Nghiên cứu và thiết kế mô hình điều khiển nhiệt độ trong nhà lưới

Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Mở đầu đặt vấn đề Bớc sang kỷ XXI kỷ nguyên công nghệ thông tin công nghệ sinh học nguồn tài nguyên giới dần cạn kiệt khai thác thiếu quy hoạch ngời, với nạn ô nhiễm môi trờng tàn phá thiên nhiên diễn khắp nơi giới trình đô thị hoá công nghiệp hoá Làm cho diện tích đất canh tác nông nghiệp ngày bị thu hẹp dần Thế nhng dân số giới ngày tăng nhanh nhu cầu hởng thụ ng−êi cịng ngµy cµng cao Lµm cho thÕ giíi sÏ không đủ sản phẩm nông nghiệp để cung cấp cho ngời hoạt động lao động tuý thủ công, nhỏ lẻ Để giải vấn đề đờng ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật vào sản xuất đặc biệt ứng dụng tự động hoá vào sản xuất nông ngiệp Trên giới đà có nhiều nớc sớm nhận biết đợc điều họ đà ứng dụng thành công tự động hoá vào sản xuất nông nghiệp họ đà đạt đợc kết cao suất chất lợng sản phẩm nông nghiệp, ngày họ cờng quốc sản xuất nông nghiệp nh: Hà Lan, Pháp, Israel, Trung Quốc, Nhật Bản.v.v Còn với nớc ta, nớc ta thuộc nhóm nớc phát triển với kinh tế nông nghiệp truyền thống, trải qua 20 năm đổi sau nghị khoán 10 Bộ trị (tháng năm 1989) tới nông nghiệp nơc ta đà có bớc phát triển mạnh mẽ ngày vững Ngày với phát triển nh vũ bÃo khoa học công nghệ xu hớng toàn cầu hoá kinh tế Nền kinh tế giới Việt Nam có xu hớng chuyển mạnh sang ngành công nghiệp dịch vụ, đặc biệt công nghệ thông tin Với Việt Nam nói riêng nông nghiệp ngành kinh tế quan trọng có đóng góp lớn vào tổng thu nhập quốc dân (Hiện 70% dân c lao động ngành nông nghiệp đóng góp khoảng 30% GDP) Chính Khoa điện -1- Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp mà nông nghiệp nớc ta luôn đợc quan tâm Đảng Nhà Nớc, sau Đại hội Đại Biểu Toàn Quốc lần thứ VII Đảng(tháng năm 1991) với chủ trơng đẩy nhanh mạnh công nghiệp hoá_hiện đại hoá nông nghiƯp n«ng th«n ViƯt Nam, nỊn n«ng nghiƯp n−íc ta dà đạt đợc kết vô to lớn từ chỗ thiếu đói phải nhờ tới trợ giúp céng ®ång qc tÕ tíi ViƯt Nam ®· tù cung cấp đủ lơng thực cho ngời dân vơn lên trở thành nớc xuất gạo đứng đầu giới (Mỗi năm Việt Nam xuất khoảng 4.5 triệu gạo) Mặc dù đà đạt đợc thành cao mặt sản lợng nhng mặt chất lợng sản phẩm nông nghiệp Việt Nam nhiều vấn đề cần phải giải nh: Tồn d hoá chất sản phẩm nhiều sử dơng thc b¶o vƯ thùc vËt bõa b·i thiÕu khoa học ng ời nông dân Vì để đảm bảo mặt suất nh chất lợng sản phẩm nông nghiệp để sản phẩm nông nghiệp Việt Nam cạnh đáp ứng đợc nhu cầu ngời dân nớc cạnh tranh đợc thị trờng quốc tế nên lựa chọn giải pháp ứng dụng công nghệ cao vào sản xuất nông nghiệp, Tự Động Hoá đóng vai trò vô quan trọng mặt kỹ thuật phục vụ sản xuất nông nghiệp chất lợng cao, đảm bảo cho khâu tới tiêu, điều tiết nhiệt độ, độ ẩm.v.vDo tầm quan trọng việc áp dụng tự động hoá vào sản xuất nông nghiệp mà tiến hành nghiên cứu đề tài:Nghiên cứu thiết kế mô hình điều khiển nhiệt độ nhà lới Trong trình thực đề tài đà tiến hành khảo sát mô hình thực tế,nghiên cứu số mô hình thực nghiệm với phần mềm điều khiển SIMATIC S7_200 Qua nhiều lần thí nghiệm sở tính toán lý thuyết khẳng định mô hình xây dựng đảm bảo tính thực tế ứng dụng sản xuất nông nghiƯp ë n−íc ta hiƯn mơc ®Ých cđa đề tài - Nghiên cứu mô hình điều tiết khí hậu tự động nhà lới phục vụ sản xuất rau an toàn, từ thiết kế mô hình thực nghiệm sở sử dụng thiết bị có sẵn nớc Khoa điện -2- Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp -Nghiên cứu sở lý thuyết để xây dựng mô hình dựa phần mềm lập trình SIMATIC S7-200 - ứng dụng phần mềm SIMATIC S7-200 để xây dựng chơng trình điều khiển Nội dung đề tài - Tổng quan đề tài - Xây dựng thuật toán điều khiển mô hình - Chọn thiết bị điều khiển, thiết bị nhập, xuất Xây dựng mô hình thực nghiệm lập trình điều khiển hệ thống tự động điều khiển nhiệt độ nhà lới Phơng pháp nghiên cứu Để thực đợc nội dung đề tài nghiên cứu, tiến hành phơng pháp nghiên cứu sau: ã Các kết nghiên cứu kế thừa - Kế thừa công trình nghiên cứu hệ trớc sở lý thuyết phần mềm lập trình, cụ thể phần mềm lập trình simatic S7-200 - Kế thừa mô hình sản xuất đà có thực tiễn ã Định hớng nghiên cứu - Nghiên cứu phần mềm lập trình máy tính - Thay đổi phơng pháp lập trình để tìm phơng pháp đơn giản, dễ sử dụng hiệu - Xây dựng chơng trình điều khiển ã Phơng pháp thực nghiệp kiểm chứng - Chạy thử mô hình nhiều lần, kiểm tra phát lỗi mô hình lỗi chơng trình điều khiển, từ hoàn thiện hệ thống ã Thiết bị thí nghiệm - Máy tính PC - Bé ®iỊu khiĨn SIMATIC S7 - 200 víi khèi xư lý cpu224 - Bé m« pháng, hƯ thèng cáp, dây nối Khoa điện -3- Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp chơng i tổng quan 1.1 thực trạng sản xuất rau ë viƯt nam 1.1.1 Thùc tr¹ng ViƯt Nam n»m khu vực chịu ảnh hởng khí hậu nhiệt đới gió mùa nằm trải dài nhiều vĩ độ, địa hình bị chia cắt nên có nhiều loại khí hậu Vì chủng loại trồng phong phú đa dạng, điều tạo cho nông nghiệp Việt Nam nhiều điều kiện thuận lợi để phát triển Đến ngành nông nghiệp nớc ta chiÕm mét vÞ trÝ quan träng nỊn kinh tÕ quốc dân Đợc quan tâm Đảng Nhà Nớc qua 10 năm đổi sách nông nghiệp, ngành nông nghiệp nớc ta đà có bớc phát triển vững đạt đợc thành tựu vô to lớn từ chỗ thiếu lơng thực tới nớc ta đà đảm bảo đợc an ninh lơng thực mà vơn lên trở nớc xuất gạo đứng hàng đầu giới Trong năm gần khoa học kỹ thuật phát triển viện nghiên cứu, trung tâm nghiên cứu nông nghiệp đà tạo giống trồng có suất chất lợng cao để thay cho loại trồng truyền thống Cùng với phát triển đất nớc nhu cầu rau ngời dân tăng lên, để đáp ứng nhu cầu vùng chuyên canh rau, hoa mầu ngắn ngày đà thay cách thức trồng rau truyền thống cách áp dụng tiÕn bé khoa häc kü thuËt trång rau theo ph−¬ng thức đa canh, xen canh, thay đổi tạo điều kiện thuận lợi nhiều loại sâu bệnh phát triển mạnh mẽ bùng phát thành dịch Để đề phòng sâu bệnh hại trồng, để nâng cao suất chất lợng sản phẩm ngời đà nghiên cứu đa vào ứng dụng nhiều cách thức trồng cây, chăm sóc mà đặc biệt công nghệ trồng không dùng đất nhà lới Khoa điện -4- Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp nhà kính đợc tự động điều tiết tiểu khí hậu Khi đời sống nhân dân ngày đợc nâng cao yêu cầu chủng loại rau phải phong phú đa dạng, đủ số lợng, tốt chất lợng an toàn sức khỏe ngời Trong ( Đề án phát triển rau, hoa cảnh thời kỳ 1999 - 2010) Bộ nông nghiệp phát triển nông thôn đợc thủ tớng phủ phê duyệt ngày 03/09/1999 Có xác định mục tiêu cho ngành sản xuất rau hoa là:Đáp ứng nhu cầu rau có chất lợng cao cho nhu cầu tiêu dùng nớc, khu dân c tập chung (đô thị, khu công nghiệp) xuất Phấn đấu đến năm 2010 đạt mức tiêu thụ bình quân đầu ngời 100 ữ 110kg rau/năm, giá trị kim ngạch suất đạt 690 triệu USD.(Giáo trình CÂY RAU tác giả Tạ Thu Cúc) Theo tác giả Tạ Thu Cúc dự tính tình hình sản xuất rau Việt Nam từ năm 2000 đến năm 2010 Bảng 1.1: Dù tÝnh diƯn tÝch rau cho c¸c vïng nớc (Đơn vị:1000ha) Tên vùng Năm Năm Năm 2000 2005 2010 Tốc độ tăng trởng 2000-2005 2005-2010 437.0 574.0 729.0 5.31 5.14 77.0 114.0 4.73 3.93 105.0 130.0 161.0 4.39 4.39 Khu cò 49.0 61.0 75.0 4.65 4.77 Duyên hải Trung Bộ 3.0 44.0 54.0 4.39 4.39 Cả nớc Miền núi trung du BB Đồng Bắc Bộ 97.0 Tây Nguyên 32.0 39.0 58.0 3.71 5.97 Đông Nam Bộ 42.0 56.0 75.0 5.82 5.82 Đồng sông CL 93.0 135.0 177.0 7.73 6.70 Bảng 1.2: Dự tính suất rau vùng nớc (Đơn vị:tấn/ha) Tên vùng Cả nớc Miền núi trung du BB Đồng Bắc Bộ Khoa điện Năm 2000 13.7 11.8 17.4 Năm 2005 14.8 12.73 18.6 -5- Năm 2010 15.8 13.6 19.9 Tốc độ tăng trởng 2000-2005 2005-2010 1.4 1.4 1.4 1.4 1.3 1.4 Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Khu cũ Duyên hải Trung Bộ Tây Nguyên Đông Nam Bộ §ång b»ng s«ng CL 9.1 11.1 15.7 14.4 14.5 9.7 11.9 17.2 15.4 15.6 10.4 12.8 18.3 16.6 16.8 2.1 1.4 1.8 1.4 1.4 2.1 1.4 1.5 1.4 1.4 B¶ng 1.3: Dự tính sản lợng rau vùng nớc (Đơn vị:1000 tấn) Tên vùng Cả nớc Năm 2000 6040 Năm 2005 8424 Năm 2010 11594 Miền núi trung du BB Đồng Bắc Bộ Khu cũ Duyên hải Trung Bộ Tây Nguyên Đông Nam Bộ Đồng b»ng s«ng CL 911 1824 445 393 510 610 1347 1233 2408 621 523 670 869 2100 1545 3206 876 697 1058 1239 2973 Tốc độ tăng trởng 2000-2005 2005-2010 6.9 6.7 6.2 5.7 6.9 5.9 5.6 7.3 9.3 5.4 5.8 7.0 5.9 7.6 7.3 8.2 Qua bảng ta thấy vùng Đồng Bằng Bắc Bộ vùng Đồng Bằng sông Cửu Long vùng trồng rau lớn nớc ta diện tích gieo trồng sản lợng rau Cùng với vùng trồng rau Tây Nguyên ( chủ yếu Đà Lạt _ Lâm Đồng) vùng trồng rau nơi cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp chế biến xuất quan trọng nớc ta Vùng sản xuất rau chuyên canh ven thành phố khu công nghiệp chiếm 38% ữ 40% diện tích 45% ữ 50% sản lợng Tại phục vụ cho tiêu dùng dân c tập trung chủ yếu, chủng loại rau vùng đa dạng phong phú suất cao ã Hiện rau bị ô nhiễm nghiêm trọng nhiều nguyên nhân khác có: - Ô nhiễm hoá chất bảo vệ thực vật Theo Viện Bảo Vệ Thực Vật (1998) Việt Nam đà ®ang sư dơng 270 lo¹i thc trõ bƯnh, 160 lo¹i thc trõ cá, 12 lo¹i thc diƯt cht, 26 lo¹i thuốc kích thích sinh trởng với số lợng ngày Khoa điện -6- Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp tăng Còn theo Giáo s Phạm Đình Quyền (Trung tâm nghiên cứu tài nguyên môi trờng Đại Học Quốc Gia Hà Nội (CRES)): Nếu cuối thập kỷ 80 lợng thuốc bảo vƯ thùc vËt ë ViƯt Nam míi chØ lµ 10.000 tấn/năm, thập kỷ 90 tăng gấp đôi 21.000 tấn/năm (1992), chí gấp lần-30.000 tấn/năm (1995) Ông cho không dới 90% đất canh tác toàn quốc đợc phun thuốc bảo vệ thực vật Tuy chủng loại nhiều song thói quen sợ rủi với thiếu hiểu biết hiểu biết hạn chế mức độ độc hại hoá chất bảo vệ thực vật nên đa số hộ nông dân hay dùng số loại thuốc quen có độc tố cao, chí bị cấm nh: monitor, wofatox, DDT Dẫn tới ngày làm cho sản phẩm rau ngày ô nhiễm nặng - Hàm lợng (NO3-) rau cao Theo fao/who hàm lợng (NO3-) liều lợng 4g/ngày gây ngộ độc 8g/ngày gây chết ngời nớc ta việc sử dụng phân hoá học không cao so với nớc khu vực nhng ảnh hởng phân hoá học tới tích luỹ (NO3-) rau nguyên nhân làm rau không Nớc ta quy định hàm lợng (NO3-) rau nh sau: cải bắp 500mg/kg, cà chua 150mg/kg, da chuột 150mg/kg - Tồn d kim loại nặng sản phẩm rau Do lạm dụng hoá chất bảo vệ thực vật với phân bón loại đà làm lợng N, P, K, hoá chất bảo vệ thực vật rửa trôi xâm nhập vào mạch nớc làm ô nhiễm mạch nớc ngầm Theo Phạm Bình Quân (1994) hàm lợng kim loại nặng, đặc biệt asen (as) Mai Dịch mơng tới cao hẳn so với ruộng lúa nớc kim loại nặng tiềm ẩn đất từ nguồn nớc ô nhiễm qua nớc tới đợc rau hấp thụ - Vi sinh vật gây hại rau sư dơng n−íc t−íi cã vi sinh vật gây hại ( ecoli, salmonella, trứng giun.) cha đợc thống kê, song tác hại lín - Do rau lµ ngn thùc phÈm quan träng đời sống ngời nên giải pháp ngành trồng rau nhanh chóng đa tiến vào sản suất Khoa điện -7- Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Đặc điểm chung rau yêu cầu độ ẩm cao thờng từ 85-95%, thiếu nớc rau không sinh trởng phát triển đợc chúng cần nhiệt độ ổn định, đa rau vào sản xuất thuỷ canh không dùng đất kết hợp với điều tiết tiĨu khÝ hËu nhµ l−íi vµ nhµ kÝnh lµ phù hợp Phơng pháp nâng cao cách đáng kể xuất cải thiện tơng đối mặt ô nhiễm bảo đảm an toàn cho ngời sử dụng Để thực đợc phơng pháp thuỷ canh không dùng đất kết hợp với điều tiết tiểu khí hậu khâu quan trọng cung cấp dung dịch cho có phơng pháp điều tiết khí hậu hợp lý, nên việc áp dụng tự động hoá, cụ thể hệ thống tới tự ®éng vµ hƯ thèng tù ®éng ®iỊu tiÕt khÝ hËu tạo bớc đột phá cho ngành sản xt rau an toµn ë n−íc ta hiƯn 1.1.2 Trồng rau nhà lới Việt Nam giới ã ứng dụng sản xuất rau nhà lới Việt Nam Từ năm 80 kỷ XX nớc ta đà nhập kỹ thuật chăm sóc màng che phủ, xây dựng số nhà lới che phủ băng PE Trong năm qua, chơng trình dự án sản xuất rau đợc mở rộng thành phố lớn nớc ta công nghệ sản xuất rau nhà lới dần đợc giới thiệu đợc sản xuất thử số sở sản xuất: Viện Nghiên Cứu Rau Quả, Trờng Đại học Nông nghiệp I, vùng trồng rau lớn Đà Lạt.v.v số vùng sản xuất rau nhà lới theo công nghệ Đài Loan, Ca Na Đa, Israel Hiện Viện Nghiên Cứu Rau Quả, Trờng Đại học Nông nghiệp I áp dụng công nghệ sản xuất rau trồng rau dung dịch (trồng rau thủy canh trồng rau không dùng đất) theo công nghệ Israel Ca Na Đa Trồng nhà lới biện pháp kỹ thuật có triển vọng phù hợp với điều kiện kinh tế ngời nông dân Việt Nam Vì cần đẩy mạnh nghiên cứu tuyên truyền rộng rÃi tới ngời dân để công nghệ dợc ứng dụng rộng rÃi vào sản xuất rau để phục vụ đời sống ngời dân Khoa điện -8- Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến xuất ã ứng dụng sản xuất rau nhà lới giới Mỹ, đến thời kỳ đầu năm 80 kỷ XX đà có 1000 khu khoa học công nghệ đợc phân bố bang, với diện tích lên tới hàng trăm nghìn Anh khu vờn ứng dụng công nghệ sản xuất rau màng che phủ PE đợc xây dựng từ năm 1930, đến năm 1998 đà có 400 khu, với diện tích 20.000ha Israel đến thập kỷ 80 kỷ XX đà xây dựng đợc hàng trăm khu, với diện tích hàng ngàn Nhật từ năm đầu thập kỷ 60 họ đà áp dụng công nghệ sản xuất rau tới ngày họ đà xây dựng đợc nhiều khu vờn sản xuất rau công nghệ cao với diện tích lớn suất cao Trung Quốc, theo thống kê nông nghiệp Trung Quốc tới năm 1997 đà có 450 khu ứng dụng công nghệ sản xuất rau nhà lới Hà Lan, Pháp, Israel, Đài Loan.v.v với diện tích khu từ 50 tới 165 Ngoài có nhiều nớc khác ứng dụng công nghệ sản xuất rau hoa nh:Hà Lan, Pháp, Đức số nớc nh: Hà Lan, Pháp, Đức, Israel, Anh, Nga.v.vngoài công nghệ trồng nhà lới có điều tiết nhiệt độ, họ áp dụng công nghê sản xuất rau hoa không dùng đất nhà kính đà thu đợc kết cao, họ đà trở thành nớc xuất công nghệ xuất rau hoa lớn nh: Hà Lan, Mỹ, Trung Quốc.v.v (Tài liệu: báo cáo tình hình sản xuất nông nghiệp Việt Nam giới Tác giả: Phạm Gia Trung Vũ Quốc Hằng Nhà xuất Nông nghiệp 2004) ã Ưu điểm phơng pháp trồng nhà lới cã ®iỊu tiÕt nhiƯt ®é + Cã thĨ chđ ®éng đợc thời vụ gieo trồng + Hạn chế tác hại thời tiết tiết khắc nhiệt Khoa điện -9- Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp + bị cỏ dại, sâu bệnh hại trồng + Năng suất cao từ 20 đến 30% so với trồng đồng ruộng, sản phẩm đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm + Không gây ô nhiễm môi trờng không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật ã Nhợc điểm phơng pháp trồng nhà lới có tự động điều tiết nhiệt độ + Vốn đầu t ban đầu lớn, chi phí sản xuất lớn + Giá thành sản phẩm cao + Kỹ thuật phức tạp 1.2.Những ảnh hởng điều kiện ngoại cảnh đến sản xuất rau Ngời trồng rau muốn thành công sản xuất rau điều quan trọng phải hiểu đợc cách sâu sắc toàn diện yếu tố môi trờng, yêu cầu khả thích nghi rau điều kiện ngoại cảnh trình sinh trởng phát triển Một số yếu tố môi trờng nh địa hình, khí hậu thời tiết yếu tố gây khó khăn, trở ngại không nhỏ trình sản xuất rau 1.2.1 ¶nh h−ëng cđa nhiƯt ®é Trong s¶n xt rau nhiƯt độ yếu tố hạn chế lớn 00C làm số chết rét, nhiệt độ 400C làm cho nhiều bị khô héo bị chết Đối với nhiều loại rau tồn thời gian dài nhiệt độ 150C, chí 100C Hiệu suất quang hợo hầu hết loại rau ngừng 300C Nhiều rau thực chức quang hợp có hiệu từ 12 ữ 240C Đối với số loài khác quang hợp có hiệu nhiệt độ 18 ữ 210C 240C Tốc độ sinh trởng rau phụ thuộc vào cung cấp đầy đủ chất dinh d−ìng, ®é Èm víi ®iỊu kiƯn nhiƯt ®é thÝch hợp Khi nhiệt độ vợt giới hạn, khí khổng đóng lại ảnh hởng tới trình trao đổi khí CO2, trình quang hợp.v.v dẫn đến sinh trởng Nếu tình trạng kéo dài bị chết Nhiệt độ thay đổi theo vĩ độ địa lý, theo mùa, theo ngày ngày Khoa điện - 10 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Hình 3.19: Sơ đồ mạch nguyên lý mạch đo cờng độ ánh sáng Nguyên lý mạch do: Dựa vào nguyên lý thay đổi điện trở quang trở R1 theo cờng độ ánh sáng chiếu vào bề mặt ta xác định đợc cờng độ ánh sáng thông qua thông số điện trở quang trở Các linh kiện D1,C1,C2,C3,U3 7805 nhằm tạo điện áp 5V từ nguồn 24V để cung cấp cho mạch so sánh Trong mạch so sánh, điện áp biến đổi từ ữ 5V ứng với cờng độ ánh sáng đợc tạo nhờ R2,R3,R1 Điện trở R2,R3 nhằm giảm dòng qua quang trở Điện áp lấy R1,R2 đợc đa vào đầu so sánh thuật toán LM324 ánh sáng chiếu vào điện áp chân thuật toán ~5V, có ánh sáng chiếu vào R1 tiến dần tới , áp chân tiến dần tới V tùy vào cờng độ ánh sáng Biến trở R6 để tạo điện áp (0 ữ 5V), điện áp đặt để so sánh với điện áp tạo từ chân quang trở Nh để xác định điểm cờng độ sáng ta đặt điện áp tơng ứng chân 2, ánh sáng xuống dới ngỡng Khoa điện Nội - 105 - Trờng ĐHNNI_ Hà Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp chân có điện áp lớn điện áp đặt, đầu so sánh thuật toán có mức điện áp cao (5V) Điện áp kích mở transistor C828 qua điện trở bảo vệ R4, transistor mở có điện áp 24V vào cuộn dây Relay, chân tiếp điểm Relay ta cấp nguồn 24V để đa vào PLC xử lý Phần mạch in: Hình 3.20: Sơ đồ mạch in mạch đo cờng độ ánh sáng 3.2.2.1.6 Kết thí nghiệm với cảm biÕn quang Dơng thÝ nghiƯm: + C¶m biÕn quang + Máy đo cờng độ ánh sáng EXTECH - Máy đo cờng độ ánh sáng từ ữ 100000 lux - Máy có hai thang đo: Nếu ta đo từ ữ 19999 lux đặt thang ®o x10 NÕu ta ®o tõ 20000 ÷ 500000 lux ta đặt thang đo x 100 + Đồng hồ vạn (Chỉ thị số) + ổn áp, điều chỉnh điện áp từ ữ 220 V Để điều chỉnh sáng tối bóng đèn làm thí nghiệm + Đèn sợi đốt công suất 60 W Do ta cần đo ánh sáng từ 30000 ữ 80000 lux nên máy đo cờng độ ánh sáng ta đặt thang đo x 100 Trong trình làm thí nghiệm ta thu đợc kết cho bảng sau: Số lần thí nghiệm Khoa điện Nội Điện áp Đơn vị (mV) 574 Cờng độ ánh ố lần hí sáng x 100 Đơn vị (lux) ghiệm 13 - 106 - Điện áp Cờng độ ánh Đơn vị sáng x100 (mV) Đơn vị (lux) 49 526 Trờng ĐHNNI_ Hà Đồ án tốt nghiệp T§H46 10 11 12 Nguyễn Văn Tú _ Lớp 473 23 14 48,8 530 242 100 15 47,5 597 226 172 16 47,3 610 196 184 17 47,1 630 125 220 18 46 660 103 224 19 45,2 693 91,2 254 20 45 675 82,4 295 21 44,9 686 78,5 360 22 44,4 700 76 392 23 44,2 710 73 400 24 44 720 B¶ng 3.6: KÕt qu¶ thÝ nghiƯm víi c¶m biến quang Từ bảng kết ta tổng hợp xử lý số liệu ta tổng hợp hàm số phụ thuộc điện áp vào cờng độ sáng: Để việc tìm hàm phụ thuộc đợc đơn giản ta xư lý vµ lÊy 10 sè liƯu nh− ë bảng sau đây: Số lần thí nghiệm 10 Điện áp (y) Đơn vị (mV) 574 473 242 196 91.2 76 49 46 45 44 ∑ y = 1836,2 C−êng ®é ánh sáng (x) x 100 Đơn vị (lux) 23 100 184 254 392 530 660 675 720 ∑ x = 3546 y = 183,62 ∑ y2 =672756,44 σ y = 183,19 x = 354,6 ∑ x2 = 1953154 σ y =263,77 y =33716,3 x =125741,16 TÝnh to¸n hƯ sè t−¬ng quan ρ ta cã: ρ= Khoa c¬ ®iÖn Néi μ11 σ x σ y (3.33) - 107 - Trờng ĐHNNI_ Hà Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp n n với 11 = ∑ ( xk yk − x y ) (3.34) Thay sè vµo ta cã: ⇒ μ11 = (247076,8 – 65111,65) 10 ⇒ μ11 =18196,51 Vµ σx σy =263,77.183,19 = 48320,02 VËy hƯ sè t−¬ng quan ρ lµ: , 51 = 0,37 ρ = 18196 48320 , 02 Nh ta thấy x y có quan hƯ kh«ng tun tÝnh Qua sè liƯu ta thu đợc ta dự báo hàm hai đại lợng x y có dạng hyperbol với x>0 y>0 a , với x>0 y>0 x Đặt Y = y vµ X = ta cã: Y = a.X x Tính toán với Y = y X = ta đợc số liệu cho bảng 2.3.1.6c sau: x Hàm có dạng y = Số lần thí nghiệm 10 Điện áp Đơn vị y (mV) 574 473 242 196 91.2 76 49 46 45 44 ∑Y = 1836,2 Y = 183,62 ∑ Y2 =672756,44 σ Y = 183,19 Y =33716,3 Cờng độ ánh sáng x 100 Đơn vÞ x (lux) 0,125 0,043 0,01 0,0054 0,0039 0,006 0,002 0,0015 0,0048 0,0014 ∑ X = 0,203 X = 0,0203 ∑ X2 = 0,0177 σ X =0,037 X =0,00041 áp dụng phơng pháp bình phơng cực tiểu ta có ®iỊu kiƯn: Khoa c¬ ®iƯn Néi - 108 - Tr−êng ĐHNNI_ Hà Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Líp n ∑ (Y − a X k ) = S = k k =1 (3.35) LÊy vi ph©n theo a ta cã: n -2 ∑ (Yk − a X k ) Xk = (3.36) k =1 n k =1 k n ⇒ a ∑ X = ⇒a= n ∑X k =1 k ∑X k =1 k Yk n k =1 k Yk / ∑ X víi Xk.Yk = 96,82 Thay sè vµo ta cã: a = 96,82 = 5470 0,0177 VËy ta cã: Y = 5470.X ta cã hµm sè biĨu diƠn tơng quan hai đại X Thay y = Y x = lợng x y là: y= 5470 x điện áp (mV ) Từ hàm ta vẽ đợc đồ thị biểu diễn phụ thuộc điện áp vào cờng độ ánh sáng chiếu vào quang trë, h×nh 3.21 700 600 500 400 300 200 100 0 200 400 600 800 cờng độ sáng (X100) lux Hình 3.21: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc điện áp quang trở Khoa điện Nội vào cờng độ ánh sáng - 109 - Trờng ĐHNNI_ Hà Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Do đề tài ta nghiên cứu số loại rau thuộc loại C3 cờng độ ánh sáng phù hợp cho loại từ 30000ữ80000 lux Nhng đề tµi ta lµm thÝ nghiƯm ta chØ lµm víi bãng đèn sợi đốt có công suất 60W nên cờng độ ánh sáng không đủ đợc 80000 lux 3.3 thuật toán điều khiển mô hình 3.3 Hoạt động hệ thống Sơ đồ tổng thể mô hình hệ thống Hình 3.22: Sơ đồ tổng thể mô hình hệ thống Trong mô hình ta sử dụng: ã Máy tính cá nhân PC ã Bộ lập trình PLC S7 _ 200 ã Hai động cơ: - Động phun sơng có công suất 0,37 KW - Động mái Khoa điện Nội - 110 - Trờng ĐHNNI_ Hà Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp ã HƯ thèng c¶m biÕn gåm: - Hai c¶m biÕn nhiƯt - Một cảm biến quang ã Hệ thống đờng ống dẫn vòi phun sơng ã Bể để cung cấp nớc cho động Cảm biến Khuếch đại tín hiệu Chuyển đổi tín hiệu Nguồn nuôi Xử lý tín hiệu (PLC) điều khiển máy bơm Máy tính pc Hình 3.23:Sơ đồ khối hệ thống điều tiết nhiệt độ nhà lới Hoạt động hệ thống: Khi ngời điều khiển ấn Start hệ thống bắt đầu làm việc Cảm biến nhiệt đặt nhà lới nhận tín hiệu cách cảm biến nhiệt độ không khí nhµ l−íi nhµ l−íi hÊp thơ nhiƯt cđa ánh nắng mặt trời chiếu xuống Khi cảm biến nhận đợc tín hiệu nhiệt đa qua biến đổi tơng tự số sau đợc đa vào PLC để diều khiển Nếu nhiệt độ lớn nhiệt độ giới hạn để sinh trởng phát triển (Ta đặt t > 300C) PLC phát tín hiệu điều khiển động bơm sơng hoạt động Trong trình động phun sơng hoạt động cảm biến nhiệt độ hoạt động bình thờng cảm biến nhiệt độ nhµ l−íi vµ cung cÊp tÝn hiƯu vỊ cho PLC nhiệt độ giảm tới giới hạn cho phép (t < 250C) PLC phát tín hiệu để ngắt nguồn cung cấp cho động phun sơng, lúc động phun sơng dừng Cảm biến quang đợc đặt mái nhà lới nhằm mục đích cảm biến cờng độ ánh sáng mặt trời chiếu xuống Khi cờng độ ánh sáng mặt trời chiếu Khoa điện Nội - 111 - Trờng ĐHNNI_ Hà Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp xuống nhỏ giới hạn cho phép, loại C3 (Các rau C3 nh cà chua, khoai tây,củ cải ) 30000 ữ 80000 lux ( Tài liệu Trồng Trọt Đại Cơng Hà Thị Thanh Bình chủ biên) Nhng đề tài ta đặt ngỡng 40000 lux Khi cờng độ ánh sáng mặt trời chiếu xuống nhỏ 40000 lux (tơng đơng điện áp chân cảm biến quang lớn 73 mV), tín hiệu đợc đa qua so sánh sau ®ã trun tÝn hiƯu tíi PLC , PLC sÏ truyền tín hiệu điều khiển động mái, mái lại Khi cảm biến quang cảm biến đợc cờng độ ánh sáng mặt trời lớn 40000 lux (tơng đơng điện áp chân cảm biến quang nhỏ 73 mV) tín hiệu truyền qua so sánh sau truyền tới PLC , PLC truyền tín hiệu điều khiển động mái đảo chiều quay trải mái che lại 3.3 Giới hạn đề tài Do mô hình ta sử dụng 1m3 việc điều tiết nhiệt độ chịu ảnh hởng lớn môi trờng mà trình phun sơng nhiệt độ không giảm tới nhiệt độ thích hợp sinh trởng phát triển từ 180C ữ 240C mà giảm đợc vài ®é C ViƯc ta sư dơng c¶m biÕn quang ë mái gặp phải số nhợc điểm nh: Những hôm trời có gió tây dù cờng độ ánh sáng mặt trời yếu nhng không khí nóng, lúc cảm biến nhận tín hiệu báo cho PLC, PLC điều khiển động mái vào điều có hại cho rau Một giới hạn đề tài là: Ta điều tiết từ nhiệt độ cao xuống nhiệt độ thấp mà không điều tiết theo hớng ngợc lại, mà gặp phải hôm nhiệt độ trời hạ thấp xuống dới nhiệt độ thích hợp để sinh trởng phát triển hệ thống ngừng làm việc phải sử dụng tới biện pháp khác để giữ ấm cho rau Do đề tài ta nghiên cứu số loại rau thuộc loại C3 cờng độ ánh sáng phù hợp cho loại từ 30000ữ80000 lux Khoa điện Nội - 112 - Trờng ĐHNNI_ Hà Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Nhng đề tµi ta lµm thÝ nghiƯm ta chØ lµm víi bóng đèn sợi đốt có công suất 60W nên cờng độ ánh sáng không đủ đợc 80000 lux Nếu ta sử dụng loại bóng đèn có công suất lớn thi nhiệt độ tỏa vào quang trở lớn điều làm giảm độ nhạy quang trở Mặt khác động ta sử dụng để mái động chiều với điện áp định mức 24V, nên đề tài ta đặt cho cảm biến quang ngỡng cờng độ ánh sáng để PLC tác động 40000 lux Nếu cảm biến quang nhận đợc tín hiệu cờng độ ánh sáng mức thấp 40000 lux (tơng đơng điện áp chân cảm biến quang nhỏ 73 mV) PLC tác động vào động mái mái lại, cảm biến quang nhận đợc tín hiệu cờng độ ánh sáng mức 40000 lux (tơng đơng điện áp chân cảm biến quang lớn 73 mV) PLC tác động vào động mái đảo chiều quay trải mái che lại 3.4 Chơng trình ®iỊu khiĨn hƯ thèng ®iỊu tiÕt nhiƯt ®é nhµ lới 3.4.1 Phân định đầu vào đầu PHân công tín hiệu vào Ký hiệu Địa Phần tử ON I0.0 Nút ấn khởi động, thờng mở I0.1 Công tắc hành trình trong, thờng đóng I0.2 Công tắc hành trình ngoài, thờng mở S1 AIW0 Cảm biến nhiệt độ S2 AIW2 Cảm biến quang PHân công tín hiệu Ký hiệu Địa Phần tử M1 Q0.0 Động bơm sơng M2 Q0.1 Động mái cuốn mái lại M3 Q0.2 Động cuón mái trải mái 3.4.2 Lu đồ thuật toán Khoa điện Nội - 113 - Trờng ĐHNNI_ Hà Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp S1=1 nhiệt độ nhà lới lớn 250C S2=1 cờng độ ánh sáng lớn 40000 lux Start S1=1 S1 S2 Sai Sai §óng S2=1 §óng Q0.0 =1 Q0.1 = Q0.2 = Q0.1 = Q0.2 = Stop 3.4.3 Chơng trình điều khiển //Chuong trinh dieu khien //Dang STL NETWORK //Bat dong co bom suong LD I0.0 AW>= AIW0, +19200 S Q0.0, Khoa c¬ điện Nội - 114 - Trờng ĐHNNI_ Hà Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp NETWORK //Tat dong co bom suong LD I0.0 AW