Hệ điều khiển tự động phục vụ trong nông nghiệp

ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp Ngaøy nay vieäc truyeàn ñaït tín hieäu cuõng nhö quaù trình ñieàu khieån vaø chæ thò phaàn lôùn ñöôïc thöïc hieän theo phöông phaùp soá. Trong khi ñoù tín hieäu töï nhieân coù daïng töông töï nhö: nhieät ñoä, aùp suaát, cöôøng ñoä aùnh saùng, toác ñoä quay, tín hieäu aâm thanh…Ñeå keát noái giöõa nguoàn tín hieäu töôïng töï vôùi caùc heä thoáng xöû lyù soá, ngöôøi ta duøng caùc maïch chuyeån ñoåi töông töï sang soá(ADC) nhaèm bieán ñoåi tín hieäu töông töï sang soá. 2 –ADC 0809 Boä ADC 0809 laø moät thieát bò CMOS tích hôïp vôùi moät boä chuyeån ñoåi töø töông töï sang soá 8 bit, boä choïn 8 keânh vaø moät boä logic ñieàu khieån töông thích. Boä chuyeån ñoåi AD 8 bit naøy duøng phöông phaùp chuyeån ñoåi xaáp xæ lieân tieáp. Boä choïn keânh coù theå truy xuaát baát kì keânh naøo trong caùc ngoõ vaøo töông töï moät caùch ñoäc laäp. Thieát bò naøy loaïi tröø khaû naêng caàn thieát ñieàu chænh ñieåm 0 beân ngoaøi vaø khaû naêng ñieàu chænh tyû soá laøm troøn. ADC 0809 deã daøng giao tieáp vôùi caùc hoï TTL, CMOS vaø caùc boä vi xöû lyù. ADC0809 28 1 IN2 IN1 IN0 A B C ALE 2-1 2-2 2-3 2-4 2-8 REF 2- STAR T IN3 IN4 IN5 IN6 EOC 2 -5 OE CLK VCC REF GND 2-7 Hình 2.13 : sô ñoà chaân cuûa ADC0809 9 YÙ nghóa caùc chaân: o IN0 ñeán IN7 : 8 ngoõ vaøo töông töï. o A, B, C : giaûi maõ choïn moät trong 8 ngoõ vaøo o 2-1 ñeán 2-8 : ngoõ ra song song 8 bit o ALE : cho pheùp choát ñòa chæ o START : xung baét ñaàu chuyeån ñoåi o CLK : xung ñoàng hoà o REF (+) : ñieän theá tham chieáu (+) o REF (-) : ñieän theá tham chieáu (-) o VCC : nguoàn cung caáp 9 Caùc ñaëc ñieåm cuûaADC 0809: o Ñoä phaân giaûi 8 bit -31- Phaàn 2 Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp o Coù 8 ngoõ vaøo töø IN0 ñeán IN7 ñöôïc choïn bôûi 3 ngoõ vaøo ñòa chæ ABC. o Coâng suaát tieâu taùn ôû 250C laø 875mW. o Ngoõ ra 3 traïng thaùi coù choát. o Toång sai soá chöa chænh ñònh ± ½ LSB; ± 1 LSB o Thôøi gian chuyeån ñoåi: 100μs ôû taàn soá 640 kHz o Nguoàn cung caáp + 5V o Ñieän aùp ngoõ vaøo 0 ... +5V o Taàn soá xung clock 10kHz – 1280 kHz o Nhieät ñoä hoaït ñoäng - 40oC ñeán 85oC o Deã daøng giao tieáp vôùi vi xöû lyù hoaëc duøng rieâng o Khoâng caàn ñieàu chænh zero • Nguyeân lyù hoaït ñoäng: ADC 0809 coù 8 ngoõ vaøo töông töï, 8 ngoõ ra 8 bit coù theå choïn 1 trong 8 ngoõ vaøo töông töï ñeå chuyeån ñoåi sang soá 8 bit. Tröôùc tieân phaûi noái ñuùng caùc ngoõ VCC (ñeán Vcc), GND, REF+(ñeán Vcc), REF-(xuoáng ñaát), CLK (ñeán dao ñoäng beân ngoaøi). Caùc ngoõ vaøo ñöôïc choïn baèng caùch giaûi maõ. Choïn 1 trong 8 ngoõ vaøo töông töï ñöôïc thöïc hieän nhôø 3 chaân ADDA, ADDB, ADDC nhö baûng traïng thaùi sau: A B C Ngoõ vaøo ñöôïc choïn 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 Aùp moät xung döông ôû chaân ALE (Address Latch Enable- cho pheùp choát ñòa chæ) ñeå choát ñòa chæ vaøo thanh ghi ña hôïp ñòa chæ beân trong. -32- Phaàn 2 Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp Sau khi kích xung start thì boä chuyeån ñoåi baét ñaàu hoaït ñoäng ôû caïnh xuoáng cuûa xung start, ngoõ ra EOC seõ xuoáng möùc thaáp sau khoaûng 8 xung clock (tính töø caïnh xuoáng cuûa xung start). Luùc naøy bit coù troïng soá lôùn nhaát (MSB) ñöôïc ñaët leân möùc 1, taát caû caùc bit coøn laïi ôû möùc 0, ñoàng thôøi taïo ra ñieän theá coù giaù trò Vref/2, ñieän theá naøy ñöôïc so saùnh vôùi ñieän theá vaøo in. o Neáu Vin > Vref/2 thì bit MSB vaãn ôû möùc 1. o Neáu Vin < Vref/2 thì bit MSB vaãn ôû möùc 0. Töông töï nhö vaäy bit keá tieáp MSB ñöôïc ñaët leân 1 vaø taïo ra ñieän theá coù giaù trò Vref/4 vaø cuõng so saùnh vôùi ñieän aùp ngoõ vaøo Vin. Quaù trình cöù tieáp tuïc nhö vaäy cho ñeán khi xaùc ñònh ñöôïc bit cuoái cuøng. Khi ñoù chaân EOC leân möùc 1 baùo cho bieát ñaõ keát thuùc chuyeån ñoåi. Trong suoát quaù trình chuyeån ñoåi chaân OE ñöôïc ñaët ôû möùc 1, muoán ñoïc döõ lieäu ra chaân OE xuoáng möùc 0. Trong suoát quaù trình chuyeån ñoåi neáu coù 1 xung start taùc ñoäng thì ADC seõ ngöng chuyeån ñoåi. Khi maïch chuyeån ñoåi xong chaân EOC (End Of Conversion_keát thuùc chuyeån ñoåi) leân cao ñeå baùo hieäu keát thuùc chuyeån ñoåi vaø döõ lieäu chuyeån ñoåi xong seõ choát ôû ngoõ ra 3 traïng thaùi. Aùp 1 xung döông ôû chaân OE (Output Enable-cho pheùp ra) thì döõ lieäu nhò phaân D0-D7( trong ñoù D0 laø LSB, D7 laø MSB) ñöôïc xuaát ra ngoaøi. Maõ ra N cho moät ngoõ vaøo tuøy yù laø moät soá nguyeân. )()( )( ).(256 −+ − − −= refref refIN VV VV N Trong ñoù Vin: ñieän aùp ngoõ vaøo heä so saùnh. o Vref(+): ñieän aùp taïi chaân REF(+). o Vref(-): ñieän aùp taïi chaân REF(-). Neáu choïn Vref(-) = 0 thì N = 256. )(+ref in V V Vref(+) = Vcc = 5V thì ñaày thang laø 256. -33- Phaàn 2 Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp o Giaù trò böôùc nhoû nhaát 1 LSB = 12 5 8 − = 0,0196 V/byte Vaäy vôùi 256 böôùc Vin = 5V Ñieän aùp vaøo lôùn nhaát cuûa ADC 0809 laø 5V. VII. OÅN AÙP NGUOÀN NUOÂI: 1. Sô löôïc: Ñeå taïo ra nguoàn nuoâi ñieän aùp nhoû cho caùc maïch thí nghieäm, vieäc söû duïng IC oån aùp laø moät phöông phaùp thích hôïp. IC hoï 78XX coù theå laép raùp deã daøng, cho ñieän theá ra oån ñònh. 2. IC 7812 : laø moät IC oån aùp cuûa hoï 78XX coù theá loái ra +12V, goàm ba chaân, vaøo(in) – ñaát(gnd) – ra(out) Hình 2.14:Sô ñoà chaân cuûa IC7812 9 Caùc thoâng soá kyõ thuaät cuûa 7812:hoaït ñoäng ôû nhieät ñoä 250C o Ñieän theá loái vaøo:töø 14,5V ñeán 27V o Ñieän theá loái ra :12V± 0.6V o Doøng ñieän ra: töø 5,0 mA ñeán 1,0A 3. IC 7805: laø oån aùp IC cuûa hoï 78XX , theá loái ra cuûa Ic laø +5V IC goàm ba chaân vaøo (in) – ñaát(gnd) – ra(out) Hình 2.15: Sô ñoà chaân cuûa IC 7805 -34- Phaàn 2 Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp 9 Caùc thoâng soá kyõ thuaät: hoaït ñoäng ôû nhieät ñoä 250C o Ñieän theá loái vaøo:töø 7V ñeán 20V o Ñieän theá loái ra:5V±0.2V o Doøng ñieän ra: töø 5,0mA ñeán 1,0A -35- Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp PHAÀN 3 :THÖÏC HIEÄN HEÄ THOÁNG I . TOÅNG QUAN: Trong chöông naøy seõ trình baøy caùc phaàn vieäc tieán haønh ñeå taïo ra heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp. Ñaàu tieân laø taïo phaàn cöùng cuûa heä nghóa laø thieát keá, thöû nghieäm, laép raùp, caân chænh vaø kieåm tra caùc maïch ñieän töû taïo ra heä thoáng. Trong chöông keá tieáp laø taïo phaàn meàm cho heä nghóa laø xaây döïng thuaät toaùn, vieát chöông trình, dòch vaø naïp vaøo boä vi ñieàu khieån. Sau ñoù laø chaïy thöû chöông trình, ñoái chieáu vôùi hoaït ñoäng cuûa caùc maïch ñieän töû trong heä nhaø kính moâ phoûng sao cho ñaùp öùng yeâu caàu ñeà ra. II . SÔ ÑOÀ KHOÁI CUÛA HEÄ THOÁNG: Töø nhöõng yeâu caàu ñaët ra ñeå taïo ra heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp, ñeà xuaát sô ñoà khoái cuûa heä nhö sau: Hình 3.1: Sô ñoà khoái heä thoáng -34- Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp Coù theå taùch ra laøm 7 khoái chính: - Khoái ñaàu vaøo goàm caùc caûm bieán nhieät, ñoä aåm, quang - Khoái 1 goàm phaàn bieán ñoåi töông töï- soá, xöû lyù trung taâm vaø hieån thò caùc chæ tieâu kyõ thuaät nhö nhieät ñoä treân, nhieät ñoä döôùi, ñoä aåm töông ñoái vaø ñoä roïi aùnh saùng. - Khoái 2 goàm phaàn giaûi maõ vaø ñieàu khieån caùc thieát bò lieân quan trong nhaø kính - Khoái 3 laø phaàn giao tieáp vôùi maùy vi tính ñeå thay ñoåi caùc chæ tieâu kyõ thuaät töø xa. - Khoái 4 goàm heä thoáng ñieàu khieån baèng rôø le ñeå quaït, töôùi vaø söôûi - Khoái 5 goàm heä thoáng ñieàu khieån môû-ñoùng cöûa thoâng gioù, môû- ñoùng maøn che aùnh saùng - Khoái cuoái cuøng laø heä thoáng nguoàn nuoâi +5VDC vaø +12VDC III . CAÙC KHOÁI TRONG HEÄ THOÁNG: 1. CAÙC CAÛM BIEÁN: a. Caûm bieán nhieät: ™ Söû duïng IC caûm bieán nhieät LM 35: Hình 3.2 – Sô ñoà maïch söû duïng LM35 Ñieän aùp loái ra cuûa LM35 tyû leä vôùi nhieät ñoä Celsius(0C). Taûi ñieän dung ôû ngoõ ra cuûa LM 35 coù tæ soá cao nhaát cho pheùp laø 50pF. Khi ñieän dung cuûa daây ño vöôït quaù trò soá naøy, ôû ngoõ ra cuûa LM35 caàn maéc theâm moät maïch RC. Ñieàu naøy raát caàn thieát khi daây ño giöõa caûm bieán nhieät vaø boä bieán ñoåi A/D khaù daøi. Noái tröïc tieáp LM35 vôùi boä bieán ñoåi A/D loaïi 8bit (ADC0809 ), ta coù moät thieát bò ño nhieät ñoä ñôn giaûn cho moät heä thoáng töï ñoäng. Qua vieäc ño thöïc nghieäm cuûa loái ra cuûa LM35 giöõa ñieän aùp vaø nhieät ñoä ñaõ laäp ñöôïc baûng nhö sau: Ñieän aùp (V) 0.78 0.75 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.25 0.20 0.10 0.025 Nhieät ñoä 85 80 70 60 50 40 30 25 20 10 0 -35- Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp (0C) Töø baûng thöïc nghieäm, xaây döïng ñaëc tuyeán ñieän aùp-nhieät ñoä khi söû duïng maïch duøng IC caûm bieán LM35 ñaêïc tuyeán cuûa LM35 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 10 20 30 40 50 60 70 80 nhieät ñoâï(C) ñi eân a ùp (V ) 90 Hình 3.3 – Ñaëc tuyeán ñieän aùp-nhieät ñoä thöïc teá ™ Söû duïng caëp nhieät ñieän keát hôïp caûm bieán nhieät LM 335: Hình 3.4 : Sô ñoà maïch ño söû duïng caëp nhieät ñieän vaø LM335 Söû duïng ñaàu ño laø caëp nhieät ñieän coù nhieàu lôïi theá: kích thöôùc caëp nhieät nhoû neân coù theå ño nhieät ñoä moïi nôi, baûn thaân noù cung caáp suaát ñieän ñoäng neân khi ño khoâng caàn coù doøng ñieän chaïy qua do vaäy khoâng coù hieäu öùng ñoát noùng. -36- Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp Tuy vaäy söû duïng caëp nhieät coù nhöôïc ñieåm: phaûi bieát tröôùc nhieät ñoä so saùnh Tref do vaäy sai soá cuõng chính baèng sai soá cuûa Tc. Trong maïch naøy söû duïng LM335 laøm ñieän aùp so saùnh cho caëp nhieät ñieän. Vì ñieän aùp loái ra cuûa LM335 tæ leä vôùi nhieät ñoä Kelvin (K) neân phaûi coù maïch buø tröø ñieåm zero nhö maïch treân. Theo sô ñoà maïch treân, chænh bieán trôû R3 (5KΩ ) sao cho ñieän theá loái ra cuûa LM308 laø 245,7mV. Sau ñoù chænh bieán trôû R1 ñeán khi Vout ≈3V ôû nhieät ñoä 250C, trong maïch naøy thay LM 329 baèng diode zener 7,5V vaø chænh bieán trôû R2 cho ñeán khi Vout = 250mV ôû 250C. Sau ñoù thay ñoåi nhieät ñoä ôû caëp nhieät ñieän roài ño tín hieäu loái ra – tín hieäu loái ra tæ leä vôùi nhieät ñoä Celsius(0C). LM308 laø moät loaïi khueách ñaïi thuaät toaùn vôùi nguoàn nuoâi laø ñoái xöùng, coâng suaát 500mW, ñieän trôû loái ra lôùn töø 10MΩ ñeán 40 MΩ , doøng ñieän ra ±10mA. Töø thöïc nghieäm ño ñöôïc, xaùc laäp baûng soá lieäu nhieät ñoâï ño ñöôïc vaø ñieän aùp nhaän ñöôïc töø OP-AMP LM308: Ñieän aùp(V) 0,80 0,75 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,24 0,15 Nhieät ñoä(0C) 80 75 70 60 50 40 30 25 20 Töø baûng treân, xaây döïng ñöôïc ñaëc tuyeán ñieän aùp-nhieät ñoä khi söû duïng maïch coù caëp nhieät ñieän K cuûa haõng Fotek vaø LM335. 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ñieän aùp(V) nh ie ät ñ oâï (C ) Hình 3.5 : Ñaëc tuyeán vaø ñieän aùp-nhieät ñoä söû duïng maïch coù caëp nhieät ñieän loaïi K vaø IC LM335 ™ Nhaän xeùt: -37- Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp Töø hai ñaëc tuyeán xaây döïng ñöôïc khi söû duïng caùc maïch vôùi IC caûm bieán LM35 vaø vôùi caëp nhieät ñieän, thaáy raèng ñoä tuyeán tính coù ñöôïc ôû nhöõng vuøng giôùi haïn töông ñoái khaùc nhau. Töø thöïc teá, taïm thôøi coù theå thaáy ôû nhieät ñoä thaáp söû duïng ñaàu ño caûm bieán baùn daãn (LM35) chính xaùc hôn, vaø ôû nhieät ñoä cao söû duïng caëp nhieät ñieän coù ñoä chính xaùc cao hôn. ÔÛ Ñaø laït, thöôøng nhieät ñoä moâi tröôøng naèm trong khoaûng töø 15oC ñeán 28oC. Trong nhaø kính, neáu muoán duy trì moâi tröôøng troàng caây, hoa, traùi nhö trong töï nhieân hoaëc ñieàu khieån 1 qui trình naøo ñoù thì chæ caàn maïch ñôn giaûn duøng IC LM35. b. Caûm bieán ñoä aåm: ™ Caûm bieán ñoä aåm SHS A3 coù ñieän trôû thay ñoåi theo ñoä aåm. Noù duøng ñeå ño vaø nhaän bieát ñoä aåm cao, söù öù nöôùc hay söï ngöng ñoïng nöôùc. Vôùi khoâng khí khoâ raùo SHS A3 coù toång trôû thaáp. Khi ñoä aåm töông ñoái döôùi 75% sensor coù ñieän trôû nhoû hôn 20KΩ khi haøm aåm cao ñieän trôû gia taêng theo haøm logarith. Ñoä aåm töông ñoái 93% ta coù toång trôû nhoû hôn 100KΩ vaø khi ngöng ñoïng nöôùc toång trôû leân ñeán 300KΩ. Ñeå traùnh hieäu öùng ñieän giaûi ta duøng ñieän aùp xoay chieàu coù taàn soá töø 1 KHz ñeán 30KHz vaø vôùi ñieän aùp hieäu duïng 0,8V SHS3 duøng ñeå ño haøm aåm töông ñoái töø 0 ñeán 100%. Daûi nhieät ñoä hoaït ñoäng töø -10 ñeán 60oC. Thôøi gian hoài ñaùp laø 60s. Hình 3.6: Maïch ño ™ Caûm bieán ñoä aåm NH-3 goàm ñieän trôû thay ñoåi theo nhieät ñoä vaø ñieän trôû thay ñoåi theo ñoä aåm. -38- Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp Ñeå sensor coù söï tuyeán tính toát, trong sensor coù ñeán 2 nhieät ñieän trôû vaø 2 ñieän trôû thay ñoåi theo haøm aåm. Nhieät ñieän trôû TH duøng ñeå buø tröø söï aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñoái vôùi ñieän trôû ño haøm aåm töông ñoái. Trong hình 3.7 ta coù maïch ño ñoä aåm vôùi sensor coù ñieän trôû thay ñoåi theo ñoä aåm. Döôùi moät ñieän aùp xoay chieàu, ôû ngaõ ra soá 2 cuûa sensor ta coù 1 ñieän theá tuøy thuoäc vaøo ñoä aåm. Ñieän aùp xoay chieàu caàn coù tính ñoái xöùng toát vaø bieän ñoä coù trò soá coá ñònh. Ñieän theá tuøy thuoäc vaøo ñoä aåm ôû ngoõ ra soá 2 ñöôïc laàn löôït chænh löu vaø thieát laäp trò soá trung bình qua caùc IC3a, IC3b, IC3c. Vôùi IC4 ta coù chæ thò LED. IC1a taïo soùng vuoâng ta coù 1 ñieän aùp chuaån laø 1,25V vaø ñöôïc IC3d khueách ñaïi thaønh 3V. Khi S1 ôû vò trí B, ta coù theå ñieàu chænh P2 ñeå coù ngöôõng ñoä aåm cho rôø-le ñoùng-môû. Hình 3-7: Sô ñoà maïch ño duøng caûm bieán NH-3 -39- Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp Hình 3.8: Söï lieân heä giöõa ñieän aùp loái ra vaø ñoä aåm töông ñoái c. Caûm bieán quang laø linh kieän coù giaù trò ñieän trôû thay ñoåi theo cöôøng ñoä vaø taàn soá aùnh saùng. Khi cöôøng ñoä aùnh saùng taêng thì ñieän trôû giaûm vaø ngöôïc laïi. Ñieän trôû quang coøn goïi laø LDR (Light Dependent Resistor) - ñieän trôû tuøy thuoäc vaøo aùnh saùng. H Hình 3.9: Maïch ño duøng caûm bieán quang d. Maïch ñôn giaûn duøng caûm bieán nhieät, ñoä aåm, quang: Sau khi thöû nghieäm toaøn boä caùc phöông aùn vôùi caùc maïch ñieän töû duøng caùc caûm bieán khaùc nhau, chuùng toâi nhaän thaáy -40- Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp raèng khi söû duïng nhöõng maïch ñieän töû quaù phöùc taïp vôùi chaát löôïng töøng linh kieän ñieän töû khoâng thuaàn nhaát vieäc taïo ra moät khoái ñaàu vaøo oån ñònh thaät khoâng deã daøng. Ñeå giaûi quyeát vaán ñeà naøy, caàn choïn moät khoái caûm bieán söû duïng caøng ít linh kieän caøng toát vaø sau naøy söû duïng phaàn meàm ñeå chænh sai neáu coù, muïc ñích laø giaûm thieåu sai soá ñaàu vaøo trong khaû naêng cho pheùp. Moät sô ñoà maïch trong boä MDA-iRTC cuûa Haõng Midas Engineering Co. Ltd (Seoul, Korea) ñaõ ñaùp öùng yeâu caàu naøy. Hình 3.10: Maïch ño toång hôïp 2. Khoái xöû lyù chính (Khoái 1): Trong khi laép ñaët chuùng toâi ñaõ taùch khoái naøy thaønh 2 bo maïch: a. Maïch ADC vaø vi xöû lyù chính: ™ Maïch bieán ñoåi tính hieäu töông töï sang soá (ADC 0809) Caûm bieán nhieät gaén treân cao seõ ñöa vaøo IN0, caûm bieán nhieät gaén döôùi thaáp seõ ñöa vaøo IN1, caûm bieán ñoä aåm vaøo IN2 cuoái cuøng caûm bieán quang seõ vaøo IN3 cuûa ADC 0809. ™ Boä vi xöû lyù haõng Atmel 89C51 seõ ñoùng vai troø chính trong vieäc xöû lyù caùc döõ lieäu ñöa ra töø ADC 0809 ñeå vaøo caùc -41- Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp Hình 3.11: Maïch ADC vaø vi xöû lyù chính ñöôøng coång P1. Ba ngoõ ra P0.0, P0.1, P0.2 seõ giuùp choïn caûm bieán naøo muoán ñoïc vaø sau ñoù seõ hieån thò thoâng qua coång P2. Caùc ngoõ ra coøn laïi cuûa P0 (P0.3,P0.4,P0.5,P0.6,P0.7) ñöa ra maõ caùc cheá ñoä hoaït ñoäng töông öùng ñeå khoái giaûi maõ ñieàu khieån caùc thieát bò ngoaøi. -42- Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp Vieäc söû duïng 5 ngoõ ra naøy raát coù yù nghóa vì chuùng ta seõ coù toái ña 25=32 cheá ñoä khaùc nhau ñeå ñieàu khieån. Tuy vaäy do ôû ñaây chuùng ta chæ duøng toång coäng 5 thieát bò beân ngoaøi: quaït. bôm töôùi, söôûi noùng, maøn chaén, cöûa thoâng gioù neân coù theå duøng 5 ngoõ ra ñeå moãi ngoõ ñieàu khieån moät thieát bò ñoùng môû. Thöïc teá laø maøn chaén vaø cöûa thoâng gioù hoaït ñoäng raát khaùc bieät vôùi caùc thieát bò coøn laïi vì phaûi dòch chuyeån 2 chieàu thay vì chæ ñoùng-môû neân giaûi phaùp ôû ñaây laø taùch 2 ngoõ ra ñieàu khieån rieâng 4 cheá ñoä cuûa maøn chaén vaø quaït nhö sau: Ngoõ ra Cheá ñoä Tình traïng 0 0 Keùo maøn qua phaûi (môû) Maëc nhieân 1 0 Keùo maøn qua traùi (che) 0 1 Keùo cöûa xuoáng Maëc nhieân 1 1 Ñaåy cöûa leân b. Maïch hieån thò: söû duïng 2 IC choát 74LS373 vaø 2 LED 7 ñoaïn Hình 3.12: Maïch hieån thò -43- Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp 3. Khoái giaûi maõ vaø ñieàu khieån: Hình thaønh khoái naøy mang yù nghóa raát saâu saéc, chuùng toâi söû duïng 1 IC 89C51 rieâng reõ chính nhôø vaäy ta coù theå ñaët ra ít nhaát laø 2 cheá ñoä: töï ñoäng hay thuû coâng. Trong thieát keá roõ raøng chuùng ta coù theå naâng leân 23 = 8 cheá ñoä chöù khoâng chæ 2 maø thoâi. Ñieàu naøy seõ giuùp chuùng ta môû roäng khaû naêng raát nhieàu khi chuùng ta chæ caàn thay ñoåi phaàn meàm sau naøy maø khoâng caàn phaûi thay ñoåi phaàn cöùng. Vôùi cheá ñoä töï ñoäng ta chæ caàn keát noái 5 ngoõ vaøo P1 coøn khi chuyeån qua cheá ñoä thuû coâng ta söû duïng chuyeån maïch vaøo P0 rieâng 2 ngoõ vaøo P3.6 vaø P3.7 söû duïng cho chuyeån ñoåi giöõa 2 cheá ñoä naøy. P2 1 2 3 4 C 5V SW DIP-8 R11 R R5 R R1 R R6 R 5V R R SW-IN 1 2 3 4 5 6 7 8 R10 R R15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 R2 R RELAY 1 2 3 4 5 6 7 8 R8 R U14 AT89C51 9 18 19 20 29 30 31 40 1 2 3 4 5 6 7 8 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 39 38 37 36 35 34 33 32 RST XTAL2 XTAL1 G N D PSEN ALE/PROG EA/VPP VC C P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 R9 R R4 R R3 R R7 R IN 1 2 3 4 5 R12 R 5V 30P 30P HHình 3.13: Maïch giaûi maõ vaø ñieàu khieån -44- Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp 4. Khoái keát noái maùy vi tính (Khoái 3): Khoái naøy ñeå ñoäc laäp laø coù yù ñònh cuûa noù. Neáu ngöôøi söû duïng khoâng caàn keát noái vôùi maùy vi tính thì boû luoân khoái naøy. Trong tröôøng hôïp coù keát noái, phaàn meàm naïp cho khoái 1 seõ xöû lyù theo vieäc choïn ngaét 1 vaø nhö vaäy coù theå thay ñoåi töø xa caùc chæ tieâu kyõ thuaät cuûa nhaø kính ñeå ñaùp öùng yeâu caàu cho töøng loaïi caây troàng maø noâng daân ñaët trong nhaø kính. Trong khoái naøy taän duïng IC Max232 qua Connector DB9 ñeå keát noái vôùi maùy vi tính 5V C5 C C C OUT 5 9 4 8 3 7 2 6 1 C POWER 1 2 U1 MAX232 1 3 4 5 16 15 2 6 12 9 11 10 13 8 14 7 C1+ C1- C2+ C2- V C C G N DV+ V- R1OUT R2OUT T1IN T2IN R1IN R2IN T1OUT T2OUT IN 1 2 5V C Hình 3.14: Maïch keát noái ra ngoaøi theo loái noái tieáp 5. Khoái rôø le ñieàu khieån (Khoái 4): Söû duïng caùc IC 4N35 ñaûm baûo ñöôïc an toaøn cho khoái giaûi maõ vaø ñieàu khieån vôùi caùc taùc ñoäng beân ngoaøi vì chuùng giao tieáp quang. Ñieàu naøy neáu coù söï coá ngoaøi thì khaû naêng thay khoái naøy laø nhanh choùng. Caùc rôø le hoaït ñoäng khi caáp nguoàn +12V. Caùc thieát bò beân ngoaøi cuõng coù theå söû duïng chung nguoàn +12VDC neáu caùc thieát bò beân ngoaøi coù coâng suaát tieâu thuï thaáp. Ñeå ñaûm baûo nguoàn +12VDC söû duïng cho hoäp ñieàu khieån hoaït ñoäng oån ñònh neân boá trí nguoàn rieâng cho caùc thieát bò ngoaøi nhö quaït, bôm nöôùc töôùi, boä söôûi... -45- Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp Hình 3.15: Maïch ñieàu khieån rôø le 6. Khoái rôø le ñieàu khieån 2 chieàu (Khoái 5): Töông töï nhö khoái 4 tuy vaäy ôû ñaây coù theå taän duïng 2 traïng thaùi NO vaø NC cuûa rôø le ñeå thay ñoåi daáu cuûa nguoàn cung caáp cho moâ tô khieán cho moâ tô thay ñoåi chieàu quay vaø laøm hoaït ñoäng moät soá thieát bò ngoaøi. -46- Phaàn 4 Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp -47- PHAÀN 4 :THÖÏC HIEÄN PHAÀN MEÀM I . TOÅNG QUAN: Trong chöông naøy seõ trình baøy caùc phaàn vieäc tieán haønh ñeå taïo phaàn meàm cho heä nghóa laø xaây döïng thuaät toaùn, vieát chöông trình, dòch vaø naïp vaøo boä vi ñieàu khieån. Cuoái cuøng laø chaïy thöû chöông trình, ñoái chieáu vôùi hoaït ñoäng cuûa caùc maïch ñieän töû trong heä sao cho ñaùp öùng yeâu caàu ñeà ra. II . PHAÀN MEÀM CUÛA HEÄ THOÁNG: 1. Giôùi thieäu veà ngoân ngöõ ASSEMBLY: Ngoân ngöõ Assembly laø ngoân ngöõ baäc thaáp, vôùi chöông trình nhoû ñôn giaûn ñaûm baûo taùc ñoäng nhanh, söû duïng ngoân ngöõ Assembly ñeå laäp trình cho vi ñieàu khieån laø phuø hôïp. Trong heä thoáng naøy söû duïng IC 89C51 cuûa Atmel, chöông trình ñöôïc vieát ñeå phuïc vuï toaøn heä thoáng ñaõ trình baøy trong chöông tröôùc. 2. Löu ñoà thuaät toaùn: ™ Chöông trình chính: Ñaët khoaù taïi maët tröôùc cuûa heä ñieàu khieån veà vò trí seõ giuùp choïn moät trong 2 cheá ñoä: Töï ñoäng hoaëc thuû coâng. Phaàn 4 Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp -48- ™ Chöông trình thöïc hieän maõ: Baét ñaàu TÑ >T1+ε TÑ < T1 -ε Maõ môû cöûa Maõ môû quaït Maõ khoâng ñoåi cöûa-quaït TÑ>T2+ε Maõ ñoùng quaït Maõ môû cöûa TÑ < T2 -ε Maõ khoâng ñoåi cöûa-quaït Maõ ñoùng cöûa Maõ ñoùng quaït TC >T3+ε TC < T3-ε Maõ môû söôûi Maõ khoâng ñoåi söôûi Maõ taét söôûi S Ñ S Ñ S Ñ S Ñ S Ñ S Ñ Phaàn 4 Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp -49- RH >R1+γ RH <R1-γ Maõ khoâng töôùi Maõ khoâng ñoåi töôùi RH >R2+γ Maõ töôùi RH <R2-γ Maõ khoâng ñoåi töôùi Maõ khoâng töôùi As >A1+δ As <A1-δ Maõ môû maøn Maõ khoâng ñoåi keùo Maõ keùo maøn Veà ñaàu S S S S S S ™ Chöông trình taùch döõ lieäu : Phaàn 4 Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp -50- Ñôn vò ? Hieän haøng ñôn vò Taùch haøng chuïc Chuïc ? Hieän haøng chuïc Hieän haøng traêm S Ñ Ñ S 3. Chöông trình vieát baèng hôïp ngöõ: ™ Chöông trình söû duïng trong boä vi ñieàu khieån chính: ORG 0000H LJMP CHINH ORG 0003H LJMP NGAT0 ORG 0013H LJMP NGAT1 ORG 0030H ;------------------------------------------------------------------- CHINH: SETB EA SETB EX0 ;CHO PHEP NGAT NGOAI 0 CLR IT0 ; NGAT 0 TAC DONG O MUC THAP MOV TMOD,#01010001B; TIMER0:T.GIAN -TIMER1:SU KIEN MOV TL0,#01H MOV TH0,#00H MOV R5,#0A0H ; CHUYEN DOI GIUA MAN VA CUA MOV P2,#00H ; output port (7-SEGMENT LED) MOV P1,#0FFH ; input port (DIGITAL TEMP.+HUMI.+LAMP) MOV P0,#0F8H ; output P0.0-P0.1-P0.2 (CONTROL PULSES) MOV P3,#0FFH ; P3.6 (Start) -P3.7 (OE) - ANALOG ENABLE ;----------------------------------------- MOV SP,#47H ; DOI STACK POINTER VE 47H MOV 3AH,#02 ; E OF TOP TEMP MOV 3BH,#01 ; E OF BOTTOM TEMP MOV 3CH,#03 ; E OF HUMIDITY MOV 3DH,#02 ; E OF LAMP ;--------------------------------------- MOV 40H,#30 ; HIGH TEMP (30oC) MOV 41H,#25 ; LOW TEMP. (25oC) MOV 42H,#18 ; BOTTOM TEMP (15oC) MOV 43H,#92 ; DO AM CAO MOV 44H,#85 ; DO AM THAP Phaàn 4 Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp -51- MOV 45H,#20 ; ANH SANG MOV 46H,#00 ; LAM TOAN TRU DO AM CLR 77H ;CHON MAN HAY CUA (0=MAN;1=CUA) SETB TR0 BATDAU: JNB TF0,TIEPTUC CLR TF0 CLR TR0 SETB TR0 DJNZ R5,TIEPTUC MOV R5,#0A0H CPL 77H TIEPTUC: LCALL NDULIEU ; 31H=TOP TEMP - 32H=BOTTOM TEMP - 33H=HUMIDITY - 34H=LIGHT TOIDAY: ; CHO NAY TINH CHO SAU NAY NGAT JB P3.4,DITIEP ; DUNG CHO XEM CAC KET QUA KHAC JB P3.5,TOI1 MOV R0,#34H ; CHO HIEN LIGHT SJMP CHOHIEN TOI1: MOV R0,#32H ; CHO HIEN BOTTOM TEMP SJMP CHOHIEN DITIEP: JB P3.5,TOI2 MOV R0,#33H ;CHO HIEN HUMIDITY SJMP CHOHIEN TOI2: MOV R0,#31H ;CHO HIEN TOP TEMP CHOHIEN: MOV A,@R0 LCALL DOITLP LCALL HIEN LCALL XLNHIET LCALL XLDOAM JB 77H,NAPVAO LCALL XASANG NAPVAO: MOV P0,2FH SJMP BATDAU RET ;---------------------------------------------------------------- NDULIEU: MOV R0,#31H ;DAT CAC TSKT BAT DAU TU 31H DEN 34H MOV R3,#00 CHONKENH: MOV A,P0 ANL A,#0F8H ORL A,R3 ; CHON VI TRI LAY KENH NHIET DO TIEP CLR P3.7 ; CHUA LAY DU LIEU RA SETB P3.6 ; XOA CAC THANH GHI NOI BO MOV P0,A CLR P3.6 ; BAT DAU CHUYEN DOI (Start) DENNOI: JNB P1.7,DENNOI ; DA CO' EOC? MOV R6,#0F5H ; PHU THUOC VAO f LCALL TEMPO ; LAM TRE^? SETB P3.6 ; DA CHUYEN DOI XONG! SETB P3.7 ; CHO PHEP LAY DU LIEU RA (OE) MOV @R0,P1 ;CHBI GIU TS K.THUAT VAO O NHO LUU CJNE R0,#33H,LAYDAY ;KHI XU LY DO AM DIEU CHINH LAI MOV A,33H LAYDAY: INC R3 ; KENH THU INC R0 CJNE R3,#04H,CHONKENH Phaàn 4 Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp -52- RET ;------------------------------------------------------------------ DOITLP: MOV B,#10 DIV AB ; A LA SO HIEN RA SE LAY TU 31H DEN 34H MOV 38H,A ; CAT TAM PHAN NGUYEN VAO 38H (CHUC) MOV 39H,B ; CAT TAM PHAN DU VAO 39H ( DON VI) MOV A,39H ACALL LOOK_UP MOV 39H,A ; DAT VAO 39H MA CHU SO DON VI MOV A,38H ACALL LOOK_UP MOV 38H,A ; DAT VAO 38H MA CHU SO CHUC RET ;------------------------------------------------------------------ LOOK_UP: INC A MOVC A,@A+PC RET DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,01H,02H,04H,08H ;tuong ung voi 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 ;--------------------------------------------------------------- HIEN: CLR P2.7 ; DIEU KHIEN HIEN CHU SO DON VI - MOV A,39H CPL A CLR 0E7H ; BIT 7 CUA ACCUMULATOR MOV P2,A ; HANG DON VI SETB P2.7 ; DIEU KHIEN HIEN CHU SO HANG CHUC MOV A,38H CPL A SETB 0E7H MOV P2,A ; CHU SO HANG CHUC RET ;------------------------------------------------------------------ TEMPO: NOP XOAY: NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ R6,XOAY RET ;------------------------------------------------------------------ XLNHIET: MOV A,40H ;GIOI HAN NHIET THU 1 SUBB A,3AH MOV 36H,A ; T1 - E MOV A,40H ADD A,3AH MOV 35H,A ; T1 + E MOV A,31H ; NHIET HIEN THOI SUBB A,35H JNC MCMQ ; 00001010 MOV A,36H SUBB A,31H JC KHONGDOI MOV A,41H ;GIOI HAN NHIET THU 2 SUBB A,3AH MOV 36H,A ; T2 - E MOV A,41H ADD A,3AH Phaàn 4 Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp -53- MOV 35H,A ; T2 + E MOV A,31H ; NHIET HIEN THOI SUBB A,35H JNC MCDQ ;00000010 MOV A,36H SUBB A,31H JC KHONGDOI CLR 7BH SETB 7CH ;DONG CUA CLR 7EH ;DONG QUAT SJMP KHONGDOI MCMQ: SETB 7BH SETB 7CH ;MO CUA SETB 7EH ;MO QUAT SJMP KHONGDOI MCDQ: SETB 7BH SETB 7CH ;MO CUA CLR 7EH ;DONG QUAT ;------------------------------------------------------------------- KHONGDOI: MOV A,42H ;GIOI HAN NHIET THU 3 SUBB A,3BH MOV 36H,A ; T3 - EX MOV A,42H ADD A,3BH MOV 35H,A ; T3 + EX MOV A,32H ; NHIET HIEN THOI (BOTTOM) SUBB A,35H JNC TSUOI ; 00100 MOV A,36H SUBB A,32H JC QUAAM SETB 7DH SJMP QUAAM TSUOI: CLR 7DH QUAAM: RET ;----------------------------------------------------------------- XLDOAM: MOV A,43H ;GIOI HAN DO AM THU 1 SUBB A,3CH MOV 36H,A ; RH1 - E MOV A,43H ADD A,3CH MOV 35H,A ; RH1 + E MOV A,33H ; DO AM HIEN THOI SUBB A,35H JNC KGTUOI MOV A,36H SUBB A,33H JC KGDOIT MOV A,44H ;GIOI HAN DO AM THU 2 SUBB A,3CH MOV 36H,A ; RH2 - E MOV A,44H ADD A,3CH MOV 35H,A ; RH2 + E MOV A,33H ; DO AM HIEN THOI SUBB A,35H JNC SETUOI MOV A,36H SUBB A,33H JC KGDOIT Phaàn 4 Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp -54- KGTUOI: CLR 7FH ;KHONG TUOI SJMP KGDOIT SETUOI: SETB 7FH ;MO TUOI KGDOIT: RET ;--------------------------------------------------------------- XASANG: MOV A,45H ;GIOI HAN ANH SANG SUBB A,3DH MOV 36H,A ; AS - E MOV A,45H ADD A,3DH MOV 35H,A ; AS + E MOV A,34H ; ANH SANG HIEN THOI SUBB A,35H JNC KEOMAN MOV A,36H SUBB A,34H JC KGKEOM CLR 7CH ; MO MAN CLR 7BH SJMP KGKEOM KEOMAN: CLR 7CH ;KEO MAN SETB 7BH KGKEOM: RET ;------------------------------------------------------------------- NGAT0: MOV R2,#00H CLR 76H ; BIT CO GIU CHO PHIM BAM KHONG CHAY TUOT TIEPSUC: CJNE R2,#00H,ST1 MOV 38H,#01110110B ;HIgh MOV 39H,#00000110B SJMP LAPH ST1: CJNE R2,#01H,ST2 MOV 38H,#00110111B ;MEdium MOV 39H,#01111001B SJMP LAPH ST2: CJNE R2,#02H,SR1 MOV 38H,#00111000B ;LOw MOV 39H,#00111111B SJMP LAPH SR1: CJNE R2,#03H,SR2 MOV 38H,#01110111B ;RH 1 MOV 39H,#00000110B SJMP LAPH SR2: CJNE R2,#04H,SL1 MOV 38H,#01110111B ;RH2 MOV 39H,#01011011B SJMP LAPH SL1: CJNE R2,#05H,THOAT MOV 38H,#00111000B ;LIGHT MOV 39H,#00000110B LAPH: LCALL HIEN Phaàn 4 Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp -55- MOV R6,#50H ; PHU THUOC VAO f LCALL TEMPO ; LAM TRE^? JB P3.4,LAPH SETB 76H ; GUI LAI MOV A,#40H ADD A,R2 MOV R1,A MOV TL1,@R1 MOV TH1,0 SETB TR1 QUAY: MOV @R1,TL1 MOV A,@R1 LCALL DOITLP MOV R6,#50H ; PHU THUOC VAO f LCALL TEMPO ; LAM TRE^? LCALL HIEN CJNE @R1,#100,KHAC MOV TL1,#1 KHAC: JNB P3.4,MOI CLR 76H MOI: JB 76H,QUAY CLR TR1 CLR TF1 INC R2 LJMP TIEPSUC THOAT: RETI END ™ Chöông trình söû duïng cho vi ñieàu khieån giaûi maõ: ORG 0000H LJMP CHINH ORG 0030H ;------------------------------------------------------------------- CHINH: MOV P0,#00 BATDAU: MOV A,P3 ANL A,#11000000B CJNE A,#0C0H,AUTO ; BAT CONG TAC 11 LAY TU SENSOR MOV A,P3 ; 00 THI`THUC HIEN BANG THU CONG SJMP THUCHIEN AUTO: MOV A,P1 THUCHIEN: ANL A,#3FH ; CHON 6 BIT THAP cua P1 de giai ma MOV R7,A ANL A,#20H CJNE A,#20H,TIEP0 ;0001 1111 cai nay can coi lai MOV P0,#00H ; TAT HET TAT CA CAC DIEU KHIEN LJMP BATDAU TIEP0: MOV A,R7 ANL A,#1FH MOV R7,A ANL A,#03H ;chon 2 bit cuoi CJNE A,#00,TIEP1 ; 0000 0000 JNB P2.0, TAT0 ; TU CONG TAC HANH TRINH 0 SETB P0.6 ; KEO MAN VE TRAI CLR P0.7 LJMP TIEP1 TAT0: CLR P0.7 Phaàn 4 Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp -56- CLR P0.6 CLR P0.5 CLR P0.4 ;------------------------------------------------- TIEP1: CJNE A,#01,TIEP2; 0000 0001 JNB P2.1,TAT1 ; TU CONG TAC HANH TRINH 1 SETB P0.7 ;KEO MAN QUA PHAI CLR P0.6 LJMP TIEP2 TAT1: CLR P0.7 CLR P0.6 CLR P0.5 CLR P0.4 ;------------------------------------------------ TIEP2: CJNE A,#02,TIEP3 ; 0000 0010 JNB P2.2,TAT2 ;TU CONGTAC HANH TRINH 2 SETB P0.4 ; MO CUA LEN CLR P0.5 LJMP TIEP3 TAT2: CLR P0.7 CLR P0.6 CLR P0.5 CLR P0.4 ;------------------------------------------------ TIEP3: CJNE A,#03,TIEP4 ; 0000 0011 JNB P2.3,TAT3 ; TU CONGTAC HANH TRINH 3 SETB P0.5 ;DONG CUA CLR P0.4 LJMP TIEP4 TAT3: CLR P0.7 CLR P0.6 CLR P0.4 CLR P0.5 ;------------------------------------------------ TIEP4: MOV A,R7 ANL A,#04H CJNE A,#04,TAT4 SETB P0.3 ; MO DEN LJMP TIEP5 TAT4: CLR P0.3 ; TAT DEN ;------------------------------------------------ TIEP5: MOV A,R7 ANL A,#08H CJNE A,#08,TAT5 SETB P0.2 ; MO QUAT LJMP TIEP6 TAT5: CLR P0.2 ; TAT QUAT ;----------------------------------------------- TIEP6: MOV A,R7 ANL A,#10H CJNE A,#10H,TAT6 SETB P0.1 ; MO TUOI LJMP BATDAU TAT6: CLR P0.1 ;TAT TUOI Phaàn 4 Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp -57- LJMP BATDAU END III . KEÁT LUAÄN: Coù theå noùi raèng chöông trình ñaõ hoaït ñoäng nhö mong muoán ñaët ra ban ñaàu. Heä thoáng phaàn cöùng vaø phaàn meàm ñaùp öùng ñöôïc chæ tieâu ñeà ra. Trong quaù trình thöïc hieän, khaâu vieát chöông trình baèng hôïp ngöõ laø töông ñoái thuaän tieän, dó nhieân coù theå duøng caùc ngoân ngöõ caáp cao nhö C ñeå vieát nhöng dung löôïng chöông trình sau khi dòch töông ñoái lôùn. Sau khi dòch chöông trình naïp vaøo 89C51 chính chieám 1,7KB coøn phaàn giaûi maõ chæ 0,5KB. Coù theå xem ñaây laø neàn taûng ñeå xaây döïng nhöõng chöông trình lôùn vaø hay hôn treân cô sôû phaàn cöùng töông ñoái chuaån. Saûn phaåm baùo caùo GSC cuûa ñeà taøi nghieân cöùu khoa hoïc caáp Boä Maõ soá: B2005-29-35 Kích thöôùc : 20cmx15cmx20cm Khoái löôïng : 4,5Kgs Ñieän aùp vaøo : 220 VAC Coâng suaát tieâu thuï : 250 W Phaàn 4 Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp -58- Giaù thaønh (2006) : 9,5 trieäu ñoàng Cheá ñoä hoïat ñoäng : 2 (töï ñoäng - thuû coâng) Maët tröôùc cuûa saûn phaåm Caùch söû duïng: - Môû nguoàn: Baät nuùt POWER, ñeøn baùo nguoàn saùng ñoû heä ñieàu khieån baét ñaàu hoaït ñoäng - Ñaët cheá ñoä hoaït ñoäng: Ñieàu chænh caùc khoaù beân traùi maët tröôùc Phaàn 4 Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp -59- Cheá ñoä töï ñoäng: Cheá ñoä thuû coâng: - Xem thoâng tin treân 2 ñeøn LED 7 ñoaïn maët tröôùc: - Thoâng tin veà ñaïi löôïng ño treân 2 ñeøn LED 7 ñoaïn maët tröôùc baèng caùch söû duïng caùc nuùt beân hoâng cuûa heä thoáng: Maëc nhieân : nhieät ñoä treân AÁn nuùt phaûi : nhieät ñoä döôùi AÁn nuùt traùi : ñoä aåm töông ñoái AÁn caû 2 nuùt : ñoä roïi saùng - Xem caùc thoâng soá kyõ thuaät ñaët tröôùc: Baät moät trong 2 nuùt traùi cuûa khoaù (ñaët beân phaûùi, treân ñeøn nguoàn) AÁn tuaàn töï nuùt traùi beân hoâng heä thoáng seõ thaáy tuaàn töï caùc thoâng tin caàn thieát, trong tröôøng hôïp muoán thay ñoåi caùc giaù trò nhìn thaáy caàn keát hôïp nuùt phaûi laøm taêng giaù trò töø thaáp leân cao. Phaàn 4 Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp -60- - Trong tröôøng hôïp heä thoáng roái loaïn, söû duïng moät ñaàu kim nhaán vaøo loã nhoû beân traùi (Reset), heä thoáng trôû laïi tình traïng ban ñaàu. - Keát noái caùc thaønh phaàn ñieàu khieån trong nhaø kính thoâng qua heä oå caém beân hoâng 1 - Moâtô ñ/k maøn 2 - Quaït 3 - Coâng taéc töï haønh maøn 4 - Söôûi 5 - Bôm töôùi 6 - Coâng taéc töï haønh cöûa 7 – Moâtô ñ/k cöûa - GSC trong moâ hình nhaø kính Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp Phuï luïc: CAÛM BIEÁN NHIEÄT Töø laâu caûm bieán ñöôïc söû duïng nhö nhöõng boä phaän ñeå caûm nhaän vaø phaùt hieän, nhöng chæ töø vaøi chuïc naêm gaàn ñaây chuùng môùi theå hieän roõ vai troø quan troïng trong caùc hoaït ñoäng cuûa con ngöôøi. Nhôø vaøo caùc tieán boä khoa hoïc vaø coâng ngheä trong lónh vöïc vaät lieäu, thieát bò ñieän töû vaø tin hoïc, caùc loaïi caûm bieán ñaõ giaûm kích thöôùc, caûi thieän tính naêng vaø ngaøy caøng môû roäng phaïm vi öùng duïng. Ngaøy nay chuùng coù maët trong moïi lónh vöïc nhö: trong caùc heä thoáng töï ñoäng phöùc taïp, ngöôøi maùy, kieåm tra chaát löôïng saûn phaåm, tieát kieäm naêng löôïng, choáng oâ nhieãm moâi tröôøng, v.v… Caûm bieán ñöôïc ñònh nghóa nhö moät thieát bò duøng ñeå bieán ñoåi caùc ñaïi löôïng ñaïi löôïng vaät lyù vaø caùc ñaïi löôïng khoâng ñieän caàn ño thaønh caùc ñaïi löôïng ñieän coù theå ño ñöôïc ( nhö doøng ñieän, ñieän theá, ñieän dung, trôû khaùng, v.v…). Noù laø phaàn quan troïng nhaát trong moät thieát bò ño hay trong moät heä ñieàu khieån töï ñoäng. 1. Giôùi thieäu caûm bieán nhieät : Trong taát caû caùc ñaïi löôïng vaät lyù, nhieät ñoä ñöôïc quan taâm nhieàu nhaát vì nhieät ñoä ñoùng vai troø quyeát ñònh ñeán nhieàu tính chaát cuûa vaät chaát. Ngöôøi ta cheá taïo caùc boä caûm bieán nhieät ñoä döïa treân nhieàu nguyeân lyù caûm bieán khaùc nhau 2.Thang nhieät ñoä : Caùc tính chaát vaät lyù cuûa vaät lieäu phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä cuûa chuùng. Töø söï thay ñoåi nhieät cuûa moät ñaëc tröng vaät lyù cuûa vaät lieäu cho tröôùc ngöôøi ta luoân luoân coù theå xaùc ñònh moät thang nhieät ñoä cho pheùp ño nhieät ñoä vaø ñaëc bieät laø nhaän bieát söï caân baèng cuûa hai nhieät ñoä. ™ Thang nhieät ñoä nhieät ñoäng hoïc tuyeät ñoái: Thang Kelvin: ñôn vò laø K. Trong thang Kelvin ngöôøi ta gaùn cho nhieät ñoä cuûa ñieåm caân baèng cuûa ba traïng thaùi nöôùc-nöôùc ñaù-hôi moät giaù trò soá baèng 273,15K Töø thang nhieät ñoä nhieät ñoäng hoïc tuyeät ñoái (thang Kelvin) ngöôøi ta ñaõ xaùc ñònh caùc thang môùi laø thang Celsius vaø thang Fahrenheit (baèng caùch dòch chuyeån caùc giaù trò nhieät ñoä) ™ Thang Celsius: Trong thang ño naøy ñôn vò nhieät ñoä laø (oC), moät ñoä Celsius baèng moät ñoä Kelvin. Quan heä giöõa nhieät ñoä Celsius vaø nhieät ñoä Kelvin ñöôïc xaùc ñònh bôûi bieåu thöùc: -61- Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp T(oC) = T (K) -273,15 ™ Thang Fahrenheit: Ñôn vò nhieät ñoä laø Fahrenheit(oF) T(oC)={T(oF)-32}5/9 Trong baûng sau ñaây ghi caùc giaù trò töông öùng cuûa moät soá nhieät ñoä quan troïng ôû caùc thang ño khaùc nhau. Nhieät ñoä Kelvin (K) Celcius (oC) Fahrenheit (oF) Ñieåm 0 tuyeät ñoái 0 -273,15 -459,67 Hoãn hôïp nöôùc-nöôùc ñaù 273,15 0 32 Caân baèng nöôùc-nöôùc ñaù-hôi nöôùc 273,16 0,01 32,018 Nöôùc soâi 373,15 100 212 3.Vaøi loaïi caûm bieán nhieät ñoä caàn bieát : Trong baùo caùo naøy, chuùng ta seõ xem xeùt 2 loaïi caûm bieán nhieät: IC caûm bieán nhieät vaø caëp nhieät ñieän. Vieäc söû duïng caùc IC caûm bieán nhieät ñeå ño nhieät ñoä laø moät phöông phaùp thoâng duïng vaø hieäu quaû. ™ Nguyeân lyù hoaït ñoäng chung cuûa IC ño nhieät ñoä: IC ño nhieät ñoä laø moät maïch tích hôïp nhaän nhieät ñoä chuyeån thaønh tín hieäu ñieän döôùi daïng doøng ñieän hay ñieän aùp. Döïa vaøo ñaëc tính raát nhaïy cuûa caùc baùn daãn vôùi nhieät ñoä, taïo ra ñieän aùp hoaëc doøng ñieän, tæ leä thuaän vôùi nhieät ñoä tuyeät ñoái. Ño tín hieäu ñieän ta bieát ñöôïc giaù trò cuûa nhieät ñoä caàn ño. Söï taùc ñoäng cuûa nhieät ñoä taïo ra ñieän tích töï do vaø caùc loå troáng trong chaát baùn daãn . Baèng söï phaù vôõ caùc phaân tö û, böùt caùc electron thaønh daïng töï do di chuyeån qua vuøng caáu truùc maïng tinh theå taïo söï xuaát hieän caùc loã troáng . Laøm cho tæ leä ñieän töû töï do vaø loã troáng taêng leân theo qui luaät haøm muõ vôùi nhieät ñoä . • IC ño nhieät ñoä LM335: LM335 laø moät IC caûm bieán ño nhieät ñoä vôùi ngoõ ra laø ñieän theá tyû leä vôùi nhieät ñoä Kelvin (K), do ñoù caàn phaûi coù moät soá linh kieän beân ngoaøi ñeå ñöa nhieät ñoä ra laø ñoä Celsius (0C). -62- Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp Phaïm vi söû duïng trong daûi nhieät ñoä roäng coù theå vöôït qua 2000C. Trôû khaùng loái ra nhoû hôn 1Ω, tín hieäu loái ra tuyeán tính vôùi nhieät ñoä vaø ñieàu khieån maïch beân ngoaøi deã daøng. Söû duïng LM335 coù theå ño ñöôïc caû nhieät ñoä aâm khi coù moät ñieän aùp döông Sô ñoà chaân cuûa LM335 ¾ Caùc thoâng soá kó thuaät cuûa LM335 ‰ Ñònh thang ño tröïc tieáp theo nhieät ñoä Kelvin(K) ‰ Tín hieäu loái ra baèng 10mV/K ‰ Doøng ñieän tieâu thuï töø 400μA ñeán 5mA ‰ Hoaït ñoäng ñôn giaûn ‰ Sai soá 20C khi phaïm vi nhieät ñoä hoaït ñoäng vöôït qua 1000C ‰ Phaïm vi söû duïng trong vuøng nhieät ñoä roäng coù theå treân 2000C ‰ Ñieän theá hoaït ñoäng laø 2,98V±0,6V( ôû nhieät ñoä khoaûng 250C) Ñaëc tuyeán giöõa ñieän aùp vaø doøng tieâu thuï LM335 laø loaïi caûm bieán baùn daãn raát hieäu quaû döïa vaøo ñaëc tính cuûa diode Zener: khi ñöôïc phaân cöïc ngöôïc thì doøng ñieän ngöôïc phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä... Do ñieän aùp ra thay ñoåi tuyeán tính theo nhieät ñoä ôû 10mV/K, ñeå söû duïng caûm bieán LM335 vôùi thang nhieät ñoä Celsius caàn phaûi coù moät soá linh kieän beân ngoaøi, trong ñoù coù söû duïng ñaàu ño baèng caëp nhieät ñieän. Coù theå taïo maïch öùng duïng ño vôùi ñaàu ño -63- Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp caëp nhieät ñieän keát hôïp vôùi LM335 ñeå ñieän aùp ra tyû leä vôùi nhieät ñoä Celsius(0C). ™ Caëp nhieät ñieän (Thermocouple) Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa caëp nhieät ñieän (ñoâi luùc coøn goïi laø caëp nhieät) döïa treân hieäu öùng khueách taùn caùc ñieän töû khi cho tieáp xuùc 2 kim loaïi vôùi nhau (hieäu öùng Seebeck). • Caáu taïo: Caëp nhieät ñieän coù caáu taïo goàm hai daây daãn A vaø B ñöôïc noái vôùi nhau bôûi 2 moái haøn coù nhieät ñoä T1 vaø T2. Suaát ñieän ñoäng E phuï thuoäc vaøo baûn chaát vaät lieäu laøm caùc daây daãn A, B vaø vaøo nhieät ñoä T1, T2. Söï thay ñoåi nhieät cuûa E cuûa moät soá loaïi caëp nhieät ñieän Thoâng thöôøng nhieät ñoä cuûa moät moái haøn ñöôïc giöõ ôû giaù trò khoâng ñoåi vaø bieát tröôùc, goïi laø nhieät ñoä chuaån (T1=Tref). Nhieät ñoä T2 cuûa moái haøn thöù 2, khi ñaët trong moâi tröôøng nghieân cöùu noù seõ ñaït ñeán giaù trò Tc chöa bieát. Nhieät ñoä Tc laø haøm cuûa nhieät ñoä Tx (nhieät ñoâ cuûa moâi tröôøng) vaø cuûa caùc quaù trình trao ñoåi nhieät (coù theå xaûy ra). • Ñaëc tröng chung: -64- Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp Söû duïng caëp nhieät ñieän ñeå ño nhieät ñoä coù moät soá öu ñieåm hôn haún khi so saùnh vôùi moät soá ñaàu ño khaùc. Kích thöôùc caëp nhieät ñieän nhoû neân coù theå ño nhieät ñoä ôû töøng ñieåm cuûa ñoái töôïng nghieân cöùu. Ngoaøi ra, caëp nhieät ñieän cung caáp suaát ñieän ñoäng neân khi ño khoâng caàn coù doøng ñieän chaïy qua vaø do vaäy khoâng coù hieäu öùng ñoát noùng. Tuy nhieân söû duïng caëp nhieät ñieän cuõng coù ñieàu baát lôïi: phaûi bieát tröôùc nhieät ñoä so saùnh Tref vaø do vaäy sai soá Tref cuõng chính baèng sai soá cuûa Tc. Suaát ñieän ñoäng cuûa caëp nhieät ñieän trong moät daûi roäng cuûa nhieät ñoä laø haøm khoâng tuyeán tính cuûa Tc (Hình 2.7). Moãi loaïi caëp nhieät ñieän coù moät baûng chuaån (ghi giaù trò cuûa suaát ñieän ñoäng phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä) vaø moät bieåu thöùc dieãn giaûi söï phuï thuoäc cuûa suaát ñieän ñoäng vaøo nhieät ñoä. Ñoái vôùi caùc loaïi caëp nhieät ñieän khaùc nhau, khoaûng nhieät ñoä laøm vieäc cuûa chuùng coù theå chia ra thaønh nhöõng vuøng nhoû. Trong moãi vuøng nhö theá, moái quan heä giöõa suaát ñieän ñoäng vaø nhieät ñoä ñöôïc moâ taû baèng moät bieåu thöùc rieâng ñaëc tröng cho vuøng. Noùi chung, moãi loaïi caëp nhieät ñieän coù moät giôùi haïn cuûa daûi nhieät ñoä laøm vieäc, töø -270oC ñoái vôùi caëp nhieät ñieän ñoàng/vaøng-coban ñeán 2700oC ñoái vôùi caëp nhieät ñieän wonfram- reni 5%/wonfram-reni 26%. Nhö vaäy, caëp nhieät ñieän coù daûi nhieät ñoä laøm vieäc roäng hôn nhieàu so vôùi nhieät keá khaùc. Ñöôøng ñaëc tröng nhieät coù theå xem nhö tuyeán tính trong töøng daûi nhieät ñoä xaùc ñònh. -65- Heä ñieàu khieån töï ñoäng phuïc vuï trong noâng nghieäp TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 1. Giaùo trình caûm bieán – Phan Quoác Phoâ, Nguyeãn Ñöùc Chieán – Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät – 2000 2. Caûm bieán vaø öùng duïng – Döông Minh Trí – Nhaø Xuaát Baûn Khoa hoïc vaø kyõ thuaät – 2001 3. Caùc boä caûm bieán trong kyõ thuaät ño löôøng vaø ñieàu khieån – Leâ Vaên Doanh, Phaïm Thöôïng Haøn, Nguyeãn Vaên Hoaø, Voõ Thaïch Sôn, Ñaøo Vaên Taân – Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät – 2001 4. Caûm bieán vaø maïch xöû lyù – Nguyeãn Höõu Phöông, Nguyeãn Vinh Quang – Trung taâm Ñieän töû Maùy tính – 2003 5. Ño löôøng caùc ñaïi löôïng ñieän vaø khoâng ñieän – Nguyeãn Vaên Hoøa – Nhaø xuaát baûn Giaùo duïc -2004 6. Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính – Ngoâ Dieân Taäp – Nhaø Xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät – 2004 7. Kyõ thuaät ñieàu khieån töï ñoäng – Nguyeãn Ngoïc Caån – Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia TP. Hoà Chí Minh – 2001 8. 167 maïch ñieän töû öùng duïng – Hoaøn Vuõ – Nhaø xuaát baûn Treû – 2002 9. Vi ñieàu khieån – Hoà Vaên Thôùi - – Trung taâm Ñieän töû Maùy tính – 2001 10. Thieát keá heä thoáng vôùi hoï 8051 – Toáng Vaên On, Hoaøng Ñöùc Haûi – Nhaø xuaát baûn Phöông Ñoâng – 2006 11. www.circuitcellar.com/dl2001/avr-r165.html 12. www.mcselec.com/index.php?option=com_content&task=view&id=7 7&Itemid=57 13. www.bestgrowlights.com/site/403863/page/321505 14. www.growersupply.com 15. www.bartinst.com/greenhouse.html 16. www.homeharvest.com/climatecontrollersmultipurpose.html 17. www.arguscontrols.com 18. www.hhydro.com/cgi-bin/hhydro/XHH0529.html 19. www.bestgrowlights.com/site/403863/page/321505 20. www.citeseer.ist.psu.edu/529614.html 21. www.netafimgreenhouse.com/Greenhouse_Tecnology/Control_Syste ms/Climate_Control 22. www.actahort.org/members/showpdf?booknrarnr=691_105 23. www.gssdist.com/enviro.html 24. www.jsai.or.jp/afita/afita-conf/1998/26.html 25. www.hd-qianjing.com/china/english/gsjj.asp -66- -67- BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO COÄNG HOAØ XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM Tröôøng Ñaïi hoïc Ñaølaït Ñoäc laäp - Töï do - Haïnh phuùc ---oOo--- Ñaø laït, ngaøy 06 thaùng 03 naêm 2007 GIAÛI TRÌNH SÖÛ DUÏNG KINH PHÍ Teân ñeà taøi : Heä ñieàu khieån töï ñoäng ñeå phuïc vuï trong noâng nghieäp Maõ soá ñeà taøi caáp Boä : B2005-29-35 Chuû nhieäm ñeà taøi : Th.S Nguyeãn Höõu Loäc Ñôn vò coâng taùc : Khoa vaät lyù - Tröôøng Ñaïi hoïc Ñaø laït Thôøi gian thöïc hieän : Töø thaùng 01 naêm 2005 ñeán thaùng 12 naêm 2006 NOÄI DUNG 1. Mua saém vaät tö, linh kieän nghieân cöùu - Naêm 2005 10.975.000 ñoàng - Naêm 2006 3.800.000 ñoàng 2. Chi phí ñi laïi coâng taùc vaø giao tieáp - Naêm 2005 4.490.000 ñoàng - Naêm 2006 2.500.000 ñoàng 3. Xaây döïng chöông trình ñieàu khieån 4.000.000 ñoàng (quy trình coâng ngheä, giaûi phaùp KHCN) 4. Thueâ khoaùn chuyeân moân: - Khaûo saùt caùc yeâu caàu thöïc teá ñeà taøi caàn ñaùp öùng ñeå ñeà xuaát heä ñieàu khieån thích hôïp theo moâ hình 4.500.000 ñoàng - Khaûo saùt vaø thöû nghieäm caùc maïch ñieän töû söû duïng caùc vaät tö , linh kieän taïo heä ñieàu khieån phuø hôïp 4.200.000 ñoàng - Taïo heä ñieän töû hoaøn chænh 2.000.000 ñoàng - Taïo moâ hình baùo caùo öùng duïng 2.500.000 ñoàng 5. Thuø lao chuû nhieäm ñeà taøi vaø caùc coäng taùc vieân - Chuû nhieäm (24 thaùng x 100.000 ñoàng) 2.400.000 ñoàng - Caùc coäng taùc vieân 2.300.000 ñoàng 6. Taøi lieäu, saùch baùo, vaên phoøng phaåm thöïc hieän ñeà taøi 835.000 ñoàng 7. Baùo caùo toång keát nghieäm thu 4.000.000 ñoàng 8. Chi phí khaùc do Tröôøng ñieàu phoái naêm 2005 1.500.000 ñoàng --------------------- Toång coäng 50.000.000 ñoàng -68- (Naêm möôi trieäu ñoàng) -69- Maãu 1.11: Toùm taét keát quaû nghieân cöùu ñeà taøi khoa hoïc vaø coâng ngheä caáp Boä baèng tieáng Anh (Summary) SUMMARY Project Title: Greenhouse specific controller (in agriculture) Code number: B2005-29-35 Coordinator: Nguyeãn Höõu Loäc Implementing institution: University of Dalat Duration: from January 2005 to December 2006 1. Objectives: Producing high quality fruit or flowers consistently is one key to a successful business. Greenhouses provide unique opportunities to achieve this goal. Nowadays, in Dalat, growers have built many simple greenhouses. Automating the greenhouse environment is crucial for producing the best possible product. Creating a greenhouse specific controller is one way to maintain the desired environmental conditions in the greenhouse according to the operator settings. 2. Main contents: The goal of this project is to realize a system to control a greenhouse named Greenhouse Specific Controller (GSC). The controller gathers data from temperature, humidity, light sensors inside the greenhouse and based on this data operates vent, fan, heater, shading and watering. Designing and creating electronic circuits must satisfy these needs. Moreover hardware is not so complicated and can be easily realised. The important thing of this project is the management software because all tasks must work automatically. The software must read the sensor data continuosly and compare with the standard value to automatically control all needed functions. Besides this growers can operate manually various functions like heating, irrigation, window opening, applying shade and fan. 3. Results obtained: The greenhouse specific controller consists of six electronics boards and employs two temperature sensors, one humidity sensor and one light sensor whose outputs are monitored by the ADC 0809 connected to one microcontroller 89C51. The TOP temperature sensor, located near the roof of the greenhouse, determines the state of the vents while the BOT temperature sensor, locate near the bottom of the greenhouse, determines the state of the header. The state of the fan depends on the state of the vent and the TOP temperature. The humidity sensor state decides the irrigation. The light sensor state applies shade. The information is displayed on two seven segment LEDs. Standard values can be modified by growers according to fruit or flowers. Mechanical/Electrical specifications: Size: 20cmx15cmx20cm Shipping weight: 4,5Kgs Power input: 220VAC, 50Hz -70- 250W