Xây dựng hệ thống ấp trứng tự động

MỤC LỤC MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ CÁC BẢNG TRONG ĐỒ ÁN .3 MỞ ĐẦU Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Khảo sát hệ thống ấp trứng tự động 1.1.1 Máy ấp trứng tự động đảo trứng phun độ ẩm Hình 1.1: Máy ấp trứng tự động đảo trứng phun độ ẩm .7 1.1.2 Máy ấp trứng sử dụng lượng mặt trời Hình 1.2: Máy ấp trứng sử dụng lượng mặt trời 1.1.3 Máy ấp trứng kỹ thuật số Hình 1.3 : Máy ấp trứng kỹ thuật số 1.2 Yêu cầu hệ thống ấp trứng tự động thực .9 1.3 Chi tiết thiết bị 10 1.3.1 Động xoay chiều 10 1.3.4 CPU Atmega16 .12 Hình 1.7: Sơ đồ chân Atmega16 .14 Hình 1.9: Mạch flash ADC với so sánh 19 Hình 1.10: Analog digital hàm sin 20 Hình 1.11: Tạo nguồn AVCC từ VCC 22 1.3.5 Bộ định thời Real Time Clock DS1307 28 Hình 1.12: Cấu tạo DS1307 29 Hình 1.13: Ghép nối DS1307 với vi điều khiển .30 Hình 1.14: Tổ chức ghi DS1307 31 Hình 1.15: Tổ chức ghi DS 1307 32 Hình 1.18: sơ đồ chân LCD .36 Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 38 Hình 2.1: Sơ đồ khối điều khiển .40 2.6.3 Thuật toán chương trình cài đặt nhiệt độ .48 48 48 48 48 48 Chương 3: KẾT QUẢ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ẤP TRỨNG TỰ ĐỘNG 49 Hình 3.1: MODE=0 49 3.2 Mạch chế độ MODE=1 49 Hình 3.2: MODE=1 50 3.3 Mạch chế độ MODE=2 50 3.4 Mạch chế độ MODE=3 51 Hình 3.4: MODE=3 52 3.5 Mạch chế độ MODE=4 53 Hình 3.5: MODE=4 53 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO .54 DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ CÁC BẢNG TRONG ĐỒ ÁN MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ CÁC BẢNG TRONG ĐỒ ÁN .3 MỞ ĐẦU Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Khảo sát hệ thống ấp trứng tự động 1.1.1 Máy ấp trứng tự động đảo trứng phun độ ẩm Hình 1.1: Máy ấp trứng tự động đảo trứng phun độ ẩm .7 1.1.2 Máy ấp trứng sử dụng lượng mặt trời Hình 1.2: Máy ấp trứng sử dụng lượng mặt trời 1.1.3 Máy ấp trứng kỹ thuật số Hình 1.3 : Máy ấp trứng kỹ thuật số 1.2 Yêu cầu hệ thống ấp trứng tự động thực .9 1.3 Chi tiết thiết bị 10 1.3.1 Động xoay chiều 10 1.3.4 CPU Atmega16 .12 Hình 1.7: Sơ đồ chân Atmega16 .14 Hình 1.9: Mạch flash ADC với so sánh 19 Hình 1.10: Analog digital hàm sin 20 Hình 1.11: Tạo nguồn AVCC từ VCC 22 1.3.5 Bộ định thời Real Time Clock DS1307 28 Hình 1.12: Cấu tạo DS1307 29 Hình 1.13: Ghép nối DS1307 với vi điều khiển .30 Hình 1.14: Tổ chức ghi DS1307 31 Hình 1.15: Tổ chức ghi DS 1307 32 Hình 1.18: sơ đồ chân LCD .36 Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 38 Hình 2.1: Sơ đồ khối điều khiển .40 2.6.3 Thuật toán chương trình cài đặt nhiệt độ .48 48 48 48 48 48 Chương 3: KẾT QUẢ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ẤP TRỨNG TỰ ĐỘNG 49 Hình 3.1: MODE=0 49 3.2 Mạch chế độ MODE=1 49 Hình 3.2: MODE=1 50 3.3 Mạch chế độ MODE=2 50 3.4 Mạch chế độ MODE=3 51 Hình 3.4: MODE=3 52 3.5 Mạch chế độ MODE=4 53 Hình 3.5: MODE=4 53 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO .54 MỞ ĐẦU Trong nhiều năm qua ngành nông nghiệp nước ta có nhiều thành tựu vượt bậc, không đủ cung cấp nguồn lương thực, thực phẩm cho đất nước mà xuất thị trường giới Với thành tựu to lớn đó, phải kể đến ngành chăn nuôi gia cầm góp phần quan trọng cho kinh tế quốc dân Sự phát triển ngành chăn nuôi nói chung ngành chăn nuôi gia cầm nói riêng đem lại lợi ích kinh tế cho hộ nông dân, bước xóa đói giảm nghèo ngày có nhiều hộ gia đình làm giàu mảnh đất nhờ vào kinh tế trang trại Ngày nay, kinh tế trang trại phát triển rộng rãi nước với quy mô vừa lớn vấn đề giống cần thiết Ấp trứng nhân tạo máy ấp công nghiệp phương pháp tối ưu để sản xuất giống thời gian ngắn, tỷ lệ ấp nở cao, đặc biệt ấp số lượng trứng lớn, chất lượng giống nâng cao Ngày nay, việc đưa Vi Điều Khiển vào dây chuyền sản xuất công nghiệp đáp ứng tốt yêu cầu điều khiển tự động hoá, trở thành yếu tố để nâng cao hiệu sản xuất công nghiệp nước ta Việc đưa Vi Điều Khiển vào điều khiển cho máy ấp trứng công nghiệp cần thiết, đảm bảo điều khiển xác thông số cho trình ấp nở cho hiệu ấp nở cao, hệ thống điều khiển nhẹ, dễ dàng thao tác, mang lại hiệu kinh tế cao cho người nông dân Vì vậy, đồ án em thực “Xây dựng hệ thống ấp trứng tự động” Mục đích đề tài xây dựng hệ thống ấp trứng tự động sử dụng Vi Điều Khiển AVR Do nhiều hạn chế thời gian, kiến thức điều kiện làm việc thử nghiệm thực tế, việc tìm hiểu em chắn nhiều thiếu sót Em mong nhận góp ý thầy cô bạn để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên : Nguyễn Thị Bích Nga Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Khảo sát hệ thống ấp trứng tự động Ngày nay, với phát triển khoa học công nghệ, phương pháp ấp trứng thủ công dần thay loại máy ấp trứng tự động bán tự động với tỷ lệ ấp thành công cao phù hợp với yêu cầu sản xuất, cho suất cao Sau số loại máy ấp trứng sử dụng nhiều sản xuất 1.1.1 Máy ấp trứng tự động đảo trứng phun độ ẩm Máy ấp trứng tự động dùng cho loại trứng gia cầm,thủy cầm (gà, vịt, ngan, ngỗng… ) Bao gồn loại máy kích thước nhỏ gia dụng loại máy công nghiệp với đủ kích thước, ấp từ 50 đến 10.000 trứng Tỷ lệ ấp thành công lên đến 95% với đặc điểm sau: - Bo mạch điện tử tự động cân nhiệt bảo đảm nhiệt độ thích hợp (37ºC~ 39ºC) tương đối ổn định theo giai đoạn đợt ấp trứng Phát âm tự báo động nhiệt độ vượt ngưỡng quy định ngược lại, cảnh báo nhiệt độ bên cao, mức sai lệch nhiệt độ 0.1ºC - Máy siêu âm tạo độ ẩm tuyệt đối cho máy ấp trứng bảo đảm độ ẩm thích hợp (65%RH ~ 80%RH) tương đối ổn định theo giai đoạn đợt ấp trứng - Bộ điều hòa khí chuyên dụng bảo đảm thông gió thoáng khí tủ ấp - Bộ đảo trứng thông minh có định bảo đảm đảo trứng thường xuyên (1~3h/ lần) - Kích thước máy tùy thuộc vào số lượng trứng cần ấp, với máy có kích thước nhỏ phù hợp với hộ gia đình, máy có kích thước lớn phù hợp với trang trại hay lò ấp công nghiệp Hình 1.1: Máy ấp trứng tự động đảo trứng phun độ ẩm 1.1.2 Máy ấp trứng sử dụng lượng mặt trời Máy ấp trứng sử dụng lượng mặt trời ngày sủ dụng rộng rãi, đặc biệt vùng nông thôn hay bị điện đột ngột vùng sâu vùng xa, nơi điện Với ưu điểm tiết kiệm điện có giá thành phù hợp Máy ấp trứng sử dụng lượng mặt trời gồm ba phần chính: pin lượng mặt trời, bình nước nóng buồng ấp trứng - Pin lượng mặt trời hấp thụ ánh sáng mặt trời chuyển hóa thành điện tích trữ vào ác quy để cung cấp cho phận điều khiển nhiệt độ máy ấp trứng Nhiệt độ buồng ấp đảm bảo khoảng 37ºC đến 38ºC - Máy nước nóng lượng mặt trời cung cấp nhiệt năng, giúp tăng nhiệt độ buồng ấp trứng Hình 1.2: Máy ấp trứng sử dụng lượng mặt trời 1.1.3 Máy ấp trứng kỹ thuật số Máy ấp trứng kỹ thuật số sản xuất theo công nghệ tiêu chuẩn Hàn Quốc, với đầy đủ tính như: tùy chỉnh nhiệt độ, độ ẩm, tự động đảo trứng, dễ dàng sửa chữa thay linh kiện, sử dụng hai nguồn điện nguồn điện 220V nguồn bình ác quy để phòng điện - Các loại trứng ấp được: gà, vịt, ngan, ngỗng, chim, đà điểu, trĩ, vv….,tất loại trứng gia cầm - Số lượng trứng ấp từ 10 – 20.000 trứng - Tạo ẩm: tự động điều chỉnh bảng control, sử dụng máy bơm nước siêu nhỏ để tạo ẩm sóng siêu âm, cảnh báo - Hệ thống cung cấp nhiệt: bóng nhiệt HALOGEN chuyên dùng ấp trứng, tự điều chỉnh nhiệt độ bảng điều khiển - Khay trứng: khay trứng lắp ráp thông minh tăng giảm kích thước với loại trứng lớn nhỏ, không giới hạn kích thước trứng - Đảo trứng: tùy chỉnh thời gian đảo số lần dảo trứng cho lần hoạt động - Giải pháp điện: hệ thống ấp trứng ác quy, trì thời gian ngày với ác quy 100mA trở lên Hình 1.3 : Máy ấp trứng kỹ thuật số Trên cấu tạo, chức năng, yêu cầu kỹ thuật hình ảnh số loại máy ấp trứng phổ biến, sử dụng rộng rãi thị trường Tham khảo thông số yêu cầu kỹ thuật loại máy ấp trứng trên, đồ án em xây dựng hệ thống ấp trứng tự động 1.2 Yêu cầu hệ thống ấp trứng tự động thực Hệ thống bao gồm phận chính: - Thùng ấp: thiết kế tùy theo số lượng trứng cần ấp - Giá đựng trứng: lắp thùng ấp với nhiều tầng gắn với trục động thông qua truyền lực (bánh dây culoa) - Động xoay chiều chiều để quay giá trứng (tùy theo kích thước thùng ấp mà dùng động xoay chiều hay động chiều) - Hệ thống bóng đèn: để tạo nhiệt độ buồng ấp trứng - Sử dụng vi điều khiển Atmega16 để xử lý tín hiệu nhận đưa tín hiệu điều khiển - Bộ định Real Time Clock DS1307 để cập nhật thời gian - Sensor nhiệt độ LM35 đo nhiệt độ buồng ấp trứng - Màn hình hiển thị số liệu LCD16x2 hiển thị ngày tháng, nhiệt độ - Hệ thống phím nhấn để chọn chế độ nhiệt độ khác - Các đèn cảnh báo chuông báo hệ thống gặp cố 1.3 Chi tiết thiết bị 1.3.1 Động xoay chiều Cấu tạo nguyên lý hoạt động Động gồm có hai phần stator rotor Stato gồm cuộn dây ba pha điện quấn lõi sắt bố trí vành tròn để tạo từ trường quay Rôto hình trụ có tác dụng cuộn dây quấn lõi thép Khi mắc động vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay stato gây làm cho rôto quay trục Chuyển động quay rôto trục máy truyền sử dụng để vận hành máy công cụ cấu chuyển động khác Phân loại Động điện xoay chiều sản xuất với nhiều kiểu công suất khác Theo sơ đồ nối điện phân làm loại: động pha pha, theo tốc độ có động đồng động không đồng Hình 1.4: Động điện xoay chiều 10 - Hai chân XTAL1 XTAL2 nối với thạch anh làm nguồn tạo dao - động cho chip Chân Vbat nối với nguồn pin 3V để nuôi chíp DS1307, giúp chíp hoạt hộng ko cấp nguồn Hình 2.3: Sơ đồ ghép nối DS1307 với CPU 2.4.3 Cảm biến Sử dụng sensor nhiệt LM35 để đo nhiệt độ buồng ấp, nối với cổng PORTA (AD0 – AD7) vi điều khiển - Chân Vout cảm biến nhiệt độ LM35 nối vào chân ADC0 (PA0) - CPU Hai chân lại, chân nối với nguồn 5V chân nối đất 41 Hình 2.4: Sơ đồ ghếp nối LM35 với CPU 2.4.4 Khối hiển thị Một LCD 16 cột dòng ghép nối với modul hiển thị thông tin để giao tiếp với người dùng Cách ghép nối LCD với vi điều khiển theo kiểu dây liệu Đây cách ghép nối hỗ trợ vi điều khiển, vừa tiết kiệm chân điều khiển vừa thuận tiện cho viết chương trình - Chân Vss LCD nối với nguồn 5V - Chân Vdd nối với 0V - Chân Vo chân điều chỉnh độ tương phản LCD, chân nối - với biến trở Ba chân điều khiển RW, RS, E nối với ba chân vi điều khiển Bốn chân liệu từ D4 – D7 nối với bốn chân vi điều khiển Hình 2.5: Sơ đồ khối LCD 2.4.5 Khối chấp hành Khối chấp hành bao gồm hệ thống bóng đèn tạo nhiệt độ buồng ấp động để quay giá ấp để đảo trứng Bóng đèn - Hệ thống bóng đèn sử dụng điện áp 220V, điều khiển chân vi điều khiển thông qua transistor rơle 42 Hình 2.6: Điều khiển bóng đèn Động - Sử dụng động với công suất tùy thuộc vào số lượng trứng ấp kích - thước giá đựng trứng, đảo chiều rơle Có thể sử dụng động DC cho hệ thống nhỏ động AC cho - hệ thống lớn Động điều khiển tín hiệu từ chân vi điều khiển thông qua transistor rơle Hình 2.7: Động DC 2.4.6 Phím nhấn - Các phím nhấn nối với chân vi điều khiển - MODE : chọn chế độ + MODE = 0: hiển thị thời gian, ngày tháng nhiệt độ lên LCD + MODE = 1: chế độ đặt nhiệt độ Tmin + MODE = 2: chế độ đặt nhiệt độ Tmax - UP : Tăng giá trị nhiệt độ chế độ MODE chọn - DOWN: Giảm giá trị nhiệt độ chế độ MODE chọn - ESC: Thoát khỏi cài đặt 43 Hình 2.8 : Phím nhấn 2.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 44 Bắt đầu Khởi tạo ADC Khởi tạo I²C Khởi tạo LCD Khởi tạo I/O MODE=0 Cài đặt nhiệt độ Đọc thời gian từ DS1307 Đọc ngày tháng từ DS1307 Đọc nhiệt độ từ Hình 2.9:ADC Sơ đồ nguyên lý hệ thống Hiển thị thời gian lên LCD Hiển thị ngày tháng lên LCD 2.6 Thuật toán Hiển thị nhiệt độ lên LCD 2.6.1 Thuật toán đo hiển thị nhiệt độ lên LCD điều khiển đèn MODE=4 MODE=0 Điều khiển đèn 45 sai sai điều khiển đèn Đúng Tmin