Đề tài đã được thực hiện trong thời gian từ tháng 1032021 đến 01072021. Nội dung về cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu của đề tài chủ dựa trên lý tính toán cơ khí và lý thuyết về web server. Nội dung đồ án trình bày đầy đủ việc thiết kế và chế tạo hệ thống cơ khí cho việc phun thức ăn, cũng như thiết kế giao diện hiển thị và cài đặt thông số trên web server. Song song với quá trình xử lý, hệ thống sẽ cập nhật kết quả cho người dùng giám sát thông qua web server.
GIỚI THIỆU CHUNG
Tổng quan
Ngành tôm Việt Nam đã đóng góp quan trọng vào xuất khẩu thủy sản trong suốt 20 năm qua, chiếm khoảng 40-45% tổng giá trị xuất khẩu, tương đương 3,5-4 tỷ USD mỗi năm Tôm Việt Nam hiện được xuất khẩu đến 100 quốc gia, với 5 thị trường lớn nhất là Châu Âu, Hoa Kỳ, Nhật Bản, Trung Quốc và Hàn Quốc Nhờ những nỗ lực không ngừng, Việt Nam đã vươn lên thành nước cung cấp tôm lớn thứ hai thế giới, chiếm 13-14% tổng giá trị xuất khẩu tôm toàn cầu.
Hình 1.1: Khu nuôi tôm ứng dụng công nghệ cao của Tập đoàn Việt – Úc 2
Cùng với sự phát triển không ngừng của công nghệ, cơ cấu cho ăn tự động đã trở thành giải pháp phổ biến trong nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là trong nghề nuôi tôm Việc áp dụng hệ thống cho ăn tự động mang lại nhiều lợi ích cho người nông dân, giúp cải thiện hiệu quả so với phương pháp cho ăn truyền thống Khác với việc phân tán thức ăn bằng tay, hệ thống tự động đảm bảo phân bố đều thức ăn trên bề mặt ao nuôi, từ đó kiểm soát tốt hơn lượng thức ăn dư thừa.
1 Tổng quan ngành Tôm, http://vasep.com.vn/san-pham-xuat-khau/tom/tong-quan-nganh-tom
Khu nuôi tôm CNC Việt-Úc áp dụng công nghệ cao nhằm tối ưu hóa quy trình cho ăn Việc sử dụng máy cho tôm ăn tự động giúp chia nhỏ lượng thức ăn trong mỗi bữa ăn thành nhiều lần, dựa trên đặc tính của thức ăn và vị trí máy Phương pháp này không chỉ giúp tôm bắt được viên thức ăn trước khi chúng chìm xuống đáy ao, mà còn giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước Thêm vào đó, máy cho tôm ăn tự động đảm bảo rằng tất cả các kích cỡ tôm đều được cung cấp thức ăn đầy đủ.
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại máy cho tôm ăn, chủ yếu sử dụng bộ điều khiển chỉnh tay, cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ nhưng thường phải can thiệp thủ công Để khắc phục những hạn chế này, cần một phương thức điều khiển đơn giản, tối ưu và an toàn cho người sử dụng Hệ thống mới tích hợp đầy đủ chức năng hẹn giờ, điều khiển motor đảo, motor oxy và cho ăn tự động theo khối lượng cài đặt, đồng thời cho phép điều khiển trực tuyến Giao diện điều khiển được thiết kế tối giản nhưng đầy đủ, giúp dễ dàng thiết lập các thông số hoạt động cho máy.
Cơ cấu cho tôm ăn tự động đã trở thành công cụ hữu ích cho người chăn nuôi tại đồng bằng sông Cửu Long và các quốc gia Đông Nam Á, được lắp đặt ở ao, hồ, và trang trại Thiết bị này giúp kiểm soát hiệu quả ao nuôi, giảm thiểu tình trạng thừa thức ăn và ô nhiễm môi trường nuôi trồng.
Hầu hết các thiết bị cho tôm ăn hiện nay đều được điều khiển thủ công, dẫn đến quy trình cho ăn chậm và thiếu tính tự động Nhiều trang trại vẫn chưa áp dụng máy móc một cách phổ biến, trong khi các cơ cấu trên thị trường chủ yếu là mô tơ xoay điều chỉnh bằng timer và biến trở, nhưng chưa tích hợp chế độ hẹn giờ thực tế, kiểm soát khối lượng cho ăn và điều khiển từ xa Để khắc phục những hạn chế này, chúng tôi đề xuất các giải pháp tối ưu hơn như điều khiển trực tuyến, giao diện điều khiển đơn giản và khả năng kiểm soát động cơ hiệu quả trong ao nuôi.
Mục đích của đề tài
Hiện nay, tại Việt Nam, số lượng đơn vị nghiên cứu và chế tạo hệ thống tự động điều khiển trực tuyến cho việc cho tôm ăn còn hạn chế Mục tiêu chính là phát triển máy cho tôm ăn nhằm giảm bớt sức lao động cho người nuôi, hạn chế thức ăn thừa và tự động hóa các quy trình Trong khuôn khổ học tập, dự án tập trung vào việc nghiên cứu và thiết kế giao diện điều khiển đơn giản, dễ sử dụng, đồng thời tích hợp các chức năng hẹn giờ và cơ cấu cơ khí có độ bền cao với giá thành hợp lý.
Giới hạn đề tài
Mục tiêu của nghiên cứu này là phát triển hệ thống cho tôm ăn tự động, đồng thời cung cấp giải pháp điều khiển thiết bị và cập nhật dữ liệu trên web-server để cài đặt và giám sát hiệu quả Chúng tôi đã xác định một số giới hạn cần thiết cho quá trình nghiên cứu và phát triển hệ thống này.
Cơ cấu phễu xoay hoạt động với tốc độ cho phép tối đa là 2000 vòng/phút
Đối tượng của đề tài được giới hạn là cám hoặc hạt có kích thước đường kính từ 0,3 – 2,5 mm
Thùng chứa có trữ lượng tối đa 50kg
Ứng dụng trong các ao nuôi có quy mô 500 – 2000 m 2
Dự kiến hệ thống sẽ được lắp trên bề mặt ao nuôi với khả năng điều khiển trực tuyến thông qua web-server.
Mục tiêu đề tài
Đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống cho tôm ăn tự động” nhằm mục tiêu tự động hóa trong chăn nuôi thủy hải sản, tối ưu hóa lượng cám cho tôm ăn và giảm thiểu sức lao động của con người Hệ thống này không chỉ cải thiện hiệu quả chăn nuôi mà còn nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm thủy sản.
Thiết kế hệ thống cơ khí phân tán đều thức ăn xung quanh bề mặt ao nuôi
Thiết kế hệ thống mạch điện phục vụ quá trình điều khiển
Xây dựng hệ thống điều khiển trực tuyến và có chức năng tự động
Thiết kế cơ cấu đóng ngắt thức ăn sau quá trình cho ăn nhằm kiểm soát khối lượng thức ăn trong thùng.
Bố cục
Luận văn có bố cục gồm 5 phần chính:
Chương 1: Trình bày lý do chọn để tài, nội dung nghiên cứu, mục tiêu, các thông số giới hạn
Chương 2: Các cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế hệ thống, xây dựng giải thuật
Chương 3: Giới thiệu tổng quan về tính toán và thiết kế hệ thống cơ khí, điện tử, giao diện người dùng, lưu đồ giải thuật
Chương 4: Quá trình thi công các phần cơ khí, lập trình hệ thống cơ sở dữ liệu và thực nghiệm, phân tích kết quả
Chương 5: Trình bày kết quả của quá trình thực hiện để tài, những mặt hạn chế, kết luận và định hướng phát triển.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan
Trong chăn nuôi thủy sản hiện nay, có hai loại ao nuôi chính là ao lót bạc và ao đất Mặc dù diện tích, hình dạng, độ sâu và hệ thống cấp thoát nước có thể khác nhau giữa các cơ sở hoặc vùng nuôi, nhưng tất cả đều cần đảm bảo năm tiêu chí cơ bản để đạt hiệu quả tối ưu trong việc nuôi trồng.
- Giữ được nước, ổn định môi trường nuôi
- Cấp, thoát nước dễ dàng với chi phí thấp
- Giảm thiểu tối đa các rủi ro về địch hại, bệnh dịch và thiên tai
- Cung cấp đủ oxy và giúp phát tán nhanh và đều thức ăn, thuốc, hóa chất
Diện tích ao nuôi tôm thẻ chân trắng thường dao động từ 500 m² đến 2000 m², với hình dạng tròn, vuông bo tròn các góc hoặc chữ nhật có tỷ lệ chiều dài - chiều rộng 3:2 Độ sâu lý tưởng của ao từ 1,2 m đến 1,8 m giúp duy trì mực nước ổn định, thuận tiện cho việc lắp đặt và vận hành các giàn quạt nước Điều này đảm bảo môi trường ao được đồng nhất và cung cấp đủ ôxy hòa tan Nếu ao nuôi có diện tích quá lớn hoặc hình dạng không phù hợp, sẽ gặp khó khăn trong việc bố trí hệ thống quạt nước và thu gom chất thải, dẫn đến không gian sống của tôm bị thu hẹp và dễ phát sinh ô nhiễm, bệnh tật Hơn nữa, việc phát tán thức ăn, vôi, chế phẩm vi sinh, hóa chất và thuốc cũng khó đạt hiệu quả như mong muốn.
1 Ao nuôi tôm, https://nammientrung.com/cca-dieu-kien-de-nuoi-tom-the-chan-trang-hieu-qua.html b Cấp thoát nước
Để đảm bảo hiệu quả cấp thoát nước cho ao nuôi, cần thiết lập một ao trữ nước cùng với hệ thống thoát nước nhằm xử lý mùn bã đáy ao hàng ngày Hệ thống thoát nước không chỉ giúp cải tạo và vệ sinh ao sau khi thu hoạch mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nuôi trồng Bên cạnh đó, việc duy trì hệ thống quạt nước và bơm oxy ổn định là rất quan trọng để đảm bảo tôm phát triển khỏe mạnh, đặc biệt là trong giai đoạn giữa và cuối của quá trình nuôi.
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại máy cho tôm ăn, phù hợp với từng điều kiện ao nuôi, bao gồm máy đặt giữa ao và máy đặt trên bờ Mỗi loại máy có ưu nhược điểm riêng, do đó người dùng cần cân nhắc kỹ lưỡng để chọn lựa máy phù hợp với nhu cầu và mức độ sử dụng của mình.
Cơ cấu đặt giữa ao đang chiếm ưu thế trong thị trường máy cho tôm ăn tự động nhờ vào giá thành hợp lý, dễ gia công và nhiều ưu điểm nổi bật Mặc dù còn một số nhược điểm, nhưng chúng có thể được khắc phục, khiến loại máy này trở thành lựa chọn phổ biến ở nhiều địa phương nuôi tôm.
Hình 2.1: Cơ cấu dạng đại trà dùng đặt giữa ao
Cơ cấu đặt giữa ao mang lại nhiều ưu điểm như gia công đơn giản, chi phí thấp và hoạt động ổn định nhờ vào việc ít cần các chi tiết truyền động Khi gặp sự cố, việc tự thay thế các bộ phận linh kiện cũng rất dễ dàng Hơn nữa, bề mặt cám phun ra đều và có tầm phủ rộng, tùy thuộc vào động cơ sử dụng.
Máy đặt giữa ao để tối ưu tầm hoạt động nhưng cần gia công thêm khung và ràng để cố định, đồng thời yêu cầu nguồn điện phải được mắc nối cẩn thận để tránh tiếp xúc với nước Khi động cơ dừng, lượng cám sẽ bị vướng đọng trong ống xoay do không có cơ cấu ngắt thức ăn.
Trên thị trường hiện nay, máy đặt ngoài ao nuôi chỉ có hai loại, trong đó nổi bật là sản phẩm MT5-XP50 của Công ty TNHH MTV FARMX.VN, có sức chứa 50kg Máy này thiết kế góc phun chữ V, phù hợp với các ao nuôi có diện tích nhỏ và mật độ dày Hoạt động dựa trên cơ cấu xoay, máy giúp điều hướng thức ăn về một phía hình chữ V với phạm vi phun từ 7-8m, theo công bố của nhà sản xuất Điểm mạnh của máy là giảm thiểu rủi ro khi đặt giữa ao nuôi và hạn chế việc phải làm cầu để theo dõi thức ăn.
Hình 2.2: Máy cho tôm ăn có cơ cấu dạng máng chữ V của FarmX 1
that ensures even distribution of feed, enhancing the growth and health of shrimp For more information, visit the product page [here](https://farmx.vn/products/mt5-xp50-may-cho-tom-an-dat-tren-bo-goc-phun-chu-v-suc-chua-50kg-phu-hop-ao-tron-dien-tich-nho).
Rynan AIF100A, sản phẩm của Công ty CP Rynan Technologies Vietnam, có công suất chứa 100kg và vòi phun xoay từ 0° đến 180° với phạm vi phun từ 3-14m Đặc biệt, thức ăn được thổi từ dưới động cơ lên, cho phép vòi phun hoạt động linh hoạt Hệ thống này được trang bị chế độ cho ăn thủ công qua điện thoại di động và chế độ cho ăn tự động với thuật toán thông minh.
Hình 2.3: Máy Cho Tôm Ăn Rynan AIF100A1 2
Máy có thể đặt trên bờ, giúp dễ dàng vệ sinh thùng chứa thức ăn Điều này không chỉ hạn chế rủi ro điện giật ảnh hưởng đến ao nuôi mà còn bảo vệ người sử dụng Hơn nữa, máy cũng giảm thời gian và công sức cần thiết để xây dựng cầu đặt xa.
Nhược điểm của cơ cấu phun loại 1 là không ổn định, dễ gây đọng cám, trong khi loại 2 chỉ phù hợp cho tôm giai đoạn đầu với kích thước hạt cám nhỏ Lưu lượng phun ít và dễ bị ảnh hưởng bởi yếu tố môi trường như gió và mưa Hơn nữa, tỷ lệ phủ cám khi phun từ máy đặt ngoài ao nuôi vẫn chưa cao, dẫn đến lượng cám phun không đều.
1 Máy cho tôm ăn Rynan AIF100A, https://traceme.vn/vi/product/may-cho-tom-an-rynan-aif100a/
Cơ sở lý thuyết về điện điện tử
2.2.1 Giới thiệu về Raspberry Pi
Raspberry Pi là một máy tính mini giá chỉ từ 35$, chạy hệ điều hành Linux, ra mắt vào tháng 2 năm 2012 Được phát triển bởi tiến sĩ Eben Upton tại đại học Cambridge, Raspberry Pi nhằm mục đích cung cấp một chiếc máy tính giá rẻ, giúp học sinh dễ dàng tiếp cận và khám phá thế giới tin học Với kích thước chỉ bằng một thẻ ATM, Raspberry Pi mang lại sự tiện lợi và tính linh hoạt cho người dùng.
Để sử dụng Raspberry Pi như một máy tính thông thường, bạn chỉ cần có một bàn phím, một tivi hoặc màn hình hỗ trợ cổng HDMI/DVI, một nguồn USB 5V và một dây microUSB Raspberry Pi cho phép bạn thực hiện các tác vụ văn phòng, nghe nhạc và xem phim với độ nét cao.
Raspberry Pi ra đời nhằm thúc đẩy giảng dạy khoa học máy tính tại các trường học và quốc gia đang phát triển Đây là một máy tính nhỏ gọn, giá thành thấp, vận hành bằng hệ điều hành, nhưng vẫn sở hữu cấu hình đầy đủ với RAM, GPU, âm thanh và video Raspberry Pi được ứng dụng rộng rãi trong các dự án DIY, hệ thống điện tử và tự động hóa Với tính mã nguồn mở của hệ điều hành Linux, các thư viện lập trình cho Raspberry Pi ngày càng được cải thiện và phát triển.
1 Giới thiệu Raspberry Pi, https://www.academia.edu/23897313/BAO_CAO
2.2.2 Giới thiệu động cơ DC a Giới thiệu Động cơ một chiều DC (DC là từ viết tắt của "Direct Current Motors") là Động cơ điều khiển bằng dòng có hướng xác định hay nói dễ hiểu hơn thì đây là loại động cơ chạy bằng nguồn điện áp DC (điện áp một chiều) Đầu dây ra của đông cơ thường gồm hai dây dây nguồn VCC và dây tiếp đất GND 1 Động cơ một chiều là thành phần chuyển động lấy năng lượng điện dưới dạng dòng điện một chiều (hoặc dưới dạng điều khiển của dòng điện một chiều) sẽ chuyển nó thành chuyển động quay cơ học Động cơ thực hiện được điều này là thông qua việc sử dụng từ trường sinh ra từ dòng điện thúc đẩy chuyển động quay của rotor được cố định với trục đầu ra Momen xoắn đầu ra và tốc độ sẽ phụ thuộc vào nguồn điện đầu vào và thiết kế động cơ Động cơ một chiều là một máy điện biến điện năng thành cơ năng
Hình 2.5: Động cơ DC b Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cấu tạo: Gồm có 3 phần chính stator (phần cảm), rotor (phần ứng), và chỉnh lưu
Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện
Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều
Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục
1 Động cơ DC, http://hocthatlamthat.edu.vn/dong-co-mot-chieu-dc-motor/
Hình 2.6: Pha 1 động cơ DC
Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor
Hình 2.7: Pha 2 động cơ DC
Pha 2: Rotor tiếp tục quay
Hình 2.8: Pha 3 động cơ DC
Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1
Khi trục của động cơ điện một chiều bị kéo bởi một lực bên ngoài, động cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều và tạo ra sức điện động cảm ứng (EMF) Trong quá trình vận hành, rotor quay sẽ phát ra điện áp gọi là sức phản điện động (CEMF), đối kháng lại điện áp bên ngoài Sức điện động này tương tự như khi động cơ hoạt động như một máy phát điện, ví dụ khi nối một điện trở tải vào đầu ra và kéo trục bằng một ngẫu lực bên ngoài Do đó, điện áp đặt lên động cơ bao gồm hai thành phần: sức phản điện động và điện áp giáng do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng tạo ra.
1 Nguyên lý động cơ DC, https://en.wikipedia.org/wiki/DC_motor
Dòng điện chạy qua động cơ được tính theo biều thức sau:
Công suất cơ mà động cơ đưa ra được, được tính bằng:
𝐼 là dòng điện chạy qua động cơ
𝑈 𝐷 là điện áp phần điện động
𝑅 𝑃 là điện trở phần ứng
𝑃 là công suất của động cơ
Relay là linh kiện điện tử phổ biến, nổi bật với khả năng cải thiện hiệu suất làm việc và độ ổn định cao Khác với công tắc thông thường được kích hoạt bằng tay, relay hoạt động như một công tắc điện, cho phép điều khiển các mạch điện một cách tự động và chính xác Nguyên lý hoạt động của relay dựa trên việc sử dụng điện để kích hoạt, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả trong ứng dụng thực tế.
Khi relay được kích hoạt, dòng điện chạy qua cuộn dây tạo ra từ trường hút lõi sắt non, dẫn đến việc thay đổi công tắc chuyển mạch Dòng điện qua cuộn dây có thể bật hoặc tắt, cho phép relay có hai vị trí chuyển mạch khác nhau Các chân đấu nối và chân chuyển mạch của relay thường được ký hiệu là COM (POLE), NC và NO.
COM/POLE = là chân chung, là nơi kết nối đường cấp nguồn chờ
NC và NO là 2 chân chuyển đổi
1 Nguyên lý của Relay, https://3ce.vn/ro-le-la-gi-chuc-nang-va-cau-tao/
Trong hệ thống relay, điểm NC (Normally Closed) là trạng thái thường đóng, nơi chân COM (POLE) được kết nối với NC khi cuộn dây relay không có điện Ngược lại, điểm NO (Normally Open) là trạng thái thường mở, trong đó COM/POLE sẽ kết nối với NO khi cuộn dây relay được cấp điện và từ hóa.
Trên thị trường hiện nay, có hai loại module relay phổ biến: module relay đóng ở mức thấp, trong đó việc nối cực âm vào chân tín hiệu sẽ kích hoạt relay, và module relay đóng ở mức cao, khi nối cực dương vào chân tín hiệu sẽ làm cho relay đóng.
Hình 2.9: Module relay kích ở mức cao
Hình 2.10: Module relay kích ở mức thấp
Khi so sánh hai module relay có cùng thông số kỹ thuật, hầu hết các linh kiện đều tương đồng, chỉ khác biệt ở loại transistor Một loại sử dụng transistor NPN, kích hoạt ở mức cao, trong khi loại còn lại sử dụng transistor PNP, kích hoạt ở mức thấp.
2.2.4 Giới thiệu cảm biến loadcell
Hình 2.11: Module LoadCell HX711 và cảm biến Loadcell 1
Loadcell được cấu tạo chính từ các điện trở strain gauges R1, R2, R3, R4, được kết nối thành một cầu điện trở Wheatstone Các strain gauges này được dán chắc chắn vào bề mặt của thân loadcell, giúp đo lường chính xác lực tác động.
Hình 2.12: Sơ đồ cấu tạo loadcell 2
Điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell tại hai góc 1 và 4 của cầu điện trở Wheatstone, trong khi điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc còn lại Khi cầu điện trở ở trạng thái cân bằng (không tải), điện áp tín hiệu ra sẽ là số không hoặc gần bằng không nếu bốn điện trở được gắn đúng giá trị Chính vì vậy, cầu điện trở Wheatstone còn được gọi là mạch cầu cân bằng.
1 Module HX711 và cảm biến loadcell, https://dientutuonglai.com/module-loadcell-hx711-va-cam-bien-can- nang-300g-chinh-xac-cao.html
2 Sơ đồ cấu tạo loadcell, http://loadcell.com.vn/tin-tuc/loadcell-hoat-dong-nhu-the-nao.html
Khi tải trọng tác động lên thân loadcell, nó sẽ bị biến dạng, dẫn đến sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi kim loại trên điện trở strain gauges Sự thay đổi này làm thay đổi giá trị của các điện trở, từ đó ảnh hưởng đến điện áp đầu ra Mặc dù sự thay đổi điện áp rất nhỏ, nhưng nó có thể được đo và chuyển đổi thành số liệu sau khi qua bộ khuếch đại của các bộ chỉ thị cân điện tử.
2.2.5 Giới thiệu về động cơ bước và driver điều khiển a Tổng quan về động cơ bước Động cơ bước (step motor) là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rotor có khả năng cố định rotor vào các vị trí cần thiết
Động cơ bước hoạt động theo cơ chế từng bước, mang lại độ chính xác cao trong điều khiển Quá trình vận hành diễn ra thông qua việc chuyển các tín hiệu điều khiển vào stator với tần số nhất định Số góc quay của trục động cơ tương ứng với số xung điều khiển, trong khi chiều quay của rotor phụ thuộc vào thứ tự cấp xung cho các cuộn dây Tốc độ quay của động cơ không bị ảnh hưởng bởi tải, miễn là nằm trong vùng momen có thể kéo được, mà chỉ phụ thuộc vào tần số chuyển đổi Tuy nhiên, khi momen tải quá lớn, hiện tượng trượt răng có thể xảy ra, dẫn đến việc không kiểm soát được góc quay.
1 Hoạt động của loadcell, http://loadcell.com.vn/tin-tuc/loadcell-hoat-dong-nhu-the-nao.html b Driver điều khiển
Giới thiệu về web server
Webserver là kho lưu trữ và xử lý dữ liệu trên một địa chỉ IP cụ thể, được quản lý phân quyền Giao tiếp giữa các chủ thể diễn ra qua giao thức webserver, chủ yếu là HTTP hoặc các giao thức khác Một số loại web server phổ biến bao gồm Apache, Nginx và IIS.
Nội dung của webserver được trình bày dưới dạng HTML, bao gồm hình ảnh và giao diện, nhằm phục vụ cho tương tác người dùng và giám sát dữ liệu Để thực hiện điều này, trước tiên cần tạo một cơ sở dữ liệu trên web để lưu trữ thông tin giám sát và gửi lệnh từ người dùng đến hệ thống Cơ sở dữ liệu này được quản lý thông qua phpMyAdmin.
1 Tổng quan web sever, https://en.wikipedia.org/wiki/Web_server
Các web server thông dụng nhất hiện nay:
Hình 2.15: Số liệu thống kê sử dụng của Web servers năm 2021 1
2.3.2 Nguyên lý hoạt động của web server
Khi người dùng nhập địa chỉ “http://www.123abc.com” vào trình duyệt, trình duyệt sẽ kết nối với máy chủ web để yêu cầu truy cập vào tên miền này Web server sẽ xử lý yêu cầu bằng cách tách địa chỉ website thành ba phần.
- Tên miền của máy chủ web: “www.123abc.com”
- Tên tệp HTML: “index.html”
Trình duyệt web cần xác định địa chỉ IP tương ứng với tên miền "www.123abc.com" bằng cách yêu cầu thông tin từ máy chủ tên miền qua internet Sau khi nhận được địa chỉ IP, trình duyệt sẽ thiết lập kết nối với máy chủ đó để tiếp tục truy cập nội dung.
Dưới đây là đoạn văn đã được viết lại:Máy chủ web sử dụng cổng 80, cổng mặc định cho HTTP, để xử lý các yêu cầu từ trình duyệt Khi nhận được yêu cầu, máy chủ sẽ gửi một đoạn mã HTML đến trình duyệt, nơi mà các thẻ HTML được phân tích, định dạng và hiển thị kết quả trên màn hình.
Hình 2.16: Mô hình hoạt động của web server 1 2.3.3 Các giao thức sử dụng của web server a Giao thức HTTP
HTTP (HyperText Transfer Protocol) là giao thức chính được sử dụng trên World Wide Web để truyền tải dữ liệu giữa máy chủ web và trình duyệt Khi người dùng nhập địa chỉ URL vào trình duyệt, một lệnh HTTP sẽ được gửi đến máy chủ web để yêu cầu và tải trang web tương ứng Nói cách khác, HTTP cho phép truyền tải các tệp từ máy chủ web đến trình duyệt, giúp người dùng truy cập các trang web trên internet Đây là một giao thức ứng dụng trong bộ giao thức TCP/IP.
FTP, hay còn gọi là Giao thức Truyền tải Tập tin, là phương thức cho phép truyền tải dữ liệu từ máy tính này sang máy tính khác qua mạng TCP hoặc Internet.
1 Hoạt động của web server, https://topdev.vn/blog/web-server/
2 Khái niệm giao thức HTTP, https://www.digistar.vn/http-la-gi-tim-hieu-ve-giao-thuc-http-va-https/
Giao thức FTP là phương pháp đơn giản nhất để chuyển giao file giữa các máy tính trên internet Nhờ vào FTP, người dùng có thể dễ dàng tải về các loại dữ liệu như hình ảnh, văn bản, âm thanh và video.
Các ngôn ngữ lập trình và hệ thống cơ sở dữ liệu
2.4.1 Ngôn ngữ lập trình C a Giới thiệu
Ngôn ngữ lập trình C, được phát triển bởi Dennis Ritchie vào đầu thập niên 1970 cho hệ điều hành UNIX, đã nhanh chóng trở thành một trong những ngôn ngữ phổ biến nhất Với hiệu quả cao, C là lựa chọn ưu tiên để viết phần mềm hệ thống, đồng thời cũng được sử dụng để phát triển các ứng dụng Bên cạnh đó, ngôn ngữ này thường được sử dụng trong giảng dạy khoa học máy tính, mặc dù không phải là ngôn ngữ dành cho người mới bắt đầu.
Ngôn ngữ lập trình C là một ngôn ngữ nhỏ gọn, hoạt động gần với phần cứng và có sự tương đồng với ngôn ngữ Assembler hơn so với các ngôn ngữ bậc cao khác C được đánh giá là "có khả năng di động", cho thấy sự khác biệt quan trọng giữa nó và các ngôn ngữ bậc thấp như Assembler, vì mã C có thể được dịch và thực thi trên hầu hết các máy tính, trong khi Assembler chỉ chạy trên một số máy tính đặc biệt Do đó, C được xem là một ngôn ngữ bậc trung.
Trong ngôn ngữ lập trình C, mã thực thi được tổ chức thành các chương trình con gọi là "hàm", mặc dù không hoàn toàn tuân theo nguyên tắc lập trình hàm Các tham số trong hàm được truyền theo giá trị, trừ trường hợp mảng, trong khi việc truyền theo tham chiếu được mô phỏng thông qua các giá trị gợi ý rõ ràng Cú pháp của C cho phép định dạng tự do, sử dụng dấu chấm phẩy để kết thúc câu lệnh và dấu ngoặc nhọn để nhóm các khối câu lệnh.
1 Ngôn ngữ lập trình C, https://tuhoctin.net/lap-trinh/co-ban/c-cpp/38-gioi-thieu-c-cpp.html
HTML (HyperText Markup Language) là ngôn ngữ đánh dấu chuẩn trên internet, được phát triển bởi tổ chức World Wide Web Consortium Nó có vai trò quan trọng trong việc định dạng và hiển thị văn bản trên trình duyệt, xác định ý nghĩa và cấu trúc của nội dung web HTML là nền tảng cho mọi trang web, giúp tạo ra các trang thông tin đa dạng và phong phú.
2.4.3 Khái quát về ngôn ngữ Javascript
JavaScript là ngôn ngữ lập trình phổ biến và dễ học nhất trên thế giới Nó đóng vai trò quan trọng trong phát triển web, cùng với hai ngôn ngữ chính khác.
HTML: Để xác định nội dung của các trang web
CSS: Định dạng thiết kế, bố cục của các trang web
JavaScript: để lập trình hành vi của các trang web
JavaScript là ngôn ngữ lập trình được sử dụng để nâng cao tính năng của website, từ việc phát triển game đến việc tạo ra phần mềm nền web Nó có thể được nhúng trực tiếp vào trang web hoặc được tham chiếu qua file js riêng biệt JavaScript hoạt động bằng cách tải xuống máy của người dùng và thực hiện xử lý tại đó, thay vì phải xử lý trên server trước khi gửi kết quả đến người dùng.
2.4.4 Khái quá phpMyAdmin phpMyAdmin là một phần mềm miễn phí được xây dựng trên ngôn ngữ PHP Phần mềm cho phép thực hiện các chức năng của MySQL hay MariaDB để quản lý cơ sở dữ liệu thông qua giao diện người dùng thay vì cú pháp lệnh Trong khi đó vẫn có thể thực thi bất kỳ câu lệnh SQL nào
2.4.5 Khái quát ngôn ngữ PHP
PHP là ngôn ngữ lập trình phổ biến, được sử dụng để gửi và truy xuất dữ liệu từ máy chủ web, hiển thị nội dung trên giao diện người dùng Với khả năng phân đoạn và tích hợp dễ dàng với HTML, PHP là lựa chọn lý tưởng cho việc phát triển web.
1 What is JavaScript, https://www.hostinger.vn/huong-dan/javascript-la-gi
2 What is PHP, https://www.php.net/manual/en/intro-whatis.php
Hình 2.17: PHP được nhúng vào trang HTML
Thông qua máy chủ PHP, người dùng có thể nhập giá trị điều khiển cho hệ thống kiểm tra và lấy kết quả để hiển thị bằng HTML Bên cạnh PHP, MySQL là ngôn ngữ lập trình và cơ sở dữ liệu phổ biến nhất hiện nay cho các ứng dụng web.
2.4.6 Khái quát về cơ sở dữ liệu và MySQL
Khi làm việc với các hệ thống cơ sở dữ liệu, cần có một hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL là một hệ quản lý cơ sở dữ liệu mã nguồn mở, nổi bật với tốc độ nhanh và khả năng bảo mật cao Hệ thống này sử dụng cú pháp lệnh SQL, đã trở nên phổ biến và dễ dàng tiếp cận.
Hình 2.18: Mô hình tương tác giữa client - server: PHP và MySQL.
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Phân tích thực tế
Hệ thống máy cho tôm ăn của chúng tôi bao gồm tủ điện và phần cơ khí, động cơ Tủ điện được trang bị các thiết bị như cầu dao (CB), bộ giảm áp, và mạch xử lý để người dùng có thể điều chỉnh, cài đặt và hiển thị thời gian hoạt động của động cơ theo quy trình mong muốn Phần cơ khí bao gồm các cơ cấu, cảm biến và động cơ, giúp tự động hóa quá trình vận hành.
Cơ cấu thiết kế trong chăn nuôi tôm cần đảm bảo sự cân bằng và vững chắc, có khả năng chịu đựng nắng gió cũng như oxy hóa từ nước mặn Đặc biệt, tại các tỉnh ven biển khu vực phía Nam, điều kiện thời tiết nắng nóng quanh năm với nhiệt độ thường trên 30℃ và ít mưa đòi hỏi các giải pháp thiết kế phù hợp để duy trì hiệu quả chăn nuôi.
Chúng tôi đã chọn đặt máy ở giữa ao để tối ưu hóa việc phân tán đều lượng cám trên bề mặt ao nuôi Mục tiêu là điều khiển trực tuyến, tự động hóa các quy trình mỗi khi thay đổi thông số cài đặt Tùy thuộc vào vị trí địa lý và kết cấu của ao nuôi, sẽ có các phương pháp cho ăn khác nhau.
Hình 3.1: Máy cho tôm ăn đặt giữa ao
Thiết kế kỹ thuật cơ khí
3.2.1 Khung chịu tải a Mô hình khung chịu tải
Hình 3.2: Mô hình khung chịu tải
Khung chịu tải là thành phần chính chịu toàn bộ tải trọng trong quá trình hoạt động, được thiết kế với độ cứng vững nhằm đáp ứng nhu cầu làm việc của hệ thống Kích thước chiều rộng của khung chịu tải phụ thuộc vào kích thước của thùng chứa và vị trí của cảm biến, trong khi chiều cao của khung lại liên quan đến chiều cao của thùng chứa, các cơ cấu bố trí phía dưới và động cơ.
Việc thiết kế gá đặt cho cảm biến loadcell là rất quan trọng, vì vậy nhóm đã bắt đầu với khung thép hộp vuông kích thước 16x16mm và 14x14mm để lắp đặt loadcell tải 50kg cho toàn bộ thùng Tuy nhiên, do gặp khó khăn trong việc lắp đặt, sửa chữa và cấp liệu cám, nhóm đã quyết định chuyển sang sử dụng bốn cảm biến loadcell tải trọng 20kg, phân bố đều ra bốn phía Tính toán tải trọng và khả năng chịu tải giúp cơ cấu trở nên vững chắc hơn, đồng thời tiện lợi cho việc tháo lắp và cấp liệu.
Giảm chấn là thiết bị quan trọng trong máy móc cơ khí, có chức năng giảm thiểu và hấp thụ dao động trong quá trình hoạt động Bộ phận này không chỉ cải thiện độ êm của máy móc mà còn ổn định hệ thống, giúp tăng cường hiệu suất làm việc Việc sử dụng giảm chấn giúp ngăn ngừa dao động quá lớn, từ đó bảo vệ tuổi thọ và hiệu quả hoạt động của thiết bị.
Giảm chấn cao su được cấu tạo từ các miếng cao su có hình khối đa dạng, tùy thuộc vào thiết bị sử dụng Sản phẩm này được ứng dụng rộng rãi tại các vị trí thường xuyên chịu rung lắc, như thùng xe, cửa kính và chân bàn.
Hình 3.4: Chụp cao su vuông
Chúng tôi sử dụng bốn chân sắt được lắp dưới các đế cao su vuông, với chất liệu cao su dẻo dai, co giãn và đàn hồi tốt Thiết kế này giúp tăng cường ma sát, mang lại hiệu quả cao trong quá trình vận hành.
3.2.2 Thùng chứa cám a Thiết kế thùng chứa
Trong mô hình thùng chứa cám, giai đoạn nuôi tôm từ 1 đến 3 tháng với khoảng 10 vạn con giống yêu cầu lượng cám ăn từ 5kg đến 15kg mỗi buổi Thể tích thùng chứa được xác định dựa trên tải trọng của bốn loadcell xung quanh thùng Thời gian hệ thống tự động hoạt động phụ thuộc vào khối lượng cám trong thùng; khi cám hết, cảm biến loadcell ghi nhận tín hiệu và hệ thống sẽ tự động ngừng quay, đóng van động cơ bước.
Kích thước thùng chứa cám phải phù hợp với điều kiện làm việc của hệ thống và được xác định dựa trên thông số chịu tải của 4 loadcell Nên chọn thùng chứa cám có mặt đáy hình vuông để tối ưu hóa diện tích chứa và thuận tiện cho quá trình gia công.
Với mỗi loadcell chịu tải được 20kg nên tải trọng cao nhất thùng với cám là:
Trong đó: 𝑡 𝑡ℎ là tải trọng của thùng
𝑡 𝑙𝑐 là khối lượng chịu tải của loadcell
Riêng tải trọng thùng là 15kg nên lượng cám có thể chứa đầy tải là:
Nhằm tăng tính ổn định và độ bền của hệ thống nên ta chọn thùng chứa được khối lượng cám thấp hơn mức đầy tải là 20%
𝑚 𝑐𝑐 = 𝑚 𝑐 (100% − 20%) = 65.80% = 52 (𝑘𝑔) (3.3) Trong đó: 𝑚 𝑐 là khối lượng cám có thể chứa trong thùng
𝑚 𝑐𝑐 là khối lượng cám thực tế
Dựa trên thử nghiệm quy đổi thực tế, chúng ta có thể xác định mối quan hệ giữa khối lượng cám và đơn vị thể tích trong hệ SI, cũng như khối lượng cám so với nước Những quy đổi này cung cấp thông tin quan trọng cho việc hiểu rõ hơn về tính chất vật lý của cám trong các ứng dụng khác nhau.
Hệ số giữa khối lượng cám và khối lượng nước trên một đơn vị thể tích:
Trong đó: 𝑚 1 là khối lượng cám trên một đơn vị thể tích
𝑚 2 là khối lượng nước trên một đơn vị thể tích
𝐻 là khối lượng cám thực tế
Thể tích thùng chứa cám cần:
Chúng tôi đã chọn thùng hình hộp với phễu lắp ở dưới đáy để đảm bảo tính ổn định và phân bố đều các cơ cấu Dựa vào thể tích cần thiết, chúng tôi sẽ xác định các thông số phù hợp.
Trong đó: 𝑉 𝑡ℎ là thể tích thùng
𝑉 ℎ là thể tích khối vuông
𝑉 𝑝 là thể tích khối hình chóp
Khối lượng cám thực tế được xác định bằng cách điều chỉnh lưu lượng cám xuống với góc cản phù hợp Chúng tôi đã quyết định chọn chiều cao phễu là 15cm và góc nghiêng là 37° để đảm bảo hiệu quả trong quá trình vận chuyển cám.
Thể tích cần gia công là 72 lít Chúng tôi chọn ống xả cám có kích thước 42mm và chất liệu thép để thuận tiện cho việc gia công và ghép nối các chi tiết Để giảm run chấn và phân bố tải đều ra các cạnh của thùng, chúng tôi thiết kế gá liên kết loadcell với thùng, đồng thời đảm bảo thuận tiện cho việc tháo lắp và thay thế khi cần thiết.
Hình 3.6: Gá thùng chứa cám
3.2.3 Cơ cấu xoay thức ăn
Để xác định các thông số trong mô hình cơ cấu xoay thức ăn, cần tính toán lưu lượng thức ăn chảy xuống thùng trong quá trình hoạt động và phạm vi phun của cám khi cơ cấu đạt vận tốc lý tưởng.
Tổng tiết diện của các ống phun cám cần phải lớn hơn hoặc bằng tiết diện ống xả cám ở đáy thùng để tránh tình trạng kẹt thức ăn trong quá trình vận hành Để tối ưu hóa hiệu suất, chúng tôi đã quyết định gia công bốn ống phun được gắn đều ở các mặt của thùng.
Trong đó: 𝐴 𝑥 là diện tích bề mặt xả cám
𝐴 𝑝 là diện tích bốn lỗ thoát cám
𝑟 𝑥 = 2,1 𝑐𝑚 là bán kính cảu ống xả cám
𝑟 𝑝 ≥ 1 𝑐𝑚 Chọn ống nhựa PVC loại đường kính 21mm làm bốn ống thoát cám
Trong điều kiện thực tế của các ao nuôi có kích thước từ 500 m² đến 2000 m², phần lớn ao nuôi thường có hình dạng chữ nhật, hình thang hoặc hình vuông.
Để mở rộng phạm vi phun của cám, chúng tôi đã lắp đặt bốn ống thoát cám xung quanh cơ cấu xoay Các ống cám được thiết kế hình tròn với tiết diện nhỏ và độ dài hợp lý nhằm hạn chế nước tạt vào, từ đó đảm bảo vận tốc xoay ổn định.
Hình 3.8: Cám xoay trong quỹ đạo của ống
𝑟 = 0,03 𝑚 là bán kính cơ cấu xoay cám
𝑅 = 0,2 𝑚 là độ dài ống nối của cơ cấu xoay
𝐻 = 1 𝑚 là chiều cao từ mặt nước đến cơ cấu xoay cám
𝑔 = 9,8 𝑚/𝑠 2 là gia tốc trọng trường
Thiết kế kỹ thuật điện tử
3.3.1 Sơ đồ khối hệ thống Để toàn bộ hệ thống vận hành ổn định cần các công đoạn điều khiển, nhận lệnh, xử lý thông tin và truyền gửi tín hệu đến các cơ cấu chấp hành hoặc hiển thị
Với mục tiêu của để tài là hệ thống điều khiển được xây dựng theo sơ đồ khối sau:
Hình 3.11: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
Khối nguồn cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống, trong khi khối hiển thị và cài đặt hiển thị quá trình hoặc kết quả làm việc của hệ thống Đồng thời, khối này cũng cung cấp cho người sử dụng các tùy chọn và thiết lập thông qua giao diện.
Khối điều khiển là trung tâm tiếp nhận thông tin từ người dùng thông qua khối hiển thị và cài đặt, đồng thời xử lý tín hiệu từ khối cảm biến như cảm biến loadcell, nhiệt độ, độ ẩm Khối này gửi và nhận tín hiệu đến khối chấp hành, bao gồm relay, động cơ DC, động cơ bước, để thực hiện các lệnh và phản hồi tín hiệu nếu cần Mạng cục bộ LAN hoặc Internet được sử dụng để truyền dẫn thông tin giữa các khối.
3.3.2 Khối hiển thị và cài đặt
Hệ thống cung cấp cho người dùng các tùy chọn để vận hành và hiển thị kết quả xử lý thông qua khối hiển thị thiết kế dạng web server, kết nối với Raspberry qua mạng LAN hoặc Internet Giao diện web server cho phép điều chỉnh khối lượng cho ăn, bật (tắt) động cơ và thiết lập các tùy chọn cũ Đánh giá chất lượng hệ thống chủ yếu dựa vào giao diện, trong khi giao diện không hợp lý có thể gây khó chịu cho người sử dụng Thiết kế giao diện là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến số lượng người dùng giữa các nền tảng, mặc dù chúng có chức năng tương tự Việc phân loại các giao diện theo chức năng cũng rất cần thiết.
Giao diện nhập dữ liệu
Giao diện xuất kết quả
Các hình thức tương tác
Tương tác thông qua ứng dụng trên điện thoại thông minh
Hình 3.12: Giao diện tương tác cảm ứng trên điện thoại Ưu điểm: Giao diện trực quan dễ thao tác, ít xảy ra lỗi
Nhược điểm: Ảnh hưởng màn hình về lâu dài, dễ tạo ra tác vụ không mong muốn
Điền hoặc chọn mẫu có sẳn
Giao diện thông tin trên ứng dụng rất dễ tiếp cận, giúp người dùng hiểu rõ thông qua các định nghĩa khởi đầu.
Nhược điểm: Tùy vào điều kiện ứng dụng
Dùng ngôn ngữ lập trình ra lệnh
Windows Terminal cung cấp một dòng lệnh linh hoạt và tùy biến sâu, phù hợp cho các chuyên gia và những người có kinh nghiệm lập trình.
Nhược điểm: Khó sử dụng đòi hỏi người dùng có hiểu biết về ngôn ngữ lập trình b Phương án thiết kế giao diện
Bước 1: Xác định thông tin mô hình dữ liệu
- Hiển thị lượng thức ăn đầu vào
- Hiển thị giờ cho ăn, bật tắt động cơ
- Hiển thị tổng khối lượng thức ăn trong thùng
- Hiển thị trạng thái bật/tắt động cơ
- Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm của cảm biến
- Điều khiển và cài đặt các thông số trên
Bước 2: Thiết kế giao diện
- Ưu tiên tính đúng đắn, đầy đủ của các chức năng, dữ liệu đầu vào Bước 3: Tinh chỉnh, sắp xếp giao diện
- Hướng tới tính tiện dụng dựa vào phân tích hoạt động của người dùng, tùy chỉnh màu sắc, bố cục sao cho hợp lý, hài hòa và tối ưu
Chọn hình thức tương tác
Dựa trên đặc trưng của từng loại giao diện và yêu cầu thông tin từ đề tài, chúng tôi đã quyết định sử dụng hình thức tương tác thông qua việc điền và chọn vào mẫu có sẵn Ngoài ra, chúng tôi cũng sẽ tích hợp phần hiển thị và cập nhật các thông số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và trạng thái của các động cơ.
Khối chấp hành bao gồm các cơ cấu thực thi lệnh từ khối điều khiển, với các module quan trọng như điều khiển động cơ, module đóng ngắt thức ăn, động cơ đảo và động cơ oxy.
Trong nuôi tôm, hầu hết các hộ nuôi đều sử dụng ít nhất hai loại động cơ: động cơ đảo và động cơ oxy, nhờ vào những chức năng quan trọng mà chúng mang lại Đề tài của chúng tôi tập trung vào việc điều phối hai động cơ này thông qua relay và hiển thị thông tin trên giao diện web-server, nhằm giảm độ cồng kềnh, tiết kiệm chi phí và tối ưu hóa khả năng thực nghiệm.
Động cơ xoay trục chính, động cơ đóng mở van, động cơ sục khí oxy và động cơ đảo nước là những bộ phận thiết yếu trong hệ thống Việc tính toán và lựa chọn động cơ phù hợp với điều kiện làm việc là rất quan trọng và cần thực hiện một cách hợp lý Để chọn động cơ chính thích hợp, ngoài việc dựa vào các tính toán kỹ thuật, chúng tôi còn xem xét các yếu tố như kích thước, cường độ làm việc, momen xoắn và tốc độ điều chỉnh bằng PWM.
Tải trọng của cơ cấu xoay là 𝑚 = 2,5 (𝑘𝑔) – khối lượng cân thực tế bao gồm khối lượng cám lấp đầy và khối lượng của cơ cấu
𝑑 = 6 (𝑚𝑚) là đường kính cơ cấu xoay chứa cám
𝑔 = 9,8 (𝑚/𝑠 2 ) là gia tốc trọng trường
Thời gian dành cho quá trình khởi động có gia tốc là rất ngắn, do đó ở đây ta tính toán cho giai đoạn chạy đều
Momen lực của cơ cấu xoay là:
2 = 0,735𝑁𝑚 Công suất của động cơ:
9,55 = 115,45 W Trong đó: 𝑀 𝑐 là momen lực của cơ cấu xoay
𝐹 là trọng lực của hệ
𝑑 là đường kính cơ cấu xoay
𝑛 là tốc độ quay của động cơ Chọn động cơ thỏa các điều kiện sau:
Hình 3.15: Động cơ MY1025 24VDC 250W
Kết quả chọn động cơ có các thông số sau:
Số vòng quay trục động cơ: 2750 𝑣/𝑝ℎ
Đường kính trục động cơ: 12𝑚𝑚
Khối lượng của thiết bị là 1,9 kg Để điều chỉnh tốc độ quay phù hợp với điều kiện sử dụng, chúng tôi sử dụng module điều khiển tốc độ Dimmer DC công suất 400W, được điều khiển trực tiếp thông qua biến trở Việc sử dụng module điều khiển tốc độ độc lập không chỉ giảm tải tính toán trên Raspberry Pi mà còn cải thiện hiệu suất hoạt động của toàn hệ thống.
Mạch điều khiển tốc độ động cơ Dimmer PWM DC 24V sử dụng phương pháp điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi độ rộng xung vuông Phương pháp này phù hợp cho tín hiệu điện một chiều có đặc tính tuyến tính Chuỗi xung PWM được biến đổi sẽ có cùng tần số nhưng khác nhau về độ rộng của sườn dương hoặc âm.
Hình 3.17: Xung vuông có độ xung khác nhau
Theo đó, độ rộng xung được tính theo công thức:
𝑡 1 : Thời gian xung ở sườn dương trong 1 chu kỳ điện
Với việc điều chỉnh thời gian ở sườn dương 𝑡 1 trong một chu kỳ điện T ta có công
20% duty circle 50% duty circle 80% duty circle thức tính điện áp trung bình ngõ ra sau khi điều chỉnh độ rộng xung như sau:
Độ rộng xung PWM là thời gian đóng cắt điện, và nếu thực hiện đóng điện trong khoảng thời gian t_1 và cắt điện trong t_2 liên tục với tần số đủ cao, sẽ đạt được độ sáng mong muốn cho đèn Một linh kiện tiêu biểu có tần số đóng cắt cao là Mosfet.
Sau khi lựa chọn động cơ chính, việc thiết kế đồ gá sẽ được thực hiện để đảm bảo động cơ được đặt ở vị trí trọng tâm của khung đỡ, nhằm giảm thiểu lực quán tính và tăng cường độ ổn định trong quá trình quay Với đồ gá cố định cho loại motor đã chọn, chúng tôi quyết định thiết kế tấm gá lắp song song với độ dày 4mm, nhằm nâng cao khả năng chịu lực khi động cơ hoạt động lâu dài.
Để kiểm soát chính xác khối lượng thức ăn từ thùng chứa xuống cơ cấu xoay, cần tách biệt thùng chứa với phần phía dưới thông qua module đóng ngắt thức ăn.
Hình 3.19: Module đóng ngắt trong cơ cấu xoay thức ăn
Chọn thiết bị đóng ngắt
Lưu đồ giải thuật
3.4.1 Cấu trúc của hệ thống
Hệ thống hoạt động dựa trên hai chế độ chính: tự động và thủ công, nhằm đáp ứng nhu cầu của người dùng và yêu cầu thiết kế Khi khởi động chương trình, hệ thống sẽ mặc định chạy ở chế độ tự động, nhưng người sử dụng có thể dễ dàng chuyển đổi giữa hai chế độ này.
2 chế độ bằng nút nhấn “Chế Độ” trên giao diện màn hình điều khiển Dưới đây là lưu đồ giải thuật chính của hệ thống
Hình 3.35: Lưu đồ giải thuật của toàn hệ thống
Kết thúc Điều khiển tự động Cập nhật dữ liệu Đúng
Chương trình Sai thủ công
3.4.2 Chế độ điều khiển thủ công
Hình 3.36: Lưu đồ chế độ điều khiển thủ công
Trong đó: Động cơ 1: động cơ của hệ thống cho ăn Động cơ 2: động cơ oxy Động cơ 3: động cơ đảo
Khi bắt đầu chu trình, hệ thống kiểm tra trạng thái các nút nhấn và thực hiện quá trình bật/tắt các động cơ Người dùng có khả năng thay đổi trạng thái của các nút nhấn thông qua giao diện màn hình điều khiển.
3.4.3 Chế độ điều khiển tự động
Hình 3.37: Lưu đồ giải thuật chế độ điều khiển tự động
Trong đó: i = 1, 2, 3, 4 T: Thời gian thực
Ti: Thời điểm cho ăn thứ i
TON: Thời điểm bật đảo oxi
TOFF: Thời điểm tắt đảo oxi mi: Khối lượng thức ăn đã cài đặt của thời điểm Ti m: Khối lượng của lượng thức ăn đã cho ăn
Dữ liệu về thời gian, khối lượng thức ăn cần cung cấp và thời gian tắt/bật đảo oxi được lấy từ cơ sở dữ liệu của hệ thống Việc kiểm tra thời gian thực và khối lượng thức ăn đã cung cấp sẽ điều khiển quá trình tắt/mở các động cơ liên quan.
