Hệ thống này giúp các bạn có thể tự động bật tắt thiết bị, thay đổi cường độ ánh sáng theo ý mình. để từ đó xây dựng những ứng dụng xoay quanh thời gian thực, dùng ic Ti BQ32000. Các bạn có thể xây dựng cho mình những ứng dụng tốt hơn. Sử dụng IC MSP430G2553 Của Ti.
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ
ĐỒ ÁN KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TIA UV
TRONG BẢO QUẢN NÔNG SẢN
Cán bộ hướng dẫn:
Ths Trần Hữu Danh
SVTH: HUNH VNH ĐC –MSSV
1100987
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Bỉnh Nhân - 1101027
Cần Thơ, tháng 5 năm 2015
Trang 2MỤC LỤC
1 GIỚI THIỆU 3
2 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 4
2.1 Tổng quan 4
2.2 Thiết kế phần cứng 4
2.2.1 Thiết kế khối xử lý trung tâm 4
2.2.2 Thiết kế khối thời gian thực 5
2.2.3 Thiết kế khối điều khiển đèn AC 7
2.2.4 Thiết kế khối bắt điểm 0 điều khiển độ sáng đèn 220VAC 9
2.2.5 Thiết kế khối keypad 10
2.2.6 Thiết kế khối hiển thị 11
2.3 Giải thuật chương trình và hoạt động hệ thống 12
2.3.1 Giải thuật chương trình 12
2.3.2 Hoạt động của hệ thống 13
3 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 13
4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 16
CÁM ƠN 17
TÀI LIỆU THAM KHẢO 17
Trang 3ỨNG DỤNG CỦA TIA UV TRONG BẢO QUẢN NÔNG SẢN
Nguyễn Bỉnh Nhân 1
Trần Hữu Danh 2
ABSTRACT
Today, with the development of scientific techniques in many fields, the agricultural sector in our country is growing diversity and the major changes in production methods Apply scientific and technical progress in production is mainly present step The production of crops, fruit phẩm- end- really need to have long-term preservation process, for our agricultural products will not be adulterated and quality assurance One of preservation methods tested in this topic is the use of UV to preserve fruits vegetables through Surveying the effects of UV damage to the time of fruit (banana, apple green, red plum, ) So that research can be further preserved by way of UV light for many other crops such as vegetables, food,
Keyword: computer engineer, Automation, Science and Engineering
Title: Application of the UV ray on agricultural preservation
TÓM TẮT
Ngày nay với sự phát triển của kĩ thuật khoa học trong nhiều lĩnh vực, ngành nông nghiệp
ở nước ta đang phát triển đa dạng và có sự thay đổi lớn về phương thức sản xuất Áp dụng nhiều tiến bộ khoa học- kĩ thuật vào trong sản xuất là bước đi chủ yếu hiện nay Việc sản xuất các loại lương thực- thực phẩm- hoa quả cần phải có quy trình bảo quản lâu dài, để nông sản của chúng ta sẽ không bị hư hao và đảm bảo chất lượng Một trong những phương pháp bảo quản được thử nghiệm trong đề tài này đó là sử dụng tia UV để bảo quản rau quả- trái cây Khảo sát ảnh hưởng của tia UV lên sự hư hại theo thời gian của trái cây( chuối, táo xanh, mận đỏ,…) Để từ đó có thể nghiên cứu sâu hơn nữa cách thức bảo quản bằng tia UV cho nhiều loại nông sản khác như: rau củ, thực phẩm, …
Từ khóa: Kĩ Sư Máy Tính, Tự Động Hóa, Kĩ Sư và Khoa Học
Tiêu Đề: Ứng dụng của tia UV trong bảo quản nông sản
1 GIỚI THIỆU
Đề tài hướng tới việc khảo sát ảnh hưởng của tia UV trong bảo quản trái cây, cụ thể là 3 loại trái cây: táo xanh, mận đỏ và chuối chín Hiện nay trong các hộ nông dân việc sản xuất nông sản cần một quy trình bảo quản thực sự là rất cần thiết, chính vì thế các phương pháp bảo quản cũng rất quan trọng, chúng ta cần nghiên cứu và đưa ra nhiều phương pháp bảo quản vừa có tính hiệu quả mà lại hợp giá thành
Với mục đích đó, đề tài cần đạt được những khảo sát đầu tiên về sự ảnh hưởng của tia UV đối với trái cây, có khả năng kéo dài thời gian sử dụng cho các loại nông sản hay không khi áp dụng tia UV này vào
1 Sinh viên lớp Kĩ Thuật Máy Tính k36, Mã số SV: 1101027 email: nhan101027@student.ctu.edu.vn
2 Bộ môn Điện Tử Viễn Thông, Khoa Công Nghệ, ĐH Cần Thơ
Trang 42 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
2.1 Tổng quan
- Hệ thống bảo quản rau quả tự động bằng tia UV được thực hiện trên cở sở khả năng ảnh hưởng của tia UV đến nông sản Thử Nghiệm khả năng ảnh hưởng của Tia UV đến chất lượng, thời gian sử dụng của nông sản nói chung và của trái cây nói riêng Hệ thống bao gồm thời gian thực tắt mở thiết bị, điều chỉnh cường độ sáng của đèn UV
Mô hình hệ thống như sau:
Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát phần cứng hệ thống
2.2 Thiết kế phần cứng
2.2.1 Thiết kế khối xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm bao gồm MCU MSP430G2553, đây là dòng ic lập trình rất mạnh về khả năng tiết kiệm năng lượng, khả năng giao tiếp với các thiết bị ngoại
vi rộng như: UART, I2C, SPI, PWM,…
Sử dụng board Launpad MSP430G để nạp dữ liệu vào chip MSP430G2553, đây là board nạp đa năng dành cho những ứng dụng của msp430
Khối xử lý trung tâm sẽ làm nhiệm vụ điều khiển các thiết bị ngoại vi, lưu trữ các
dữ liệu từ ngoài vào giúp cho việc vận hành hệ thống một cách tốt nhất
Có khả năng lữu trữ dữ liệu vào bộ nhớ Flash phục vụ cho quá trình thiết lập tự động cho các khối trong hệ thống
CPU- MSP430G2553
KHỐI RTC
KHỐI ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ( ĐÈN UV)
KHỐI HIỂN THỊ(LCD)
KHỐI BẮT ĐIỂM 0
KHỐI KEYPAD
Trang 5Một số hình ảnh về kit Launpad và MSP430G2553
Hình 2.2: MSP430G553 Hình 2.3: Kit Launpad
Cấu trúc của MSP430G2553
Hình 2.4: Sơ đồ khối Chip MSP430G2553
Bộ nhớ MSP430G2553 64KB, RAM tới 256/512 Bytes, bộ nhớ Flash với 4
Segment dễ dàng trong việc lưu trữ dữ liệu
2.2.2 Thiết kế khối thời gian thực
Khối thời gian thực giúp chúng ta có thể tự động hóa quá trình bảo quản, chiếu tia
UV lên nông sản Giảm được thời gian thực hiện và tăng hiệu quả trong quá trình
bảo quản tự động rau củ quả Hiện nay thời gian thực đang được ứng dụng rất
nhiều vào trong các hệ thống định thời tự động, bật tắt thiết bị một cách thông
minh
Trang 6Khối thời gian thực này sử dụng IC Thời gian BQ32000 do Ti sản xuất, có hiệu năng chính xác cao cho việc định thời thiết bị
Hình 2.5: BQ32000 và Sơ đồ chân
Với đặc điểm sử dụng nguồn thấp khoảng 3.3v nên rất thích hợp cho giao tiếp với msp430, hệ thống sẽ hoạt động ổn định hơn so với khi ta sử dụng IC DS1307
Sơ đồ mạch BQ32000- RTC
Hình 2.6: Sơ đồ mạch RTC BQ32000
Mạch sử dụng pin 3v để giúp BQ32000 hoạt động ở chế độ chờ Thạch anh 32,768Khz tạo dao động cho mạch hoạt động
Sử dụng giao tiếp I2C để đọc dữ liệu từ BQ32000 lên MSP430G2553và ghi giá trị định thời thiết bị vào vùng nhớ của BQ32000 hay bộ nhớ flash của MSP430G2553, rất thích hợp cho việc điều khiển tự động thiết bị
Giao tiếp I 2 C( Intel- Integrated Circuit):
- là một chuẩn truyền thông do hãng điện tử Philips Semiconductor xây dựng năm 1990 Chuẩn giao tiếp này dựa vào cơ chế Master- Slave, sẽ
có một thiết bị làm Master và trên đường truyền I2C có các Thiết bị làm nhiệm vụ Slave Mỗi Slave sẽ được định địa chỉ riêng, và Master sẽ dựa vào Id này để truyền nhận gói dữ liệu cho từng Slave
Trang 7- Sử dụng hai dây SCL và SDA để thực hiện quá trình giao tiếp I2C SDA
là đường truyền/nhận data và SCL là chân xung nhịp
Cơ chế giao tiếp I 2 C:
SDA
SCL
Hình 2.7: Giao Tiếp I2C Hoạt động mạch Thời gian thực BQ32000:
- Giao tiếp với MSP430G2553 thông qua chuẩn I2C, thực hiện đọc thời gian trong các thanh ghi của BQ32000 Có thể cài đặt thời gian hệ thống lại hay hẹn giờ định thời thiết bị
- Có thể sử dụng RAM trong IC BQ32000 để lưu giá trị cài đặt thời gian vào thay vì ta sử dụng Flash của MSP430G2553
2.2.3 Thiết kế khối điều khiển đèn AC
Hình 2.8: Sơ đồ mạch điều đèn 220VAC
Khối điều khiển thiết bị sử dụng trong hệ thống bao gồm phần cách điện với khốivi xử lý và phần công suất dùng cho điều khiển trong đèn UV 220VAC Khối cách ly với MSP430G2553 sử dụng opto MOC3021, đây là ic nối quang rất tốt trong việc sử dụng nguồn 220VAC và vi điều khiển
Device
3
Id = zzz
Device 2
Id = yyy Device 1
Id = xxx
Trang 8IC MOC3021
Hình 2.9: MOC3021và Sơ đồ Chân
Ta sử dụng một transistor PNP- A1015 để kích âm từ chân MSP430G2553
PNP A1015
Hình 2.10: Transistor A1015 Và Sơ Đồ Chân
Phân cực transistor A1015 bằng điện trở 4.7k, hoạt động nhƣ một Switch Trạng thái kích dẫn ở mức 0, khi đó giảm tải việc kéo dòng từ MSP430G2553
BTA12
Hình 2.11: Triac BTA12 Và Sơ Đồ Chân
Trang 9Đây là triac dùng hoạt động với điện xoay chiều 220VAC, thông qua opto MOC3021 Khi MOC3021hoạt động sẽ kích một dòng điện vào chân G của Triac BTA12 và hai chân A2, A1 sẽ thông nhau và các thiết bị AC như đèn, quạt sẽ hoạt động
Tính toán thông số mạch:
- Dòng điện vào chân G kích triac hoạt động tối đa là 5A, do đó ta chọn 1A, từ đó suy ra: R1 = 220Vac/1A = 220R để an toàn ta cần mắc một cầu chỉ nhỏ ngay chỗ cấp điện 220VAC
2.2.4 Thiết kế khối bắt điểm 0 điều khiển độ sáng đèn 220VAC
Hình 2.12: Sơ Đồ Mạch Zeros Crossing- 220VAC
Mạch bắt điểm 0 của hệ thống lưới điện 220VAC/50Hz Mạch hoạt động với mục đích phát hiện tại thời điểm khi dòng điện xoay chiều ở mức 0v thì ta phát hiện một xung cạnh lên hoặc cạnh xuống, từ đó có thể điều khiển từng nữa chu kì của điện xoay chiều
Sơ đồ dòng điện xoay chiều 220VAC/50Hz
Hình 2.13: Sơ Đồ Tín hiệu Xoay Chiều
Ta sử dụng điện xoay chiều 220VAC với tần số 50Hz, do đó ta suy ra: T = 20ms
ở mỗi nữa chu kì ta sẽ có một điểm 0, đó là tại các nút 0, π, 2π, Với ý tưởng ngay khi điện xoay chiều ở tại điểm 0 ta có thể phát hiện điểm 0 này bằng một xung sườn lên hay xuống Sau đó ta ngay lúc ta phát hiện điểm 0 thì ta sẽ ngăn cho dòng điện đi qua triac BTA12 bằng một khoảng delay( α trong hình):
Trang 10- Delay 8ms(α = 8), công suất đèn là 20%
- Delay 5ms(α = 5), công suất đèn là 50%
- Delay 3ms(α = 3), công suất đèn là 70%
Khi ta delay càng lâu thì công suất đèn sáng sẽ càng yếu Sau khi ta delay một khoảng thời gian ≤ 10ms thì ta sẽ bật đèn lại, khi đó độ sáng đèn đã được thay đổi theo từng nữa chu kì 10ms Vì thời gian delay là tương đối nên ta có thể sẽ nhìn thấy kết quả thực tế thật sự không hoàn toàn chính xác, nếu cần độ chính xác cao
ta có thể sử dụng những thiết bị chuyên dụng
Việc bắt điểm 0 chính xác lưới điện 220VAC/50Hz sẽ giúp chúng ta điều khiền công suất sáng của đèn một cách chuẩn xác từng chu kì của điện xoay chiều
Hình ảnh tín hiệu của điểm 0 được đo bằng máy đo oscilloscope
Hình 2.14: Tín Hiệu Điểm 0 Điện Xoay Chiều 220VAC/50Hz
Tại các điểm 0( tín hiệu màu xanh) của điện 220VAC( tín hiệu màu vàng) ta thấy
có một xung xuống, đó chính là thời điểm ta bắt trang thái 0 của điện xoay chiều, khi đó ta sẽ phát hiện xung cạnh xuống này bằng ngắt trong MSP430G2553 Xung điểm 0 khá chuẩn, khi đó hiện tượng trôi điện áp sẽ thấp
2.2.5 Thiết kế khối keypad
Khối keypad bao gồm 6 nút nhấn kết nối với MSP430G2553, với chức năng thay đổi thời gian, hẹn giờ và điều khiển độ sáng đèn mong muốn
Sơ đồ mạch phím nhấn
Hình 2.15: Khối Phím Nhấn
Trang 11Phím nhấn bao gồm 2 phần:
- Phần 1: gồm các nút: MODE, TĂNG, GIẢM Sử dụng trong chương trình cài đặt thời gian cho khối RTC BQ32000, có thể chỉnh sửa bất kì giờ/phút/giây Có mode hiệu chỉnh thời gian hẹn giờ, giúp hệ thống có thể
tự động hẹn giờ tắt mở thiết bị
- Phần 2: gồm các nút: 25%, 50%, 70% Sử dụng với mục đích thay đổi công suất đèn theo yêu cầu, giúp chúng ta dễ dàng hiệu chỉnh độ sáng đèn theo yêu cầu chiếu sáng bảo quản nông sản
2.2.6 Thiết kế khối hiển thị
Khối hiển thị sử dụng LCD 1602 loại nhỏ, hiển thị thời gian thực của hệ thống, giúp ta trực quan hơn trong thực tế
Hình 2.16: LCD1602 Thực Tế
Sơ đồ chân và mạch hiển thị LCD1602
Hình 2.17: Sơ Đồ Chân Và Mạch LCD1602
Khối hiển thị LCD1602 được nối với Port 1 của MSP430G2553, sử dụng chế độ 4bit, hiển thị 16 kí tự ở 2 dòng Nguồn sử dụng là 5VDC, có biến trở chỉnh độ tương phản hiển thị LCD1602 rất thích hợp cho các ứng dụng thời gian thực nhỏ, hiển thị thông tin trực quan như nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ động cơ, …
Khi sử dụng LCD1602 chú ý phải cấp điện đúng, hợp lý để LCD có thể hoạt động tốt, ổn định và tạo độ bền trong khi sử dụng
Trang 122.3 Giải thuật chương trình và hoạt động hệ thống
2.3.1 Giải thuật chương trình
GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH
Hiệu Chỉnh
đúng sai
sai
THỜI GIAN THỰC
KEYPAD
KHỐI XỬ
LÝ TRUNG TÂM BẮT ĐẦU
KHỐI LCD
Zeros
KẾT THÚC Lưu Flash MSP430G2553
Trang 132.3.2 Hoạt động của hệ thống
Hệ thống hoạt động với các chức năng cơ bản sau:
- Chức năng đầu tiên là hệ thống hẹn giờ, cài đặt thời gian thực phục vụ cho việc hẹn giờ tự động tắt đèn UV khi chiếu vào rau quả trong một thời gian nào đó Do đó tiết kiệm được thời gian thực hiện Có cơ chế lưu vào Flash MSP430G2553 giúp ta không phải cài đặt lại thời gian mỗi khi ngắt điện
- Chức năng tiếp theo đó là hệ thống điều chỉnh cường độ sáng của đèn UV,
có thể tùy chỉnh độ sáng bao nhiêu % bằng các nút nhấn được cài đặt trong chương trình Có thể giúp ta điều chỉnh tùy ý cường độ sáng chiếu vào nông sản mà không phải cài đặt phức tạp
- Chức năng thứ 3 là hệ thống công suất điều khiển hệ thống đèn UV, sử dụng mạch MOC3021 kết hợp với triac BTA12 giúp ta điều khiển dễ dàng
hệ thống đèn 220VAC một cách chính xác và an toàn Để đảm bảo an toàn giữa phần DC và phần AC ta sử dụng nối quang MOC3021, như thế đảm bảo an toàn cho vi điều khiển trước sự cống điện xoay chiều 220VAC Phát triển hệ thống:
- Nâng cấp phần điều chỉnh cường độ sáng của đèn UV bằng các chế độ cao hơn, thông minh hơn, chuẩn xác hơn Để nông sản được chiếu sáng đầy đủ
và không quá công suất làm hư nông sản
- Tích hợp thêm chức năng đo được công suất chiếu sáng của đèn UV, từ đó
có thể biết đối với mỗi loại nông sản cần chiếu sáng thời gian bao lâu và công suất chiếu sáng bao nhiêu
- Thay thế khối phím nhấn bằng bàn phím ma trận hoặc bàn phím cảm ứng để
có thể tùy chỉnh thời gian, điều chỉnh độ sáng đèn UV một cách thông minh, chính xác và có tính thẩm mỹ cao
- Khắc phục chương trình ngắt nhiều làm chậm quá trình thực hiện các chức năng khác trong chương trình phần mềm, từ đó tối ưu code và giải thuật
- Thiết kế khối mạch bắt điểm zeros điện xoay chiều 220VAC tối ưu, có thể bắt điểm 0 một cách chuẩn xác và không bị trôi điện áp
3 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ
Hệ thống hoạt động ổn định, thực hiện bảo quản nông sản bằng tia UV được tiến hành thực nghiệm tương đối, khảo sát sự ảnh hưởng của tia UV đến quá trình bảo quản, thời gian hư hại của trái cây: mận, táo xanh và chuối,…
Có thể xây dưng một hệ thống hoàn chỉnh để áp dụng vào thực tiễn, giúp những người nông dân có thể bảo quản rau quả của mình bằng những thiết bị đơn giản mà lại tiết kiệm
Trang 14Một số hình ảnh thu đƣợc sau thực nghiệm đối với rau củ quả
Chƣa qua xử lý
Trang 15Qua xử lý tia UV
Trang 16KẾT QUẢ BAN ĐẦU CHIẾU TIA UV:
- Chuối: Đối với chuối chín vừa thì ta chỉ cần chiếu tia UV khoảng 50% ( ~170Lux), chiếu trong thời gian 10- 20 phút thì chuối sẽ để được lâu hơn khi không qua xử lý
- Táo xanh: Đối với táo xanh thì ta chỉ cần chiếu tia UV khoảng 50% trong khoảng thời gian 10- 30 phút là được, có thể giữ cho da, thịt của táo được giữ lâu hơn, cứng hơn khi không qua xử lý
- Mận đỏ: Đối với mận đỏ ta chiếu tia UV khoảng 50% và chiếu khoảng thời gian từ 10- 40 phút
- Đối với các loại rau củ quả khác thì cần phải tiến hành chiếu tia uv nhiều lần, với cường độ khác nhau, thời gian chiếu dài ngắn Sau đó so sánh, rút
ra những kết quả thực tế nhất
Đây chỉ là khảo sát ở mức độ tương đối với sự thay đổi cường độ sáng của đèn
UV, nếu cần chính xác chúng ta cần những máy đo cường độ, thiết bị điều khiển công suất đèn chuẩn, và nhiều thực nghiệm khác để có thể đưa ra kết quả chính xác và thành công cao
4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Ưu Điểm:
- Mạch hoạt động tốt, thời gian thực hiển thị chính xác, có thể hiệu chỉnh thời gian, cài đặt hẹn giờ thiết bị
- Khối điều khiển điện 220VAC hoạt động ổn định, có cách ly giữa khối công suất cao và khối vi xử lý để đảm bảo an toàn khi hoạt động
- Khối bắt tín hiệu hoạt động khá tốt, thay đổi độ sáng đèn theo ý
- Khối hiển thị thông tin bằng LCD 1602 hoạt động tốt, trực quan thấy được thời gian, cài đặt và hẹn giờ
Nhược Điểm:
- Hệ thống hoạt động chưa được tối ưu, chương trình chậm khi sử dụng ngắt cho điều khiển độ sáng đèn AC
- Cần tối ưu hơn nữa giải thuật và phần cứng, để có thể hoạt động tốt nhất
- Cải thiện việc bắt điểm 0 điện lưới 220VAC/50Hz chuẩn hơn, để có thể điều khiển công suất đèn chính xác và an toàn hơn
