TỔNG QUAN
Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay
Ngày nay, nền kinh tế đang trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, yêu cầu con người không ngừng học hỏi và phát triển Sự đổi mới trong thiết bị và công nghệ giúp nâng cao chất lượng và hiệu quả hoạt động của máy móc Việc ấp trứng gia cầm nhân tạo đã thúc đẩy ngành chăn nuôi gia cầm trở thành một ngành sản xuất chính trong nông nghiệp, với năng suất cao và giảm giá thành Hiện tại, các lò ấp trứng công nghiệp tự động quy mô lớn đang được áp dụng, trong khi các cơ sở nhỏ hơn thường sử dụng lò bán tự động với hiệu suất không cao và tỉ lệ nở thấp, gây thiệt hại kinh tế Ngành công nghiệp chăn nuôi gà phụ thuộc nhiều vào việc kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm để đạt được giống tốt nhất Do đó, việc giám sát và đo đạc các yếu tố này là rất cần thiết, dẫn đến quyết định xây dựng mô hình lò ấp trứng.
Mô hình thực tế
Lò ấp trứng là thiết bị chuyên dụng thay thế cho gà mái trong quá trình ấp trứng, cho phép ấp số lượng lớn trứng trong thời gian ngắn Những lò ấp này được thiết kế nhằm đảm bảo tỷ lệ nở cao và mang lại hiệu quả kinh tế tối ưu.
Các lò ấp trứng thường được sử dụng để ấp trứng của các loại gia cầm phổ biến, với thời gian nở khác nhau: trứng gà nở sau khoảng 21 ngày, trứng vịt sau 28 ngày và trứng ngan sau khoảng 35 ngày.
- Trong giai đoạn ấp (1-18 ngày) độ ẩm thích hợp khoảng 55-65% Giai đoạn nở (19-21 ngày) độ ẩm 80-85%.
- Đảo trứng từ 1-3 lần/ngày Từ ngày 18 trở đi thì thôi.
- Luôn tạo đƣợc độ thoáng gió.
1.2.1 Lò ấp trứng thủ công
Thực chất là việc sắp các kệ trứng xen kẽ giữa các bóng đèn, trong một không gian rộng. ã Ƣu điểm:
- Giá rẻ , dễ áp dụng Chi phí ban đầu thấp.
- Có thể thay đổi quy mô tùy ý theo người sử dụng
- Làm việc đƣợc ở điện áp 220V ã Nhƣợc điểm:
- Hoàn toàn không có khả năng tự động
- Khả năng trứng nở phụ thuộc vào kinh nghiệm người làm việc
- Sử dụng nhiều nhân công khi ấp trứng.
1.2.2 Lò ấp trứng bán thủ công.
Biên độ nhiệt trong quá trình ấp trứng được duy trì ổn định với sự điều khiển tự động, dao động trong khoảng tăng 0,1 độ C đến giảm 0,1 độ C Hệ thống vi xử lý không chỉ kiểm soát nhiệt độ mà còn tạo độ ẩm tự động và thực hiện đảo trứng tự động Người dùng có thể lựa chọn giữa chế độ ấp đa kỳ, ấp trứng mỗi tuần một lần, hoặc chế độ ấp đơn kỳ, ấp trứng một lần duy nhất.
- Hệ thống nhỏ gọn dễ lắp đặt.
- Giá thành rẻ, dễ chế tạo.
- Làm việc liên tục nhiều ngày
- Làm việc đƣợc ở điện áp 220V
- Công suất tiêu thụ thấp, giảm đƣợc một lƣợng lớn nhân công
- Có khả năng tự động hóa 1 phần Người sử dụng có thể cài các chế độ tự động theo một số phần mềm định sẵn. ã Nhƣợc điểm:
- Không có khả năng báo lỗi và hoạt động khi mất điện.
- Hoạt động trong một một quy mô nhỏ khoảng 1000 trứng.
- Cần người giám sát khi hệ thống hoạt đông.
1.2.3 Lò ấp trứng công nghiệp: Đây là một hệ thống hoàn toàn tự động Tất cả các thông số đƣợc nhập vào một lần và sẽ đƣợc xử lý trong suốt quá trình làm việc: Ƣu điểm:
- Hệ thống tự động hoàn toàn.
- Có thông báo khi có xự cố.
- Khả năng tự xử lý xự cố.
- Khả năng chống bị phá hoại cao.
- Hệ thống bền, tái xử dụng cao.
- Sử dụng ở quy mô sản xuất lớn.
Tính cấp thiết của đề tài
Nghiên cứu và thiết kế một hệ thống tự động ổn định nhiệt độ, độ ẩm hợp lý để người dùng theo dõi quá trình ấp trứng
Hệ thống giám sát và điều khiển nhiệt độ, độ ẩm trong trang trại chăn nuôi giúp người dùng dễ dàng theo dõi và quản lý môi trường Với khả năng đo lường nhiệt độ và độ ẩm hiện tại, hệ thống hiển thị thông tin trên máy tính và màn hình LCD, cho phép người dùng điều chỉnh nhiệt độ của lò ấp trứng một cách hiệu quả.
Xây dựng chương trình đo nhiệt độ và độ ẩm bằng cảm biến DHT11, hiển thị kết quả trên màn hình LCD Đèn LED sẽ tự động điều chỉnh độ sáng theo nhiệt độ, trong khi động cơ sẽ quay hoặc dừng hoạt động tùy thuộc vào mức độ ẩm đo được từ DHT11.
1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu trong lĩnh vực lập trình nhúng trên PIC 18F4550
Nghiên cứu phần mềm hỗ trợ điều khiển trên PIC 18F4550 nhƣ PIC C Compiler
Cách kết nối vật lý giữa cảm biến, động cơ với PIC 18F4550
Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các linh kiện cần sử dụng
1.7 Phư ng ph áp nghi n cứ Để giải quyết vấn đề ta thực hiện phương pháp nghiên cứu như sau:
- Nghiên cứu viết code kết nối PIC với các linh kiện
1.8 Bố cục củ Đồ án
Nội dung chính của đề tài được trình bày với năm chương như sau:
Chương này trình bày tình hình nghiên cứu hiện tại, lý do và mục tiêu lựa chọn đề tài, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, cùng với các giới hạn của đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Các lý thuyết chính liên quan đến các thành phần phần cứng của hệ thống đƣợc trình bày thành các phần:
- Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11
Chương 3: Thiết kế phần cứng
Chương này tập trung vào việc thiết kế phần cứng cho hệ thống, nhằm đáp ứng các yêu cầu đã được xác định Bắt đầu từ sơ đồ khối, chúng tôi sẽ tiến hành lựa chọn các linh kiện phù hợp cho từng khối trong hệ thống.
- Xây dựng lưu đồ giải thuật cho mạch để thực hiện quá trình hiển thị nhiệt độ, độ ẩm cảm biến DHT 11 lên LCD
Chương 4: Kết quả, so sánh, thực nghiệm, Phân tích, tổng hợp
Trình bày về kết quả thi công phần cứng và nhận xét các kết quả của hệ thống
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển Đƣa ra các kết luận về những vấn đề mà trong quá trình nghiên cứu đã đạt được và chưa đạt được Đưa ra hướng phát triển đề tài trong tương lai.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11
Bit 2-0 : A/D Conversion Clock Selection bit : Bit chọn clock cho bộ chuyển đổi A/D 111 : FRC 110 : FOSC/64 101 : FOSC/16 100 : FOSC/4
011 : FRC 010 : FOSC/32 001 : FOSC/8 000 : FOSC/2 Nếu chọn là 000 thì TAD = 2 TOSC = 2/FOSC, FOSC là chu kỡ lệnh, bằng ẳ tần số dao động
Việc cấu hình module ADC trong PIC18F đi theo trình tự sau:
Cấu hình chân A/D (số kênh AD, chiều của chân AD là input), điện áp tham khảo (ADCON1)
Chọn thời gian acquisition time (ADCON2)
Bật chế độ AD (bit ADON trong ADCON0)
Khi chọn chế độ acquisition time tự động, bạn chỉ cần thiết lập bit GO_DONE để khởi động quá trình chuyển đổi và theo dõi bit này cho đến khi quá trình chuyển đổi hoàn tất.
Nếu acquisition time đƣợc chọn là chế độ chỉnh bằng tay (manual mode), thì phải tự viết delay để chờ, sau đó mới đƣợc phép set bit GO_DONE
2.2 Cảm biến nhiệt ộ, ộ ẩm DHT11
Cảm biến DHT11 là thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm, được phát triển để thay thế dòng SHT1x trong các ứng dụng không yêu cầu độ chính xác cao về thông số này.
Hình 2.6: Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT 11
Hình 2.7: Sơ đồ kết nối DHT11
- Nguyên lý hoạt động: Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý thực hiện theo 2 bước:
- Bước 1: gửi tín hiệu Start
MCU thiết lập chân DATA là Output, kéo chân DATA xuống 0 trong khoảng thời gian >18ms
MCU đƣa chân DATA lên 1, sau đó thiết lập lại là chân đầu vào
Sau khoảng 20-40us, DHT11 sẽ kéo chân DATA xuống thấp Nếu >40us mà chân DATA ko đƣợc kéo xuống thấp nghĩa là ko giao tiếp đƣợc với DHT11
Chân DATA của cảm biến DHT11 sẽ duy trì ở mức thấp 80us và sau đó được kéo cao trong 80us Qua việc giám sát chân DATA, MCU có thể xác định xem có thể giao tiếp với DHT11 hay không Nếu tín hiệu từ DHT11 tăng lên cao, quá trình giao tiếp giữa MCU và DHT11 sẽ được hoàn tất.
- Bước 2: đọc giá trị trên DHT11
+ DHT11 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dưới dạng 5 byte Trong đó:
Byte 1: giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH%)
Byte 2: giá trị phần thập phân của độ ẩm (RH%)
Byte 3: giá trị phần nguyên của nhiệt độ (TC)
Byte 4 : giá trị phần thập phân của nhiệt độ (TC)
Nếu Byte 5 = (8 bit) (Byte1 +Byte2 +Byte3 + Byte4) thì giá trị độ ẩm và nhiệt độ là chính xác, nếu sai thì kết quả đo không có nghĩa
Sau khi giao tiếp đƣợc với DHT11, DHT11 sẽ gửi liên tiếp 40 bit 0 hoặc 1 về MCU, tương ứng chia thành 5 byte kết quả của Nhiệt độ và độ ẩm
Sau khi tín hiệu được đưa về 0, chúng ta chờ chân DATA của MCU từ DHT11 kéo lên 1 Nếu chân DATA giữ giá trị 1 trong khoảng 26-28 micro giây thì đó là bit 0, còn nếu giá trị là 1 trong khoảng 70 micro giây thì đó là bit 1 Trong lập trình, ta bắt sườn lên của chân DATA và sau đó delay 50 micro giây Nếu giá trị đo được là 0, ta ghi nhận bit 0, còn nếu giá trị đo được là 1, ta ghi nhận bit 1 Quá trình này tiếp tục để đọc các bit tiếp theo.
LCD 16x2
LCD là thiết bị ngoại vi dùng để giao tiếp với người dùng, nổi bật hơn so với Led 7 đoạn nhờ khả năng hiển thị toàn bộ các ký tự trong bảng mã ASCII Tuy nhiên, LCD có nhược điểm là giá thành cao và yêu cầu khoảng cách nhìn tương đối gần.
Bảng 2.2: Chức năng các chân của LCD
Chân Ký hiệu Mô tả
1 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của mạch điều khiển
2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với VCC=5V của mạch điều khiển
3 VEE Điều chỉnh độ tương phản của LCD
To select the register in an LCD, connect the RS pin to either logic "0" (GND) or logic "1" (VCC) When set to logic "0," the data bus DB0-DB7 will connect to the instruction register (IR) of the LCD in write mode or to the address counter of the LCD in read mode.
+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu
5 R/W Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc
6 E Chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu đƣợc đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ đƣợc chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E
Trong chế độ ghi, dữ liệu trên bus sẽ được LCD tiếp nhận và chuyển vào thanh ghi nội bộ khi phát hiện xung chuyển đổi từ cao xuống thấp của tín hiệu chân E.
Động cơ DC
Động cơ một chiều (DC motor) là loại động cơ điều khiển trực tiếp, được cấu tạo từ hai dây: dây nguồn và dây tiếp đất Đặc điểm nổi bật của động cơ DC là khả năng quay liên tục, mang lại hiệu suất cao trong nhiều ứng dụng.
Khi cung cấp năng lượng, động cơ DC chuyển đổi điện năng thành cơ năng và bắt đầu quay với tốc độ RPM cao Động cơ DC được ứng dụng phổ biến trong việc làm quạt làm mát máy tính và kiểm soát tốc độ quay của bánh xe.
Để điều khiển tốc độ quay của động cơ DC, kỹ thuật điều biến độ rộng xung (PWM) được sử dụng Kỹ thuật này cho phép điều chỉnh tốc độ vận hành bằng cách bật và tắt các xung điện, từ đó tạo ra tỷ lệ phần trăm vận tốc theo thời gian của thiết bị.
Khi ở chế độ đọc, dữ liệu từ LCD sẽ được xuất ra các chân DB0 đến DB7 khi có sự chuyển đổi từ mức thấp sang mức cao (low-to-high transition) tại chân E Dữ liệu này sẽ được giữ trên bus cho đến khi chân E trở về mức thấp.
Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :
+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7
+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7
15 - Nguồn dương cho đèn nền
15 điều khiển bằng cơ chế bật tắt một mức độ cơ số vòng quay xác định của động cơ.
IC 7805
IC 7805 là một mạch ổn áp cung cấp điện áp đầu ra 5V, phù hợp cho các mạch điện không yêu cầu độ ổn định điện áp quá cao.
Hình 2.10: Sơ đồ chân IC7805
- Chân số 1 là chân IN
- Chân số 2 là chân GND
- Chân số 3 là chân OUT
Ngõ ra của chân OUT duy trì ổn định ở mức 5V bất chấp sự thay đổi điện áp từ nguồn Mạch này được thiết kế để bảo vệ các mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V.
IC 7805 giúp duy trì điện áp ổn định ở mức 5V tại ngõ ra OUT, ngay cả khi nguồn điện có sự thay đổi đột ngột hoặc điện áp tăng cao.
Mạch điện sử dụng nguồn một chiều với điện áp từ 7V đến 20V vào ngõ IN, nhưng người dùng thường nhầm lẫn cực tính khi kết nối, có thể gây hại cho các linh kiện trên board mạch Để khắc phục vấn đề này, một diode cầu được lắp thêm, đảm bảo nguồn cung cấp có cực tính ổn định theo một chiều duy nhất, giúp người dùng không cần lo lắng về cực tính khi kết nối vào ngõ.
Biến áp
Biến áp điện là thiết bị truyền tải năng lượng hoặc tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện thông qua cảm ứng điện từ Cấu tạo của biến áp bao gồm một cuộn sơ cấp (nhận điện áp vào) và một hoặc nhiều cuộn thứ cấp (cung cấp điện áp ra), tất cả đều quấn trên một lõi từ, có thể là lá thép hoặc lõi ferit.
Hình 2.11: Ký hiệu biến áp 2.6.2 Nguyên lý hoạt động:
Máy biến áp hoạt động tuân theo 2 hiện tƣợng vật lí:
- Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường
- Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng
Dòng điện đƣợc tạo ra trong cuộn dây sơ cấp khi nối với hiệu điện thế sơ cấp, và
Từ trường biến thiên trong lõi sắt tạo ra hiệu điện thế thứ cấp trong mạch điện thứ cấp Hiệu điện thế sơ cấp có thể điều chỉnh hiệu điện thế thứ cấp thông qua từ trường Sự biến đổi này có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi số vòng quấn trên lõi sắt.
Máy biến áp được phân loại thành hai loại chính: máy biến áp giảm áp khi điện áp thứ cấp nhỏ hơn điện áp sơ cấp và máy biến áp tăng áp khi điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp Đối với máy biến áp ba dây quấn, ngoài hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp, còn có một dây quấn thứ ba với điện áp trung bình.
2.6.3 Khảo sát máy biến áp:
Gọi N 1 , N 2 là số vòng của cuộn sơ cấp và thứ cấp
Gọi U 1 , U 2 là hiệu điện thế 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp
Gọi I 1 , I 2 là cường độ hiệu dụng của dòng điện 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp Trong khoảng thời gian t vô cùng nhỏ từ thông biến thiên gây ra trong mỗi vòng dây của cả hai cuộn suất điện động bằng e 0 = -
t Suất điện động trên một cuộn sơ cấp là: e 1 = N 1 e 0
Suất điện động trên cuộn thứ cấp: e 2 = N 2 e 0
Suy ra, tỉ số điện áp 2 đầu cuộn thứ cấp bằng tỉ số vòng dây của 2 cuộn tương ứng
Tỉ số e 2 /e 1 không đổi theo thời gian nên ta có thể thay bằng giá trị hiệu dụng ta đƣợc
E (1) Điện trở thuần của cuộn sơ cấp rất nhỏ nên U1 = E 1 , khi mạch thứ cấp hở nên U 2
* Nếu N 2 > N 1 U 2 > U 1 : gọi là máy tăng áp
* Nếu N 2 < N 1 U 2 < U 1 : gọi là máy hạ áp
Vì hao phí ở máy biến áp rất nhỏ, coi nhƣ công suất ở 2 đầu cuộn thứ cấp và sơ cấp nhƣ nhau
Kết luận: Dùng máy biến áp tăng điện áp bao nhiêu lần thì cường độ dòng điện giảm bấy nhiêu lần và ngƣợc lại
Máy biến áp (MBA) có thể phân làm nhiều loại khác nhau dựa vào:
- Cấu tạo: MBA một pha và MBA ba pha
- Chức năng: MBA hạ thế và MBA tăng thế
- Cách thức cách điện: MBA lõi dầu, lõi không khí
- Nhiệm vụ: MBA Điện lực, MBA dân dụng, MBA hàn, MBA xung
- Công suất hay hiệu điện thế
Relay
Relay là loại linh kiện đóng ngắt điện cơ đơn giản Nó gồm 2 phần chính là nam châm điện và các tiếp điểm
Cấu tạo của Relay gồm: Nam châm điện, lõi sắt, lò xo, Các tiếp điểm
Relay hoạt động bằng cách sử dụng một nguồn năng lượng nhỏ để kiểm soát nguồn năng lượng lớn hơn Chẳng hạn, với nguồn điện 5V và 50mA, relay có thể đóng ngắt dòng điện 220V và 2A.
Relay đƣợc dùng khá thông dụng trong các ứng dụng điều khiển động cơ và chiếu sáng
Hình 2.12: Sơ đồ chân Relay
Chân: C1, C2 là hai chân của cuộn dây
Chân: COM là chân nối chung nguồn cung cấp
Chân NC: Chân thường đóng
Chân NO: Chân thường mở
Các linh kiện khác
- Nút nhấn: sử dụng cho các phím RESET
- Tụ điện: dùng chống dội cho nút nhấn, tụ lọc nguồn
- Transistor C1815: Sử dụng để khuếch đại dòng relay hoạt động
- Diode: Dùng để chống dòng ngƣợc bảo vệ thiết bị
- Điện trở: Dùng để hạn dòng, phân cực để transistor hoạt động
- Thạch anh: Dùng để tạo xung dao động ngoài cho IC hoạt động
- DB107: chuyển từ xoay chiều sang một chiều
PC817, còn được biết đến là bộ cách ly quang, có chức năng truyền tín hiệu điện bằng cách chuyển đổi tín hiệu ánh sáng trước khi truyền đi Thiết bị này giúp cách ly điện giữa đầu vào và đầu ra, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình truyền tải thông tin.
- MOC 3021: là một linh kiện bán dẫn có ba cực năm lớp, làm việc nhƣ 2 Thyristor mắc song song ngƣợc chiều, có thể dẫn điện theo hai chiều
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
Thiết kế, tính toán hệ thống
3.2.1 Khối xử lý trung tâm:
Khi chọn tần số hoạt động cho vi điều khiển, có hai phương pháp chính: Option 1 là sử dụng HSPLL và Option 2 là sử dụng XT.
Để đơn giản hóa, chúng ta sử dụng HSPLL, hay còn gọi là Option 1 Thạch anh thật có tần số 20MHz, được chia qua bộ chia PLLDIV để đạt 4MHz, sau đó được đưa vào bộ PLL 96MHz Tần số đầu ra đạt được là 96MHz và sẽ được chia đôi, tức là 96/2 = 48MHz Như vậy, vi điều khiển hoạt động với xung nhịp 48MHz.
DHT 11 để đo nhiệt độ, độ ẩm ở hai kênh, Chân Vcc đƣợc nối với nguồn cung cấp 5v, Chân GND nối mass Chân Data của DHT11 sẽ đƣợc đƣa đến chân RE1 đây là ngõ vào ADC đƣợc tích hợp trên vi điều khiển
Dùng LCD kết nối với VĐK ở các chân 27, 28, 29, 30 tương ứng là các chân D4, D5, D6, D7 Chân RS và chân E sẽ đƣợc nối vào vi điều khiển ở chân 21 và 22 Trong đó :
Vcc là chân cấp nguồn dương 5V
Vss là chân nối đất
Vee dùng để điều khiển độ tương phản cho màn hình thông qua một biến trở
RS (register select) là tín hiệu quan trọng trong việc điều khiển LCD Khi RS ở mức thấp, chỉ những lệnh cơ bản như xóa màn hình hoặc thay đổi vị trí con trỏ mới được gửi đến LCD Ngược lại, khi RS ở mức cao, LCD sẽ nhận và hiển thị các ký tự lên màn hình.
Chân RW (đọc/ghi) là thành phần quan trọng trong việc xác định hướng truyền dữ liệu Để đáp ứng yêu cầu xuất dữ liệu ra màn hình LCD, chân RW sẽ được thiết lập ở mức thấp.
Chân E là yếu tố quan trọng để truy xuất đến LCD; khi chân E ở mức thấp, LCD sẽ bị vô hiệu hóa, trong khi ở mức cao, LCD sẽ hoạt động bình thường.
Các chân D0-D7 : là 8 chân dữ liệu của LCD, các chân này có chức năng truyền dẫn dữ liệu giữa LCD và Vi điều khiển
Khối điều khiển sử dụng relay để đóng ngắt thiết bị như đèn và quạt với nguồn điện 220V, nhận tín hiệu từ vi điều khiển để thực hiện yêu cầu Do cuộn dây relay cần dòng khoảng 30mA, transistor C1815 được sử dụng để cung cấp dòng cho relay, vì vi điều khiển không đủ khả năng Đèn được kết nối với chân thường đóng (NC) của relay, trong khi quạt nối với chân thường mở (NO) Chân COM của relay kết nối với nguồn 220V để cấp điện cho đèn và quạt Cuộn dây relay được nối với nguồn 5V và cực C của transistor, cùng với diode 1N4007 để bảo vệ chống dòng ngược Chân E của transistor nối mass, trong khi chân B kết nối với chân điều khiển của vi điều khiển qua điện trở hạn dòng Rb.
Tính toán giá trị Rb: Với relay 5v có R Cuộn cảm là 70Ω
Dòng Ic bằng dòng tiêu thụ của Relay và đƣợc tính bởi công thức
Suy ra Ic=5v/70 Ω= 72 mA Sử dụng Transistor C1815 có hệ số β%÷100 Để có thể kích relay thì chọn giá trị β nhỏ nhất là 25
Dòng vào Ib của transistor
Suy ra IbrmA/25=2.88mA Với điện áp ra mức cao của vi điều khiển là 4.5v Điện trở hạn dòng Rb
3.2.5 Khối nguồn: Để có 5V DC với mức ổn áp tốt, dùng IC ổn áp 3 chân họ 78xx, ở đây dùng IC
Mạch 7805 cung cấp nguồn 5V, trong đó diode D3 được sử dụng để ngăn chặn việc đấu sai cực nguồn, bảo vệ mạch khỏi hư hỏng Các tụ điện C5 và C7 có chức năng lọc nhiễu tần số cao xâm nhập vào nguồn DC, trong khi tụ C6 giữ cho điện áp trong IC ổn định.
7805 không có khả năng tự dao động và cần một đèn LED báo nguồn để xác định xem nguồn có hoạt động hay không Nguồn cung cấp cho đèn LED là 5V, với điện áp cho phép từ 1.2 đến 2.3V và dòng cho phép là 20mA Do đó, giá trị điện trở R LED có thể nằm trong khoảng từ 5 đến 350 Ω.
Lưu đồ giải thuật
Kiểm tra cảm biến có nhận hay không?
Begin Đọc nhiệt độ, độ ẩm trên DHT11 Đèn tắt
LCD không phản hồi Độ ẩm < 50% Động cơ quay Đèn sáng 100% Động cơ không quay t < 27°C t < 38°C 900.(t-27)
Sơ đồ mạch nguyên lý
KẾT QUẢ, SO SÁNH, THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH, TỔNG HỢP
Hình ảnh phần cứng
Hình 4.1.1: cấu trúc phần cứng lò ấp trứng
Hình 4.1.2: mô hình lò ấp trứng
Hệ thống gồm PIC 18F4550, LCD, bóng đèn 220V, động cơ DC 5v cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 với các linh kiện: máy biến áp, IC7805, Relay
Nguồn điện 220V được chuyển đổi qua biến áp xuống 12V, sau đó qua IC 7805 để tạo ra điện áp 5V cung cấp cho PIC 18F4550 hoạt động Độ sáng của đèn thay đổi dựa trên nhiệt độ đo được từ cảm biến DHT11, trong khi động cơ quay hoặc dừng tùy thuộc vào độ ẩm của DHT11 Thông tin về nhiệt độ và độ ẩm từ DHT11 được hiển thị trên màn hình LCD.
Kết quả phần cứng
Hình 4.2.1: nhiệt độ nhỏ hơn 37°C và độ ẩm nhỏ hơn 50% hiển thị trên LCD
Hình 4.2.2: độ sáng bóng đèn và động cơ quay khi nhiệt độ nhỏ hơn 37°C và độ ẩm nhỏ hơn 50%
Khi nhiệt độ dưới 37°C và độ ẩm dưới 50%, độ sáng của bóng đèn giảm dần và động cơ bắt đầu quay Sự quay của động cơ làm thay đổi lượng hơi nước bốc lên, dẫn đến sự biến đổi của độ ẩm DHT 11 Khi độ ẩm vượt quá 50%, động cơ sẽ ngừng quay, và nhiệt độ tăng dần sẽ làm cho độ sáng của bóng đèn tiếp tục giảm.
Hình 4.3.1: nhiệt độ từ 37 đến 38°C và độ ẩm nhỏ hơn 50% hiển thị trên LCD
Hình 4.3.2: độ sáng bóng đèn và động cơ quay khi nhiệt độ từ 37 đến 38°C và độ ẩm nhỏ hơn 50%
Khi nhiệt độ đạt từ 37°C đến 38°C và độ ẩm dưới 50%, độ sáng của bóng đèn duy trì ở mức 20% trong khi động cơ quay Khi động cơ hoạt động, lượng hơi nước bốc lên thay đổi, dẫn đến sự biến động của độ ẩm DHT 11; nếu độ ẩm vượt quá 50%, động cơ sẽ ngừng quay Độ sáng bóng đèn không thay đổi cho đến khi nhiệt độ vượt quá 38°C, lúc này bóng đèn bắt đầu sáng dần.
Hình 4.4.1:nhiệt độ từ 37°C đến 38°C và độ ẩm lớn hơn 50%hiển thị trên LCD
Hình 4.4.2: độ sáng bóng đèn và động cơ ngừng quay khi nhiệt độ từ 37°C đến 38°C và độ ẩm lớn hơn 50%
Khi nhiệt độ dao động từ 37°C đến 38°C và độ ẩm vượt quá 50%, độ sáng bóng đèn duy trì ở mức 20% và động cơ ngừng hoạt động Nếu độ ẩm giảm xuống dưới 50%, động cơ sẽ hoạt động trở lại, làm thay đổi lượng hơi nước và từ đó ảnh hưởng đến độ ẩm Độ sáng bóng đèn vẫn giữ nguyên ở mức 20%, nhưng khi nhiệt độ vượt quá 38°C, bóng đèn bắt đầu sáng dần.
Nhận xét
Mạch hoạt động ổn định trong khoảng nhiệt độ từ 37°C đến 38°C, với độ sáng bóng đèn không thay đổi Nhiệt độ và độ ẩm được hiển thị rõ ràng trên màn hình LCD, cho thấy hệ thống hoạt động ổn định hàng ngày.
