Ngắt UART
Đọc giá trị gửi về từ mạch cảm biến
ENTI
Hình 4-3: Chương trình ngắt đọc dữ liệu từ mạch đo cường độ sáng
Để xử lý mạch đọc dự liệu từ Dữ liệu về cường độ sáng từ cảm biến đo cường độ sáng được bộ điều khiển trung tâm đọc về khi có ngắt UART xảy ra. Mạch đo cường độ sáng được thiết lập 5s lại gửi dữ liệu về bộ điều khiển trung tâm 1 lần. Khi có ngắt xảy ra vi điều khiển trung tâm sẽ đọc giá trị gửi về, lưu vào biến tạm thời và hiển thị lên màn hình LCD. Từ yêu cầu trên ta xây dưng lưu đồ thuật toán chương trình ngắt đọc từ mạch đo cường độ sáng nhứ Hình 4-3.
Chương 4: Nghiên cứu xây dựng phần mềm cho hệ điều khiển giàn nuôi cấy mô sử dụng đèn LED
46
4.2. Lƣu đồ thuật toán của mạch đo cƣờng độ ánh sáng
Khởi tạo hệ thống
Cấu hình xung clock
Khởi tạo I2C
Khởi tạo biến đếm dem=0;Khởi tạo Lux=0
Đếm <100 N
Y
Cấu hình xung timer
Đọc giá trị từ TLS2561 Lux=Lux+lux/1000; dem++
Lux_Final = Lux; Lux=0; dem=0 Bắt đầu
Hình 4-4: Lưu đồ thuật toán mạch đo cường độ sáng
Nhiệm vụ của mạch đo cường độ sáng là đọc giá trị cường độ sáng của dàn đèn về và truyền về bộ điều khiển trung tâm. Chương trình chính của mạch đo cường độ sáng thực hiện khởi tạo các giá trị, thiết lập RS232, thiết lập ngắt timer và tiến hành đọc giá trị về từ cảm biến TSL2561.
Để đảm bảo kết quả đo chính xác, giảm sai số, ta tiến hành đọc nhiều lần giá trị từ cảm biến về, sau đó tính trung bình. Việc làm này giúp giảm thiểu sai số ngẫu nhiên mang lại. Từ đó ta xây dựng được lưu đồ thuật toán như Hình 4-4
Sau thời gian 2s, ngắt timer sẽ xảy ra, khi đó mạch đo cường độ sáng sẽ gửi dữ liệu cường độ sáng về vi điều khiển trung tâm để xử lý và hiển thị.
Chương 4: Nghiên cứu xây dựng phần mềm cho hệ điều khiển giàn nuôi cấy mô sử dụng đèn LED
47
Lưu đồ thuật toán chương trình ngắt gửi dữ liệu như Hình 4-5 :
Ngắt Timer
Gửi giá trị cƣờng độ sáng về bộ điều khiển trung tâm
ENTI
Hình 4-5: Lưu đồ thuật toán chương trình ngắt gửi dữ liệu cường độ sáng về bộ điều khiển trung tâm
Kết luận : Trong chương 4 tôi đã đưa ra lưu đồ thuật toán thực hiện trên hệ vi điều khiển. Phần tiếp theo sẽ tiến hành chế tạo, và kiểm nghiệm sản phẩm.
Chương 5: Kết quả và đề xuất
48
KẾT QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT CHƢƠNG 5:
5.1. Mục tiêu, nội dung thử nghiệm hệ giàn đèn Led dùng trong nuôi cấy mô
Việc thử nghiệm bộ điều khiển giàn đèn là công việc bắt buộc sau khi ta đã chế tạo bộ điều khiển nó giúp ta đánh giá sơ bộ độ tin cậy và chất lượng của bộ điều khiển hệ giàn đèn xem có đáp ứng được các yêu cầu đặt ra hay không, còn có những thiếu sót gì để từ đó có phương án khắc phục sửa chữa.
Mục tiêu thử nghiệm :
Đánh giá độ tin cậy, hoạt động ổn định của toàn bộ hệ thống thiết bị phần cững cũng như phần mềm.
Kiểm tra hoàn thiện lại thiết kế phần cứng, phần mềm.
Làm cơ sở căn cứ để có thể đánh giá cũng như hoàn thiện sản phẩm để đưa vào sử dụng trong thực tế.
Nội dung thử nghiệm
Thử nghiệm hoạt động của toàn bộ hệ thống với đầy đủ các modul chức năng bao gồm các khối chức năng bao gồm khối nguồn, khối thời gian thực, khối điều khiển trung tâm, màn hình hiển thị, bàn phím chức năng
Thử nghiệm các chức năng điều khiển, hiển thị
Thời gian kiểm tra phải đủ dài dể đánh giá độ tin cậy của sản phẩm
5.2. Chế tạo bộ điều khiển cƣờng độ sáng cho hệ dàn đèn LED
Với thiết kế phần cứng cũng như phần mềm ở chương 3 và chương 4 ta chế tạo được mạch điện cho hệ thống điều khiển giàn nuôi cấy sử dụng đèn LED như sau:
Chương 5: Kết quả và đề xuất
49
Hình 5-1: Mạch in khối điều khiển chính hệ thống điều khiển giàn đèn LED
Chương 5: Kết quả và đề xuất
50
Hình 5-3: Mạch in ghép nối LCD
Chương 5: Kết quả và đề xuất
51
Hình 5-5: Sơ đồ ghép nối hệ thống
Mô tả chức năng và cách đấu nối hệ thống : Các dây cắm phích nối được trang bị đầy đủ. Mạch điều khiển chính sẽ được cấp nguồn 24VDC
Mạch led driver sẽ được nối với mạch điều khiển chỉnh qua dây IDE 7 lõi. Các panel đèn led sẽ được kết nối với mạch led driver.
Mạch đo cường độ sáng nối với mạch điều khiển chỉnh qua cổng RS232
5.3. Kết quả thực nghiệm và nhận xét
Sau khi chế tạo xong bộ điều khiển cường độ sáng của giàn nuôi cấy mô sử dụng LED công việc tiếp theo là thử nghiệm hệ thống để xem các chức năng điều khiển của bộ điểu khiển đã đáp ứng được những yêu cầu công nghệ hay chưa và hoàn thiện sản phẩm trước khi đưa vào sử dụng trong thực tế.
Để làm được những việc đó ta xây dựng mô hình thực nghiệm gồm các bộ phận như sau :
- Mạch điều khiển chính . - Mạch Led driver.
- 2 panel đèn LED song song, mỗi panel 12 LED được mắc xen kẽ 2 LED đỏ 1 LED xanh.
- Khối nguồn 24V - 5A
Với mô hình thực nghiệm đã xây dựng ta kiểm tra các phần sau :
Khối cảm biens do cường độ
Chương 5: Kết quả và đề xuất
52 - Đánh giá tín hiệu xung điều khiển PWM.
- Kiểm tra khả năng điều khiển cường độ sáng của từng panel đèn bằng cách đo kiểm tra các giá trị dòng điện với từng mức cường độ sáng đặt khác nhau.
- Kiểm tra sự đồng đều của cường độ sáng từng panel với nhau. Cách thức tiến hành thực nghiệm như sau :
- Nhập từ bàn phím các giá trị cường độ sáng xác định sau đó sử dụng đồng hồ đo, đo dòng điện qua từng panel ứng với mỗi giá trị dòng điện tương ứng sẽ là sự thay đổi độ sáng của mỗi panel đèn
Kết quả đo tín hiệu xung được thực hiện trên máy Oscillscope MSO7054B cho ra chất lượng tốt, ổn định.(Hình 5-6)
(a) (b)
Hình 5-6: Đồ thị xung PWM với tỉ lệ 50:50 (hình a), 30:70 (hình b)
Để đánh giá cường độ sáng của dàn đèn ta tiến hành đo cường độ dòng điện qua các dàn đèn và thu được kết quả trong bảng 5.1
Chương 5: Kết quả và đề xuất
53
Bảng 5.1: Cường độ dòng điện qua 2 panel LED
Độ sáng (%)
Panel 1 (A) Panel 2 (A) Sai lệch tuyệt đối (A)
100 0.32251 0.3347 0.01219 90 0.2651 0.2754 0.0103 80 0.1814 0.1875 0.0061 70 0.1443 0.14903 0.00473 60 0.1045 0.10987 0.00537 50 0.06105 0.0629 0.00185 40 0.03695 0.03798 0.00103 30 0.03638 0.03738 0.001
Nhận xét : Từ Bảng 5.1 có thể thấy độ sai khác giữa dòng điện của 2 panel LED mắc song song tương đối lớn việc sai số này có nguyên nhân do vùng điện áp hoạt động giữa các LED khác nhau là khác nhau mặc dù đã lựa chọn các LED này cùng lô sản xuất và cùng nhà sản xuất. Sai số này sẽ ảnh hưởng đến cường độ sáng giữa các giàn nuôi cấy và làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Làm cho các mô nuôi cấy trong mỗi giàn đèn sẽ có sự sinh trưởng phát triển khác nhau.
Phương pháp khắc phục sai lệch này có thể là sử dụng tối đa 1 panel đèn với mỗi driver hoặc sử dụng mạch cân bằng dòng giữa 2 panel, để giải quyết vấn đề này chúng ta có thể sử dụng mạch Mirror current .
Chương 5: Kết quả và đề xuất
54
Bảng 5.2: Cường độ dòng điện qua 2 panel LED sử dụng mạch cân bằng
Độ sáng (%) Panel 1 (A) Panel 2 (A) Sai lệch (A)
100 0.325 0.33 0.005 90 0.2572 0.261 0.0038 80 0.1705 0.1731 0.0026 70 0.136 0.138 0.002 60 0.0995 0.101 0.0015 50 0.0567 0.0574 0.0007 40 0.0354 0.0358 0.0004 30 0.0352 0.0356 0.0004
Hình 5-7: Đồ thị dòng điện qua 2 panel LED khi dùng và không dùng mạch mirror current 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0 20 40 60 80 100 sai lệch Cường độ sáng (%)
Chương 5: Kết quả và đề xuất
55 Nhận xét :
Từ đồ thị dòng điện qua 2 panel LED khi dùng và không dùng mạch mirror curent Hình 5-6 có thể thấy rằng, khi sử dụng mạch mirror current, độ sai lệch dòng giữa 2 nhánh giảm đi đáng kể khi ta thay đổi cường độ sáng của 2 panel LED, đồng nghĩa với việc cường độ ánh sáng giữa các giàn đèn là tương đương nhau vì vậy tốc độ sinh trưởng của mô nuôi cấy là như nhau.
Nhận xét chung :
- Nhìn chung giá trị cường độ sáng đọc về tương đối chính xác.
- Các chức năng hiển thị và điều khiển thông qua phím bấm dành cho người dùng hoạt động ổn định
Nhìn chung bộ điều khiển cường độ sáng cho giàn nuôi cấy mô sử dụng đèn LED đã đáp ứng được các mục tiêu đề ra ban đầu.
Kết quả thực nghiệm trong thực tế khi dùng cho cây đẳng sâm ta thấy rằng như sau:
Tỷ lệ tạo rễ ở các chồi nuôi cấy cao hơn so với ánh sáng trắng đối chứng. Bên cạnh đó, các chồi tạo thành ở ánh sáng này có các chỉ tiêu sinh lý và hình thái tương đương hoặc cao hơn so với ánh sáng trắng,. Ngoài ra, hàm lượng các sắc tố quang hợp cũng như khối lượng chất khô tích lũy ở các chồi sinh trưởng đều cao hơn ánh sáng trắng huỳnh quang.
5.4. Những khó khăn khi thực hiện đề tài hƣớng phát triển
Những khó khăn chưa giải quyết được đề tài:
- Cảm biến để đo cường độ sáng có giá thành đắt. Do thời gian chưa cho phép nên tác giả chưa sử dụng nhưng loại cảm biến có độ chính xác cao hơn với , mà hiện tại loại cảm biến mà đề tài đang sử dụng là module TSL2561 chưa phải là phù hợp nhất để ứng dụng cho nuôi trồng.
Hướng phát triển của đề tài :
- Thay thế module TSL 2561 bằng những module đo lường ánh sáng thích hợp hơn cho việc nuôi trồng .
Chương 5: Kết quả và đề xuất
56
- Phát triển thêm phần mềm giám sát và điều chỉnh các thông số trên máy tính giúp cho việc tập hợp dữ liệu,nghiên cứu thuận tiện hơn cũng như việc điều chỉnh chế độ hoạt động của giàn đèn đa dạng, và dễ dàng hơn.
57
KẾT LUẬN
Như vậy, thông qua quá trình thực hiện luận văn:“Thiết kế bộ điều khiển cƣờng độ sáng cho hệ dàn đèn LED ứng dụng trong nuôi cấy mô”, tôi đã tiến hành giài quyết một vấn đề phát sinh trong sản xuất nông nghiệp từ vốn kiến thức kỹ thuật của bản thân. Trong luận văn tôi đã đạt được những kết quả như sau:
- Tìm hiểu về ứng dụng LED trong nuôi cấy mô.
- Tìm hiểu phương pháp điều khiển đèn LED công suất.
- Xây dựng đầy đủ quy trình để phân tích và thiết kế mạch điều khiển, mạch đo cường độ sáng của LED.
- Chế tạo và thử nghiệm bộ điều khiển cho hệ giàn đèn LED trong nuôi cấy mô có thể áp dụng và thực tế.
Tuy nhiên trong quá trình thực hiện luận văn không thể tránh khỏi những sai sót trong luận văn này. Vì thế, tôi kính mong nhận được những lời nhận xét, đánh giá và góp ý của các thầy cô để tôi khắc phục và cải tiến các vấn đề còn tồn tại, tạo tiền đề cho sự ra đời của phiên bản hoàn thiện hơn của bộ điều khiển.
Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Hoàng Sĩ Hồng và TS. Nguyễn Phương đã tận tình hướng dẫn. Chân thành cảm ơn các bạn bè đã ủng hộ và có những ý kiến đánh giá trong quá trình tôi thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ sự biết ơn đến tất cả thầy trong trường đã cho tôi những ý kiến ý kiến đóng góp, những lời động viên quan trọng để hoàn thành quá trình học tập cũng như hoàn thiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên thực hiện
58
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]P. Nhân, "http://baolamdong.vn/khoahoc/201505/thu-nghiem-den-led-trong-
nuoi-cay-mo-2417612/," Báo Lâm Đồng, 27 05 2015. [Online]. [Accessed 17 11
2015].
[2]S. Winder, “Power Supplies for LED Driving”, Newnes, 2008.
[3]S. Roberts, "High Power LED and RCD Applications Guide," Recom Technical Manager, Europe.
[4]M. K.Kazimierczuk, "Pulse-width Modulated DC–DC Power Converters" 2008. [5]Erickson, "Fundamentals of Power Electronics," 2004.
[6]O. Semiconductor, "AND9041/D - Designing High-Efficiency LED Driver Circuits Using the NCL30051"
[7]Lutron, "Dimming LEDs via PWM and CCR".
[8]T. Instrument, "LM2575 1-A Simple Step-Down Switching Voltage Regulator," Texas Instrument.
[9]T. Instrument, "TLV1117 Adjustable and Fixed Low-Dropout Voltage Regulator," Texas Instrument.
[10] T. Instrument, "MSP430F543x and MSP430F541x Mixed-Signal Microcontrollers," Texas Instrument.
[11] T. Instrument ,"bq32000 Real-Time Clock (RTC)," Texa Instrument. [12] T. Instrument ,"LM3406 1.5-A, Constant Current, Buck Regulator for
Driving High Power LEDs," Texas Instrument.
59
[14] M. K.Kazimierczuk, " Pulse-width Modulated DC–DC Power Converters," Willy, 2008.
[15] J. Picard, "Under the Hood of Flyback SMPS Designs," 2010-2011 Power Supply Design Seminar, Texas Intruments.
[16] C. WM.T.Mclyman, "Transformer and Inductor Design Handbook," CRC Press, 2011.
60
PHỤ LỤC Chƣơng trình chính trên vi điều khiển
#include <msp430.h> #include <stdint.h> #include <stdbool.h> #include "system.h" #include "delay.h" #include "led.h" #include "speaker.h" #include "keypad4x5.h" #include "lcd192x64.h" #include "rs232.h" #include "rs485.h" #include "rtc.h" #include "pwm.h" #include "flash.h" #include "control.h" #include "watchdog.h" int main(void) {
WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD; // Stop watchdog timer Delay_ms(50);
61 Config_SystemTick(); Delay_ms(50); Config_Watchdog(); Config_Led(); Config_Speaker(); Config_PWM(); Config_KeyPad4x5(); Config_LCD192x64_Graphic(); Config_Rtc(); Config_Flash(); Config_Rs232(); Config_Rs485(); LCD192x64_Graphic_IsStarting(); __bis_SR_register(GIE); while(1) { Rs232_SendData_Process(); Led_Process();
Speaker_Process();// tao tieng keu KeyPad_Process();
LCD192x64_Graphic_Display_Process(); CheckPulseIRQ_Process();
62 Check_Program_Process(); PannelMain_Process(); PannelLogin_Process(); PannelSetting_Process(); PannelSetChannel_Process(); PannelSetProgram_Process(); PannelSetTime_Process(); PannelSetPass_Process(); PannelInformation_Process(); PannelIdle_Process(); PannelProgram1_Process(); PannelProgram2_Process(); PannelProgram3_Process(); PannelMainProcessKey(); PannelLoginProcessKey(); PannelSettingProcessKey(); PannelSetChannelProcessKey(); PannelSetProgramProcessKey(); PannelSetTimeProcessKey(); PannelSetPasswordProcessKey(); PannelInformationProcessKey(); PannelIdleProcessKey(); PannelProgram1ProcessKey();
63 PannelProgram2ProcessKey(); PannelProgram3ProcessKey(); Rs485RxBuffProcess(); Rs485RxProcess(); Watchdog_Process(); } }
64
Chƣơng trình trên vi điều khiển tạo PWM
#include <msp430.h> #include <stdint.h> #include <stdbool.h> #include "pwm.h" extern uint16_t Flow_1; extern uint16_t Flow_2; extern uint16_t Flow_3; extern uint16_t Flow_4; void Config_PWM(void)
{ P4SEL |= (BIT1 + BIT2 + BIT3 + BIT4 + BIT5); // Output PWM P4DIR |= (BIT1 + BIT2 + BIT3 + BIT4 + BIT5); //
TBCCR0 = PWM_PERIOD; // PWM Period TBCCTL1 = OUTMOD_7; // CCR1 reset/set TBCCR1 = 0; // CCR1 PWM Duty Cycle TBCCTL2 = OUTMOD_7; // CCR2 reset/set TBCCR2 = 0; // CCR2 PWM duty cycle TBCCTL3 = OUTMOD_7; // CCR3 reset/set TBCCR3 = 0; // CCR3 PWM duty cycle TBCCTL4 = OUTMOD_7; // CCR4 reset/set TBCCR4 = 0; // CCR4 PWM duty cycle TBCCTL5 = OUTMOD_7; // CCR4 reset/set TBCCR5 = 0; // CCR4 PWM duty cycle
65
TBCTL = TBSSEL_2 + MC_1 + TBCLR; }
static void SetChannelValue(uint8_t u8Channel,uint16_t u16ChannelValue) { if(u16ChannelValue > PWM_PERIOD) return;
switch(u8Channel) { case CHANNEL_1: TBCCR1 = u16ChannelValue; break; case CHANNEL_2: TBCCR2 = u16ChannelValue; break; case CHANNEL_3: TBCCR3 = u16ChannelValue; break; case CHANNEL_4: TBCCR4 = u16ChannelValue; break; default: break; } }
void SetChannelPercen(uint8_t u8Channel,uint16_t u16ChannelPercen) { uint16_t u16Value = 0;
if(u16ChannelPercen > 100) return; u16Value = u16ChannelPercen;
u16Value = u16Value * (PWM_PERIOD/100); SetChannelValue(u8Channel,u16Value);
66
Chƣơng trình trên vi điều khiển cho khối truyền thông RS232
#include <msp430.h> #include <stdint.h> #include <stdbool.h> #include "rs232.h" #include "system.h" #include "keypad4x5.h" #include "lcd192x64.h" #include "rtc.h" #include "pwm.h" #include "flash.h" extern uint16_t Flow_1; extern uint16_t Flow_2; extern uint16_t Flow_3; extern uint16_t Flow_4; struct timestr { uint8_t second[2]; uint8_t minute[2]; uint8_t hour[2]; uint8_t day[2]; uint8_t date[2]; uint8_t month[2]; uint8_t year[2]; };
67