TRỒNG RAU
3.4.1. Xõy dựng cấu trỳc hệ thống điều khiển cường độ ỏnh sỏng
Năng ượngl mặt trời rất cần thiết cho qu trỏ ỡnh phỏt triển của c y rau. õ Tuy v , n cậy ếu ường độ ỏnh ỏng s cao qu c ỏ ú thể õ ổn ại đến õ g y t h c y rau. Theo phõ ớchn t của cỏc chuy n gia n ng học th cờ ụ ỡ ường độ ỏnh ỏng s cho phộp ải ph
nhỏ hơn hoặc bằng 70000 lux. Do vậy, việc thiết k mỏi che c kh n ng ế ú ả ă đúng m t ở ựđộng l cà ần thi , m mặtết ột để b v c y rau kh ng b tảo ệ õ ụ ị ổn thương khi cường độ ỏnh ỏng quỏ s cao, m ặt khỏc ạo đ ều kiện t i cho qu ỏ trỡnh trao đổi chất c c y rau di ủa õ ễn biến m cột ỏch t ự nhiờn dưới ỏc động ữu ớch ủa t h c mặt trời.
T ng t ươ ự như ấu trỳc ệ thống đ ều khiển nhiệt độ ấu trỳc ệ thống c h i , c h điều khiển cường độ ỏnh ỏng được s thực hiện theo iều khiển phản hồi dựa đ trờn nguy n tắc ờờ li n tục o gi tr biến đ ỏ ị được đ iều khiển l cà ường độ ỏnh ỏng s ngo nhài à lưới v ản hồi à ph thụng tin v b i ề ộ đ ều khiển để tớnh toỏn ại giỏ trị l c ủa biến đ ều khiển. Ở đõ ớn hiệu được i y t so sỏnh ới ường độ ỏnh ỏng đặt à v c s l 70000 l , v k ux ới ết quả so sỏnh ếu ớn ơ n l h n 70000 l ux thỡ động ơ thả mỏi àm c l việc v ới thời gian th m tả ỏi thamai c ũn nhỏ ơ h n 70000 l ux thỡ động ơ cuốn ỏi c m làm việc ới thời v gian cu m tốn ỏi cuonmai.
V s c ới ơ đồ ấu trỳc đ ều khiển i hai v l tị trớ ý ưởng thỡ sai lệch đ ều khiển, i t ớn hiệu đ ều khiển chỉ nhận i 1 trong 2 gi ỏ trị. Vỡ vậy, chỳng tụi tiến hành xõy dựng cấu trỳc hệ thống điều khiển cường độ ỏnh sỏng sơ đồ lý tưởng, với yờu cầu cho động cơ cuốn mỏi và thả mỏi như sau:
= 1 1 - 1 u
Cấu trỳc hệ thống điều khiển cường độ ỏnh sỏng sơ đồ lý tưởng được trỡnh bày hỡnh 3.13.
khi e ≥ 0 thỡ động cơ cuốn mỏi khi e < 0 thỡ động cơ thả mỏi
Trờn cơ sở cấu trỳc hệ thống điều khiển cường độ ỏnh sỏng sơ đồ lý tưởng với chấp nhận sai lệch iều khiển nằm trong phạm vi dải chết, đ đối với trong c ng ngh ụ ệ trồng rau c ú thể cho ph ộp khoảng chế ày ới ường độ ỏnht n v c sỏng ± 1000 lux. = u 1 - 1 u
Từ việc phõn tớch trờn cấu trỳc của h thống iều khiển cệ đ ường độ ỏnh sỏng sơ đồ thực tế được thể hiện trờn hỡnh 3.14.
3.4.2. Xõy dựng lưu đồ thuật toỏn điều khiển cường độ ỏnh sỏng
Trờn c s s đồ cấu trỳc h thống iều khiển cơ ở ơ ệ đ ường độ ỏnh sỏng, chỳng tụi tiến hành õ x y dựng ư l u đồ thuật toỏn iều khiển cđ ường độ ỏnh ỏng s bằng ỏch đ ều khiển động ơ cuốn c i c hay th mải ỏi.
Đối với lưu đồ thuật toỏn của một chu kỳ điều khiển cường độ ỏnh sỏng sơ đồ lý tưởng được trỡnh bày ở hỡnh 3.15.
khi e > 1000 thỡ động cơ cuốn mỏi khi e < - 1000 thỡ động cơ thả mỏi khi -1000 ≤ e ≤ 1000
Động cơ
cuốn, thả mỏi Nhà lưới r =70000 lux
Hỡnh 3.13. Cấu trỳc hệ thống điều khiển cường độ ỏnh sỏng sơ đồ lý tưởng e e - 1 u -1 0 Động cơ
cuốn, thả mỏi Nhà lưới r = 70000 lux
Hỡnh 3.14. Cấu trỳc hệ thống điều khiển cường độ ỏnh sỏng sơ đ ồ thực tế e e - 1 u -1 1000 -1000
Đối với sơ đồ lý tưởng thiết bị đo cường độ ỏnh sỏng được so sỏnh với giỏ trị cường độ ỏnh sỏng đặt, sau đú đưa ra lệnh điều khiển động cơ cuốn mỏi hay thả mỏi. Ngoài ra, đặt cụng tắc hành trỡnh 1 để ngừng hoạt động của động cơ cuốn mỏi và đặt cụng tắc hành trỡnh 2 để ngừng hoạt động của động cơ thả mỏi.
Trong thực tế để đảm bảo cho c cấu ơ chấp hành kh ng b ph hỏng ụ ị ỏ b t ởi ớn hiệu đ ều khiển i thay đổi giữa hai gi ỏ trị, mặt khỏc căn cứ vào yờu cầu của qui trỡnh cụng nghệ trồng rau trong nhà lưới, lưu đồ thuật toỏn lý tưởng được xõy dựng thành lưu đồ thuật toỏn thực tế. Lưu đồ thuật toỏn của một chu kỳ điều khiển cường độ ỏnh sỏng sơ đồ thực tế được thể hiện trờn hỡnh 3.16.
Bắt đầu Đo và xử lý giỏ trị cường độ ỏnh sỏng Mở động cơ thả mỏi Đỳng Sai
Hỡnh 3.15. Lưu đồ thuật toỏn của một chu kỳ điều khiển cường độ ỏnh sỏng sơ đồ lý tưởng
Kết thỳc Chế độ thả ? CDAS ≤ 70000
Mở động cơ cuốn mỏi Đỳng
Đỳng
Sai Sai
Tắt động cơ cuốn mỏi Cụng tắc hành trỡnh 1 CDAS ≥ 70000 Tắt động cơ thả mỏi Cụng tắc hành trỡnh 2
Đối với lưu đồ thuật toỏn điều khiển cường độ ỏnh sỏng được trỡnh bày trờn hỡnh 3.15 và hỡnh 3.16, trong quỏ trỡnh thiết kế và viết chương trỡnh điều khiển người sử dụng cú thể can thiệp vào để thay đổi được chế độ đặt cường độ ỏnh sỏng, sao cho phự hợp với qui trỡnh cụng nghệ cho từng loại rau.
3.4.3. Sỏch lược cấu trỳc điều khiển cường độ ỏnh sỏng
Cường độ ỏnh sỏng trong nhà trồng được điều khiển thụng qua hệ thống mở mỏi hay thả mỏi. Đ điều khiển ợc tối ưu hệ thống cuốn hay thả ể đư mỏi với sỏch lược khi xõy dựng cấu trỳc hệ thống điều khiển cường độ ỏnh sỏng trong nhà lưới bằng cỏch đ độ sỏng bờn ngoài và bờn trong nhà trồng o rau đ điều khiển độ mở mỏi che cho phự hợp. Trờn cơể sở đú tiến hành xõy
Bắt đầu Đo và xử lý giỏ trị cường độ ỏnh sỏng Mở động cơ thả mỏi Đỳng Sai
Hỡnh 3.16. Lưu đồ thuật toỏn của một chu kỳ điều khiển cường độ ỏnh sỏng sơ đồ thực tế
Kết thỳc Chế độ thả ? CDAS ≤ 69000
Mở động cơ cuốn mỏi Đỳng
Đỳng
Sai Sai
Tắt động cơ cuốn mỏi Cụng tắc hành trỡnh 1 CDAS ≥ 71000 Tắt động cơ thả mỏi Cụng tắc hành trỡnh 2
dựng sỏch lược cấu trỳc hệ thống điều khiển cường độ ỏnh sỏng, được trỡnh bày trờn hỡnh 3.17.
S ơ đồ sỏch lược cấu trỳc hệ thống điều khiển cường độ ỏnh sỏng ợc đư xõy dựng theo điều khiển phản hồi. Độ mở của mỏi che phụ thuộc vào hai loại tớn hiệu, một là thiết bị đo độ sỏng bờn ngoài qua bộ bự nhiễu Dp, hai là tớn hiệu nhận qua bộ điều khiển KG, trong đú tớn hiệu vào bộ điều khiển được nhận từ sai lệch giữa độ sỏng bờn trong nhà trồng và độ sỏng mong muốn. Vỡ vậy, để thực hiện được sỏch lược cấu trỳc điều khiển cường độ ỏnh sỏng hỡnh 3.17, chỳng ta cần khảo nghiệm mụ hỡnh thực tế để đưa ra được qui luật điều khiển độ mở mỏi che.
3.5. THIẾT Ế K , CH TẾ ẠO Ệ THỐNG Đ ỀU KHIỂN QUÁ TRèNH H I 3.5.1. X y dõ ựng ủa ệ thống đ ều c h i khi ển quỏ trỡnh
C n c v ă ứ ào quỏ trỡnh õ x y dựng ệ thống đ ều khiển quỏ trỡnh ưới nhỏ h i t giọt, h ệ thống i khi đ ều ển quỏ ỡnh tr trộn dung dịch ệ, h thống iều đ khiển nhiệt độ nhà ưới à ệ th l v h ống iđ ều khi cển ườngđộ ỏnh ỏng ến h s , ti ành õ x y dựng ệ h thống đ iều khiển qu ỡnhỏtr phục vụ ụ c ng ngh ồng rau sệtr ạch được ỡnhtr bày ở hỡnh 3.18. Nhà trồng rau Độ sỏng bờn trong Độ sỏng bờn ngoài KG Độ sỏng mong muốn Dp Độ mở mỏi che - + -
H ệ thống đ ều khiển quỏ trỡnh phục ụ ụ i v c ng ngh s ệ ản xuất rau sạch trong nh à trồng rau cú ỏi m che bằng phương ph kh ng dỏp ụ ựng đất, được thực hiện b : ởi
C t ỏc ớn hiệu ào ộ đ ều khiển quỏ trỡnh được nhận từ ảm biến đo v b i : c nhiệt độ, cường độ ỏnh ỏng s , b x nhiức ạ ệt, ỏp suất, độ ẩm à v giới h dạn ưới c c bủa ỏc ỡnh chứa ước ạch n s A, dung dịch B, dung dịch C, bỡnh trộn D (m ục đớch khi GHA, GHB, GHC tỏc động th h thỡ ệ ống ngừng làm việc cũn GHD t ỏc động thỡ thực hiện quỏ trỡnh cung c dung dấp ịch ào ỡnh trộn v b ).
C t ỏc ớn hiệu ra c b i khi i ủa ộ đ ều ển để đ ều khiển: qu ạt thụng gi , phun ú s ng, ươ động ơ thả ỏi c m , cu mốn ỏi, động ơ ước, cỏc loại ơ c b b m v van c c à ủa ỏc luống.
B i khi ộ đ ều ển quỏ trỡnh được thực hiện chức ă n ng x l c t ử ý ỏc ớn hiệu v t c cào ừ ỏc ảm biến, th ng s ụ ố đặt thụng qua ma tr n ận ỳt ấn nhập ữ liệu ằng d b tay, sau t đú ớn hiệu ra c b i ủa ộ đ ều khiển để đ ều khiển ỏc ơ ấu chấp ành. i c c c h Quỏ ỡnh tr nhập d liệu th ng qua ma trận nỳt ấn được hiển th tr n màn hữ ụ ị ờ ỡnh chất lỏng LCD.
Hỡnh 3.18. Hệ thống điều khiển quỏ ỡnh tr sản xuất rau sạch LCD B i ộ đ ều khiển trung t m õ Ma tr n ận ỳt ấn nhập d ữ liệu ằng b tay MÁY ÍNH T - Quạt thụng gi ú - Phun sương - Động c ơ cuốn m . ỏy - Động ơ thả ỏi c m - Động ơ ước c b - B m 1, 2, 3, 4, 5. ơ - Van 1, 2, 3 - Nhi ệt độ - Cường độ ỏ. sỏng . - B x ức ạ nhiệt. - Áp suất - Độ ẩm - GHA - GHB - GHC - GHD
Ngo ra, b i ài ộ đ ều khiển quỏ trỡnh được ết ối ới ỏy ớnh k n v m t , qua ph ần mềm được thi k ết ế giỳp cho qu ỏ trỡnh theo d , v hừi ận ành à giỏm ỏt quỏ trỡnh v s c ng ngh ụ ệ trồng rau sạch. Đặc biệt phần ềm ư m l u tr d ữ ữ liệu ỏc thụng số ảnh c hưởng đến quỏ trỡnh sinh trưởng ủa õ c c y rau, t ừ đú giỳp cho nh à trồng rau c ú thể đ iều chỉnh kịp ời th (cú ểth can thiệp vào qu ỡnh đỏtr iều khiển).
V v , m ỡ ậy ục tiờu chớnh à phải nghiờ l n c , l ứu ựa chọn ụ c ng ngh cho ệ thi b thi k , ch t b i ết ị ết ế ế ạo ộ đ ều khiển quỏ trỡnh phự ợp h trong i đ ều kiện cho s ản xuất ụ n ng nghi ệp Việt Nam hi nay l c bện à ấp ỏch như chi ph thi k , ch ớ ết ế ế t v cạo à ỏch ử ụng s d thi b i ết ị đ ều khiển.
3.5.2. L a ch c ng ngh cho thi b c b i khi ự ọn ụ ệ ết ị ủa ộ đ ều ển
Trong mấy chục năm qua, khoa học tớnh toỏn và xử lý thụng tin đó cú những tiến bộ vượt bậc, ngày càng cú những đúng gúp to lớn vào cuộc cỏch mạng khoa học kỹ thuật hiện đại. Đặc biệt là sự ra đời và phỏt triển nhanh chúng của kỹ thuật vi xử lý đó tạo ra một bước ngoặt quan trọng trong sự phỏt triển của kỹ thuật tớnh toỏn núi chung, nú ảnh hưởng quyết định đến con đường “tin học hoỏ” xó hội, tức là con đường mà kỹ thuật hiện đại xõm nhập ngày càng rộng khắp vào mọi lĩnh vực của hoạt động sản xuất, kinh tế và xó hội.
Kỹ thuật vi xử lý với đại diện là cỏc chớp cú cấu hỡnh ngày càng cao, kớch thước ngày càng nhỏ gọn, tớch hợp bờn trong khối lượng khổng lồ cỏc vi mạch nhỏ giỳp chớp cú thể đồng thời xử lý hàng triệu phộp tớnh trong thời gian 1 giõy. Cỏc chớp này cú trong những vật dụng thụng thường của chỳng ta ngày nay như: vi tớnh, ti vi, điện thoại, mỏy Fax…trong đú ta cú thể kể một số chớp vi xử lý chớnh đú là: Chớp 8051 của Intel, chớp AVR của Motorola, chớp PSoC của hóng Cypress…
Vào năm 1981 hóng Intel giới thiệu một số bộ vi điều khiển được gọi là 8051. Bộ vi điều khiển này cú 128 byte RAM, 4K byte ROM trờn chớp, hai bộ
định thời, một cổng nối tiếp và 4 cổng (đều rộng 8 b ) vào ra tất cả được đặt ớt trờn một chớp. Lỳc ấy nú được coi là một “Hệ thống trờn chớp”. 8051 là một bộ xử lý 8 b cú nghĩa là CPU chỉ cú thể làm việc với 8 b dữ liệu tại một ớt ớt thời điểm. Dữ liệu lớn hơn 8 b được chia ra thành cỏc dữ liệu 8 b để cho xử ớt ớt lý. 8051 cú tất cả 4 cổng vào ra I/O mỗi cổng rộng 8 b và với 4K byt- ớt e ROM trờn chớp.
Nổi trội hơn so với cỏc ch vi xử lý 8051 đó trỡnh bày ở trờn thỡ dũng ớp vi điều khiển AVR cú nhiều đặc điểm ưu việt hơn. Vớ dụ vi điều khiển AVR AT90S8535 là loại vi điều khiển CMOS 8 bớt tiờu thụ điện năng thấp dựa trờn kiến trỳc RISC. Với cụng nghệ này cho phộp cỏc lệnh thực thi chỉ trong một chu kỳ nhịp xung, vỡ thế tốc độ xử lý dữ liệu cú thể đạt được 1 triệu lệnh trờn 1 giõy với tần số 1 MHz. Vi điều khiển này cho phộp người thiết kế cú thể tối ưu hoỏ mức độ tiờu thụ năng lượng mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lý.
Mặt khỏc dũng vi điều khiển này cú tập lệnh phong phỳ về số lượng với 32 thanh ghi làm việc đa năng. Toàn bộ 32 thanh ghi đều được nối trực tiếp với ALU (Arithmetic Logic Unit), cho phộp truy cập 2 thanh ghi độc lập bằng một chu kỳ xung nhịp. Kiến trỳc đạt được cú tốc độ xử lý nhanh gấp 10 lần vi điều khiển dạng CISC thụng thường.
Khỏc với cỏc cụng nghệ sản xuất ch thụng thường chỉ cho ra cỏc IC ớp riờng lẻ, IC ngoại vi khụng cú bộ xử lý thỡ cụng nghệ PSoC của hóng Cypress cho phộp tạo nờn cả một hệ thống trờn một chớp bao gồm CPU, ROM, RAM và cỏc ngoại vi thời gian thực (ADC, DAC, Timer, Counter, cỏc cổng vào ra đa chức năng, cỏc cổng truyền thụng,…). Ngoài ra, cụng nghệ này cũn cú một ưu điểm nổi trội hơn so với cỏc cụng nghệ khỏc là cho phộp người lập trỡnh thay đổi cấu hỡnh phần cứng trong quỏ trỡnh hoạt động.
Cỏc chớp chế tạo theo cụng nghệ PSoC được phỏt triển trờn nền vi xử lý ngày càng hoàn thiện về chức năng, tối ưu về kớch thước. Cỏc chớp này đó
dần thay thế vị trớ cỏc bộ vi xử lý ứng dụng trong đo lường điều khiển cụng nghiệp cũng như nhiều lĩnh vực khỏc.
PSoC là một từ viết tắt của cụm từ tiếng anh: Programable System on Chip, nghĩa là hệ thống khả trỡnh trờn một chớp. Cỏc chớp chế tạo theo cụng nghệ PSoC là chớp điều khiển thụng minh cú tớnh linh hoạt cao, chi phớ cụng nghệ phục vụ nghiờn cứu và phỏt triển ban đầu khỏ thấp, giỏ thành chớp thấp, hỗ trợ kỹ thuật tốt với phần mềm phỏt triển dễ sử dụng.
Thành phần của chớp PSoC bao gồm cỏc khối ngoại vi số và tương tự cú thể cấu hỡnh được, một bộ vi xử lý 8 b , bộ nhớ chương trỡnh (EEROM) cú ớt thể lập trỡnh được và cú bộ nhớ RAM lớn. Để lập trỡnh hệ thống và cài chương trỡnh điều khiển vào chớp thỡ ta cần cú phần mềm lập trỡnh và một kit phỏt triến do hóng chế tạo chớp cung cấp, ớ dụ như cỏc chớp PSoC của hóngV Cypress thỡ người lập trỡnh cần cú phần mềm PSoC Designer. Phần mềm thiết kế được xõy dựng trờn cơ sở hướng đối tượng với cấu trỳc mụ đ un hoỏ. Mỗi khối chức năng là một mụ đ un phần mềm. Việc lập cấu hỡnh cho chớp như thế nào là tuỳ thuộc vào người lập trỡnh thụng qua một số thư viện chuẩn. Người lập trỡnh thiết lập cấu hỡnh trờn chớp chỉ đơn giản bằng cỏch muốn chớp cú