Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo và giám sát nhiệt độ, độ ẩm không dây ứng dụng trong các kho bảo quản nông sản dạng hạt

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGÔ PHƯƠNG THỦY NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM KHÔNG DÂY ỨNG DỤNG TRONG CÁC KHO BẢO QUẢN NÔNG SẢN DẠNG HẠT Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60 52 02 02 Người hướng dẫn khoa học: TS Bùi Đăng Thảnh NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NƠNG NGHIỆP - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, kết nghiên cứu trình bày luận văn trung thực, khách quan chưa để bảo vệ học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cám ơn, thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận văn Ngô Phương Thủy i LỜI CẢM ƠN Với tất lòng chân thành, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn: TS Bùi Đăng Thảnh - Viện Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa tận tình động viên, bảo, hướng dẫn giúp đỡ tơi để tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể thầy, cô giáo Khoa Cơ điện - Học viện Nông nghiệp Việt Nam, thầy cô Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ chuyên môn tạo điều kiện cho trình thực luận văn Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy, cô giáo trực tiếp giảng dạy tơi q trình học tập gia đình bạn bè giúp đỡ khích lệ tơi hồn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận văn Ngô Phương Thủy ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt v Danh mục bảng vi Danh mục hình vii Trích yếu luận văn viii Thesis abstract ix Phần Mở đầu Phần Tổng quan .2 2.1 Tổng quan nông sản kho bảo quản dạng hạt 2.1.1 Đặc điểm nông sản dạng hạt: 2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hạt bảo quản 2.1.3 Kho bảo quản nông sản dạng hạt 2.2 Tổng quan truyền thông không dây 14 2.2.1 Khái quát chung 14 2.2.2 Chế độ truyền tải thông tin truyền thông .14 2.2.3 Cấu trúc mạng truyền thông 18 2.2.4 Các công nghệ không dây 20 Phần Đối tượng phương pháp nghiên cứu .25 3.1 Đối tượng nội dung nghiên cứu 25 3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 25 3.1.2 Nội dung nghiên cứu 25 3.2 Phương pháp nghiên cứu .25 3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 25 3.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 25 Phần Kết thảo luận 49 4.1 Phần cứng 49 4.2 Phần mềm 51 iii Phần Kết luận đề nghị 53 5.1 Kết luận 53 5.2 Đề nghị 53 Danh mục cơng trình cơng bố liên quan đến luận văn 54 Tài liệu tham khảo .55 Phụ lục 56 iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa đầy đủ ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng AMS - BTS Automated Manifest System Basic Transceiver Station Hệ thống trạm thu phát gốc tự động DSL Digital Subcriber Line Kênh thuê bao số IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện kỹ nghệ Điện Điện tử IR Infraed remote Tia hồng ngoại LAN Local Area Network/ Mạng máy tính cục M2M Máy tới máy MEMS Micro-Electro-Mechanical Systems Vi hệ thống điện tử Optic Fiber Cáp quang PC Máy tính PDA Personal Digital Assistant Thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân PLC Programmable Logic Controller Bộ điều khiển lập trình Router Thiết bị định tuyến SCADA Supervisory Control And Data Acquisition Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu Wifi Chuẩn giao thức truyền thông không dây WLAN Wireless Local Area Networks/Mạng cục không dây v DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Độ ẩm tương quan ngơ khơng khí 20˚C Bảng 2.2 Độ ẩm an toàn số loại hạt Bảng 3.1 Chức chân thu phát không dây 29 Bảng 3.2 Chọn kiểm tra parity 38 Bảng 3.3 Độ dài liệu truyền 39 Bảng 3.4 Tính tốc độ baud 40 Bảng 3.5 Chức chân LCD 41 Bảng 3.6 Chức chân PL2303 43 Bảng 4.1 Giá trị đo .49 Bảng 4.2: Khảo nghiệm không vật cản 50 vi DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo kho giới khơng có thiết bị sơ chế Sơ đồ cấu tạo kho giới có thiết bị sơ chế .10 Sơ đồ cấu tạo kho silô .11 Hệ thống giám sát nhiệt độ Agrolog PC2500 .11 Hệ thống giám sát nhiệt độ Agrolog PC5000 .12 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Truyền thơng song song nối tiếp 14 Truyền chiều hai chiều 16 Mơ hình hệ SCADA dùng sóng Radio cấu trúc mạng 18 Cấu trúc mạng kiểu mắt lưới .20 Điều khiển hồng ngoại 21 Bộ thu phát không dây Phonic 24 Sơ đồ khối hệ đo giám sát nhiệt độ, độ ẩm không dây 26 Sơ đồ khối Mạch thu thập từ xa 26 Sơ đồ khối Mạch thu thập trung tâm 27 Sơ đồ khối truyền thông không dây 28 Các chân thu phát không dây nRF24L01 28 Sơ đồ nguyên lý thu phát nRF24L01 30 Sơ đồ nguyên lý phần mạch thu thập tín hiệu từ xa 32 Sơ đồ nguyên lý phần mạch thu thập trung tâm 33 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Cảm biến DHT11 33 Sơ đồ chân DHT11 34 Thanh ghi UDR 36 Thanh ghi UCSRA 36 Thanh ghi UCSRB 37 Thanh ghi UCSRC 38 Hình 3.15 Thanh ghi UBRR 39 Hình 3.16 Sơ đồ chân LCD 41 Hình 3.17 Hình 3.18 Hình 3.19 Hình 3.20 Ký hiệu chân PL2303 43 Lưu đồ thuật tốn lập trình thu thập từ xa .46 Lưu đồ thuật tốn lập trình thu thập không dây trung tâm .47 Lưu đồ thuật tốn hình máy tính 48 Hình 4.1 Hình 4.2 Hình 4.3 Hình 4.4 Phần cứng mạch thu thập từ xa không dây 49 Phần cứng mạch thu thập trung tâm 50 Mạch thu thập trung tâm có vật cản .51 Đồ thị nhiệt độ, độ ẩm thông qua mạch thu phát khơng dây .52 vii TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Tên tác giả: Ngô Phương Thủy Tên Luận văn: Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo giám sát nhiệt độ, độ ẩm không dây ứng dụng kho bảo quản nông sản dạng hạt Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60 52 02 02 Tên sở đào tạo: Học viện Nơng nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu: Thiết kế, chế tạo hệ thống thu thập giám sát nhiệt độ, độ ẩm không dây ứng dụng kho bảo quản nơng sản dạng hạt sóng radio RF Xây dựng giao diện giám sát máy tính trực quan có khả lưu, xuất liệu dạng bảng đồ thị, đánh giá khả thu thập truyền nhận không dây Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết đặc tính nông sản kho bảo quản nông sản dạng hạt; mạng truyền thông không dây, kiến thức vi điều khiển phần mềm lập trình giao diện giám sát Sử dụng phương pháp thực nghiệm xây dựng mô hình điểm đo nhiệt độ, độ ẩm đánh giá kết khảo nghiệm Kết kết luận Đề tài xây dựng phần cứng mạch thu thập tín hiệu từ xa mạch thu thập trung tâm hoạt động theo thiết kế Kết đo mạch thu thập từ xa so sánh với nhiệt kế ẩm TH101E cho kết tương đương Phần mềm giao diện giám sát thể kết trực quan dạng đồ thị bảng số liệu Việc truyền nhận không dây thực phạm vi 30m cho kết tin cậy Đây sở để học viên mở rộng, phát triển đề tài ứng dụng kho bảo quản nông sản dạng hạt ngồi thực tế với tốn tối ưu vị trí đặt cảm biến kho nghiên cứu viii THESIS ABSTRACT Master candidate: Ngo Phuong Thuy Thesis title: Study and design the model of the temperature and humidity monitoring system using wireless communication for agricultural warehouses Major: Electrical Engineering Code: 60 52 02 02 Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA) Research Objectives Study and design the model of the temperature and humidity monitoring system using wireless communication RF for agricultural warehouses Design monitoring interfaces on the computer, saving datas and export as table and graph, evaluate the possibility of collecting and receiving wireless communications Materials and Methods Study the characteristics of agricultural products and agricultural warehouse; wireless communication, the knowledge of microcontroller programming software and monitoring interface Using experimental method, design the model of the temperature and humidity monitoring system and evaluate testing results Main findings and conclusions Measurement device and acquisition device have been correctly operated (compared the obtained results with thermometer TH101E) Data of temperature and moisture are displayed on LCD and the central computer Experiments on wireless communication were carried out, and equipment system works well at the transferring speed of 1Mbps while the distances among devices are up to 30m The next step of the research will consist of actual experiments in the agricultural warehouses to further assessing the stability of designed system and also completing our design before it is actually applied to practical applications ix #endif return 0; } return 1; }//End function startwith char endwith(char *source, char *str) { char i=0,j=0,k=0; #ifdef DEBUG char dis[30]=""; #endif //BD*1*%0.1f*%0.1f*SS\r\n i=strlen(source); k=strlen(str); for(j=k;j>0;j ) if(source[i+j-k-1]!=str[j-1]) { #ifdef DEBUG printf("Function endwith debug:\r\n"); sprintf(dis,"source[%d]=%c # str[%d]=%c!!\r\n",i+j-k-1,source[i+j-k-1],j1,str[j-1]); printf("%s",dis); #endif return 0; } return 1; }//End function endwith void split(char *source, char *str,char data_out[5][6]) { 79 unsigned char i=0,j=0,k=0,h=0,status=0; #ifdef DEBUG char dis[32]=""; #endif #ifdef DEBUG printf("Split Function debug:\r\n"); sprintf(dis,"Source=\"%s\"\r\n",source); printf("%s",dis); printf("Duoc chia thanh:\r\n"); #endif for(k=0;k