Thiết kế, chế tạo hệ thống lấy mẫu và đo các thông số ph, do trong môi trường nuôi tảo

LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật tự động điều khiển đóng vai trò quan trọng trong m

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CƠ ĐIỆN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong đồ án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ cho bất kỳ đồ án môn học nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong đồ án này đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2021

Tác giả đồ án

Nguyễn Thị Hương Ly

về chuyên môn cũng như kiến thức xã hội với sự quyết tâm và tận tụy nhất để em

có thể an tâm bước ra trường phục vụ xã hội

Đặc biệt em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến cô Th.S Nguyễn Kim Dung

đã tận tình hướng dẫn và đưa ra ý kiến, ý tưởng cùng với kiến thức chuyên môn để hoàn thành đồ án một cách tốt nhất

Em xin cảm ơn gia đình đã tích cực động viên, khuyến khích, tạo mọi điều kiện và trực tiếp hỗ trợ kinh phí, tinh thần để đồ án tốt nghiệp được hoàn thành đúng thời hạn

Do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên khóa luận không thể tránh khỏi những thiếu xót mong quý thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để khóa luận của

em hoàn chỉnh tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2021

Sinh viên

Nguyễn Thị Hương Ly

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i 

LỜI CẢM ƠN ii 

MỤC LỤC iii 

DANH MỤC BẢNG v 

LỜI MỞ ĐẦU 1 

1 Mục đích đề tài 2 

2 Đối tượng nghiên cứu 2 

3 Phương pháp nghiên cứu 2 

4 Nội dung 2 

5. Giới hạn đề tài 2

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 

1.1 Tổng quan về tảo và quá trình sinh trưởng của tảo 3 

1.1.1 Khái niệm chung về tảo 3 

1.1.2 Một số hình ảnh nuôi tảo quy mô lớn 6 

1.1.3 Vai trò của tảo 8 

1.2 Tìm hiểu phương pháp kỹ thuật đo giám sát thông số theo dõi môi trường nuôi giống thủy sản 8 

1.2.1 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến nuôi thủy sản 8 

1.2.2 Phương pháp kỹ thuật đo giám sát pH trong ao nuôi 10 

1.2.3 Phương pháp kỹ thuật đo giám sát Oxy hòa tan(DO) trong ao nuôi 11 

1.2.4 Các phương pháp giám sát nuôi giống tảo 15 

1.3 Tổng kết chương I 15 

CHƯƠNG II NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 

2.1 Tổng quan hệ thống 16 

2.2 Thiết bị phần cứng 17 

2.2.1 Module cảm biến pH 17 

2.2.2 Module Cảm Biến Oxy Hòa Tan DO SV1.0 Arduino 22 

2.2.3 Lựa chọn MCU 24 

2.2.4 IC cách ly nguồn B1205s 2W 31 

2.2.5 Module Relay 12VDC HIGH/LOW 4 kênh cách ly 32 

2.2.6 Module relay 12VDC HIGH/LOW 1 kênh cách ly 33 

2.2.7 Nguồn tổ ong 12VDC – 10A 34 

2.2.8 LCD 16x2 34 

2.2.9 Module I2C cho màn hình LCD 37 

2.2.10 Van nước điện từ thường đóng 37 

2.2.11 Bơm nhu động kamoer 38 

2.2.12 Dug dịch chuẩn để đo pH 39 

2.2.13 Các linh kiện điện tử khác 39 

2.3 Thiết kế, chế tạo phần cứng 40

2.3.1 Chế tạo giá đỡ của hệ thống 40 

2.3.2 Chế tạo bình trích mẫu 41 

2.3.3 Các linh kiện khác 41 

2.4 Lưu đồ thuật toán 42 

2.5 Sơ đồ điều khiển 43 

2.6 Sơ đồ động lực 43 

2.7 Hiệu chỉnh cảm biến 44 

CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46 

3.1 Một số hình ảnh hệ thống đã chế tạo 46 

3.2 Thực nghiệm đánh giá hệ thống 49 

3.3 Thảo luận 55 

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56 

PHỤ LỤC 58 

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Mối quan hệ về giá trị pH và đầu ra của điện cực ở 25 18

Bảng 2.2 Chức năng của các chân module pH 21

Bảng 2.3 Chức năng của các chân atmega328p 29

Bảng 2.4 Chức năng các chân LCD 16x2 36

Bảng 2.5 Kết quả mối quan hệ giữa điện áp ra và giá trị pH 45

Bảng 3.1 Đánh giá quy trình 50 

Bảng 3.2 Kết quả đo sử dụng hệ thống đã chế tạo 51 

Bảng 3.3 Kết quả đo với dung dịch mẫu pH 52 

Bảng 3.4 Kết quả sai số dung dịch pH mẫu 53 

DANH MỤC HÌNH

Hinh 1.1 Quy mô nuôi tảo trong phòng thí nghiệm 6

Hình 1.2 Hồ nuôi tảo xoắn ở Hoa Kỳ 7

Hình 1.3 Hệ thống nhân giống tảo khép kín Photobioreactor của Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ sinh học Vi tảo thuộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam 7

Hình 1.4 Máy đo, bút đo và hộp test 11

Hình 1.5 Đo oxy hòa tan trong nước bằng phương pháp Winkler 13

Hình 1.6 Đo oxy hòa trong trong nước bằng máy đo DO 14

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc của mạch 16

Hình 2.2 Cảm biến đo pH analog 17

Hình 2.3 Kích thước của module chuyển đổi giá trị pH 20

Hình 2.4 Sơ đồ chân module chuyển đổi giá trị pH 21

Hình 2.5 Cảm biến đo Oxy hòa tan DO 22

Hình 2.6 Atmega328p 27

Hình 2.7 Sơ đồ chân của atmega 328p 28

Hình 2.8 IC B1205s 2W 31

Hình 2.9 Module Relay 12VDC 4 kênh cách ly 32

Hình 2.10 Module Relay 12VDC 1 kênh cách ly 33

Hình 2.11 Nguồn tổ ong 12VDC – 10A 34

Hình 2.12 Màn hình LCD 16x2 35

Hình 2.13 Module I2C 37

Hình 2.14 Van nước điện tử thường đóng 37

Hình 2.15 Bơm nhu động 38

Hình 2.16 Dung dịch chuẩn pH 4.00, 7.00, 10.00 và nước cất 39

Hình 2.17 Giá đỡ của hệ thống 40

Hình 2.18 Bình trích mẫu 43

Hình 2.19 Lưu đồ hệ thống 42

Hình 2.20 Sơ đồ mạch điều khiển 43

Hình 2.21 Sơ đồ mạch động lực 43 

Hình 2.22 Đồng hồ số 44 

Hình 2.23 Đồ thị quan hệ điện áp ra và giá trị pH 45 

Hình 3.1 Tổng quan mô hình hệ thống đã chế tạo 46 

Hình 3.2 Mặt trên của hệ thống có bình để mẫu 47 

Hình 3.3 Mặt dưới có để hộp điều khiển và nguồn 47 

Hình 3.4 Tổng quát mô hình hệ thống sau hiệu chỉnh 48 

Hình 3.5 Hình mặt trên của hệ thống sau hiệu chỉnh 48 

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật tự động điều khiển đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp, cung cấp thông tin Do đó là một sinh viên chuyên ngành Tự động hóa chúng ta phải biết nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng Bên cạnh đó còn là sự thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nước nhà Trên thế giới cũng như ở Việt Nam cùng với sự phát triển kinh tế xã hội là sự thay đổi nhu cầu thực phẩm và sự gia tăng nhu cầu tiêu dùng vi tảo của con người

Việc nuôi trồng quy mô lớn các loài vi tảo trên thế giới đã bắt đầu tại Nhật Bản vào năm 1960 Đến nay, có nhiều loài vi tảo đã được nuôi trồng với quy mô công nghiệp, trong đó điển hình nhất có thể kể tới các loài vi tảo Spirulina platensis, Chlorella, Dunalliella… Để nuôi trồng tảo ở quy mô công nghiệp, người nuôi trồng sẽ phải hiểu rất rõ về các đặc điểm sinh lý, hóa sinh của từng loại tảo Việc

thiết bị kỹ thuật đặc biệt Tuy nhiên, việc nuôi trồng vi tảo trong các hệ thống mở yêu cầu một số tiêu chí nhất định về nồng độ muối, nhiệt độ, độ pH, oxi hòa tan (DO)

Từ tình hình thực tế, việc nghiên cứu và chế tạo thiết bị đo độ pH, độ oxi hòa tan trong nước sẽ góp phần thúc đẩy quá trình nuôi vi tảo ta theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa Vì vậy em đã chọn ý tưởng nghiên cứu của mình là:

“Thiết kế, chế tạo hệ thống lấy mẫu và đo các thông số pH, DO trong môi

trường nuôi tảo ”

2 Đối tượng nghiên cứu

Độ pH, DO trong môi trường nuôi tảo

Tìm hiểu module cảm biến đo độ pH, module cảm biến đo độ oxi hoà tan(DO)

Tìm hiểu về vi điều khiển ATMega8 và phần mềm viết chương trình AVR Code Vision

3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu kế thừa: Kế thừa từ các công trình nghiên cứu khoa học và sử dụng các phần mềm Autocad, Avr code vision

Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí

về điện tử và truy cập internet

Nghiên cứu các thiết bị để nghiên cứu, chế tạo thiết bị: Thiết bị điều khiển: Vi điều khiển ATMega8

4 Nội dung

Chương I Tổng quan đề tài

Chương II Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương III Kết quả và thảo luận

5 Giới hạn đề tài

Thiết kế, chế tạo hệ thống lấy mẫu và đo các thông số pH, DO ứng dụng trong môi trường nuôi tảo

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tổng quan về tảo và quá trình sinh trưởng của tảo

1.1.1 Khái niệm chung về tảo

Tảo là những thực vật bậc thấp, theo một cách hiểu nào đó, được gọi là thallophytes, cơ thể chưa có sự phân hóa thành thân, rễ, lá (những dấu hiệu của thực vật bậc cao) nên được gọi chung là tản Cơ thể chúng có chứa chlorophyll (diệp lục tố) là sắc tố quang hợp, chúng có khả năng quang tự dưỡng, sử dụng năng lượng mặt trời chuyển những chất vô cơ thành dạng đường đơn giản Tuy nhiên, định nghĩa này tỏ ra không hợp lý, do là có nhiều dạng thức sinh vật tuy mang những đặc tính như định nghĩa nhưng có thể không phải là tảo, ví

dụ như cyanobacteria mà ta gọi là vi khuẩn lam hay tảo lam thì về mặt tiến hóa lại gần vi khuẩn prokaryote (sinh vật đơn bào) hơn là tảo

Do đó, cho đến nay một định nghĩa rõ ràng về tảo vẫn còn trong vòng tranh cãi Khi mà nhiều phương tiện kỹ thuật khoa học hiện đại xuất hiện ngày càng nhiều đã cho phép các nhà nghiên cứu có cơ hội đi sâu hơn về các đặc tính sinh

lý, sinh hóa, di truyền… của tảo để nghiên cứu chúng, từ đó cho biết rằng còn rất rất nhiều thú vị về tảo mà chúng ta chưa hiểu hết

Tảo có cấu trúc rất đa dạng: đơn bào, tập đoàn hay đa bào

 Tình hình nuôi tảo trên thế giới

Nhà tảo học người Pháp P.Dangeard đã đề cập đến một loại bánh có tên là Dihe vào năm 1940, một loại bánh mà bộ tộc Kanembu ở gần hồ Chad, Châu Phi thường ăn Các nhà khoa học trên thế giới đã coi tảo là sinh vật có ích cho loài người Năm 1964-1965, nhà thực vật học Jean Leonard đã xác định được bánh Dihe được cấu tạo từ tảo Ông và đồng nghiệp của mình đã tiến hành phân tích thành phần hóa học của tảo từ những quan sát của P.Dangeard

Năm 1968 ở Nhật, Hiroshi Nakamura cùng Christopher Hill thuộc Liên đoàn Spirulina platensis quốc tế cùng một số nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu tảo

Nghiên cứu của R.Kozlenko và cộng sự đã chứng minh tảo có tác dụng ngăn cản sự xâm nhập của virus qua màng tế bào Các nghiên cứu của nhiều nhà khoa học đã chứng minh khả năng ức chế ung thư của sinh khối hay dịch chiết của tảo (M.Babuetal, 1995; L.Lisheng et al 1991; Pang Qishenet al, 1998) Tảo có tác dụng kích thích sự tăng nhanh các tế bào hồng cầu bạch cầu và nâng cao khả năng miễn dịch của cơ thể (M.A.Qureshi et al 1995, 1996) Tác dụng phổ biến của việc sử dụng thường xuyên các viên nén tảo là giảm khả năng ung thư, nâng cao tính miễn dịch, ức chế virus, chống lão hóa và làm giảm nếp nhăn, làm giảm cholesterrol máu, hạn chế các tai biến về tim mạch…

E.D.G Danesi và cộng sự trường đại học Sao Paulo–Brazil đã nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đến quá trình tăng hàm lượng chất diệp lục của tảo vào năm 2004

Cùng năm 2004, Luis D.Sán-Lunahez và cộng sự trường đại học Sao PauloBrazil đã nghiên cứu nhịp cấp liệu urea như là nguồn nitơ trong nuôi cấy không liên tục tảo, với liều lượng cấp liệu urea thích hợp không gây ức chế sự hình thành sinh khối nhằm mục đích giảm chi phí trong nuôi cấy qui mô công nghiệp

Jorge Alberto Vieira Costa và cộng sự Trường Đại học Foundation of Rio Grande–Brazil đã nghiên cứu cải tiến sản lượng sinh khối tảo sử dụng trong nuôi cấy không liên tục vào năm 2004

Tại Nhà máy Điện hạt nhân Chernobul công trình nghiên cứu phòng chống ung thư gây ra bởi tia phóng xạ hạt nhân cho các nạn nhân của sự cố đã thu được kết quả rất tốt khi điều trị bằng tảo nguyên chất Khi uống tảo, lượng chất phóng

xạ đã được đào thải khỏi đường tiểu của người bị nhiễm xạ rất cao Năm 1998 kết quả này đã được biểu dương tại hội nghị quốc tế về tảo ở cộng hòa Czech

 Tình hình nuôi tảo tại Việt Nam

Ở nước ta, tại Viện sinh vật (Viện khoa học Việt Nam) tảo được di thực nhập giống lưu giữ từ Viện Pasteur Paris, Cộng Hoà Pháp, về nghiên cứu từ năm

1972 Đề tài này, ở mức độ phòng thí nghiệm, đã cho một kết quả tiên lượng tốt

về khả năng nuôi trồng tảo này ở nước ta theo mô hình ngoài trời, không mái che, có sục khí carbonic (CO2)

Việc thử nghiệm nuôi trồng tảo đã được tiến hành vào năm 1976 trong thời gian 4,5 tháng tại Nghĩa Đô, Hà Nội đã thu được kết quả khá khả quan

Từ những năm 1977, tảo được nghiên cứu với đề tài cấp nhà nước do Viện Sinh Học Công Nghệ quốc gia chủ trì và sau đó được ứng dụng nuôi ở vùng suối khoáng Vĩnh Hảo - Bình Thuận

Tại thành phố Hồ Chí Minh, trong lĩnh vực y học, nhiều đề tài ứng dụng sử dụng sinh khối tảo trong việc sản xuất thuốc và thực phẩm chức năng Điển hình

có bác sĩ Nguyễn Thị Kim Hưng và cộng sự thực hiện đề tài "Nghiên cứu 8 sản xuất và sử dụng thức ăn có tảo trong dinh dưỡng điều trị" và đề tài “Nghiên cứu sản xuất pilot sinh khối tảo giàu selen, bào chế thuốc mới và tác dụng dược lý lâm sàng của chế phẩm” do Đại Học Y Dược TP HCM chủ trì và ThS DS Lê Văn Lăng là chủ nhiệm đề tài mở ra một hướng đầy triển vọng trong việc ứng dụng tảo vào việc tăng cường chất dinh dưỡng cho bệnh nhân và hỗ trợ điều trị bệnh

Còn nhiều nghiên cứu sử dụng nguồn dinh dưỡng khác để nuôi tảo như nước thải ươm tơ tằm tại Đan Hoài (Hà Tây), Bảo Lộc (Lâm Đồng), nước suối khoáng Đắc Mil (Đắc Nông) do nhóm tác giả do cố giáo sư Nguyễn Hữu Thước (Ủy ban khoa học kỹ thuật nhà nước) và các cộng sự Trần Văn Tựa, Phan

Phương Lan, Đặng Đình Kim (Viện sinh vật) Với đề tài cấp nhà nước (Mã số 48.01.02.03) tổng kết tháng 4 năm 1986, đã đánh dấu bước tiến bộ đưa kết quả nghiên cứu từ phòng thí nghiệm ra ứng dụng thực tế, hứa hẹn nhiều triển vọng của vi khuẩn lam tảo quý này ở nước ta

Từ những nghiên cứu ở trên cho thấy các nhà khoa học rất quan tâm đến tảo trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau: công nghệ thực phẩm, dược phẩm,

mỹ phẩm, xử lý môi trường và chăn nuôi

1.1.2 Một số hình ảnh nuôi tảo quy mô lớn

Hiện tại nhu cầu nuôi tảo đã rất phổ biến nhưng điều kiện và không gian còn hạn chế nên có những mô hình nuôi tảo thử nghiệm trong phòng thí nghiệm Việc làm này nhằm mục đích sàn lọc giống và quy trình nuôi để có thể làm bước

đà phát triển rộng rãi quy mô lớn hơn

Hinh 1.1 Quy mô nuôi tảo trong phòng thí nghiệm

 Công nghệ nuôi tảo xoắn (Spirulina platensis)

Đây là một loại vi sinh vật sống trong nước mà người ta quen gọi là tảo xoắn với tên khoa học là Spirulina platensis Vấn đề quan trọng là sinh khối của chúng rất giàu dinh dưỡng và có nhiều tác dụng chữa bệnh nên đã được nuôi trồng ở công nghiệp và được sản xuất dưới dạng viên để phòng chống nhiều

bệnh tật Nhân dân nhiều vùng ở Mexico và châu Phi từ lâu đã quen sử dụng Spirulina làm thức ăn bổ sung

Hình 1.2 Hồ nuôi tảo xoắn ở Hoa Kỳ

Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ sinh học Vi tảo thuộc Học viện Nông

nghiệp Việt Nam

1.1.3 Vai trò của tảo

Tăng oxy hòa tan, giảm độc tố trong nước

Nguồn thức ăn tự nhiên cũng như nhân tạo trong nuôi trồng thủy, hải sản

Che mát hạn chế ăn thịt lẫn nhau của các sinh vật dưới nước

Làm tăng và ổn định nhiệt độ nước

Làm giảm một số vi khuẩn gây bệnh bởi sự cạnh tranh các chất dinh dưỡng

có sẵn trong nước

Chỉ thị môi trường: Kiểm tra biến động thành phần loài và số lượng tảo định

kỳ có thể dự đoán được tình trạng hiện tại và diễn biến tiếp theo của nước

1.2 Tìm hiểu phương pháp kỹ thuật đo giám sát thông số theo dõi môi trường nuôi giống thủy sản

1.2.1 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến nuôi thủy sản

 Hàm lượng oxy hòa tan (DO)

Oxy là yếu tố giới hạn đối với sự phát triển của tôm nhưng nó cũng là yếu tố thường xuyên thay đổi Các nghiên cứu cho thấy thủy sản có thể sinh sống bình thường ở nồng độ oxy hòa tan lớn hơn 4mg/l Khi hàm lượng DO dao động 2-3mg/l tôm lớn chậm và nhỏ hơn 2mg/l bắt đầu thủy sản có hiện tượng ngạt và chết

 Độ pH, độ kiềm

Độ pH là yếu tố thường xuyên thay đổi theo thời gian trong ngày Độ pH đạt giá trị trong khoảng 6,5 – 8,8 an toàn cho sự phát triển của thủy sản nhưng giá trị tối ưu là 7,5 – 8,5 Độ pH rất quan trọng bởi vì sự thay đổi của nó ảnh hưởng gián tiếp đến đời sống thủy sinh vật do nó làm thay đổi các yếu tố chất lượng nước khác Độ pH thấp sẽ làm giải phóng các kim loại từ đá và các chất lắng đáy trong sông, suối, ao, hồ Các kim loại này làm ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất của thủy sản

Tổng kiềm biểu hiện khả năng đệm của nước hạn chế sự biến đổi quá lớn của pH Đối với nước nuôi thủy sản giá trị tổng kiềm được xác định lớn hơn

 Nhiệt độ nước

Nhiệt độ thích hợp để thủy sản sinh trưởng và phát triển tốt nhất nằm trong khoảng 25 - 300C Ngoài phạm vi trên nhiệt độ sẽ ảnh hưởng xấu đến đời sống của thủy sản Nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao đều có thể làm cho thủy sản bị chết Nhiệt độ nước ao nuôi thường phụ thuộc vào nhiệt độ không khí, nhưng mức

độ biến thiên chậm hơn nhiệt độ không khí Càng xuống sâu nhiệt độ càng ổn định hơn Bởi vậy về mùa lạnh, nước ở tầng đáy các ao nuôi ấm hơn ở tầng mặt

và ngược lại về mùa nóng nước ở tầng đáy mát hơn ở tầng mặt

Do đó ở các ao nuôi thủy sản, để hạn chế ảnh hưởng xấu của nhiệt độ nước đến thủy sản người ta thường sử dụng ao đảm bảo độ sâu mực nước đạt từ 1,5m trở lên để nuôi thủy sản

 Hàm lượng khí cacbonic (CO2)

Nguồn CO2 được tạo ra trong nước ao nuôi là do sự hoà tan CO2 từ trong không khí vào nước bởi sóng gió và do quá trình hô hấp của sinh vật ở trong nước tạo ra Ngoài ra CO2 còn do quá trình phân giải chất hữu cơ trong nước tạo

ra Khí CO2 có hại cho sự hô hấp của thủy sản Hàm lượng CO2 trong nước cao

sẽ làm cho thủy sản ngạt thở

 Hàm lượng khí Sunfuahydro (H2S)

Khí H2S là một khí rất độc cho thủy sản Trong ao nuôi thủy sản thâm canh H2S có thể có mặt trong trầm tích kỵ khí, H2S là chất độc cấp tính và nhanh

chóng dẫn đến tử vong cho thủy sản Khí H2S là chất dễ bay hơi cho nên trong

ao nuôi chúng ta dễ dàng loại trừ ra bằng sử dụng máy sục khí và các hệ thống máy quạt nước

H2S là chất khí, mùi trứng thối, rất độc, hòa tan rất nhiều trong nước, khi tan thể hiện tính axit yếu H2S tác động lên cơ thể động vật trước hết chiếm đoạt oxy trong máu làm con vật chết ngạt, đồng thời tác động lên hệ thần kinh làm con vật bị tê liệt Ở Việt Nam, nghiên cứu về ảnh hưởng của H2S tới đời sống của thủy sản nuôi trong ao đầm chưa nhiều nhưng nhìn chung, các tác giả đều cho thấy với hàm lượng 0,1-0,2mg/l thủy sản mất thăng bằng, ở hàm lượng 1mg/l thủy sản chết

Khí H2S được tạo ra bởi quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh lắng đọng dưới đáy ao, hồ

Những ao nuôi thủy sản có lớp bùn đen dày nếu không được xử lý cải tạo kỹ trước khi thả thủy sản, trong quá trình nuôi, nhất là vào những ngày thời tiết thay đổi có thể thủy sản bị chết do hàm lượng khí H2S quá cao

Do vậy để hạn chế ảnh hưởng của khí H2S đối với thủy sản, những ao nuôi lâu ngày có lớp bùn đen dày thì cần phải nạo vét hoặc phơi đáy, cải tạo kỹ càng Đồng thời trong quá trình nuôi cần phải quản lý kỹ lượng thức ăn cho thủy sản

ăn tránh để dư thừa thức ăn, tăng cường sử dụng máy tạo oxy

1.2.2 Phương pháp kỹ thuật đo giám sát pH trong ao nuôi

Độ pH là yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến chất lượng nước ao nuôi Độ pH bao gồm ion H+ (axít) và OH- (kiềm), khoảng đo có giá trị 0 - 14, tùy giá trị pH mà nước được gọi là trung tính, axít hay kiềm

Các thiết bị dùng đo pH bao gồm máy đo, bút đo và hộp test Để đo pH chính xác người nuôi cần tuân thủ đúng các hướng dẫn sử dụng

Hình 1.4 Máy đo, bút đo và hộp test

Máy đo pH: Dùng cốc sạch chứa nước cần đo Sau khi hiệu chỉnh, nối máy với đầu đo, kiểm tra pin: bật công tắc về on Mở nút lọ bảo quản, lấy đầu đo ra đưa vào cốc nước cần đo, tránh ngập Giữ yên máy, chờ 1 - 2 phút để số trên màn hình ổn định rồi đọc kết quả Rửa đầu đo bằng nước cất hoặc thấm khô trước khi đo tiếp

Bút đo pH: Lắc nhẹ bút, mở nắp điện cực, bật nguồn (on/off), nhúng đầu điện

cực bút vào nước cần đo không quá vạch quy định, lắc nhẹ để bọt khí không bám trên đầu điện cực, đọc giá trị pH khi giá trị ổn định trên màn hình Đo xong nhấn on/off để tắt máy Rửa đầu điện cực ngay sau khi đo

Hộp test pH: Rửa sạch lọ mẫu, cho vào 5 ml nước cần đo Lắc đều lọ thuốc thử, nhỏ 4 giọt thuốc thử vào lọ chứa mẫu nước, đóng nắp, lắc nhẹ rồi so sánh với bảng so màu và xem giá trị pH tương ứng Rửa sạch dụng cụ và đóng nắp lọ thuốc thử sau khi sử dụng

1.2.3 Phương pháp kỹ thuật đo giám sát Oxy hòa tan(DO) trong ao nuôi

Oxy hòa tan trong nước (Dessolved Oxygen) thể hiện lượng oxy có mặt trong nước và đây là một trong những chỉ tiêu rất quan trọng và thường xuyên

được theo dõi để đánh giá chất lượng nguồn nước Đơn vị tính của DO là mg/l

Oxy trong nước là yếu tố rất cần thiết cho sự hô hấp, trao đổi khí của các sinh vật thủy sinh, các sinh vật sống trong nước Nó đảm bảo cho sự sống, duy trì quá trình sinh trưởng và phát triển của các sinh vật này Ngoài ra, lượng DO thấp cũng thể hiện phần nào mức độ ô nhiễm gây ra bởi các chất hữu cơ của nước

Người ta cần xác định lượng DO để kiểm soát chất lượng nước, có phương

án điều chỉnh, xử lý kịp thời để đảm bảo chất lượng nước, chất lượng môi trường sống cho các sinh vật trong nước Đây là một việc rất cần thiết và cần được thực hiện thường xuyên

Các nguồn nước thường xuyên cần đo DO: nước trong ao hồ nuôi trồng thủy sản, nước trong bể cá, bể thủy sinh

Để đo lượng oxy hòa tan trong nước, người ta có thể sử dụng các phương pháp sau đây:

 Phương pháp Winkler

Winkler là phương pháp sử dụng một số các chất hóa học và dựa vào các phản ứng hóa học của chúng với mẫu nước để xác định được lượng oxy trong mẫu

Ban đầu, khi thực hiện lấy mẫu, người ta sẽ cố định lượng oxy trong nước bằng cách sử dụng hỗn hợp chất cố định là MnSO4, KI, NaN3 Sau đó, đem về phòng thí nghiệm và thêm Axit Sunfuric (H2SO4) hoặc Axit Photphoric (H3PO4) vào mẫu rồi đo phản ứng và tính lượng oxy hòa tan có trong mẫu theo một công thức xác định

Hình 1.5 Đo oxy hòa tan trong nước bằng phương pháp Winkler

Phương pháp này yêu cầu sự tỉ mỉ, tính cẩn thận cao và sẽ tốn thời gian của bạn hơn bởi có nhiều thao tác, công đoạn cũng như bạn khó có thể thực hiện đo

ngay tại hiện trường và dễ xảy ra sai số nếu tính toán không chuẩn

Khi thực hiện phương pháp này, trong lúc thao tác với hóa chất, bạn cần phải hết sức lưu ý để tránh hóa chất phản ứng ngoài tầm kiểm soát gây ra sự cố, ảnh hưởng đến sự an toàn của bản thân

 Phương pháp điện cực đo oxy hòa tan

Phương pháp điện cực đo oxy hòa tan được sử dụng ngày càng phổ biến bởi

sự tiện dụng cũng như độ chính xác mà thiết bị mang lại

Điện cực gồm 2 phần:

Phần trên gồm cực dương, cực âm và dây cáp

Phần dưới của điện cực bao gồm nắp màng, màng, dung dịch hiệu chuẩn

Phương pháp điện cực đo oxy hòa tan hoạt động dựa trên nguyên lý khi oxy khuyếch tán qua màng vào cực âm sẽ tạo ra dòng điện chạy qua cáp, dòng điện này tỉ lệ với oxy đi qua màng và lớp điện phân Chính vì thế, bạn có thể đo áp suất riêng của oxy trong mẫu tại 1 nhiệt độ xác định Ưu điểm của phương pháp

này là điện cực sử dụng ít oxy để đo nên có độ chính xác cao

Tùy thuộc vào độ sâu của mẫu đo, bạn lựa chọn điện cực có độ sâu: 1m, 3m hoặc 5m sao cho phù hợp

 Sử dụng máy đo oxy hòa tan DO

Hình 1.6 Đo oxy hòa trong trong nước bằng máy đo DO

Đây là phương pháp đơn giản, dễ làm và rất phổ biến hiện nay Các máy đo

DO trả về kết quả trong thời gian rất ngắn, và độ chính xác cao Bạn chỉ cần thực hiện các thao tác điều khiển rất nhanh chóng với máy là có thể có kết quả

Sử dụng máy đo DO là phương pháp được đánh giá về hiệu quả, sự tiện lợi cao hơn cả bởi chúng rất linh động, cho phép người dùng có thể thực hiện các phép đo DO ngay tại hiện trường mà không cần set-up, thao tác phức tạp và sử dụng các loại hóa chất nguy hiểm

Các máy đo DO là một dạng máy kiểm tra nước sạch Loại thiết bị này sử dụng một điện cực đo dòng điện trong mẫu và ứng dụng nguyên tắc: tỉ lệ giữa dòng điện đo được và lượng oxy hòa tan trong nước để xác định được lượng oxy hòa tan trong mẫu

1.2.4 Các phương pháp giám sát nuôi giống tảo

Theo tình hình nghiên cứu nuôi giống tảo của thế giới và trong nước: Hình thức nuôi tảo được áp dụng thực tế giống với nuôi thủy sản từ trước tới nay

 Phương pháp kỹ thuật đo giám sát pH trong nuôi giống tảo

Các thiết bị dùng để đo pH bao gồm máy đo, bút đo và hộp test

 Phương pháp kỹ thuật đo giám sát Oxy hòa tan trong nuôi giống tảo

Phương pháp Winkler

Phương pháp điện cực đo oxy hòa tan

Sử dụng máy đo oxy hòa tan DO

1.3 Tổng kết chương I

Trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu các phương pháp kỹ thuật đo, giám sát thông số theo dõi môi trường nuôi giống tảo thì hiện tại các phương pháp đó quá thủ công và kết nối mạng Việc kết nối mạng giúp nhằm mục đích thống kê

số liệu mỗi lần đo để có thể tiện giám sát và điều chỉnh môi trường nuôi giống tảo một cách dễ dàng hơn Do đó dẫn đến em chọn thiết kế, chế tạo hệ thống lấy mẫu và đo các thông số pH, DO trong hệ thống nuôi tảo

Ban đầu các van V1 V2 đóng, bơm P1 P2 tắt

Van V1 mở rửa nước bảo quản đầu đo trong thời gian t1, van V1 đóng Van V2 mở rửa nước bảo quản đầu đo trong thời gian t2, van V2 đóng Bơm P1 chạy, bơm mẫu từ bể nuôi vào trong bình đo trong thời gian t3

Hệ thống thực hiện quá trình đo pH, DO trong thời gian t4

Sau quá trình đo kết quả gửi về bộ điều khiển chính qua uart

Khi quá trình truyền dữ liệu kết thúc

Van V1 mở xả dung dịch mẫu trong bình đo, thời gian t5 rồi đóng lại Van V2 mở xả dung dịch mẫu trong bình đo, thời gian t6 rồi đóng lại Bơm P2 bơm nước sạch vào để rửa đầu đo trong thời gian t7, dừng

Hệ thống chuẩn bị cho chu kỳ đó

2.2 Thiết bị phần cứng

2.2.1 Module cảm biến pH

Hình 2.2 Cảm biến đo pH analog

Module cảm biến pH bao gồm cảm biến pH cũng được gọi là đầu dò pH và bảng điều khiển tín hiệu cho phép đầu ra tỷ lệ với giá trị pH và có thể giao tiếp trực tiếp với bất kỳ bộ điều khiển nào

Nó có một đèn LED hoạt động như chỉ báo nguồn, đầu nối BNC và giao diện cảm biến pH2.0 Để sử dụng nó, chỉ cần kết nối cảm biến pH với đầu nối BNC và cắm giao diện pH2.0 vào cổng đầu vào tương tự của bất kỳ bộ điều khiển Arduino nào Nếu được lập trình trước, sẽ dễ dàng nhận được giá trị pH

Đi kèm trong hộp nhựa nhỏ gọn với bọt để lưu trữ di động tốt hơn Chú ý: để đảm bảo độ chính xác của đầu dò pH, cần sử dụng dung dịch chuẩn để hiệu chỉnh nó thường xuyên Nói chung, khoảng thời gian này là khoảng nửa năm Nếu đo dung dịch nước bẩn, cần tăng tần suất hiệu chuẩn

Cảm biến pH với đầu nối BNC

Giao diện pH2.0 (bản vá 3 chân)

Tăng chiết điều chỉnh

LED chỉ báo nguồn

Chiều dài cáp từ cảm biến đến đầu nối BNC: 660mm

 Đặc điểm điện cực pH

Bảng 2.1 Mối quan hệ về giá trị pH và đầu ra của điện cực ở 25

Voltage (mV) Giá trị pH Voltage (mV) Giá trị pH 414.12 0.00 -414.12 14.00

chương trình ta chuyển tín hiều về lại dạng điện áp từ 0-5v từ giá trị hiển thị lên màn hình LCD ta sẽ tiến hành chuẩn hóa cảm biến để được giá trị pH

 Chuẩn hóa cảm biến

Để chuẩn hóa cảm biến ta sử dụng các dung dịch có độ ph chuẩn để là dung dịch mẫu chuẩn hóa: dung dịch pH4, pH7 và pH10

B1 Đưa cảm biến vào dung dich mẫu pH4,

B2 đọc kết quả điện áp giữa chân PH0 và chân GND, đợi một thời gian cho thông số điện áp ổn định rồi ghi lại giá trí điện áp đó

B3 Làm lại bước 1 và 2 với dung dich pH7 và pH10, mỗi lần thay dung dịch cần vệ sinh lại dung dịch bằng nước cất

B4 Vẽ đường cong chuẩn giữa giá trị pH và điện áp đo trên phần mềm Excel, lấy công thức chuyển đổi pH từ điện áp

B5 Thay lại công thức vào trong code để tín toán ra giá trị pH

 Biện pháp phòng ngừa

Điện cực được sử dụng cho bộ đầu tiên hoặc dài mà không cần tái sử dụng, bóng đèn điện cực và lõi cát, ngâm trong dung dịch 3NKCL được kích hoạt tám giờ

Các điện cực cắm nên được giữ sạch sẽ và khô

Giải pháp tham chiếu điện cực là dung dịch 3NKCL

Đo lường nên tránh sự ô nhiễm so le giữa các giải pháp, để không ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo

Điện cực blub hoặc lõi cát là defiled mà sẽ làm cho PTS suy giảm, phản ứng chậm Vì vậy, nó phải được dựa trên các đặc tính của chất ô nhiễm, thích nghi với dung dịch làm sạch, phục hồi hiệu suất điện cực

Điện cực không được ngâm trong dung dịch axit clorua lâu dài

Điện cực khi sử dụng, lõi cát gốm và vòng cao su chất lỏng cần được loại

bỏ, để làm cho dung dịch cầu muối duy trì một vận tốc nhất định

Kết nối với board Arduino hoặc bất kì MCU nào có ngõ vào ADC

Sử dụng được với các loại đầu dò pH có cổng kết nối BNC

 Thông số kĩ thuật

Điện áp sử dụng: 5±0.2V (AC.DC)

Dòng điện: 5-10mA

Khoảng đo pH: 0-14

Khoảng đo nhiệt độ: 0-800C

Nhiệt độ làm việc: -10~500C (thông thường 200C )

Độ ẩm làm việc: 95%RF (độ ẩm danh nghĩa 65%RF)

Tín hiệu ngõ ra: analog

Hình 2.3 Kích thước của module chuyển đổi giá trị pH

VCC Ngõ vào điện áp cho module (5V DC)

POT1 Hiệu chỉnh giá trị Analog (POT nằm gần cổng kết nối BNC) POT2 Thiết lập giới hạn đo pH

2.2.2 Module Cảm Biến Oxy Hòa Tan DO SV1.0 Arduino

Hình 2.5.Cảm biến đo Oxy hòa tan DO

Module cảm biến oxy hòa tan đầu ra Analog này được sử dụng để đo mức oxy hòa tan trong nước, để phản ánh chất lượng nước Cảm biến này giúp chúng

ta nhanh chóng phát hiện ra lượng oxy hòa tan trong nước thông qua đầu dò Đầu dò là đầu dò mạ điện, không cần thời gian phân cực và luôn có sẵn bất cứ lúc nào

Module cảm biến oxy hòa tan đầu ra Analog

Dung môi và nắp màng có thể thay thế, dẫn đến chi phí bảo trì thấp Board mạch chuyển đổi tín hiệu được thiết kế theo kiểu cắm chạy, có khả năng tương thích tốt Nó có thể dễ dàng tích hợp với bất kỳ hệ thống kiểm soát hoặc phát hiện nào

 Ứng dụng

Đo lượng oxy hòa tan trong nước để phản ánh chất lượng nước

 Đặc điểm, tính năng

Đầu đo Oxy hòa tan:

Đầu dò Galvanic, không cần thời gian phân cực

Dung dịch làm đầy và nắp màng có thể thay thế, chi phí bảo trì thấp

Board mạch chuyển đổi tín hiệu:

Bộ nguồn rộng 3,3 – 5,5V, tương thích với hầu hết Arduino

Đầu ra analog 0 – 3V, tương thích với tất cả các bộ vi điều khiển có chức năng ADC

Thời gian thay thế Điện cực : 1 năm

Thời gian bảo dưỡng: Màng lọc Thời gian thay thế: 1 ~ 2 tháng (trong nước bùn); 4 ~ 5 tháng (trong nước sạch)

Chiều dài cáp: 2 mét

Đầu nối Probe: BNC

 Module điều khiển :

 Chuẩn hóa cảm biến

B1: Sử dụng dung dịch oxy hòa tan bão hòa hoặc đưa cảm biến vào trong nước cho ướt đầu cảm biến sau đó đưa lên không khí, đợi khoảng 1p

B2: Mở màn hình nối tiếp trên Arduino IDE

B3: Nhập “Calibration” để vào chế độ hiệu chuẩn

B4: Nhập “SATCAL” để chương trình tự động hiệu chỉnh

B5: Sau khi hiệu chỉnh xong nhấn “EXIT” để thoát khỏi chế độ hiệu chỉnh

2.2.3 Lựa chọn MCU

2.2.3.1 Một số dòng MCU

Một bộ vi điều khiển có thể so sánh với một máy tính độc lập nhỏ; nó là một thiết bị cực kỳ mạnh mẽ, có khả năng thực hiện một loạt các tác vụ được lập trình sẵn và tương tác với các thiết bị phần cứng bổ sung Được đóng gói trong một mạch tích hợp nhỏ (IC) có kích thước và trọng lượng thường không đáng

kể, nó đang trở thành bộ điều khiển hoàn hảo cho robot hoặc bất kỳ máy nào cần một số loại tự động hóa thông minh Một bộ vi điều khiển duy nhất có thể đủ để quản lý một robot di động nhỏ, máy giặt tự động hoặc hệ thống bảo mật Một số

bộ vi điều khiển chứa bộ nhớ để lưu chương trình sẽ được thực thi và rất nhiều dòng đầu vào / đầu ra có thể được sử dụng để hoạt động chung với các thiết bị khác, như đọc trạng thái của cảm biến hoặc điều khiển động cơ

 Vi điều khiển 8051

Vi điều khiển 8051 là một họ vi điều khiển 8 bit được Intel phát triển vào năm 1981 Đây là một trong những họ vi điều khiển phổ biến đang được sử dụng trên toàn thế giới Bộ vi điều khiển này còn được gọi là hệ thống trên một chip vì nó có 128 byte RAM, 4Kbyte ROM, 2 Timers, 1 cổng nối tiếp và 4 cổng trên một chip CPU cũng có thể hoạt động cho 8 bit dữ liệu tại một thời điểm vì

8051 là bộ xử lý 8 bit Trong trường hợp dữ liệu lớn hơn 8 bit, thì nó phải được chia thành các phần để CPU có thể xử lý dễ dàng Hầu hết các nhà sản xuất có chứa 4Kbyte ROM mặc dù số lượng ROM có thể vượt quá 64 K byte

8051 đã được sử dụng trong một số lượng lớn các thiết bị, chủ yếu là vì nó

dễ dàng tích hợp vào một dự án hoặc tạo ra một thiết bị Sau đây là các lĩnh vực chính của trọng tâm:

Quản lý năng lượng: Các hệ thống đo lường hiệu quả tạo điều kiện thuận lợi trong việc kiểm soát việc sử dụng năng lượng trong nhà và các ứng dụng sản xuất Các hệ thống đo lường này được chuẩn bị có khả năng bằng cách kết hợp các vi điều khiển

Màn hình cảm ứng: Một số lượng lớn các nhà cung cấp vi điều khiển kết hợp khả năng lập trình cảm ứng trong thiết kế của họ Các thiết bị điện tử cầm tay như điện thoại di động, phương tiện truyền thông và thiết bị chơi game là ví dụ

về màn hình cảm ứng dựa trên vi điều khiển

Ô tô: 8051 tìm thấy nhiều giải pháp ngành ô tô Chúng được sử dụng rộng rãi trong các xe hybrid để xử lý các biến thể động cơ Hơn nữa, các chức năng như kiểm soát hành trình và hệ thống chống bó cứng phanh đã được chuẩn bị có khả năng hơn với việc sử dụng vi điều khiển

Thiết bị y tế: Các thiết bị y tế có thể di chuyển như máy đo huyết áp và glucose sử dụng vi điều khiển sẽ hiển thị dữ liệu, do đó cung cấp độ tin cậy cao hơn trong việc cung cấp kết quả y tế

 Vi điều khiển PIC

Bộ điều khiển giao diện ngoại vi (PIC) là bộ vi điều khiển được phát triển bởi Microchip, bộ vi điều khiển PIC rất nhanh và đơn giản để thực hiện chương trình khi chúng ta đối chiếu các bộ vi điều khiển khác như 8051 Dễ dàng lập trình và giao tiếp với các thiết bị ngoại vi khác PIC trở thành bộ vi điều khiển thành công

Vi điều khiển là một con chip tích hợp bao gồm RAM, ROM, CPU, TIMER

và COUNTERS PIC là một bộ vi điều khiển bao gồm RAM, ROM, CPU, bộ đếm thời gian, bộ đếm, ADC (bộ chuyển đổi tương tự sang số), DAC (bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự) Vi điều khiển PIC cũng hỗ trợ các giao thức như CAN, SPI, UART để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi bổ sung PIC chủ yếu được sử dụng để sửa đổi kiến trúc Harvard và cũng hỗ trợ RISC (reduced instruction set computer) theo yêu cầu trên RISC và Harvard, chúng ta

có thể chỉ đơn giản là PIC nhanh hơn các bộ điều khiển dựa trên 8051 được chuẩn bị từ kiến trúc Von-Newman

 Vi điều khiển AVR

Bộ vi điều khiển AVR được phát triển vào năm 1996 bởi Tập đoàn Atmel Thiết kế cấu trúc của AVR được phát triển bởi Alf-Egil Bogen và Vegard Wollan AVR lấy tên từ các nhà phát triển của nó và là viết tắt của vi điều khiển Alf-Egil Bogen Vegard Wollan RISC, còn được gọi là Advanced Virtual RISC AT90S8515 là bộ vi điều khiển ban đầu dựa trên kiến trúc AVR, mặc dù bộ vi điều khiển đầu tiên tung ra thị trường thương mại là AT90S1200 trong năm

1997

Vi điều khiển AVR có sẵn trong ba loại:

TinyAVR: Bộ nhớ ít hơn, kích thước nhỏ, phù hợp chỉ dành cho các ứng dụng đơn giản hơn

MegaAVR: Đây là những thiết bị phổ biến chủ yếu có dung lượng bộ nhớ tốt (lên tới 256 KB), số lượng thiết bị ngoại vi sẵn có cao hơn và thích hợp cho các ứng dụng từ đơn giản đến phức tạp

XmegaAVR: Được sử dụng trong thương mại cho các ứng dụng phức tạp, cần

bộ nhớ chương trình lớn và tốc độ cao

 Bộ xử lý ARM

Bộ xử lý ARM cũng là một trong những họ CPU dựa trên kiến trúc RISC (máy tính tập lệnh giảm) được phát triển bởi Advanced RISC Machines (ARM) ARM tạo ra bộ xử lý đa lõi RISC 32 bit và 64 bit Bộ xử lý RISC được thiết

kế để thực hiện một số lượng nhỏ hơn các loại hướng dẫn máy tính để chúng có thể hoạt động ở tốc độ cao hơn, thực hiện thêm hàng triệu phép tính mỗi giây (MIPS) Bằng cách loại bỏ các phép tính không cần thiết và tối ưu hóa các lộ trình, bộ xử lý RISC mang lại hiệu suất vượt trội tại một phần nhu cầu năng lượng của quy trình CISC (tính toán tập lệnh phức tạp)

2.2.3.2 Lựa chọn MCU

Lựa chọn dòng MegaAVR sử dụng trong đề tài này do đây là dòng vi điều khiển mạnh hơn so với dòng 8051, có đầy đủ khả năng xử lý các thuật toán trong đề tài giá thành rẻ hơn so với dòng PIC và ARM, và cũng là dòng vi điều khiển quen thuộc đối với chương trình nhóm được đào tạo

Trong dòng MegaAVR có rất nhiều loại chip khác nhau như Atmega8, atmega16, atmega 328, trong đó ta sẽ lựa chọn loại atmega328 do đây là loại chip có kích thước nhỏ hơn so với Atmega16 và bộ nhớ lớn hơn atmega8, hoàn toàn đáp ứng đủ yêu cầu của bài toán đưa ra

 Atmega328p

Hình 2.6 Atmega328p

ATmega328P là một bộ vi điều khiển tiên tiến và nhiều tính năng Nó là một trong những vi điều khiển nổi tiếng của Atmel vì nó được sử dụng trong bo

mạch arduino UNO Nó là một bộ vi điều khiển thuộc họ vi điều khiển megaMVR của Atmel (Cuối năm 2016, Atmel được Microchip Technology Inc mua lại) Các vi điều khiển được sản xuất trong họ megaMVR được thiết kế để

xử lý các bộ nhớ chương trình lớn và mỗi vi điều khiển trong họ này chứa lượng ROM, RAM, các chân I / O và các tính năng khác nhau và được sản xuất với các chân đầu ra khác nhau, từ 8 chân đến hàng trăm chân

Mạch bên trong của ATmega328P được thiết kế với tính năng tiêu thụ dòng điện thấp Con chip này chứa 32 kilobyte bộ nhớ flash trong, 1 kilobyte EEPROM và 2 kilobyte SRAM EEPROM và bộ nhớ flash là bộ nhớ lưu thông tin và thông tin đó vẫn thoát ra mỗi khi nguồn điện bị ngắt nhưng SRAM là bộ nhớ chỉ lưu thông tin cho đến khi có điện và khi ngắt nguồn điện tất cả thông tin được lưu trong SRAM sẽ bị xóa

Hình 2.7 Sơ đồ chân của atmega 328p

Bảng 2.3 Chức năng của các chân atmega328p

STT Mô tả Chức năng Mô tả chức năng

1 PC6 Reset Khi chân reset này ở mức thấp, bộ vi

điều khiển và chương trình của nó sẽ được reset

2 PC0 Chân kỹ thuật số (RX) Chân đầu vào cho giao tiếp nối tiếp

3 PC1 Chân kỹ thuật số (TX) Chân đầu ra cho giao tiếp nối tiếp

4 PC2 Chân kỹ thuật số Chân 4 được sử dụng làm ngắt ngoài

0

5 PC3 Chân kỹ thuật số (PWM) Chân 5 được sử dụng làm ngắt ngoài

1

6 PC4 Chân kỹ thuật số Chân 6 được sử dụng cho nguồn bộ

đếm bên ngoài Timer 0

7 Vcc Điện áp dương Nguồn dương của hệ thống

8 GND Nối đất Nối đất của hệ thống

9 XTAL

Dao động tinh thể

Chân này nối với một chân của bộ dao động tinh thể để cung cấp xung nhịp bên ngoài cho chip

10 XTAL

Dao động tinh thể

Chân này nối với một chân của bộ dao động tinh thể để cung cấp xung nhịp bên ngoài cho chip

11 PD5 Chân kỹ thuật số (PWM) Chân 11 được sử dụng cho nguồn bộ

đếm bên ngoài Timer1

12 PD6 Chân kỹ thuật số (PWM) Bộ so sánh analog dương i / ps

13 PD7 Chân kỹ thuật số Bộ so sánh analog âm i / ps

14 PB0 Chân kỹ thuật số Nguồn đầu vào bộ đếm hoặc bộ hẹn

giờ

17 PB3 Chân kỹ thuật số (PWM) Chân này được sử dụng làm đầu ra dữ

liệu master và đầu vào dữ liệu slave cho SPI

18 PB4 Chân kỹ thuật số Chân này hoạt động như một đầu vào

xung nhịp master và đầu ra xung nhịp slave

19 PB5 Chân kỹ thuật số Chân này hoạt động như một đầu ra

xung nhịp master và đầu vào xung nhịp slave cho SPI

20 AVcc Điện áp dương Điện áp dương cho ADC (nguồn)

21 AREF Tham chiếu analog Điện áp tham chiếu analog cho ADC

(Bộ chuyển đổi analog sang kỹ thuật số)

22 GND Nối đất Nối đất của hệ thống

23 PC0 Đầu vào analog Đầu vào analog giá trị kỹ thuật số

27 PC4 Đầu vào analog Đầu vào analog giá trị kỹ thuật số

kênh 4 Chân này cũng có thể được sử dụng làm kết nối giao diện nối tiếp cho dữ liệu

28 PC5 Đầu vào analog Đầu vào analog giá trị kỹ thuật số

kênh 5 Chân này cũng được sử dụng như dòng xung nhịp giao diện nối tiếp

Số timer: 3 timer gồm 2 timer 8-bit và 1 timer 16-bit

Số kênh xung PWM: 6 kênh (1timer 2 kênh)

2.2.4 IC cách ly nguồn B1205s 2W

Hình 2.8 IC B1205s 2W

Hoạt động ở dải nhiệt độ rộng (-400C to +1050C)

2.2.5 Module Relay 12VDC HIGH/LOW 4 kênh cách ly

Hình 2.9 Module Relay 12VDC 4 kênh cách ly