Nghiên cứu thiết kế mô hình bộ điều khiển chuồng gà tự động

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA o0o KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MƠ HÌNH BỘ ĐIỀU KHIỂN CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG NGÀNH C ĐIỆN T M NGÀNH „ Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Thị Phượng Sinh viên thực : Cao Văn Đức Mã sinh viên : 1551080595 Lớp : K60 – CĐT Khóa : 2015- 2019 Hà Nội - 2019 LỜI NÓI ĐẦU Ngày ngành chăn ni khơng ngừng phát triển địi hỏi phải có xu hƣớng phát triển bền vững đại Chăn nuôi công nghệ cao mục tiêu phát triển hầu hết nƣớc giới Nó mơ hình gắn liền với tự động hóa, ứng dụng kết hợp đƣợc công nghệ đại, tiên tiến nhằm nâng cao hiệu quả, hiệu suất tạo bƣớc đột phá nghề chăn nuôi Mô hình phát triển mạnh nƣớc nhƣ Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản, Anh, Pháp, Đức, Hà Lan… đƣợc tự động hóa nhiều nhiều quy trình: cho ăn, tắm mát, vệ sinh chuồng trại, khám sức khỏe, thu hoạch Việc áp dụng mơ hình chăn nuôi công nghệ cao giúp giảm bớt sức lực cho ngƣời lao động, chí trƣớc ngƣời chăm sóc đƣợc chuồng ni ngƣời điều khiển hệ thống chăm sóc trang trại chăn ni Bên cạnh mơ hình ngày đƣợc cải tiến, nâng cấp độ xác, tốc độ làm việc tối ƣu chi phí nên đƣợc xem xu hƣớng tích cực Tuy nhiên, Việt Nam hầu hết trang trại chăn nuôi quy mô nhỏ, chủ yếu chăm sóc tay, cơng nghệ tự động áp dụng vào chăn ni chƣa nhiều Xuất phát lí nên em chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế mơ hình điều khiển chuồng gà tự động.” Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô môn KTĐ&TĐH, đặc biệt cô Nguyễn Thị Phƣợng hƣớng dẫn tận tình truyền đạt nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu Do thời gian kiến thức có hạn, đề tài cịn có nhiều thiếu sót, kính mong đƣợc góp ý thầy bạn Sinh viên thực Cao Văn Đức i TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH CỘNG HÕA X HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Bộ mơn Kỹ thuật điện & Tự động hóa Độc lập – Tự – Hạnh phúc Hà Nội, ngày 16 tháng 05 năm 2019 PHIẾU NHẬN XÉT VÀ CHẤM ĐIỂM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: Cao Văn Đức Mã sinh viên: 1551080595 Lớp: 60_CĐT Sinh viên Cao Văn Đức hồn thành báo cáo khóa luận tốt nghiệp theo quy định tiến độ kế hoạch Bộ môn Khoa đề - Về nội dung: Báo cáo khóa luận gồm 04 chƣơng: Chương Tổng quan điều khiển chuồng gà tự động Chương Thiết kế mạch điều khiển cho chuồng gà tự động Chương Xây dựng phần mềm Chương 4: Lắp đặt chạy thử nghiệm Nội dung báo cáo khóa luận hợp lý, đầy đủ bảng biểu, hình vẽ minh họa, trình bày theo mẫu quy định Đã có vận dụng, tổng hợp kiến thức môn học chuyên ngành q trình thực khóa luận Về nghiên cứu chế tạo đƣợc mơ hình mạch điều khiển chuồng gà tự động sử dụng - Về ý thức: thời gian thực khóa luận tốt nghiệp, sinh viên Cao Văn Đức chấp hành nghiên túc lịch làm việc; chủ động việc sƣu tầm, tìm hiểu tài liệu, chế tạo đƣợc thiết bị thực nội dung khóa luận Kết luận Đồng ý cho sinh viên Cao Văn Đức nộp báo cáo khóa luận bảo vệ khóa luận tốt nghiệp Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Thị Phượng i NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN (Chữ ký, họ tên) ii LỜI NÓI ĐẦU I DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VI PHẦN 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CHƯ NG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG 1.1 1.1.1 TÌM HIỂU MỘT SỐ HỆ THỐNG CHĂN GÀ CĨ TRÊN THỊ TRƯỜNG .3 Trang trại chăn nuôi gà bán cơng ngiệp chăm sóc tay .3 1.1.2 Trang trại chăn ni gà cơng nghiệp, tự động hóa hồn toàn 1.1.3 Nhận xét 1.2 GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ S DỤNG TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG 1.2.1 Giới thiệu board mạch điều khiển Arduino .5 1.2.2 Giới thiệu động DC 1.2.3 Công tắc hành trình 11 1.2.4 Module relay kênh .12 1.2.5 Module cảm biến mưa 13 1.2.6 Module cảm biến ánh sáng .14 1.2.7 Cảm biến nhiệt độ lm35 15 CHƯ NG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG 17 2.1 YÊU CẦU BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN 17 2.2 S ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG 17 2.3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG 18 2.3.1 Sơ đồ nguyên lý chung hệ thống .18 2.3.2 Thiết kế mạch điều khiển máng ăn tự động 19 2.3.3 Thiết kế mạch điều khiển mái che tự động .20 2.3.4 Thiết kế mạch điều khiển bật đèn tự động 21 2.3.5 Thiết kế mạch điều khiển phun nước tự động 21 CHƯ NG XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN 23 3.1 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN CHO CHƯ NG TRÌNH PHẦN MỀM 23 3.2 GIAO TIẾP ARDUINO VỚI LABVIEW .23 3.3 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG .25 3.3.1 Lập trình mái che đèn tự động 25 iii Lập trình máng ăn tự động 28 3.3.2.Lập trình phun nước mái tự động 30 3.3.3 Kết nối camara giám sát chuồng gà .32 3.3.4 Chương trình điều khiển chuồng gà tự động 35 CHƯ NG LẮP ĐẶT VÀ CHẠY TH 4.1 4.2 NGHIỆM 37 QUY TRÌNH LẮP ĐẶT MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀO CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG 37 SẢN PHẨM ĐẠT ĐƯỢC .41 KẾT LUẬN 44 iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Thời gian cho gà ăn .29 v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Trang trại gà bán cơng nghiệp chăm sóc tay .3 Hình Trại gà cơng nghiệp chăm sóc tự động .4 Hình Hệ thống bình đựng cám trang trại Hình 1.4: Mạch aduino uno Hình 1.5: Hình ảnh stator động điện chiều .8 Hình 1.6: Hình ảnh roto động điện chiều Hình 1.7 Mơ định luật lực điện từ Hình 1.8 Mơ hình đơn giản động điện chiều 10 Hình 1.9 Phân loại động điện chiều theo kích từ 11 Hình 1.10: Cơng tắc hành trình 11 Hình 11: Module relay kênh 13 Hình 1.12 : Module cảm biến mƣa 14 Hình 1.13: Module cảm biến ánh sáng .15 Hình 1.14 : Lm35 15 Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống 18 Hình 2.2 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống board mạch .18 Hình 2.3 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết kế .19 Hình 2.4 : Sơ đồ nguyên lý máng ăn 19 Hình 2.5 : Sơ đồ nguyên lý mái che 20 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý module cảm biến mƣa ánh sáng 21 Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý bật đền tự động 21 Hình 2.8 : Sơ đồ nguyên lý phun nƣớc tự động 21 Hình 3.1 : Lƣu đồ thuật tốn .23 Hình 2: VI Package Manager 24 Hình 3.3 : LIFA_Base ổ c .25 Hình : mở LIFA_Base arduino 25 Hình : Mơđun khởi tạo kết nối board Arduino 26 Hình 6: Chân vào arduino mái che .26 Hình 7: So sánh cảm biến mƣa cảm biến ánh sáng .27 Hình :Module để đóng kết nối với cổng 27 vi Hình 9: Chƣơng trình mái che đèn tự động 28 Hình 11 : Chuỗi ngày / thời gian 28 Hình 12 : So sánh thời gian thực 29 Hình 13: Chƣơng trình máng ăn tự động 30 Hình 14: Đầu vào arduino máy bơm 30 Hình 15: So sánh nhiệt độ 31 Hình 16 :Chƣơng trình phun mái tự động .31 Hình 17 : NI Vision Acquisition 32 Hình 18 : Vision Development Module 32 Hình 19: kiểm tra module camara 33 Hình 20: Ivcam 33 Hình 21: camara vision acquisition .34 Hình 22: Thu nhận hình ảnh liên tục 34 Hình 23: Chƣơng trình kết nối camara với vision acquisition 35 Hình 24: Chƣơng trình điều khiển chuồng gà tự động 35 Hình 25: Giao diện chƣơng trình điều khiển chuồng gà tự động 36 Hình 4.1: Động máng cám 37 Hình 4.2: Động mái tre 37 Hình 4.3: Lắp cảm biến nhiệt độ .37 Hình 4: Lắp đặt cảm biến mƣa 38 Hình 5: Lắp cảm biến ánh sáng .38 Hình 6: Lắp bóng đèn 220 v 38 Hình 7: Gắn cơng tắc hành trình 39 Hình 8: Lắp quạt 39 Hình 9: Máng gen 39 Hình 10: Arduino lắp vào tủ điện 40 Hình 11: Gá đấu dây module relay kênh 40 Hình 12: Cầu đấu dây 40 Hình 13: Lắp nguồn 41 Hình 14: Tủ điện hồn thành 41 Hình 15: Trời sáng đèn tắt 41 vii Hình 16: Trời tối đèn tắt 42 Hình 17 : Mái che 42 Hình 18: Mái che vào 42 Hình 19: Máng ăn chạy 43 Hình 20: Phun mái chạy 43 viii Bƣớc 2: so sánh Hình 15: So sánh nhiệt độ Là lấy giá trị đọc cảm biến lm35 đến hàm nhân, tín hiệu đem so sánh lớn với nhiệt độ đặt cố định.Khi nhiệt độ lớn nhiệt độ đặt cố định tín hiệu xuất chân D9 làm máy bơm chạy ngƣợc lại Bƣớc 3: Hồn thành chƣơng trình phun mái tự động Hình 16 :Chương trình phun mái tự động 31 3.3.3 Kết nối camara giám sát chuồng gà Bƣớc 1: Tải module xử lý ảnh cho lab view 2014 Hình 17 : NI Vision Acquisition Vision Assistant giúp bạn thao tác nhanh phƣơng pháp tùy chỉnh thay lập trình khối nhỏ Vision Assistant đặt Functions >> Vision and Motion >> Vision Express Thực chất Vision Assistant giao diện đóng gói xếp thành khâu có trình tự hàm xử lý ảnh thƣ viện VDM, giúp ngƣời dùng dễ tiếp cận với việc lập trình xử lý ảnh Hàm Vision Assistant đƣợc tạo bạn cài đặt thƣ viện Vision Development Module (VDM) Hình 18 : Vision Development Module 32 Vision Development Module (VDM) module phát triển ứng dụng xử lý ảnh Đây thƣ viện khối VI đầy đủ dành cho xử lý ảnh Mục đích VDM cung cấp khối bản, ví dụ nhƣ: mở camera, chụp ảnh, biến đổi ảnh, lƣu ảnh, tắt camera v.v khối hàm chức năng, ví dụ: tìm cạnh, tìm vật thể, đếm vât thể, xác định màu… để lập trình tạo ứng dụng Nhờ có số lƣợng hàm, khối VI phong phú nhƣ nên VDM linh hoạt Hình 19: kiểm tra module camara Sau tải giải nén module, ta bật labview 2014 lên kiểm tra thấy đầy đủ Vision Assistant hoàn thành xong Bƣớc 2: kết nối camera điện thoại với máy tính Hình 20: Ivcam 33 Tải ivcam máy tính điện thoại để máy tính kết nối camera điện thoại thơng qua wifi usb Và máy tính thơng qua camara xử lý ảnh Bƣớc 3: kết nối camera với vision acquisition Hình 21: camara vision acquisition Ta lấy module vision acquisition rùi chọn cam1 điện thoại, ấn next để kết nối Hình 22: Thu nhận hình ảnh liên tục Chọn continuous acquisition with inline processing chƣơng trình thu nhận hình ảnh liên tục để xử lý 34 Hình 23: Chương trình kết nối camara với vision acquisition Hồn thành chƣơng trình kết nối cmara với vision acquisition labview, chƣơng trình đƣợc đặt vịng lặp vĩnh viễn 3.3.4 Chương tr nh điều khiển chuồng gà tự động Hình 24: Chương trình điều khiển chuồng gà tự động 35 Hình 25: Giao diện chương trình điều khiển chuồng gà tự động 36 CHƯ NG 4: LẮP ĐẶT VÀ CHẠY TH NGHIỆM 4.1 Quy trình lắp đặt mạch điều khiển vào chuồng gà tự động Để lắp ráp mạch điện vào chuồng gà cách khoa học dễ dàng thực quy trình lắp ráp theo bƣớc sau Bước1 Lắp động cho máng cám Hình 4.1: Động máng cám Bước2 Lắp động cho mái che Hình 4.2: Động mái che Bước3 Đầu tiên cần phải lắp cảm biến nhiệt độ Hình 4.3: Lắp cảm biến nhiệt độ 37 Bước4 Lắp cảm biến mƣa lên mái chuồng gà Hình 4: Lắp đặt cảm biến mưa Bước5 Lắp cảm biến ánh sáng Hình 5: Lắp cảm biến ánh sáng Bước6 Lắp bóng đèn điện 220v gá vào alu Hình 6: Lắp bóng đèn 220 v 38 Bước7 Lắp cơng tắc hành trình cho mái che Hình 7: Gắn cơng tắc hành trình Bước8 Gắn hai quạt thơng gió vơ alu Hình 8: Lắp quạt Bước9 Luồn hết dây điện vào máng gen chuồng gà Hình 9: Máng gen Bước10 Lắp arduino vào tủ điều khiển 39 Hình 10: Arduino lắp vào tủ điện Bước11 Lắp module relay kênh vào tủ điện đấu dây Hình 11: Gá đấu dây module relay kênh Bước12 Lắp cầu đấu dây Hình 12: Cầu đấu dây 40 Bước13 Lắp nguồn nguồn đấu dây vơ chân Hình 13: Lắp nguồn Bước14 Kết nối nguồn relay, Arduino, cầu đấu dây hồn chỉnh mạch điều khiển Hình 14: Tủ điện hoàn thành 4.2 Sản phẩm đạt  Đèn điện 220 v bật có trời sáng, tối đèn tự tắt Hình 15: Trời sáng đèn tắt 41 Hình 16: Trời tối đèn tắt  Mái che trời nắng không mƣa, vào mƣa tối Hình 17 : Mái che Hình 18: Mái che vào 42  Máng ăn chạy thời gian hẹn Hình 19: Máng ăn chạy  Phun mái nhiệt độ đặt phun nƣớc Hình 20: Phun mái chạy 43 KẾT LUẬN Qua thời gian tìm hiểu, nghiên cứu, xây dựng ý tƣởng tiến hành thiết kế chế tạo, tác giả hoàn thành đề tài “Nghiên cứu, thiết kế mơ hình điều khiển chuồng gà tự động” Mơ hình đƣợc thiết kế vận hành tảng điều khiển động DC cách sử dụng Arduino xử lý phân tích tín hiệu cảm biến tạo Chế tạo thành cơng mơ hình điều khiển chuồng gà tự động 05 quy trình: - Máng ăn tự động - Mái che tự động - Phun nƣớc tự động - Bật đèn tự động - Lắp camera giám sát hệ thống chuồng gà tự động Mơ hình đƣợc chạy thử nghiệm phịng thí nghiệm Kỹ thuật điện Tự động hóa khoa Cơ điện Cơng trình, kết hoạt động mạch điều khiển chuồng gà theo tín hiệu điều khiển Tuy nhiên hạn chế mặt thời gian kinh tế nên mơ hình đƣợc điều khiển vi điều khiển nên bị ảnh hƣởng nhiễu, hƣớng phát triển đề tài xây dựng hệ thống điều khiển dùng PLC để hệ thống hoạt động xác, ổn định Ngồi ra, đề tài xây dựng thêm nhiều quy trình tự động khác cho hệ thống nhƣ quy trình dọn chuồng gà tự động 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO http://arduino.vn/ https://circuitdigest.com/tech-articles https://github.com/ https://www.ni.com/en-vn/shop/labview.html Lập trình điều khiển với Arduino, Phạm Quang Huy – Lê Cảnh Trung, Nhà xuất Kho học Kỹ thuật Vy điều khiển ứng dụng arduino dành cho người tự học, Phạm Quang Huy – Nguyễn Trọng Hiếu, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội 45 ... NG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG 17 2.1 YÊU CẦU BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN 17 2.2 S ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG 17 2.3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG CHUỒNG... KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHUỒNG GÀ TỰ ĐỘNG 2.1 Yêu cầu toán điều khiển Xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển tự động cho mơ hình chuồng gà với u cầu: - Máng ăn tự động: cho gà ăn hẹn - Mái che tự động: ... chuồng gà tự động Chƣơng 2: Thiết kế mơ hình mạch điều khiển cho chuồng gà tự động Chƣơng 3: Xây dựng phần mềm điều khiển chuồng gà tự động Chƣơng 4: Lắp đặt chạy thử nghiệm Đối tượng nghiên cứu