Thiết kế hệ thống điều khiển quá trình tưới phun mưa phục vụ sản xuất rau quả an toàn trên nền tảng PSoC

MỤC LỤC

Vai trò của tự động hoá trong quá trình sản xuất

Mặc dù các nguyên lý và máy móc điều khiển tự động xuất hiện trước máy tính điện tử rất lâu nh−ng sự ra đời của máy tính điện tử nhất là sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý đã đ−a tự động hoá công nghiệp đến việc áp dụng tự. Hiện nay đầu đo đã tích hợp cả chip vi xử lý, biến đổi ADC, bộ truyền dữ liệu số với phần mềm đo đạc, lọc số, tính toán và truyền kết quả trên mạng số về thẳng máy tính trung tâm.

Mục đích và ý nghĩa việc thiết kế mô hình tưới phun mưa

Tương tự như vậy với cơ cấu chấp hành như mô-tơ đã được chế tạo gắn kết hữu cơ với cả bộ servo với các thuật toán điều chỉnh PID tại chỗ và khả năng nối mạng số tới máy tính chủ. Do vậy tr−ớc nhu cầu sản xuất và yêu cầu cần tiết kiệm tài nguyên và năng l−ợng cho nên chúng tôi tiến hành nghiên cứu, thiết kế điều khiển quá trình t−ới phun m−a phục vụ sản xuất rau sạch.

Nghên cứu tính toán các thông số kỹ thuật của hệ thống t-ới phun m-a trồng rau sạch

Bố trí sơ đồ hệ thống tưới phun mưa và các thông số kỹ thuật 1. Cường độ phun mưa

Đường kính hạt mưa rất khó đo để xác định cỡ to nhỏ của hạt mưa thì theo tác giả Nguyễn Thanh Tùng trong “Thuỷ lực và cung cấp n−ớc trong Nông nghiệp” Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội (1981) đã. Chuẩn số Frud xác định lực quán tính của chuyển động chất lỏng và lực hấp dẫn theo tiết diện thu nén của dòng tia phun là một trong các thông số đóng vai trò quyết định đối với tầm xa lý thuyết tương đối của quỹ đạo tia phun.

Hình 2-2 Sơ đồ của lực tác dụng lên giọt nước và quỹ đạo chuyển động
Hình 2-2 Sơ đồ của lực tác dụng lên giọt nước và quỹ đạo chuyển động

Thiết kế hệ thống t−ới phun m−a

Việc xác định khoảng cách tổ hợp có nhiều cách trong đó có ph−ơng pháp tổ hợp hình học là ph−ơng pháp đ−ợc −a dùng. Trên cơ sở các hình thức tưới của vòi (chữ nhật hoặc tam giác), sử dụng phương pháp đồ giải, lấy bán kính thiết kế( bán kính phun hiệu quả ) theo công thức (2-25) làm căn cứ đồ giải. * Chọn loại sơ đồ: Sơ đồ hệ thống tưới phun kiểu đường ống thường áp dụng theo hai cách: Hệ thống cố định và hệ thống bán di động tuỳ thuộc yêu cầu mà ta lựa chọn cách bố trí sao cho phù hợp.

- Đóng máy bơm, điện ngắt đột ngột, sinh dòng chảy quán tính trong ống, gây ra áp lực âm dẫn đến nước va rất nguy hiểm.

Kết quả thực nghiệm

- Thay đổi số vòi phun đột ngột cũng gây ra nước va trong đường ống. Thiết kế trạm bơm và các công trình phụ trợ trong hệ thống t−ới phun m−a. Lập bảng thống kê vật liệu, thiết bị, phụ kiện và lập dự toán kinh phí 11.

Nh− vậy thông qua các thông số và các b−ớc tiến hành khảo sát nh−

Đường kính phun tối đa của vòi phun là D = 16m và diện tích khu v−ờn là S = 400 m2 cho nên tôi tiến hành bố trí thành hai đ−ờng ống nhánh chạy song song dọc theo chiều dài khu v−ờn với khoảng cách giữa hai đ−ờng này là 10m, khoảng cách giữa hai vòi là 10m. Tổngtổn thất cột nước đường dài tính từ van đáy ống hút đến vị trí vòi phun điển hình (m). Tổngtổn thất cột nước cục bộ tính từ van đáy ống hút đến vị trí vòi phun điển hình.(m).

* Công suất thuỷ lực Ntl (công suất hữu ích) của bơm là công suất dùng để truyền trọng lượng của lưu lượng Q với cột áp H:. ắ Công suất đòi hỏi trên trục của bơm cần phải lớn hơn công suất thuỷ lực Ntl vì bơm phải tiêu hao một phần năng l−ợng để bù vào các tổn thất thuỷ lực, tổn thất ma sát giữa các bộ phận làm việc của bơm…. B.) Nh−ng trong thực tế ng−ời ta th−ờng áp dụng ph−ơng pháp tính.

Hình 2-8: Sơ đồ bố trí vòi phun
Hình 2-8: Sơ đồ bố trí vòi phun

Nh−ng trong thực tế ng−ời ta th−ờng áp dụng ph−ơng pháp tính toán sau

    Do đường kính phun tối đa của vòi phun là D = 16m và diện tích khu v−ờn là S = 400 m2 cho nên tôi tiến hành bố trí thành hai đ−ờng ống nhánh chạy song song dọc theo chiều dài khu v−ờn với khoảng cách giữa hai đ−ờng này là 10m, khoảng cách giữa hai vòi là 10m. Visual Basic là một công cụ phát triển ứng dụng hướng đối tượng tức là thông qua việc xây dựng các thuộc tính, các phương thức để thiết kế các trình ứng dụng chạy trên môi tr−ờng Window. Khi đó công việc của người vận hành là điền các thông số đầu vào như: Loại đất canh tác, loại cây trồng, thời kỳ sinh tr−ởng, cách bố trí vòi phun, kiểu vòi và loại bơm khi đó máy tính sẽ liên tục cập nhật các thông số từ cảm biến nhiệt, cảm biến năng l−ợng bức xạ ở mục “ tín hiệu đầu vào ” mà đ−a ra các bộ thông số điều khiển ở các mục “ T hông số số đầu ra” và điều khiển trực tiếp tới mạch lực.

    Thông qua chương II ta đã tiến hành lựa chọn ra một phương pháp tưới tối ưu, có hiệu quả kinh tế lớn nhất mà vẫn đảm bảo các điều kiện kỹ thật mang lại lợi nhuận lớn nhất cho ng−ời nông dân.

    Hình 2-9: Cửa sổ khởi động làm việc của giao diện
    Hình 2-9: Cửa sổ khởi động làm việc của giao diện

    Ch−ơng 3

    Tìm hiểu cấu trúc phần cứng chip PSoC A. Cấu trúc vi xử lý

    Nên nếu một ngắt GPIO đ−ợc chia sẻ cho nhiều chân vào ra thì trình phục vụ ngắt của người sử dụng cần phải sử dụng vài kỹ thuật được thiết kế sẵn để quyết định xem là chân nào đ−ợc chọn là nguồn sinh ngắt. Một khi điều này xảy ra, đường ra của ngắt INTO sẽ được kéo xuống thấp để xác nhận ngắt GPIO (Giả định rằng các điều kiện sinh ngắt của hệ thống là cho phép, nh− là cho phép ngắt GPIO toàn cục và cho phép ngắt toàn cục). - Các hàm hỗ trợ việc in các thanh đồ họa theo chiều ngang hoặc chiều dọc Module LCD là một tập thư viện các chương trình con để ghi các xâu ký tự và định dạng các số theo một chuẩn chung hai hoặc bốn hàng, các thanh đồ họa ngang hoặc dọc đ−ợc hỗ trợ bằng cách sử dụng những đặc điểm đồ họa hay ký tự của Module LCD này.

    Hàm E2Write() của API ghi dữ liệu của bộ nhớ Flash theo từng khối, dựa trên địa chỉ đầu của không gian nhớ E2PROM, hàm E2Write() phân tích dữ liệu đ−ợc viết thành nhiều phần và dựa theo đ−ờng biên của từng khối, nó cũng yêu cầu sử dụng 8 byte cuối cùng của RAM từ 0xF8 0xFF.

    Bảng 4-20: Các thanh ghi của bộ điều khiển ngắt
    Bảng 4-20: Các thanh ghi của bộ điều khiển ngắt

    Phần mềm phát triển PSoC Designer 4.2

    Bắt đầu bạn tiến hành nh− khi tạo ra một dự án hoàn toàn mới nh−ng trong hộp thoại New Project bạn chọn Designe - Based Project trong phần Select Method. Khi đó tuỳ thuộc vào chức năng của từng Module và yêu cầu bài toán điều khiển của bạn mà bạn gọi các Module ra bằng cách nhấn đúp vào Module cần lựa chọn. Click đơn vào User Module đ−ợc lựa chọn, khi đó Module đ−ợc chọn sẽ có một khối chức năng(hoặc hai khối tuỳ thuộc vào cấu hình của Module. đó) sáng lên.

    Khi thiết lập thông số cho chip ta phải căn cứ vào tính năng của chip mà bạn đang dùng và yêu cầu điều khiển mà điền thông số vào cột Value của Global Resource.

    Hình 3-15: Cửa sổ khởi động chương trình
    Hình 3-15: Cửa sổ khởi động chương trình

    Bộ điều khiển PID số

      Nh−ợc điểm của luật này là ở ph−ơng pháp lấy thông tin này vì nếu đối tượng chịu ảnh hưởng của nhiễu biến thiên thì luật sẽ ra quyết định theo nhiễu do đó luật điều khiển với các đối t−ợng có nhiễu là hằng số hoặc ít bị nhiễu. Yêu cầu của thiết kế đ−ợc dặt ra là bộ PID số phải có tính linh hoạt cao, có giao diện thân thiện, ng−ời sử dụng có thể dễ dàng lựa chọn ra bộ PID phù hợp với đối t−ợng điều khiển của mình, thời gian xử lý nhanh để làm tăng tính thời gian thực cho thiết bị điều khiển. Trong đó T là thời gian trích mẫu (Sample Time). c.) Luật điều khiển vi phân số. Thường các bộ điều khiển theo luật vi phân số được cài đặt theo các ph−ơng trình sai phân sau:. Luật điều khiển PID số. Từ cấu trúc PID số trên ta có:. Luật điều khiển PID số trong công thức trên đ−ợc lựa chọn để cài đặt cho bộ điều khiển của chip trên công nghệ PsoC. Cách xác định thông số của bộ PID a).

      Trong điều kiện của đề tài chúng tôi tiến hành tổng hợp hệ thống bằng phương pháp thực nghiệm với tín hiệu đầu vào x(t) là nhiệt độ không khí còn tín hiệu đầu ra là thời gian vận hành máy bơm.

      Sơ đồ cấu trúc của luật điều khiển:
      Sơ đồ cấu trúc của luật điều khiển:

      Thiết kế và thi công bộ điều khiển hệ thống t-ới phun m-a trên công nghệ PSoC

        Khi đó phụ thuộc vào các tín hiệu đầu vào là các cảm biến mà ch−ơng trình xử lý kích hoạt hoặc không kích các chân chip, đ−a hiển thị các bộ thông số điều khiển lên LCD để dễ quan sát trong quá trình điều khiển. Do điều kiện không cho phép cho nên tôi không chế tạo ra các cảm biến độ ẩm, cảm biến áp suất, cảm biến bức xạ mà thay vào đó là đ−a tín hiệu analog từ 0 đến 5 VDC vào chân chip thay cho cảm biến. Mạch thiết kế ra đơn giản và dễ sử dụng với nhiều tính năng lựa chọn thông qua việc nhập tham số qua bàn phím và từ các cảm biến và đã đ−ợc kiểm nghiệm thực tế là chạy tốt.

        Hạn chế trong quá trình thiết kế mạch điều khiển là do điều kiện không cho phép cho nên không thiết kế đ−ợc các cảm biến độ ẩm, cảm biến áp suất và cảm biến bức xạ năng lượng mặt trời mà thay vào đó là ta đưa tín hiệu tương tự vào cho nên nó không phản ánh đ−ợc các trạng thái điều khiển thực tế.

        Hình 4 – 4 : Sơ đồ thuật toán điều khiển ngắt.
        Hình 4 – 4 : Sơ đồ thuật toán điều khiển ngắt.