Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước. Trong đó muôn kĩ thuật vi điều khiển được phát triển mạnh mẽ dựa trên những tiến bộ của công nghệ tích hợp các linh kiện bán dẫn và hệ lập trình có bộ nhớ kết hợp với máy tính điện tử. Từ những thời gian đầu phát triển đã cho thấy sự ưu việt của nó và cho tới ngày nay tính ưu việt đó ngày càng được khẳng định thêm.Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng trừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người.
Trang 1MÔN ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
Đề tài Tìm hiểu phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy nông sản dạng hạt
**************
LỜI MỞ ĐẦU 2
CHƯƠNG1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ 3
CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN 2.1-Yêu cầuđề tài .5
2.2- Các hướng giải quyết 5
2.3- Lý do lựa chọn cho thiết kế 9
2.4- Tính chọn thiết bị 9
CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 19
3.1- Các kết quả đạt được 19
3.2- Các hạn chế khi thực hiện 20
3.3- Biện pháp khắc phục 20
CHƯƠNG 4: BÀI DỊCH TÀI LIỆU CẢM BIẾN 21
4.1- Bản tài liệu lí thuyết
4.2- Bản tài liệu sử dụng cảm biến
1
Trang 2LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người
đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng
và phát triển đất nước Trong đó muôn kĩ thuật vi điều khiển được phát triển mạnh
mẽ dựa trên những tiến bộ của công nghệ tích hợp các linh kiện bán dẫn và hệ lập trình có bộ nhớ kết hợp với máy tính điện tử Từ những thời gian đầu phát triển đã cho thấy sự ưu việt của nó và cho tới ngày nay tính ưu việt đó ngày càng được khẳng định thêm.Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng trừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người
Để góp phần làm sang tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của môn “
Đo lường và cảm biến” chúng em sau một thời gian học tập được các thầy , các cô trong khoa giảng dạy về các kiến thức chuyên ngành đồng thời được sự giúp đỡ nhiệt
tình của cô “ NGUYỄN THU HÀ ” chúng em đã “tìm hiều, phân tích và xây dựng
hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò xấy nông sản dạng hạt”.
Cũng với sự nỗ lực của cả nhóm nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của chúng em còn có hạn nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong được sự giúp đỡ và tham khảo ý kiến của thầy cô và các bạn nhằm đóng góp vàphát triển đề tài
Em xin chân thành cảm ơn!
2
Trang 3CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ
1.1-Tiêu chuẩn sấy các loại hạt
Khi mới thu hoạch, hạt thường có độ ẩm cao, trung bình 20-22% Một số loại hạt thu hoạch vào mùa mưa ở nước ta, đọ ẩm lúc đầu của chúng có thể tới 34-40%> Những hạt ẩm nếu không sấy kịp thời có thể bị thâm, chua, thối thậm chí có thể hư hỏng hoàn toàn Một số loại hạt như đậu tương, vừng phải sấy tới độ khô nhất địnhmới tách, lấy hạt ra khỏi vỏ thuận lợi Tất cả các loại hạt trước khi đưa vào kho bảo quản, nhất thiết phải qua sấy tới độ ẩm an toàn
a) Lúa mì
Yêu cầu: phải đảm bảo số lượng và chất lượng của gluten
Đặc điểm: bắt đầu ở nhiệt độ từ 50ºC đã có sự thay đổi nhỏ về số lượng và chất lượngcủa gluten Vì vậy nhiệt độ sấy chỉ cho phép đến 50ºC
b)Lúa, ngô
Nước thoát ra 200kg/tấn, lúa 33% ẩm độ xuống 16% ẩm độ Lúa khô ráo vỏ khoảng 20-22% ẩm độ, có màu vừa chuyển từ màu nâu đen qua màu vàng sáng, hạt lúa cắn bên trong còn mềm Lúa khô có thể xay chà và tồn trử được khoảng 14-16%
c) Các hạt họ đậu
Các hạt học đậu thường chứa một lượng khá lớn protein, phần lớn là tinh bột từ46-52% và lipit từ 2-3% Các hạt họ đậu rất nhạy cảm với sự tăng nhiệt độ nên
3
Trang 4thường phải thực hiện nhiều giai đoạn sấy để giữ chất cho sản phẩm và nâng cao năng suất máy sấy.
1.2- Sơ lược về hệ thống thiết kế
*Với yêu cầu của đề tài nhóm em chọn đối tượng sấy cụ thể là lúa.
Hệ thống sấy gồm: quạt, thiết bị gia nhiệt bằng điện, hệ thống điều khiển nhiệt độ và nhà che
-Nhà che cần rộng có mái che và thông thoáng
Các thông số về kích thước của buồng sấy:
4m
4
Trang 5- Thành lò được làm bằng vật liệu cách nhiệt để đảm bảo cho nhiệt độ sấy được ổn định
- Qu t th i khí c a m i lò đủa mỗi lò được lắp đặt trên khung bệ chắc chắn và có van để ỗi lò được lắp đặt trên khung bệ chắc chắn và có van để ược lắp đặt trên khung bệ chắc chắn và có van để ắp đặt trên khung bệ chắc chắn và có van để c l p đ t trên khung b ch c ch n và có van đ ặt trên khung bệ chắc chắn và có van để ệ chắc chắn và có van để ắp đặt trên khung bệ chắc chắn và có van để ắp đặt trên khung bệ chắc chắn và có van để ể
đi u ch nh l u lư ược lắp đặt trên khung bệ chắc chắn và có van để ng cho thích h p Ph n k t n i m i đ u ra và vào c a m i ợc lắp đặt trên khung bệ chắc chắn và có van để ần kết nối ở mỗi đầu ra và vào của mỗi ết nối ở mỗi đầu ra và vào của mỗi ối ở mỗi đầu ra và vào của mỗi ở mỗi đầu ra và vào của mỗi ỗi lò được lắp đặt trên khung bệ chắc chắn và có van để ần kết nối ở mỗi đầu ra và vào của mỗi ủa mỗi lò được lắp đặt trên khung bệ chắc chắn và có van để ỗi lò được lắp đặt trên khung bệ chắc chắn và có van để
qu t
đ u có ng gi m rung nh m m c đích gi m t i thi u s rung đ ng c a qu t gióối ở mỗi đầu ra và vào của mỗi ảm rung nhằm mục đích giảm tối thiểu sự rung động của quạt gió ằm mục đích giảm tối thiểu sự rung động của quạt gió ục đích giảm tối thiểu sự rung động của quạt gió ảm rung nhằm mục đích giảm tối thiểu sự rung động của quạt gió ối ở mỗi đầu ra và vào của mỗi ể ự rung động của quạt gió ộng của quạt gió ủa mỗi lò được lắp đặt trên khung bệ chắc chắn và có van để khi làm vi c v i h th ng.ệ chắc chắn và có van để ới hệ thống ệ chắc chắn và có van để ối ở mỗi đầu ra và vào của mỗi
- Thi t b gia nhi t là h th ng dây mayso, cung c p nhi t cho lò s y.ết nối ở mỗi đầu ra và vào của mỗi ị gia nhiệt là hệ thống dây mayso, cung cấp nhiệt cho lò sấy ệ chắc chắn và có van để ệ chắc chắn và có van để ối ở mỗi đầu ra và vào của mỗi ấp nhiệt cho lò sấy ệ chắc chắn và có van để ấp nhiệt cho lò sấy
-Ngoài ra, còn có h th ng c m bi n và vi m ch đi u khi n nhi t đ trong ệ chắc chắn và có van để ối ở mỗi đầu ra và vào của mỗi ảm rung nhằm mục đích giảm tối thiểu sự rung động của quạt gió ết nối ở mỗi đầu ra và vào của mỗi ể ệ chắc chắn và có van để ộng của quạt gió ở mỗi đầu ra và vào của mỗi
bu ng s y ồng sấy ấp nhiệt cho lò sấy
CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN
2.1 Yêu cầu đề tài
- Tìm hiểu phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy nông sản dạng hạt
- Lựa chọn các cảm biến cần sử dụng cho hệ thống
- Cách lựa chọn và bố trí các thiết bị khác
- Sơ đồ khối của hệ thống
- Lựa chọn phương án điều khiển
- Đánh giá về sai số của hệ thống
- Hạn chế của bản thiết kế và cách khắc phục
* Giới hạn điều kiện:
- Thể tích lò 10m3 – 20m3
- Dải nhiệt độ làm việc từ 10ºC đến 80ºC
- Sai số của phép đo nhiệt độ là 2ºC
2.2- Các hướng giải quyết
Để thiết kế một hệ thống lò sấy nông sản ta có rất nhiều phương pháp.Dưới đây là một số phương pháp mà chúng tôi cho là tối ưu nhất
5
Trang 62.2.1-Phương pháp sấy kiểu tháp
a) Giới thiệu hệ thống
Hình 2.1-Hệ thống sấy kiểu tháp
Buồng sấy hình trụ hay hình lăng trụ để đứng (tháp) Vật liệu đổ và tháp từ phía trên.Khí nóng thổi vào từ phía dưới hoặc cắt ngang chiều chuyển động của vật liệu Tùy theo dạng vật liệu sấy và trạng thái ẩm của vật liệu mà có thể sử dụng các phương pháp vận chuyển vật liệu khác nhau trong tháp
Hệ thống điều khiển thông minh có khả năng tự điều chỉnh nhiệt độ sấy một cách tối ưu nhất đối với nhiên liệu đốt.Người vận hành có thể dễ dàng chọn lựa chế
1
Trang 7độ sấy cho phù hợp với mỗi loại nguyên liệu bằng cách nhấn nút chọn các chế
độ
-Hệ thống được điều khiển tự động sấy với trữ lượng nông sản lớn
b) Ưu nhược điểm của hệ thống
*Ưu điểm
- Thiết kế vững chắc, độ bền vật liệu cao,dễ vận hành
- Có thể sấy một trữ lượng nông sản lớn phù hợp với quy mô công nghiệp
- Tiết kiệm nhân công
- Tỷ lệ hao hụt thấp, tỷ lệ hạt gãy thấp, độ đồng đều cao, sản phẩm đầu ra đạt chất lượng tốt
- Hệ thống gầu tải, trục tải thiết kế tối ưu, đảm bảo hiệu quả hoạt động cao
- Các động cơ điện vận hành hợp lý, giảm tối đa chi phí điện năng
- Lò đốt thiết kế hiện đại, được điều khiển tự động đảm bảo hiệu suất cao, tiết kiệm tối đa chất đốt
6
Trang 8*Nhược điểm
- Thiết kế cồng kềnh, khó chuyển dịch đi nơi khác
- Vì sử dụng chất đốt nên không thân thiện với môi trường
-Phụ thuộc nhiều vào nguồn nhiên liệu than, củi, chấu…
2.2.2-Phương pháp sấy kiểu vỉ ngang
b) Ưu nhược điểm của hệ thống
*Ưu điểm
- Lò sấy được thiết kế dựa theo nguyên lí sấy đối lưu cưỡng bức thiết bị có kết cấu đơn giản dễ lắp đặt được ứng dụng rộng rãi để sấy các loại nông sản dạng hạt như ngô, lúa, đậu…
7
Trang 9- Có hệ thống còi cảnh báo khi quá thời gian sấy
- Chi phí lắp đặt thấp,dễ vận hành và bảo trì
- Dễ thao tác phù hợp với trình độ lao động của các địa phương
- Tỉ lệ hao hụt thấp, sản phầm đầu ra chất lượng tốt
- Thân thiện với môi trường
*Nhược điểm
-Độ
đồng đều về độ ẩm không cao nếu trong quá trình sấy không đảo
- Thời gian sấy lâu
Ngoài việc chi phí lắp đặt thấp thiết kế cũng có một số ưu điểm vượt trội như:
Trang 10Ta sử dụng loại quạt hướng trục là loại đặc biệt với sức ép cao để gió xuyên qua lớp lúa dầy 30-40cm Thường dùng 2 quạt mỗi quạt lưu lượng 4m3/giây, đường kính quạt750mm, quay 1.600 vòng /phút.
Hình 2.3- Quạt hướng trục
9
Trang 11Đặc tính nổi trội của loai quạt này là: Lưu lượng lớn, cột áp cao, rất phù hợp cho hút hoặc thổi không khí trong đường ống Cánh quạt của quạt hướng trục được thiết kế góc nghiêng, số cánh phù hợp và được cân bằng động 2 mặt nên chạy rất êm, không rung hay kêu to
2.4.2- Động cơ
Động cơ kéo quạt công suất phải lớn hơn 16kw mã lực, có thể dùng động cơ 2 pha hoặc 3 pha quay với tốc độ cao nhằm đẩy nhiệt đi khắp buống sấy và xuyên qua lớp lúa dày
Hình 2.4-Động cơ công suất lớn
2.4.3- Thiết bị gia nhiệt
Thường được sử dụng dây mayso.Dây may so là dây điện trở để biến năng lượng điện thành nhiệt Đây là loại dây có điện trở suất (rô) lớn, có độ bền nhiệt cao
và cứng về cơ học Thường làm từ vonfram hoặc hợp kim của vonfram Người ta có thể cán dẹp, hoặc kéo thành sợi với các đường kính khác nhau tùy theo yêu cầu chế tạo.Dây được sản xuất theo công nghệ nóng chảy rồi kéo như cán thép hoặc đúc theokhuôn khi dây điện trở có kích thước lớn Sử dụng điện trở đốt nóng công suất lớn tạo nhiệt để dưa vào lò sấy 10
Trang 1211
Trang 13Hình 2.5-Dây mayso
2.4.4- Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ dùng để đo nhiệt độ trong buồng sấy, trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ dưới đây là một số loại thông dụng:
Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện
áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh
- Đặc điểm của cảm biến LM35
+ Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V
+Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/0C
+Độ chính xác cao ở 250Clà 0.50C
12
Trang 14+Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải
Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -550C- 1500Cvới các mức điện áp ra khác nhau Xét một số mức điện áp sau:
Nhiệt độ -550Cđiện áp đầu ra -550mV
Nhiệt độ 250Cđiện áp đầu ra 250mV
Nhiệt độ 1500Cđiện áp đầu ra 1500mV
Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp Đối với hệ thống này thì đo từ 00Cđến 1500C
-Sai số của LM35:
+Tại 00C thì điện áp của LM35 là 10mV
+Tại 1500C thì điện áp của LM35 là 1.5V
Sai số của LM35là :± 20C
Cảm biến PT100 hay còn gọi là nhiệt điện trở kim loại ( RTD) PT100 được cấu tạo
từ kim loại Platinum được quấn tùy theo hình dáng của đầu dò nhiệt có giá trị điện trởkhi ở 00C là 100 Ω Đây là loại cảm biến thụ động nên khi sử dụng cần phải cấp một nguồn ngoài ổn định
-Đặc điểm:
+ có thể chịu được nhiệt độ cao
+ không bị oxy hóa khí nóng chảy
+ độ bền hóa học cao, tính dẻo tốt
-Dải nhiệt độ của PT từ 00C -200 0C Trong thực tế người ta chế tạo và sử dụng dạngchuẩn PT100 dải nhiệt độ từ 00C - 1000C
-Sai số của PT100 là: ± 10C
13
Trang 15Cảm biến AD 590 được thiết kế làm cảm biến nhiệt độ có tổng trở ngõ khá
lớn(10mΩ) Vi mạch đã được cân bằng bởi nhà sản xuất, khiến cho dòng mA ra tương ứng với chuẩn nhiệt độ tuyệt đối K Điện áp làm việc càng nhỏ càng tốt để tránh hiện tượng tự gia nhiệt Khi cấp điện áp thay đổi, dòng thay đổi ít
Dải nhiệt độ của AD 590 từ -550C tới 1500C
*Động cơ: Động cơ kéo quạt công suất phải lớn
*Gia nhiệt: Dùng thiết bị làm nóng bằng dây may so
Theo yêu cầu của đề tài thì chúng em sử dụng cảm biến PT100, loại này đang
sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp hiện nay.Và chúng em lựa chọn đặt 1 cảm biến nhiệt độ PT100, cảm biến được đặt như trong hình 2.2
2.4.5 Hệ thống hẹn giờ và điều khiển nhiệt độ trong lò
Chúng ta sẽ ứng dụng vi sử lí để điều khiển nhiệt độ cụ thể ở mạch điều khiển
này ta dùng ATMEGA16L.
14
Trang 16- AREF: là chân tín hiệu tham chiếu Analog (tương tự) nối vào bộ biến đổi A/D.
- PORT A: đầu ra của bộ biến đổi A/D
- XTAL 1 và XTAL 2: chân vào ra của thạch anh tạo dao động
*LCD 2 dòng 16 kí tự:
Trang 18- 2 Tụ gốm 33pf: ổn định làm việc cho thạch anh
Trang 19- Cầu diod dùng để biến nguồn xoay chiều từ biến áp thành 1chiều
Hình 2.6-Hệthống hẹn giờ và còi hú khi quá thời gian sấy
- Hệ thống hẹn giờ và cảnh báo thời gian sấy, có thể cài đặt theo ý người sử dụng
* Sơ đồ nguyên lí
17
18
Trang 20Sơ đồ nguyên lý trên cấp nguồn cho mạch là nguồn AC từ 7 đến 24 V.
+3 chân cấp nguồn cho Chíp ATMEGA16L là những chân 10,11,31 không vẽ trên
sơ đồ (chân 10 được nối chân 30, chân 11 được nối với chân 31)
+Điện trở PULLUP có giá trị 4,7K
+Tụ C3 có thể thay bằng tụ hóa 10uf
+Có thể dung thạch anh 4MHz thay cho loại 8MHz
- Tác dụng của các linh kiện:
+ pt100 cảm biến nhiệt độ từ buồng sấy để lấy tín hiệu nhiệt độ đưa vào vi xử lý.+LCD giải mã và hiển thị nhiệt độ
+ ATMEGA16L điều khiển tắt mở thiết bị theo nhiệt độ đã mặc định, điều khiển hiểnthị LCD
+ Mạch ổn áp, tạo điện áp 5VDC cấp cho vi mạch
+ Led đỏ gỉa lập máy làm tăng nhiệt độ
+ Let xanh giả lập máy làm giảm nhiệt độ
- Cảm biến nhiệt độ truyền tín hiệu nhiệt độ đọc được qua chân DQ(2) vào chân 34 của ATMEGA16L (ADC6) chân này là 1 trong 8 đầu vào của hệ thống biến đổi A/D của ATMEGA16L, nhưng không cần biến đổi mà đưa thẳng vào khối xử lí trung tâm (vì tín hiệu truyền của cảm biến nhiệt độ ở chân DQ là tín hiệu số), tín hiệu khi đưa vào đây sẽ được CPU xử lí với điều kiên đã được lập trình sẵn Sau đó tín hiệu sau khi được xử lí tiếp tục đưa ra chân 26 (TDO-Test Data Out-kiểm tra dữ liệu ra), 27 (TDI-kiểm tra dữ liệu vào), 28 (TOSC1-Test ocsolltor-kiểm tra đầu vào của bộ tạo dao động 2) vào D4, D5, D6, D7 của LCD để giải mã
CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN
3.1-Kết quả đạt được
- Từ những phân tích và tính toán chi tiết ở trên chúng tối đã xây dựng được một lò sấy nông sản dạng hạt với thể tích 15m3 có thể sấy tối đa 3 tấn/ lần Với ưu điểm dễ vận hành và lắp đặt, giảm thiểu sức người trong quá trình sấy, tốc độ sấy nhanh, đảm bảo chất lượng nông sản
19
Trang 21- Nhờ việc ứng dụng khoa học kĩ thuật tiên tiến vào sản xuất giúp giải quyết vấn đề bảo quản nông sản sau khi thu hoạch.
- Đáp ứng được sự ổn định về nhiệt độ trong quá trình sấy, góp phần tiết kiệm điện năng và bảo vệ môi trường
- Tỉ lệ hao hụt thấp
3.2- Những mặt hạn chế
- Độ đồng đều của hạt sấy không cao nếu trong quá trình sấy không đảo
- Thiết kế tốn nhiều diện tích
- Khó cơ giới hóa
3.3- Biện pháp khắc phục
- Nên đảo hạt sấy từ 10-20 phút một lận để đảm bảo độ đồng đều của hạt sấy
- Tăng kích thước và quy mô của lò để có thể sấy được nhiều nông sản hơn
- Xây dựng thêm hệ thống đảo chiều gió để giảm chi phí cho lao động
*Tài Liệu Tham Khảo
1 Giáo trình Đo lường điện và Cảm biến đo lường – NXB Giáo dục Việt Nam.2.Điện công tử suất – Nguyễn Bính
3.http://www.dientuvietnam.net
4.http://www.webdien.com
5.http://dryer.vn
