rau quả- trái cây. Khảo sát ảnh hưởng của tia UV lên sự hư hại theo thời gian của trái cây( chuối, táo xanh, mận đỏ,…). Để từ đó có thể nghiên cứu sâu hơn nữa cách thức bảo quản bằng tia UV cho nhiều loại nông sản khác như: rau củ, thực phẩm, … Từ khóa: Kĩ Sư Máy Tính, Tự Động Hóa, Kĩ Sư và Khoa Học. Tiêu Đề: Ứng dụng của tia UV trong bảo quản nông sản. 1 GIỚI THIỆU Đề tài hƣớng tới việc khảo sát ảnh hƣởng của tia UV trong bảo quản trái cây, cụ thể là 3 loại trái cây: táo xanh, mận đỏ và chuối chín. Hiện nay trong các hộ nông dân việc sản xuất nông sản cần một quy trình bảo quản thực sự là rất cần thiết, chính vì thế các phƣơng pháp bảo quản cũng rất quan trọng, chúng ta cần nghiên cứu và đƣa ra nhiều phƣơng pháp bảo quản vừa có tính hiệu quả mà lại hợp giá thành. Với mục đích đó, đề tài cần đạt đƣợc những khảo sát đầu tiên về sự ảnh hƣởng của tia UV đối với trái cây, có khả năng kéo dài thời gian sử dụng cho các loại nông sản hay không khi áp dụng tia UV này vào. 1 Sinh viên lớp Kĩ Thuật Máy Tính k36, Mã số SV: 1101027 email: nhan101027@student.ctu.edu.vn. 2 Bộ môn Điện Tử Viễn Thông, Khoa Công Nghệ, ĐH Cần Thơ. Đồ án kĩ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ 4 2 PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN 2.1 Tổng quan - Hệ thống bảo quản rau quả tự động bằng tia UV đƣợc thực hiện trên cở sở khả năng ảnh hƣởng của tia UV đến nông sản. Thử Nghiệm khả năng ảnh hƣởng của Tia UV đến chất lƣợng, thời gian sử dụng của nông sản nói chung và của trái cây nói riêng. Hệ thống bao gồm thời gian thực tắt mở thiết bị, điều chỉnh cƣờng độ sáng của đèn UV. Mô hình hệ thống nhƣ sau: Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát phần cứng hệ thống 2.2 Thiết kế phần cứng 2.2.1 Thiết kế khối xử lý trung tâm Khối xử lý trung tâm bao gồm MCU MSP430G2553, đây là dòng ic lập trình rất mạnh về khả năng tiết kiệm năng lƣợng, khả năng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi rộng nhƣ: UART, I2C, SPI, PWM,… Sử dụng board Launpad MSP430G để nạp dữ liệu vào chip MSP430G2553, đây là board nạp đa năng dành cho những ứng dụng của msp430. Khối xử lý trung tâm sẽ làm nhiệm vụ điều khiển các thiết bị ngoại vi, lƣu trữ các dữ liệu từ ngoài vào giúp cho việc vận hành hệ thống một cách tốt nhất. Có khả năng lữu trữ dữ liệu vào bộ nhớ Flash phục vụ cho quá trình thiết lập tự động cho các khối trong hệ thống. CPU- MSP430G2553 KHỐI RTC KHỐI ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ( ĐÈN UV) KHỐI HIỂN THỊ(LCD) KHỐI BẮT ĐIỂM 0 KHỐI KEYPAD Đồ án kĩ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ 5 Một số hình ảnh về kit Launpad và MSP430G2553 Hình 2.2: MSP430G553 Hình 2.3: Kit Launpad Cấu trúc của MSP430G2553 Hình 2.4: Sơ đồ khối Chip MSP430G2553 Bộ nhớ MSP430G2553 64KB, RAM tới 256/512 Bytes, bộ nhớ Flash với 4 Segment dễ dàng trong việc lƣu trữ dữ liệu. 2.2.2 Thiết kế khối thời gian thực Khối thời gian thực giúp chúng ta có thể tự động hóa quá trình bảo quản, chiếu tia UV lên nông sản. Giảm đƣợc thời gian thực hiện và tăng hiệu quả trong quá trình bảo quản tự động rau củ quả. Hiện nay thời gian thực đang đƣợc ứng dụng rất nhiều vào trong các hệ thống định thời tự động, bật tắt thiết bị một cách thông minh. Đồ án kĩ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ 6 Khối thời gian thực này sử dụng IC Thời gian BQ32000 do Ti sản xuất, có hiệu năng chính xác cao cho việc định thời thiết bị. Hình 2.5: BQ32000 và Sơ đồ chân Với đặc điểm sử dụng nguồn thấp khoảng 3.3v nên rất thích hợp cho giao tiếp với msp430, hệ thống sẽ hoạt động ổn định hơn so với khi ta sử dụng IC DS1307. Sơ đồ mạch BQ32000- RTC Hình 2.6: Sơ đồ mạch RTC BQ32000 Mạch sử dụng pin 3v để giúp BQ32000 hoạt động ở chế độ chờ. Thạch anh 32,768Khz tạo dao động cho mạch hoạt động. Sử dụng giao tiếp I2C để đọc dữ liệu từ BQ32000 lên MSP430G2553và ghi giá trị định thời thiết bị vào vùng nhớ của BQ32000 hay bộ nhớ flash của MSP430G2553, rất thích hợp cho việc điều khiển tự động thiết bị. Giao tiếp I 2 C( Intel- Integrated Circuit): - là một chuẩn truyền thông do hãng điện tử Philips Semiconductor xây dựng năm 1990. Chuẩn giao tiếp này dựa vào cơ chế Master- Slave, sẽ có một thiết bị làm Master và trên đƣờng truyền I 2 C có các Thiết bị làm nhiệm vụ Slave. Mỗi Slave sẽ đƣợc định địa chỉ riêng, và Master sẽ dựa vào Id này để truyền nhận gói dữ liệu cho từng Slave. Đồ án kĩ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ 7 - Sử dụng hai dây SCL và SDA để thực hiện quá trình giao tiếp I 2 C. SDA là đƣờng truyền/nhận data và SCL là chân xung nhịp. Cơ chế giao tiếp I 2 C: SDA SCL Hình 2.7: Giao Tiếp I2C Hoạt động mạch Thời gian thực BQ32000: - Giao tiếp với MSP430G2553 thông qua chuẩn I2C, thực hiện đọc thời gian trong các thanh ghi của BQ32000. Có thể cài đặt thời gian hệ thống lại hay hẹn giờ định thời thiết bị. - Có thể sử dụng RAM trong IC BQ32000 để lƣu giá trị cài đặt thời gian vào thay vì ta sử dụng Flash của MSP430G2553. 2.2.3 Thiết kế khối điều khiển đèn AC Hình 2.8: Sơ đồ mạch điều đèn 220VAC Khối điều khiển thiết bị sử dụng trong hệ thống bao gồm phần cách điện với khốivi xử lý và phần công suất dùng cho điều khiển trong đèn UV 220VAC. Khối cách ly với MSP430G2553 sử dụng opto MOC3021, đây là ic nối quang rất tốt trong việc sử dụng nguồn 220VAC và vi điều khiển Device 3 Id = zzz Device 2 Id = yyy Device 1 Id = xxx Đồ án kĩ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ 8 IC MOC3021 Hình 2.9: MOC3021và Sơ đồ Chân Ta sử dụng một transistor PNP- A1015 để kích âm từ chân MSP430G2553. PNP A1015 Hình 2.10: Transistor A1015 Và Sơ Đồ Chân Phân cực transistor A1015 bằng điện trở 4.7k, hoạt động nhƣ một Switch. Trạng thái kích dẫn ở mức 0, khi đó giảm tải việc kéo dòng từ MSP430G2553. BTA12 Hình 2.11: Triac BTA12 Và Sơ Đồ Chân Đồ án kĩ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ 9 Đây là triac dùng hoạt động với điện xoay chiều 220VAC, thông qua opto MOC3021. Khi MOC3021hoạt động sẽ kích một dòng điện vào chân G của Triac BTA12 và hai chân A2, A1 sẽ thông nhau và các thiết bị AC nhƣ đèn, quạt sẽ hoạt động. Tính toán thông số mạch: - Dòng điện vào chân G kích triac hoạt động tối đa là 5A, do đó ta chọn 1A, từ đó suy ra: R1 = 220Vac/1A = 220R. để an toàn ta cần mắc một cầu chỉ nhỏ ngay chỗ cấp điện 220VAC. 2.2.4 Thiết kế khối bắt điểm 0 điều khiển độ sáng đèn 220VAC Hình 2.12: Sơ Đồ Mạch Zeros Crossing- 220VAC Mạch bắt điểm 0 của hệ thống lƣới điện 220VAC/50Hz. Mạch hoạt động với mục đích phát hiện tại thời điểm khi dòng điện xoay chiều ở mức 0v thì ta phát hiện một xung cạnh lên hoặc cạnh xuống, từ đó có thể điều khiển từng nữa chu kì của điện xoay chiều. Sơ đồ dòng điện xoay chiều 220VAC/50Hz Hình 2.13: Sơ Đồ Tín hiệu Xoay Chiều Ta sử dụng điện xoay chiều 220VAC với tần số 50Hz, do đó ta suy ra: T = 20ms. ở mỗi nữa chu kì ta sẽ có một điểm 0, đó là tại các nút 0, π, 2π, Với ý tƣởng ngay khi điện xoay chiều ở tại điểm 0 ta có thể phát hiện điểm 0 này bằng một xung sƣờn lên hay xuống. Sau đó ta ngay lúc ta phát hiện điểm 0 thì ta sẽ ngăn cho dòng điện đi qua triac BTA12 bằng một khoảng delay( α trong hình): Đồ án kĩ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ 10 - Delay 8ms(α = 8), công suất đèn là 20%. - Delay 5ms(α = 5), công suất đèn là 50%. - Delay 3ms(α = 3), công suất đèn là 70%. Khi ta delay càng lâu thì công suất đèn sáng sẽ càng yếu. Sau khi ta delay một khoảng thời gian ≤ 10ms thì ta sẽ bật đèn lại, khi đó độ sáng đèn đã đƣợc thay đổi theo từng nữa chu kì 10ms. Vì thời gian delay là tƣơng đối nên ta có thể sẽ nhìn thấy kết quả thực tế thật sự không hoàn toàn chính xác, nếu cần độ chính xác cao ta có thể sử dụng những thiết bị chuyên dụng. Việc bắt điểm 0 chính xác lƣới điện 220VAC/50Hz sẽ giúp chúng ta điều khiền công suất sáng của đèn một cách chuẩn xác từng chu kì của điện xoay chiều. Hình ảnh tín hiệu của điểm 0 đƣợc đo bằng máy đo oscilloscope Hình 2.14: Tín Hiệu Điểm 0 Điện Xoay Chiều 220VAC/50Hz Tại các điểm 0( tín hiệu màu xanh) của điện 220VAC( tín hiệu màu vàng) ta thấy có một xung xuống, đó chính là thời điểm ta bắt trang thái 0 của điện xoay chiều, khi đó ta sẽ phát hiện xung cạnh xuống này bằng ngắt trong MSP430G2553. Xung điểm 0 khá chuẩn, khi đó hiện tƣợng trôi điện áp sẽ thấp. 2.2.5 Thiết kế khối keypad Khối keypad bao gồm 6 nút nhấn kết nối với MSP430G2553, với chức năng thay đổi thời gian, hẹn giờ và điều khiển độ sáng đèn mong muốn. Sơ đồ mạch phím nhấn Hình 2.15: Khối Phím Nhấn [...]... GIAN THỰC KHỐI LCD Zeros Crossing Lƣu Flash MSP430G2553 KẾT THÚC 12 hiển thị ĐÈN UV Đồ án kĩ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ 2.3.2 Hoạt động của hệ thống Hệ thống hoạt động với các chức năng cơ bản sau: - Chức năng đầu tiên là hệ thống hẹn giờ, cài đặt thời gian thực phục vụ cho việc hẹn giờ tự động tắt đèn UV khi chiếu vào rau quả trong một thời gian nào đó Do đó tiết kiệm đƣợc thời gian thực. .. 220VAC hoạt động ổn định, có cách ly giữa khối công suất cao và khối vi xử lý để đảm bảo an toàn khi hoạt động - Khối bắt tín hiệu hoạt động khá tốt, thay đổi độ sáng đèn theo ý - Khối hiển thị thông tin bằng LCD 1602 hoạt động tốt, trực quan thấy đƣợc thời gian, cài đặt và hẹn giờ Nhƣợc Điểm: - Hệ thống hoạt động chƣa đƣợc tối ƣu, chƣơng trình chậm khi sử dụng ngắt cho điều khiển độ sáng đèn AC - Cần... giúp ta không phải cài đặt lại thời gian mỗi khi ngắt điện - Chức năng tiếp theo đó là hệ thống điều chỉnh cƣờng độ sáng của đèn UV, có thể tùy chỉnh độ sáng bao nhiêu % bằng các nút nhấn đƣợc cài đặt trong chƣơng trình Có thể giúp ta điều chỉnh tùy ý cƣờng độ sáng chiếu vào nông sản mà không phải cài đặt phức tạp - Chức năng thứ 3 là hệ thống công suất điều khiển hệ thống đèn UV, sử dụng mạch MOC3021... mức độ tƣơng đối với sự thay đổi cƣờng độ sáng của đèn UV, nếu cần chính xác chúng ta cần những máy đo cƣờng độ, thiết bị điều khiển công suất đèn chuẩn, và nhiều thực nghiệm khác để có thể đƣa ra kết quả chính xác và thành công cao 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Ƣu Điểm: - Mạch hoạt động tốt, thời gian thực hiển thị chính xác, có thể hiệu chỉnh thời gian, cài đặt hẹn giờ thiết bị - Khối điều khiển điện 220VAC. .. BTA12 giúp ta điều khiển dễ dàng hệ thống đèn 220VAC một cách chính xác và an toàn Để đảm bảo an toàn giữa phần DC và phần AC ta sử dụng nối quang MOC3021, nhƣ thế đảm bảo an toàn cho vi điều khiển trƣớc sự cống điện xoay chiều 220VAC Phát triển hệ thống: - Nâng cấp phần điều chỉnh cƣờng độ sáng của đèn UV bằng các chế độ cao hơn, thông minh hơn, chuẩn xác hơn Để nông sản đƣợc chiếu sáng đầy đủ và... trực quan nhƣ nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ động cơ, … Khi sử dụng LCD1602 chú ý phải cấp điện đúng, hợp lý để LCD có thể hoạt động tốt, ổn định và tạo độ bền trong khi sử dụng 11 Đồ án kĩ thuật điện tử Trường Đại học Cần Thơ 2.3 Giải thuật chƣơng trình và hoạt động hệ thống 2.3.1 Giải thuật chương trình GIẢI THUẬT CHƢƠNG TRÌNH BẮT ĐẦU Hiệu Chỉnh KEYPAD KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM đúng sai đúng hiển thị sai THỜI GIAN. .. GIẢM Sử dụng trong chƣơng trình cài đặt thời gian cho khối RTC BQ32000, có thể chỉnh sửa bất kì giờ/phút/giây Có mode hiệu chỉnh thời gian hẹn giờ, giúp hệ thống có thể tự động hẹn giờ tắt mở thiết bị - Phần 2: gồm các nút: 25%, 50%, 70% Sử dụng với mục đích thay đổi công suất đèn theo yêu cầu, giúp chúng ta dễ dàng hiệu chỉnh độ sáng đèn theo yêu cầu chiếu sáng bảo quản nông sản 2.2.6 Thiết kế khối... hiển thị thời gian thực của hệ thống, giúp ta trực quan hơn trong thực tế Hình 2.16: LCD1602 Thực Tế Sơ đồ chân và mạch hiển thị LCD1602 Hình 2.17: Sơ Đồ Chân Và Mạch LCD1602 Khối hiển thị LCD1602 đƣợc nối với Port 1 của MSP430G2553, sử dụng chế độ 4bit, hiển thị 16 kí tự ở 2 dòng Nguồn sử dụng là 5VDC, có biến trở chỉnh độ tƣơng phản hiển thị LCD1602 rất thích hợp cho các ứng dụng thời gian thực nhỏ,... đƣợc công suất chiếu sáng của đèn UV, từ đó có thể biết đối với mỗi loại nông sản cần chiếu sáng thời gian bao lâu và công suất chiếu sáng bao nhiêu - Thay thế khối phím nhấn bằng bàn phím ma trận hoặc bàn phím cảm ứng để có thể tùy chỉnh thời gian, điều chỉnh độ sáng đèn UV một cách thông minh, chính xác và có tính thẩm mỹ cao - Khắc phục chƣơng trình ngắt nhiều làm chậm quá trình thực hiện các chức... điện xoay chiều 220VAC tối ƣu, có thể bắt điểm 0 một cách chuẩn xác và không bị trôi điện áp 3 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ Hệ thống hoạt động ổn định, thực hiện bảo quản nông sản bằng tia UV đƣợc tiến hành thực nghiệm tƣơng đối, khảo sát sự ảnh hƣởng của tia UV đến quá trình bảo quản, thời gian hƣ hại của trái cây: mận, táo xanh và chuối,… Có thể xây dƣng một hệ thống hoàn chỉnh để áp dụng vào thực tiễn, giúp . của đèn UV, từ đó có thể biết đối với mỗi loại nông sản cần chiếu sáng thời gian bao lâu và công suất chiếu sáng bao nhiêu. - Thay thế khối phím nhấn bằng bàn phím ma trận hoặc bàn phím cảm ứng. cứng hệ thống 2.2 Thiết kế phần cứng 2.2.1 Thiết kế khối xử lý trung tâm Khối xử lý trung tâm bao gồm MCU MSP430G2553, đây là dòng ic lập trình rất mạnh về khả năng tiết kiệm năng lƣợng, khả. 6 Khối thời gian thực này sử dụng IC Thời gian BQ32000 do Ti sản xuất, có hiệu năng chính xác cao cho việc định thời thiết bị. Hình 2.5: BQ32000 và Sơ đồ chân Với đặc điểm sử dụng nguồn