bài tập lớn môn đo lường và cảm biến ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO NỒNG ĐỘ KHÍ H2S, ỨNG DỤNG ĐO KHÍ Ô NHIỄM SINH RA TRONG CÁC KHU NUÔI GIA CẦM (GÀ, VỊT) đặt vấn đề : Ngày nay ngành chăn nuôi truyền thông nói chung và chăn nuôi gia cầm nói riêng đang phải đối mặt với một vấn đề rất nan giải đó là sự gây ra ô nhiễm nghiêm trọng môi trường nước và không khí. Sự ô nhiễm đã tạo ra mùi hôi và khí độc ảnh hưởng đến sức khỏe của gia cầm đặc biệt là con người. Do xử lí chất thải không tốt, bởi không có dụng cụ đo kiểm soát môi trường thường xuyên, nên khí H2S độc phát tán, gây bệnh đường hô hấp cho vật nuôi đặc biệt là gây nguy hiểm cho con người.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÀI TẬP LỚN Đề tài THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO NỒNG ĐỘ KHÍ H2S, ỨNG DỤNG ĐO KHÍ Ơ NHIỄM SINH RA TRONG CÁC KHU NUÔI GIA CẦM (GÀ, VỊT) Sinh viên thực hiện: Mã sinh viên: Hà Nội-2021 I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề: Ngày ngành chăn ni truyền thơng nói chung chăn ni gia cầm nói riêng phải đối mặt với vấn đề nan giải gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường nước không khí Sự nhiễm tạo mùi khí độc ảnh hưởng đến sức khỏe gia cầm đặc biệt người Do xử lí chất thải khơng tốt, khơng có dụng cụ đo kiểm sốt mơi trường thường xun, nên khí H2S độc phát tán, gây bệnh đường hô hấp cho vật nuôi đặc biệt gây nguy hiểm cho người 1.2 Giải vấn đề: Cần có biện pháp để kiểm sốt xử lý nồng độ khí H2S khu chăn nuôi gia cầm cách kịp thời hiệu Trước hết, cần phải có thiết bị đo nồng độ khí H2S khu gia cầm xác cảnh báo trước nguy hiểm xảy Từ xây dựng hệ thống kiểm sốt xử lý khí H2S 1.3 Giới thiệu đề tài: Đề tài cung cấp cho kiến thức giúp giải vấn đề cịn nan giải xã hội nói chung ngành chăn ni nói riêng Cụ thể, thị trường có nhiều loại cảm biến nồng độ khí H2S, giá chúng dao động tầm 10-20 triệu đồng Để đo kiểm sốt nồng độ khí H2S cần phải kết hợp với thiết bị khác như: vi xử lý, nguồn, hình hiển thị, chuẩn hóa tín hiệu sang nguồn-dịng đèn cảnh báo, quạt thơng gió, … 1.4 Ưu nhược điểm đề tài Ưu điểm: - Kiểm soát nồng độ, độ nguy hiểm H2S - Dự đoán trước báo trước cho chủ trang trại để có biện pháp xử lý kịp thời - Kiểm tra xác tiện lợi, khơng cần trực tiếp tiếp xúc với chất khí Nhược điểm; - Do nên giá thị trường đắt, không phù hợp với trang trại nhỏ, yếu kinh tế - Đòi hỏi người sử dụng phải đầy đủ kiến thức kĩ hành thiết bị tốt - Chi phí bảo dưỡng cịn đắt đỏ thường phải bảo dưỡng thường xuyên để giữ xác cảm biến II PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Tìm hiểu số loại cảm biến: Trên thị trường có nhiều loại cảm biến khác như: Cảm biến vật lý: sóng điện từ, ánh sáng, tử ngoại, hồng ngoại, tia X, tia gamma, hạt xạ, nhiệt độ, áp suất, âm thanh, rung động, khoảng cách, chuyển động, gia tốc, từ trường, trọng trường, Cảm biến sinh học: đường glucose huyết, DNA/RNA, protein đặc hiệu cho loại bệnh máu, vi khuẩn, vi rút Cảm biến hóa học: độ ẩm, độ pH, ion, hợp chất đặc hiệu, khói, Để sử dụng việc đo nồng độ khí ta sử sụng cảm biến hóa học Cảm biến hóa học áp dụng số ngành công nghiệp khác để thay đổi thay đổi hóa học lỏng khí, phát độc hại sinh từ chất khí độc để cảnh báo, xử lý giúp giảm nguy hiểm đến người thiết bị cần bảo vệ Đặc Điểm Kỹ Thuật Của Cảm Biến Hóa Học - Tuổi thọ cao : làm vật liệu tổng hợp có độ bền cao TEFLON, chống mịn trình sử dụng lâu dài - Sẵn sàng để sử dụng : giá trị cảm biến lưu nhớ điện tử cục bộ, cấu trúc kỹ thuật chất lượng cao đảm bảo ổn điịnh dài lâu - Phạm vi ứng dụng toàn diện, kết hợp với lọc chọn lọc thay thế, sản phẩm giảm thiểu tác động độ nhạy chéo - Công nghê cảm biến tiên tiến: cảm biến AC phát khí axit với tuổi thọ hoạt động khơng giới hạn nhờ có chất điện phân tái nạp Sơ đồ khối thông số linh kiện mạch Quạt thơng gió thu thập khí H2S Cảm biến khí Màn hình LCD Vi xử lý H2 S Cịi báo động - Quạt thơng gió thu thập khí: Có chức thu thập khí độc từ nơng trại để tập trung lại khu cảm biến Mục đích để tăng độ xác cảm biến Cơng suất: tùy quy mơ trang trại mà sử dụng từ HP – 10 HP Nguồn: 380V/Y - Cảm biến điện hóa khí H2S: -Kích thước: 32x22x27MM -Sử dụng IC LM393, MQ136 -Các đầu ra: VCC, GND, DOUT, AOUT -DOUT: Đầu mức Logic 0,1 -AOUT: Đầu Analoge 05V -Biến trở cài đặt ngưỡng -Module phát khí H2S Hình 2.1: Cảm biến MQ136 Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch Cảm biến đo nồng độ khí MQ136 loại cảm biến dựa nguyên lý độ dẫn điện có đặc điểm Hình 2.1 Cảm biến cho kết nhanh, độ nhạy cao, mạch điều khiển đơn giản, giá thành rẻ nên sử dụng thiết bị kiểm sốt chất lượng khơng khí tịa nhà, văn phịng, thích hợp cho việc phát khí H2S Hình 2.2 mạch ngun lý cảm biến Với điện trở cảm biến: Rs=(VC/Vout -1) x RL (1) Hình 2.3 đường đặc tính quan hệ tỉ số Rs/R0 nồng độ khí, R0 điện trở cảm biến điều kiện mơi trường có nhiệt độ 200C độ ẩm 65% Ngoài ra, điện trở Rs/R0 cảm biến phụ thuộc vào nhiệt độ độ ẩm mơi trường xung quanh đặc tính Hình 2.4 Hình 2.3: Đặc tính quan hệ tỉ số Rs/R0 ppm Hình 2.4: Đặc tính quan hệ tỉ số Rs/R0 nhiệt độ, độ ẩm - Khối điều khiển Arduino UNO R3 Arduino tảng mã nguồn mở phần cứng phần mềm Phần cứng Arduino (các board mạch vi xử lý) sinh thị trấn Ivrea Ý, nhằm xây dựng ứng dụng tương tác với với môi trường thuận lợi Phần cứng bao gồm board mạch nguồn mở thiết kế tảng vi xử lý AVR Atmel bit, ARM Atmel 32-bit Những Model trang bị gồm cổng giao tiếp USB, chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác a Thông số kỹ thuật Vi điều khiển Atmega328 họ bit Điện áp hoạt động 5V DC Tần số hoạt động 16MHz Dòng tiêu thụ Khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog (độ phân giải 10 bit) Dòng tối đa chân I/O 30mA Dòng tối đa (5V) 500mA Dòng tối đa (3.3V) 50mA Bộ nhớ flash 32 KB SRAM KB EEPROM KB b Các chân nguồn - GND (Ground): cực âm nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi dùng thiết bị sử dụng nguồn điện riêng biệt chân phải nối với - 5V: Cấp điện áp 5V đầu Dòng tối đa cho phép chân 500mA - 3.3V: Cấp điện áp 3.3V đầu ra.dòng tối đa cho phép chân 50mA - Vin (Voltage Input): Để cấp nguồn cho Arduino UNO, nối cực dương nguồn với chân cực âm nguồn với chân GND - RESET: Việc nhấn nút reset board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET nối với GND qua điện trở 10kΩ - Khối hiển thị LCD LCD dùng để hiển thị khoảng cách đo từ cảm biến lên hình a Thông số kỹ thuật Điện áp MAX 7V Điện áp MIN - 0.3V Hoạt động ổn định 2.7-5.5V Điện áp mức cao > 2.4 Điện áp mức thấp