Hiện thực hệ thống cảnh báo và hỗ trợ ra quyết định cho các hộ nuôi tôm công nghiệp

Theo kinh nghiệm, một trong những chính sách mà nhà nước đang phát triển, đó là quy hoạch những khu vực nuôi tôm theo quy trình công nghệ như các nước trong khu vực đã từng áp dụng, chẳn

NGUYỄN MINH SƠN

HIỆN THỰC HỆ THỐNG CẢNH BÁO VÀ HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH CHO CÁC HỒ NUÔI TÔM CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Mã số ngành : 01.02.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VẤN ĐỀ 1

1 Quy trình nuôi tôm 2

1.1 Những đặc điểm liên quan đến con tôm sú 2

1.1.1 Hồ nuôi 2

1.1.2 Nước nuôi tôm 3

1.1.3 Các điều kiện môi trường sống của tôm sú 4

1.1.4 Các thiết bị hỗ trợ cho hồ nuôi tôm 5

1.1.5 Các chế phẩm sinh học hỗ trợ cho quá trình nuôi tôm 5

1.1.6 Các hoá chất hỗ trợ cho quá trình nuôi tôm 6

1.2 Quy trình nuôi tôm sú 7

1.3 Những điều kiện tự nhiện ảnh hưởng trực tiếp đến qui trình nuôi tôm .9

1.4 Những hiện tượng của con tôm cần được quan tâm 10

1.5 Những vấn đề cần quan tâm trong qui trình nuôi tôm 11

2 Bài toán cần phải giải quyết trong công nghiệp nuôi tôm sú 12

3 Áp dụng CNTT vào công nghiệp nuôi tôm 14

4 Phạm vi thực hiện đề tài 18

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC ĐỀ TÀI 20

1 Máy đo độ pH dùng trong công nghiệp do Phân Vật Lý TpHCM sản xuất 20

2 Máy đo độ dẫn điện 22

2.1 Máy đo độ dẫn điện do Phân Viện Vật Lý TpHCM sản xuất 22

2.2 Máy đo độ dẫn điện Models 125 do Orion Research, Inc sản xuất

23 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ THỰC HIỆN 25

2.2 Ứng dụng của hệ hỗ trợ ra quyết định 28

3 Giới thiệu về lý thuyết đo lường 29

3.1 Khái niệm về đo lường 29

3.2 Đại lượng đo lường 29

3.2.1 Đại lượng điện 29

3.2.2 Đại lượng không điện 30

3.3 Chức năng và đặt tính của thiết bị đo 31

3.3.1 Chức năng của thiết bị đo 31

3.3.2 Đặt tính của thiết bị đo lường 31

3.4 Chuẩn hóa trong đo lường 32

3.4.1 Cấp chuẩn hóa 32

3.4.2 Cấp chính xác của thiết bị đo 33

3.5 Chất lượng của đo lường 34

3.5.1 Đặc tính của cách thức đo 34

3.5.2 Định nghĩa sai số trong đo lường 35

3.5.3 Các loại sai số 35

3.5.4 Các nguồn sai số 38

3.6 Lợi ích thiết thực của điện tử trong đo lường 38

3.7 Hệ thống đo lường 39

3.7.1 Hệ thống đo lường dạng tương đồng (Analog) 39

3.7.2 Hệ thống đo lường dạng số (Digital) 40

4 Giới thiệu về đo lường dùng cảm biến 41

4.1 Những nguyên lýù cơ bản và các đặc trưng đo lường dùng cảm biến .41

4.2 Phân loại cảm biến 44

4.2.1 Cảm biến tích cực 44

4.7 Độ nhanh- thời gian hồi đáp 51

4.8 Giới hạn sử dụng cảm biến 52

5 Aùp dụng “Lý thuyết đo lường” và “Hệ thống nhúng”, “Hệ hỗ trợ ra quyết định” để hiện thực đề tài 52

5.1 Giai đoạn thiết kế phần cứng (hardware) 53

5.2 Giai đoạn hiện thực phần mềm (software) 54

CHƯƠNG 4: HIỆN THỰC ĐỀ TÀI 56

1 Thiết kế phần cứng 57

1.1 Sơ đồ khối chi tiết của khối nguồn 59

1.2 Sơ đồ khối chi tiết của khối cảm biến, khối xử lý tín hiệu analog 61

1.2.1 Giới thiệu về cảm biến nhiệt độ 61

1.2.2 Giới thiệu về cảm biến pH 64

1.2.3 Mạch khuếch đại tín hiệu cho nhiệt độ và pH 70

1.3 Sơ đồ khối chi tiết của khối biến đổi analog sang digital (ADC)

72

1.3.1 Giới thiệu về ADC 72

1.3.2 Sơ đồ khối chi tiết 76

1.4 Sơ đồ khối chi tiết của khối hiển thị 78

1.5 Sơ đồ khối chi tiết của khối cảnh báo 81

1.6 Sơ đồ khối chi tiết của khối điều khiển 82

1.7 Sơ đồ khối chi tiết của khối truyền/nhận dữ liệu số 84

2 Thiết kế phần mềm nhúng cho hệ thống phần cứng 86

2.1 Sơ đồ giải thuật chương trình chính 87

2.2 Sơ đồ giải thuật đọc giá trị của Sensor từ ADC 89

2.3 Sơ đồ giải thuật hiển thị quét LED 90

2.4 Sơ đồ giải thuật cảnh báo (xuất Alarm) 91

1.1 Kiểm tra khối nguồn 97

1.2 Kiểm tra khối hiển thị 99

1.3 Kiểm tra khối khuếch đại pH và nhiệt độ 100

1.4 Kiểm tra khối ADC 103

1.5 Kiểm tra khối cảnh báo 105

2 Kiểm tra tích hợp hệ thống giữa phần cứng và phần mềm nhúng 106

2.1 Đoạn chương trình kiểm tra hiển thị 107

2.2 Đoạn chương trình kiểm tra báo động chuông 108

2.3 Đoạn chương trình đọc dữ liệu từ ADC 108

3 Kiểm tra phần mềm “Hỗ trợ ra quyết định” 109

3.1 Kiểm tra độ ổn định và khả năng đáp ứng 109

3.2 Kiểm tra tính năng 111

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 121

1 Những Vấn Đề Đã Được Giải Quyết Trong Đề Tài 121

2 Những Hạn Chế Của Đề Tài 121

3 Hướng Phát Triển Của Đề Tài 122

CHƯƠNG 7: TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

CHƯƠNG 8: PHỤ LỤC 124

1 Phụ lục 1: Các hình minh họa 124

2 Phụ Lục 2: ICL 7109 126

3 Phụ Lục 3: RS-232 131

4 Phụ Lục 4: Board mạch 132

nhiều trong quá trình thực hiện luận văn này

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa CNTT đã truyền đạt kiến thức và tạo mọi điều kiện dễ dàng cho tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này

Cuối cùng, xin cảm ơn tất cả các bạn, anh chị cùng khoá: Nguyễn Phương Nam, Đoàn Thế Thảo… và các đồng nghiệp: Phạm Hoàng Khánh, Nguyễn Hòa Đức, Võ Quang Trường… đã động viên, giúp đỡ tôi rất nhiều trong khi làm luận văn tốt nghiệp

Học viên Nguyễn Minh Sơn

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VẤN ĐỀ

Nước ta có vùng duyên hải rộng lớn và kéo dài Trước đây, người dân thường phát triển nông ngư nghiệp trên những vùng duyên hải này Những năm gần lại đây, nước ta đã có những chính sách hỗ trợ cho việc nuôi trồng thủy sản trên những vùng đất duyên hải này Tuy nhiên, việc phát triển nuôi trồng thuỷ sản vẫn còn mang tính chất tự phát Theo kinh nghiệm, một trong những chính sách mà nhà nước đang phát triển, đó là quy hoạch những khu vực nuôi tôm theo quy trình công nghệ như các nước trong khu vực đã từng áp dụng, chẳng hạn như ở: Malaixia, Indonesia, Thái Lan…

Trong những năm gần đây, nuôi tôm sú là một nghề được nhiều người quan tâm đầu tư và đang được phát tiển rất nhanh Sở dĩ có việc này là nếu như việc nuôi tôm thành công thì lợi nhuận do tôm sú mang lại là rất cao Theo các nhà chuyên môn trong lĩnh vực nuôi trồng thuỷ sản, thì hiện nay sự phát triển quá mức của nghề nuôi tôm sú, đã vượt quá tầm tay về mặt kỹ thuật nuôi, trình độ quản lý nuôi trồng tổng thể của người nuôi tôm Đồng thời, sự khan hiếm về tôm giống, sự lan tràn dịch bệnh, thiếu các thiết bị, công nghệ, chính sách đã làm cho sự phát triển trong việc nuôi tôm

bị hạn chế Từ những bất lợi đó, đã đưa đến năng suất nuôi tôm không đạt như dự kiến, rủi ro luôn đe dọa

Theo kinh nghiệm của một số nhà chuyên môn khuyến cáo rằng, chúng ta nên dừng lại ở phần diện tích nuôi tôm hiện có, mà nên đầu tư sâu vào kỹ thuật và tài chính một cách hợp lý Có như thế thì mới có thể tăng năng suất một cách hiệu quả và hạn chế những rủi ro trong thời gian lâu dài

Tôm sú là một loại tôm biển thuộc họ Pemaeidae,

giống Penaeus, loài Monodon (theo tài liệu [2], [3]) Tôm

sú là loài rất mẫn cảm đối với sự biến đổi của môi trường

các yếu tố biến đổi càng nghiêm ngặt hơn (vì khi đó sức đề kháng bệnh của tôm rất yếu) Do đó, trong công nghiệp nuôi tôm, các thiết bị kỹ thuật

đo sự biến đổi các yếu tố môi trường là rất cần thiết và đòi hỏi có độ chính xác cao

Mục đích của đề tài này là: nghiên cứu và áp dụng công nghệ thông tin vào công nghiệp nuôi tôm nhằm giải quyết những khó khăn thường gặp cũng như nâng cao năng suất trong quá trình nuôi tôm Cụ thể là: dựa vào CNTT, chúng ta có thể xây dựng được một hệ thống kiểm tra, đo lường, quan sát, thống kê và chuẩn đoán các hiện tượng rủi ro có thể gây ra đối với con tôm và môi trường nuôi Ngoài ra, hệ thống này còn có thể cảnh báo và đưa ra được các quyết định, giúp cho người quản lý các hồ nuôi giải quyết các vấn đề liên quan đến công việc nuôi và chăm sóc trong quy trình nuôi tôm

1 Quy trình nuôi tôm

1.1 Những đặc điểm liên quan đến con tôm sú

1.1.1 Hồ nuôi

Tuỳ theo mật độ nuôi và đào hồ nuôi Tuy nhiên, hồ nuôi rộng khoảng 0,5 ha -> 1 ha thì phù hợp cho tôm phát triển (với mật độ 25 - 40 con/m2), theo tài liệu tham khảo [3] và từ nguồn kinh nghiệm thực tế Chiều cao của hồ không quá sâu, mà cũng không quá cạn vì mực nước có liên quan đến sự biến động của một số chỉ tiêu quan trọng trong môi trường nước Thông thường, mực nước ở độ cao 1,2m -> 2,0m thì phù hợp, theo tài liệu [2], [3] Mực nước của hồ nuôi cũng phải thay đổi theo giai đoạn thả tôm

Xem hình 1 mô tả sơ lược về hồ nuôi và hệ thống cấp thoát nước, hệ

thống xử lý chất thải cho hồ nuôi

Hình 1: Hồ nuôi

Lưu ý: Trong công nghiệp nuôi tôm, thường có hai loại hồ nuôi: hồ nuôi và hồ xử lý nước, theo tài liệu tham khảo [1] và [2]

1.1.2 Nước nuôi tôm

Con tôm thích nghi với nước có độ mặn 15‰ -> 25‰ và độ pH từ 7,5-> 8,5, theo tài liệu [1], [2]

Tôm sú có thể chịu đựng ở độ mặn , độ PH thấp hơn hay cao hơn ngưỡng đã đưa ra ở trên Tuy nhiên nó sẽ làm cho tôm chậm phát triển hay là chết

Nước nuôi tôm là yếu tố quan trọng trong ngành

nuôi tôm Để xác định môi trường nước nuôi, ta nên

quan sát màu sắc của nước ao như sau (tham khảo từ tài

• Nếu nước có màu sẩm tối: -> đáy ao có bùn dày => tôm dễ nhiễm bệnh

• Nếu nước có màu trong: -> nước có nhiều phèn, tảo không phát triển -> tôm thiếu mồi ăn, dưỡng khí thấp => tôm chậm phát triển

Thông thường thì người ta đo độ trong của nước ao bằng cách đưa cánh tay của mình xuống nước Khi quan sát không thấy bàn tay của mình nữa thì phần trên là lớp nước trong Lớp nước này khoảng 40 cm là tốt, nếu dày hơn thì không tốt (Tham khảo từ kinh nghiệm cũng như trong tài liệu [3]) Ta thấy, nếu với cách làm bằng kinh nghiệm này thì kết quả vẫn chưa đạt được độ chính xác cao => rủi ro vẫn có thể xảy ra trong quá trình nuôi tôm

1.1.3 Các điều kiện môi trường sống của tôm sú

Theo tài liệu tham khảo [1], [2] và [3], các điều kiện môi trường

sống của tôm sú như sau:

• Nhiệt độ: 150C -> 350C, nhiệt độ tối đa là 250C÷300C

• Độ pH từ 7,5-> 8,5

• Độ mặn 15‰ -> 25‰

• Độ kiềm của nước (hàm lượng Ca2+, Mg2+): 80÷120 mg/l Nếu độ kiềm < 60 mg/l hoặc > 200 mg/l thì tôm sú khó lột xác hoặc không lột xác được

• Hàm lượng O2: tôm sú sống thích hợp với O2 hoà tan từ 3 -> 12 mg/l, nước O2 hoà tan tối ưu để tôm sú phát triển tốt là từ 4 ->

Lưu ý: H2S có độc tính cao khi pH thấp

1.1.4 Các thiết bị hỗ trợ cho hồ nuôi tôm

-Máy quạt nước:

• Cung cấp O2 cho ao nuôi

• Điều hoà nhiệt độ và độ mặn của nước

• Tạo dòng chảy trong hồ

-Máy bơm nước: điều tiết lượng nước trong hồ nuôi

-Máy hút bùn: hỗ trợ cho công việc cải tạo hồ và hút bùn trong giai đoạn nuôi tôm

-Máy sục khí: tăng dưỡng khí cho hồ nuôi trong những trường hợp khẩn cấp

-Máy đo pH, độ mặn, Oxy hoà tan, nhiệt độ: kiểm tra các thông số môi trường của hồ nuôi

-Sàng kiểm tra thức ăn: giúp người nuôi có thể quan sát, kiểm tra trọng lượng tôm, trạng thái của tôm để từ đó có biện pháp xử lý các vấn đề liên quan đến công việc cho tôm ăn

1.1.5 Các chế phẩm sinh học hỗ trợ cho quá trình nuôi tôm

Theo tài kiệu tham khảo [2] và [3], các chế phẩm sinh học hỗ trợ cho quá trình nuôi tôm và công dụng của nó như sau:

• De-Odorase: loại các khí độc trong nước hồ nuôi như NH3,

H2S, NO2…

• Customix 2000: giảm ô nhiễm, hạn chế vi khuẩn gây bệnh cho

• BRF2: giảm ô nhiễm nước

• Saponine: diệt cá dữ trong hồ nuôi

• Stay-C, Baymix: tăng cường sức đề kháng cho tôm

• Neguron: diệt các sinh vật mang virus như tôm tạp, cua, còng…

• Virkon: diệt các vi rút trong nước

• Bi-zym: chữa bệnh đường ruột cho tôm

• Các loại Vitamin A, B1, B2, B6, B12, C, D, E và K: đảm bảo và tăng cường sự sinh trưởng và phát triển tốt cho tôm Tuy nhiên, nhu cầu cho từng loại Vitamin đối với tôm rất thấp, do vậy một số loại Vitamin có tác dụng ngược hay gây ra các phản ứng phụ nếu như lượng Vitamin vượt quá mức cho phép

Ngoài ra, còn có thêm một vài chế phẩm khác hỗ trợ trong quá trình tôm bệnh hay có biểu hiện bất thường

1.1.6 Các hoá chất hỗ trợ cho quá trình nuôi tôm

Theo tài kiệu tham khảo [2] và [3], các hóa chất hỗ trợ cho quá trình nuôi tôm và công dụng của nó như sau:

• Phân NPK – Urê (hoặc phân hữu cơ / Robi): tạo môi trường nước thích hợp

• Cl2, thuốc tím, Formol: diệt khuẩn

• Vôi sống CaO, vôi tôi Ca(OH)2: cải tạo hồ bị nhiễm phèn

• Vôi công nghiệp: làm tăng độ PH, diệt khuẩn

• Dolomite CaMg(CO3)2: tăng độ kềm

1.2 Quy trình nuôi tôm sú

Những bước trong quy trình nuôi tôm sú dưới đây được tổng hợp từ kinh nghiệm thực tế và trong tài liệu [1], [2] và [3] :

Bước 1: Cải tạo hồ và xử lý nước trước khi nuôi

• Cải tạo hồ:

1/ Vét bùn

2/ Đánh vôi khử phèn

3/ Phơi khô từ 5-7 ngày

4/ Bơm nước sạch vào hồ nuôi từ hồ lắng

• Tiền xử lí nước:

1/ Bơm nước “xà hai” vào hồ xử lý (hồ lắng)

Nước “xà hai” là nước ngọt và nước biển

2/ Đánh thuốc diệt tạp và xử lí bẩn

3/ Kiểm tra nước: độ PH, độ kiềm, độ mặn

4/ Sau 24h, bơm nước vào hồ nuôi

Bước 2: Xử lý nước, chọn tôm giống và thả tôm giống

• Xử lý nước trong hồ nuôi:

1/ Kiểm tra mực nước trong hồ nuôi 2/ Xử lý nước để đạt độ chuẩn:

Độ pH : 7,5÷8,5

Độ kiềm : 80÷120mg/l

Độ mặn : 15÷25‰

Nhiệt độ : 25÷30°C

3/ Tạo tảo bằng thuốc hoặc phân hữu cơ

• Mua tôm giống (tôm Poss):

1/ Lấy mẫu ở từng hồ nuôi

2/ Mua tôm giống được nuôi với môi trường nước gần hoặc tương với nước mẫu

3/ Kiểm tra tôm giống đạt tiêu chuẩn nuôi

+Thả một ít tôm giống vào hồ nuôi Quan sát tôm khoảng 30 phút

+Nếu tôm lặn sâu dưới đáy thì tiếp tục thả thêm lượng tôm còn lại Liên tục quan sát và kiểm tra môi trường nước trong khoảng 3-4h kể từ lần thả cuối cùng

+Nếu tôm chạy trên mặt nước thì môi trường nước chưa đảm bảo để nuơi Dừng ngay lại việc thả tôm Chuyển lượng tôm còn lại sang thả ở hồ khác Xử lý lại môi trường nước ở hồ không thích hợp này

Bước 3: Nuôi và chăm sóc tôm

1/ Liên tục kiểm tra nước dưới hồ nuôi: độ PH, độ mặn, nhiệt độ, O2, H2S, NH3…

2/ Quan sát các hiện tượng xảy ra trong hồ => xử lý kịp thời cho hồ nuôi

Việc nuôi và chăm sóc tôm sú được chia thành các giai đoạn sau:

• 2 tuần đầu tiên sau khi thả:

+Cho tôm ăn định kì 3 lần/ngày

+Cho các chế phẩm sinh học chống bệnh

+Cho quạt nước chạy từ 6 ÷8 h/ngày

• Tuần thứ 3+4:

+Cho tôm ăn định kì 3 lần/ngày Quan sát tốc độ ăn của tôm để điều chỉnh lượng thức ăn cho phù hợp

+Cho các chế phẩm sinh học để ngừa bệnh

+Cho quạt nước hoạt động từ 6÷8 h/ngày

+Cho quạt nước hoạt động từ 8h÷18 h/ngày

+Xử lý bẩn dưới đáy hồ bằng cách dùng máy hút bùn

+Kiểm tra lại môi trường dưới nước Xử lý lại hồ cho đạt tiêu chuẩn

+Xác định trọng lượng tôm để biết được mật độ tôm/m2 dày hay mỏng trong hồ Nếu dày thì tỉa bớt tôm nhỏ để đạt được mật độ phù hợp

• Tuần thứ 13÷16: thời kỳ chuẩn bị thu hoạch

Việc cho tôm ăn và phòng ngừa bệnh cũng như các giai đoạn trên

+Cho quạt chạy liên tục từ 18÷24 h/ngày

+Cần tăng thêm lượng kiềm trong hồ ở những thời kì tôm lột vỏ Đây chính là yếu tố quan trọng để tăng trọng lượng của tôm Tuy nhiên, khi làm thay đổi độ kiềm của môi trường cũng được kiểm tra liên tục

+Kiểm tra/quan sát tôm hằng tuần để có thể thu hoạch sớm hoặc muộn

Bước 4: Thu hoạch tôm

• Tuỳ theo thị trường, và môi trường ao nuôi, tình hình sức khỏe của tôm… mà quyết định thu hoạch Trọng lượng tôm lí tưởng khi thu hoạch là>=25g/con

• Thu hoạch tôm bằng phương pháp xả cống hoặc kéo cào (xung điện)

1.3 Những điều kiện tự nhiện ảnh hưởng trực tiếp đến qui trình

-Hồ nuôi bị nhiễm phèn

-Nguồn nước không ổn định, bẩn, nhiều ký sinh vật

-Khí hậu thất thường, mưa, nắng, bão, lụt,…

Những hiện tượng nêu trên là những yếu tố gây cho môi trường nước thay đổi đột ngột, nhiều dịch bệnh-> tôm dể bị sốc, nhiễm bệnh

1.4 Những hiện tượng của con tôm cần được quan tâm

Theo kinh nghiệm và tham khảo từ tài liệu [2] và [3], những hiện tượng cần quan tâm đối với con tôm trong quy trình nuôi tôm sú như sau:

• Tôm ngoi đầu, chạy trên mặt nước

• Khi cho tôm ăn:

+Quan sát trên sàng ăn thấy tôm búng yếu hoặc nằm yên trong sàng

+Hoặc tốc độ ăn của tôm không như dự kiến Tốc độ ăn của tôm được đo lường gần chính xác dựa vào trọng lượng hiện tại của con tôm và thời gian ăn thức ăn của con tôm trong sàng kiểm tra thức ăn (thường được gọi là “nhá” -đây là một dụng cụ cho tôm ăn), có thể tham khảo thêm tài liệu [2] trang 113 và tài liệu [3] trang 70

• Mang của con tôm có màu đen hoặc vàng

• Ruột tôm bị đứt quãng

• Các phụ bộ bị đứt hoặc bị đốm nâu

• Vỏ tôm bị nhớt hoặc có nhiều tảo bám vào

Đây chính là những hiện tượng do môi trường nước gây ra Đó là : sự thay đổi đột ngột của độ pH, độ mặn, nhiệt độ, nồng độ O2 ở trong nước, hàm lượng H2S , hàm lượng NH3 Những sự thay đổi đột ngột này gây sốc trực tiếp cho con tôm sú

*Nhận xét:

Bất cứ trong thời kỳ hay trong giai đoạn nào, hồ nuôi tôm cũng cần liên tục kiểm tra một các kỹ lưỡng các tham số của môi trường nước trong hồ Đó là các thông số : nhiệt độ, pH, độ mặn, độ kiềm, độ trong của nước, làm lượng H2S, hàm lượng NH3 , và O2 Việc kiểm tra này mang tính liên tục

Thêm vào đó, một công việc cũng rất quan trọng trong quy trình nuôi tôm, đó là, luôn quan sát con tôm để phát hiện con tôm có mang mầm bệnh hay không

Ngoài ra, quan sát và kiểm tra tốc độ ăn của con tôm trong bước “

nuôi và chăm sóc tôm ” cũng là một thao tác quan trọng Công việc này

xác định lượng thức ăn cho phù hợp với mật độ tôm, kích cỡ của con tôm và thời gian nuôi

1.5 Những vấn đề cần quan tâm trong qui trình nuôi tôm

Theo kinh nghiệm nuôi trong dân gian và theo tham khảo trong tài liệu [2] và [3] Các vấn đề cần quan tâm trong qui trình nuôi tôm là:

• Độ mặn, độ kiềm, độ pH, nhiệt độâ tăng quá cao hoặc quá thấp, biến đổi đột ngột -> gây “sốc” cho con tôm

• Độ trong của môi trường nước nuôi -> xác định dưỡng khí cho hồ nuôi có đủ hay không?

• Hàm lượng khí H2S , NH3 vượt quá ngưỡng cho phép -> hồ nuôi có độc tính cao (tôm có thể chết)

• Hàm lượng O2 hòa tan chưa đủ

• Thức ăn dư thừa cũng ảnh hưởng đến môi trường nuôi

2 Bài toán cần phải giải quyết trong công nghiệp nuôi tôm sú

Trong công nghiệp nuôi tôm, khu vực nuôi là nơi rộng lớn, riêng biệt với rất nhiều hồ nuôi, thường tập trung ở vùng duyên hải vì nơi đây thuận tiện cho việc lấy nguồn nước Tuy nhiên, với công nghệ nuôi tôm mới thì không còn phân biệt việc nuôi tôm phải tập trung ở vùng duyên hải, mà còn có thể nuôi ở các vùng khác nhau nếu như nguồn nước cho hồ nuôi tốt, đạt tiêu chuẩn

Đối với ngành nuôi tôm ở Việt Nam hiện nay, chủ yếu là dùng phương pháp nuôi bằng kinh nghiệm Do đó, chưa giải quyết một số vấn đề

liên quan đến tính tức thời, tính chính xác trong quy trình nuôi tôm Ngoài

ra, còn một vấn đề khá quan trọng là phòng chữa bệnh cho con tôm trong

giai đoạn “nuôi và chăm sóc”

Bài toán được đưa ra cho ngành công nghiệp nuôi tôm như sau (tổng hợp từ thực tiễn và kinh nghiệm nuôi tôm sú ở Ninh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận, Cần Giờ, Bến Tre; và đồng thời trong tài liệu [2] và [3]):

• Giả sử, khu qui hoạch nuôi tôm sú rộng 65ha, được chia ra thành 100 hồ nuôi Mỗi hồ có kích thước : 100x60 (mxm)

• Một hồ nuôi cần có:

+2 người quản lý

+1 máy bơm nước (8-15 cv)

+1 máy hút bùn

+1 hoặc hai hệ thống quạt nước (mỗi máy có công suất 2,5 kw)

+Hệ thống máy sục khí

+1 máy đo độ pH Nếu không thì sử dụng dung dịch thử để xác định nồng độ pH

+1 thiết bị đo độ mặn Nếu không thì sử dụng khúc xạ kế hoặc đĩa secchi để kiểm tra độ mặn

+Máy đo O2 hoà tan ( DO)

+Máy đo nhiệt độ trong môi trường nước

+Các dung dịch thử NH3 , H2S

+Sàng kiểm tra thức ăn (“nhá”)

+Thuyền nhỏ (trọng tải < 1tấn )

• Cứ 4-5 hồ thì cần một kỹ sư thủy sản

• Thông số cần có cho một hồ nuôi:

Hình 2: Mô tả khu quy hoạch nuôi tôm sú ở Bình Thuận

Như vậy, với khu quy hoạch nuôi tôm sú như trên thì phải cần:

+Số lượng người quản lý: 2x100 = 200 người

+Số lượng kỹ sư thủy sản: 20->25 người

Trong qui trình nuôi tôm sú, các câu hỏi cần thiết được đặt ra như sau:

1-Làm thế nào để giảm nhân công và giảm chi phí nuôi?

2-Làm thế nào giảm sự quan sát, sự kiểm tra của con người và sự

quan sát, kiểm tra phải luôn luôn liên tục trong qui trình nuôi?

3-Làm thế nào điều chỉnh độ trong, độ pH, nhiệt độ và hàm lượng

kiềm, H2S, NH3 một cách nhanh nhất trong môi trường nước nuôi?

4-Làm thế nào để phán đoán tức thời các thông số cho môi trường nước sau khi có các thay đổi về khí hậu, thời tiết, mưa, nắng…

5-Làm thế nào phát hiện được những hiện tượng gây bệnh của tôm?

3 Áp dụng CNTT vào công nghiệp nuôi tôm

Để áp dụng CNTT vào công nghiệp nuôi tôm, ta phải giải quyết các vấn đề mà ngành công nghiệp nuôi tôm đã đưa ra, tức là phải trả lời được các câu hỏi sau:

1-Làm thế nào để giảm nhân công và giảm chi phí nuôi?

2-Làm thế nào giảm sự quan sát, sự kiểm tra trong qui trình nuôi? 3-Làm thế nào điều chỉnh hàm lượng kiềm trong nước nuôi?

4-Làm thế nào để phán đoán tức thời các thông số cho môi trường nước sau khi có các thay đổi về khí hậu, thời tiết, mưa, nắng…

5-Làm thế nào phát hiện được những hiện tượng gây bệnh của tôm?

Trong công nghiệp nuôi tôm hiện nay, người quản lý mỗi hồ nuôi và các kỹ sư thủy sản phải thường xuyên đi quan sát, kiểm tra hồ nuôi và con tôm để phát hiển ra những hiện tượng mà gây sốc, gây bệnh trực tiếp đến con tôm Điều này sẽ khó khăn hơn nếu việc kiểm tra và quan sát phải được thực hiện vào buổi tối, hoặc phải thực hiện trong điều kiện thời tiết khắc

nghiệt như mưa lớn, bão lụt Với những công việc thường xuyên xảy ra như vậy, ta có thể thay thế bằng một thiết bị mà có thể quan sát, kiểm tra các hiện tượng xảy ra tại hồ nuôi Và thông tin cập nhật được có thể cho biết một cách nhanh nhất, chính xác hơn so với việc kiểm tra hay quan sát thủ công của con người

Với diện tích nuôi rộng lớn như bài toán trong mục 2 nêu ra thì ta phải cần 200 người quản lý và 20-25 kỹ sư thủy sản Như vậy, cần phải trả chi phí nhân công rất lớn

Nếu ta xây dựng được một hệ thống điều khiển tập trung thì có thể giảm được số người quản lý cũng như giảm được số kỹ sư thủy sản tham gia

nuôi và chăm sóc Tức là, chúng ta cần có một hệ thống mà có thể cập nhật

thông tin tức thời từ các “Vệ tinh” ở từng hồ nuôi (“Vệ tinh” được xem như là : thiết bị mà có thể quan sát và lấy các thông tin độ pH, độ mặn, nhiệt độ, độ kiềm, hàm lượng O2, hàm lượng NH3 , hàm lượng H2S một cách tức thời và liên tục của hồ nuôi) Như vậy, chỉ cần 1 vài kỹ sư thủy sản thì có thể cập nhật được các thông tin tức thời của toàn bộ các hồ nuôi trong một khu công nghiệp nuôi tôm Đồng thời, hệ thống này cũng phải đưa ra được các

quyết định chính xác từ việc tổng hợp các thông tin tức thời đã cập nhật

Do đó, hệ thống này cần phải giống như một “hệ hỗ trợ ra quyết định” mà

có thể đưa ra các thông tin hỗ trợ giải quyết các hiện tượng xảy ra trong qui trình nuôi tôm Ngành Công Nghệ Thông Tin có thể đưa ra giải pháp để xây dựng hệ thống này Điều này đã phần nào trả lời cho câu hỏi 1 và 2 ở trên Tức là, với việc áp dụng CNTT , ta có thể xây dựng được “Vệ tinh” mà thay thế vai trò của người quản lý hồ nuôi trong việc kiểm tra, quan sát; hơn thế nữa, ngành CNTT cho phép chúng ta xây dựng được phần mềm đáp ứng được yêu cầu hồ trợ ra quyết định cho những người quản lý

Với ý tưởng xây dựng một hệ thống tập trung như đã nêu phía trên, để cập nhật thông tin thì việc xây dựng “Vệ tinh” cho mỗi hồ ra sao? Theo

định nghĩa ở trên, ta có thể hiểu được rằng, “Vệ tinh” chính là thiết bị có

hạn: độ pH, độ mặn, nhiệt độ, độ kiềm, hàm lượng O2, hàm lượng NH3 , hàm lượng H2S) đưa về hệ thống trung tâm xử lý Việc xây dựng thiết bị

“Vệ tinh” này cũng cần có sự hỗ trợ của ngành CNTT Mỗi thiết bị “Vệ tinh” này được xây dựng dựa trên cơ sở lý thuyết “Hệ thống nhúng” của ngành CNTT

Đồng thời, “Vệ tinh” này cũng cần phải có chức năng quan sát các hiện tượng liên quan đến con tôm (các hiện tượng này đã được nêu ở mục 1.4 và 1.5) Công việc quan sát này có thể được thay thế bằng một camara quan sát, thông tin thu giữ được đưa về trực tiếp cho trung tâm xử lý Khi đó, người quản lý hồ nuôi chỉ cần ở trung tâm xử lý mà có thể quan sát cho tất cả các hồ nuôi Như vậy, người quản lý hồ nuôi có thể biết được chính xác tại từng hồ nuôi có hiện tượng gì xảy ra mà liên quan đến hồ nuôi và con tôm Do đó, chỉ cần ở tại trung tâm xử lý, những kỹ sư thủy sản hay những người quản lý hồ nuôi có thể biết được trạng thái của những con tôm

ở từng hồ nuôi Từ đó, rất dể dàng phát hiện bệnh tật của con tôm Ngoài

ra, hệ thống này cũng có thể tiên đoán được các hiện tượng có thể xảy ra đối với con tôm nhờ vào phần mềm “hỗ trợ ra quyết định” Điều này đã trả lời cho câu hỏi 5 ở trên

Các hình đưới đây sẽ mô tả khái quát về toàn bộ hệ thống cần được xây dựng, mô tả chức năng của trung tâm xử ly và mô tả chức năng của các

“Vệ tinh”

Hình 3: Mô tả cho hệ thống cần được xây dựng

Hình 4: Mô tả cho trung tâm xử lý

Hình 5: Mô tả cho một “Vệ tinh”

4 Phạm vi thực hiện đề tài

Theo phần giới thiệu ở trên, qui trình nuôi tôm là một qui trình phức tạp Nó đòi hỏi người quản lý hồ nuôi phải thường xuyên quan sát, theo dõi, kiểm tra hồ nuôi và con tôm một cách liên tục và tức thời Với việc khảo sát

ở trên, chúng ta đã phần nào hiểu rõ được những vấn đề cấp bách mà qui

Hồ nuôi

Độ pHĐộ mặn

Nhiệt độ

Hàm lượng O2

Hàm lượng kiềm

Hàm lượng H2S Hàm lượng NH3

trình nuôi tôm cần thiết Đó là việc thay thế tự động phần nào cho qui trình nuôi tôm

Giải quyết hết các yêu cầu mà ở qui trình nuôi tôm đưa ra là một yêu cầu lớn Cần phải giải quyết trong một khoảng thời gian dài và đòi hỏi nhiều người tham gia Vì vậy, với sự hạn chế về thời gian, chi phí cũng như nhân lực đề tài này chỉ hiện thực “hệ thống cảnh báo và trợ giúp ra quyết định cho các hồ nuôi tôm công nghiệp” Tức là, hệ thống này được xây dụng ở mức giải quyết vấn đề hỗ trợ kiểm tra và ra quyết định

Hiện thực “hệ thống cảnh báo và trợ giúp ra quyết định cho các hồ nuôi tôm công nghiệp” được chia thành hai phần:

• Về phần cứng (hardware): xây dựng “Vệ tinh” và trung tâm xử lý Về việc xây dựng trung tâm xử lý thì dựa vào máy tính cá nhân (máy PC) Đối với đề tài này cần phải xây dựng được “Vệ tinh” Tuy nhiên, tại Việt Nam có sự hạn chế về thiết bị nên việc xây dựng “Vệ tinh” mang tính đơn giản Đối với việc hiện thực “Vệ tinh”, nó sẽ demo được một vài tính năng kiểm tra thông số môi trường nước Các vệ tinh này sẽ thu thập thông tin từ môi trường nước và đưa về trung tâm xử lý Đồng thời sẽ báo động cho người quản lý hồ nuôi biết được các yếu tố môi trường nào có sự thay đổi đột ngột ảnh hưởng đến môi trường nuôi tôm

• Về phần mềm (software): xây dựng phần mềm hỗ trợ ra quyết định Phần mềm này có nhiệm vụ nhận thông tin từ các “Vệ tinh”, xử lý các thông tin này nhằm đưa ra các quyết định tức thời cho người quản lý hồ nuôi Đồng thời nó cũng có chức năng chẩn đoán, cố vấn các vấn đề về xử lý môi trường nuôi tôm, bệnh của con tôm, định lượng thức ăn cho tôm ở từng hồ nuôi

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC ĐỀ TÀI

Hiện nay, trên thế giới cũng như tại Việt Nam, các thiết bị hỗ trợ cho việc đo lường độ pH, độ dẫn điện ( => độ mặn ), H2S, NH3, O2, nhiệt độ đã được bán hay sử dụng chủ yếu ở trong các phòng thí nghiệm, hay là những

cơ quan chuyên ngành Tuy nhiên, mỗi thiết bị này chỉ đo lường cho một hoặc hai tính năng, đồng thời nó chỉ hỗ trợ cho việc đo lường mang tính rời rạc

Trong phần này mô tả sơ lược các thiết bị hỗ trợ cho việc đo lường độ

pH, độ dẫn điện (=> độ mặn), H2S, NH3, O2, nhiệt độ đã xuất hiện tại Việt Nam

1 Máy đo độ pH dùng trong công nghiệp do Phân Vật Lý TpHCM sản xuất

-Độ ẩm tương đối: < 80%

-Nguồn điện: Pin 9V hay nguồn điện lưới

220V AC

-Dòng điện tiêu thụ: 3.5mA

-Độ chính xác:

+pH: +/- 0.02pH +/- 1 số

+mV: +/- 0,02mV +/- 1 số

-Độ phân giải: 0.01 pH hoặc 0.01 mV

-Nhiệt độ định chuẩn: 25oC

-Nhiệt độ hoạt động: 0 – 80oC

-Chỉ thị hết pin: “LOW BAT” xuất hiện

-Kích thước 150x86x30 mm

-Trọng lượng: khoảng 300g

-Điện cực pH: Loại P11 Glass, hiệu SENTEK (Anh)

-Điện cực đo mV/Redox: loại GE 105/Ag-AgCl/Platin (Đức)

-Điện trở đầu vào: 1012 Ohm

-Nhiễu điện từ: Máy được thiết kế chịu được nhiễu điện từ theo tiêu chuẩn 89/336/CE

-Ngõ ra analog: 1mV/1 số đo: Φ = 3.5mm

*Nhận xét:

-Đối với thiết bị đo độ pH như trên mà dùng điện cực pH P11 của hãng SENTEK có những khuyết điểm như sau:

+Phải chuẩn hóa nhiệt độ cho mỗi lần đo

+Không đo một cách liện tục

+Phải bảo quản điện cực một cách an toàn và sạch sẽ sau mỗi lần đo

+Thiết bị chưa cảnh báo hoặc báo động cho người sử dụng biết được sự nguy hại tại những gia trị pH đo được

-Tuy nhiên, thiết bị này đo cũng khá chính xác Có thể áp dụng đo độ

pH trong công nghiệp hay trong phòng thí nghiệm

2 Máy đo độ dẫn điện

2.1 Máy đo độ dẫn điện do Phân Viện Vật Lý TpHCM sản xuất

Sản xuất tại Phòng Điện Tử Ứng Dụng thuộc Phân Viện Vật Lý TpHCM

Các đặc trưng kỹ thuật của máy đo độ dẫn điện:

-Tần số đo: 6 Khz.sinus

-Nhiệt độ chuẩn : 25oC

-Khoảng bù trừ nhiệt độ tự động: 0 -> 60oC

-Ngõ ra analog: 1mV tương ứng với 20 µS/cm để tự động hoá

-Nguồn điện : Pin 9V hoặc điện lưới 220 V AC

*Nhận xét:

-Đối với thiết bị đo độ dẫn điện như trên mà dùng điện cực Graphit có những ưu điểm như sau:

+Có thể chịu đựng tốt trong các điều kiện về hoá chất, nhiệt độ và áp suất

+Thiết bị đo khá ổn định và có tính chính xác cao

+Có thể đo liên tục trong một thời gian dài

+Từ độ dẫn điện ta có thể suy ra được độ mặn của nước

-Tuy nhiên, thiết bị cũng còn có các nhược điểm như sau:

+Thiết bị có thể bị nhiễu từ bên ngoài

+Kết quả hiển thị thay đổi liên tục nên khó cho việc quan sát +Chỉ là một thiết bị kiểm ra lấy kết quả, chưa thể hiện chứng năng cảnh báo

2.2 Máy đo độ dẫn điện Models 125 do Orion Research, Inc sản

-Điện cực: ATC probe

-Nhiệt độ tham khảo: auto 25oC hoặc manual 20oC

-Nhiệt độ đo lường: -5.0 -> 105.0oC

-Nguồn điện: Pin 9V hoặc điện lưới 110V, 220 - 240V AC

-Tự động tắt máy sau 20 phút

-Thời gian sử dụng máy bằng nguồn pin 9V là 45h đối với loại Alkaline Battery hoặc 80h đối với loại Lithium Battery

-Có cổng RS232 để kết nối với máy in và máy tính

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ THỰC HIỆN

ĐỀ TÀI

1 Hệ thống nhúng là gì?

1.1 Khái quát về hệ thống nhúng

Sau năm 1971, hãng Intel giới thiệu họ microprocessor 4004 đầu tiên trên thế giới nhằm thực hiện một vài tính toán đặc biệt bằng hardware, [9] Tiếp sau đó, Intel phát triển họ microprocessor 4004 này một cách tổng quát hơn, việc đọc và thực thi các lệnh ( software ) được chứa trong một bộ nhớ mở rộng Chính nhờ điều này mà hệ thống nhúng ra đời và ngày càng phát triển

Hệ thống nhúng là một hệ thống kết nối giữa phần cứng và phần mềm, và được thiết kế để thực hiện một chức năng đặc biệt nào đó, [9] Hệ thống nhúng thường là một thành phần trong một hệ thống tính toán tổng quát hơn Trong nhiều trường hợp một hệ thống lớn tồn tại nhiều hệ thống nhúng nhỏ hơn và mỗi hệ thống nhúng con này đảm bảo cho một chức năng nào đó của hệ thống tổng quát

Đối với một hệ thống nhúng, phần mềm nhúng được lưu trữ trong memory nhằm hỗ trợ cho các sản phẩm phần cứng thực hiện các chứa năng của một hệ thống nhúng Phần mềm nhúng là một chương trình được viết, được biên dịch trên máy tính và được nạp vào bộ nhớ của processor hay bộ nhớ mở rộng trên phần cứng của hệ thống nhúng Phần mềm nhúng hỗ trợ các chức năng hoàn hảo nhất, phục vụ các nhu cầu của người sử dụng với sự bảo mật về sản phẩm tốt nhất

Mô tả một hệ thống nhúng tổng quát, [9]:

Hình 6: Mô tả một hệ thống nhúng

Memory: bao gồm ROM và RAM ( Ngày nay, người ta thường dùng Flash ROM để thay thế cho ROM) Các phần mềm nhúng thường được nạp lên bộ nhớ ROM của hệ thống hay bộ nhớ ROM của processor RAM là bộ nhớ tạm thời nhằm thực thi và xử lý lệnh hay dữ liệu

Inputs: có thể là những cảm biến (sensors), những đầu đo (probes), các tính hiệu giao tiếp, các nút nhấn (buttons) hay là các rotary/control knob Các thành phần này lấy các dữ liệu input cho hệ thống

Outputs: có thể là màn hình, tín hiệu giao tiếp, … Có chức năng hiển thị dữ liệu output hay là tín hiệu input của hệ thống khác

Processor: có thể có một hoặc nhiều processor trong một hệ thống nhúng Processor là hạt nhân của hệ thống, nó thực hiện tính toán, xử lý lệnh và dữ liệu cho hệ thống, để thực hiện các yêu cầu chức năng của hệ thống

Processor

s Memory

1.2 Ứng dụng của hệ thống nhúng

Trong những năm 80, hệ thống nhúng có vai trò rất lớn trong việc phát triển các thiết bị điện tử như: lò vi ba, tivi, casette, máy photocopy, máy fax, máy in, các hệ thống tín hiệu đèn giao thông, các hệ thống quang báo, v…v Và trong những năm gần đây, số lượng các hệ thống nhúng phát triển khá nhanh, các thiết bị truyền nhận kỹ thuật số, máy quay kỹ thuật số, điện thoại di động, v…v, được xây dựng trên nền tảng hệ thống nhúng Đặc biệt, hiện nay những sản phẩm máy vi tính cầm tay (PDAs) vừa ra đời, cũng được thiết kế dựa trên nền tảng của hệ thống nhúng

2 Hệ hỗ trợ ra quyết định là gì?

2.1 Khái quát hệ hỗ trợ ra quyết định

Vào đầu những năm 70, Scott-Morton đưa ra khái niệm hệ thống hỗ

trợ quyết định (DSS: Decision Support System) như sau: “Hệ thống giao tiếp máy tính, giúp những nhà thực hiện quyết định (decision markets) tận

dụng dữ liệu (data) và các mô hình (models) để giải quyết các vấn đề không

cấu trúc (unstructured problem)”, [8]

Sau đó, vào năm 1978, Keen và Scott-Morton đã đưa ra thêm định

nghĩa về DSS như sau: “Hệ thống hỗ trợ quyết định liên kết nguồn trí tuệ của cá nhân với khả năng của máy tính để nâng cao chất lượng quyết định Nó là một hệ thống hỗ trợ dựa trên máy tính dành cho những nhà thực hiện

quyết định quản lý để giải quyết vấn đề bán cấu trúc”, [8]

Tiến trình ra quyết định là tiến trình chọn lựa mộtt trong nhiều chuỗi

hành động khác nhau nhằm thực hiện một hay nhiều mục tiêu Theo Simon,

1977, tiến trình ra quyết định gồm ba giai đoạn chính: thu thập thông tin,

thiết kế và chọn lọc Sau đó, giai đoạn thứ 4 là giai đoạn áp dụng Và tiến

trình ra quyết định là một tiến trình lặp Các giai đoạn có thể được lặp lại theo chu kỳ phát triển

*Chú ý:

-Vấn đề không cấu trúc (unstructured problem): là vấn đề phức tạp, mù mờ (fuzzy) và không có lời giải chuẩn Tiến trình giải quyết các vấn đề không cấu trúc là tiến trình 3 pha: thu thập thông tin, thiết kế và chọn lựa

-Vấn đề bán cấu trúc (semi-structured problem): là vấn đề mà trong đó có một phần của vấn đề không cấu trúc và có một phần của vấn đề cấu trúc Trong tiến trình giải quyết vấn đề bán cấu trúc có một phần nào đó (không phải tất cả ) các giai đoạn có cấu trúc

2.2 Ứng dụng của hệ hỗ trợ ra quyết định

Hệ hỗ trợ ra quyết định có những lợi điểm sau:

-Tác động chính là sự quyết định, trong đó chỉ có một cấu trúc vừa đủ dành cho máy tính và sự trợ giúp phân tích, nhưng chủ yếu do sự thẩm định của người quản lý

-Lợi điểm là nằm trong việc mở rộng tầm và khả năng của những tiến trình ra quyết định của nhà quản lý được máy tính hoá nhằm giúp họ nâng cao hiệu quả

-DSS có thể cung cấp mộ sự hỗ trợ quyết định trong khoảng thời gian khá ngắn

Nhờ các ưu điểm trên mà hệ hỗ trợ ra quyết định được áp dụng nhiều vào thực tế trong nhiều lĩnh vực như: kinh tế, ngân hàng, tài chính, y khoa, thông tin địa lý, khoa học đời sống,… Chẳng hạn như các hệ thống: phân tích rủi ro (kinh doanh), phân tích và phân phối tài chính (ngân hàng), quy hoạch

kiến trúc (xây dụng), chẩn đoán lâm sàng (y khoa), lập thời khóa biểu (giáo

dục), v…v

3 Giới thiệu về lý thuyết đo lường

3.1 Khái niệm về đo lường

Đo lường là sự so sánh đại lượng chưa biết (đại lượng đo) với đại lượng được chuẩn hoá (đại lượng mẫu hoặc đại lượng chuẩn)

3.2 Đại lượng đo lường

-Trong lĩnh vực đo lường, dựa trên tính chất cơ bản của đại lượng đo, chúng ta phân ra hai loại cơ bản:

+Đại lượng điện +Đại lượng không điện (non electrical) là những đại lượng vật lý, hóa học, sinh học, y học, … không mang đặt trưng của đại lượng điện.hóa

-Tùy thuộc vào từng tính chất cụ thể, của đại lượng đo, chúng ta đặt

ra phương pháp và cách thức đo để từ đó thiết kế và chế tạo thiết bị

đo

3.2.1 Đại lượng điện

Đại lượng điện được phân ra hai dạng:

a) Đại lượng điện tác động

-Đại lượng điện áp, dòng điện, công suất là những đại lượng mang năng lượng điện Khi đo các đại lượng này, bản chất năng lượng điện này sẽ được cung cấp cho các mạch đo Trong trường hợp năng lượng quá lớn, thì được giảm bớt cho phù hợp với mạch đo, thí dụ như phân áp, phân dòng

-Nếu trong trường hợp quá nhỏ thì sẽ khuyết đại đủ lớn cho mạch đó có thể hoạt động được

b) Đại lượng điện thụ động

-Đại lượng điện trở, điện cảm, điện dung, hỗ cảm, … Các đại lượng này không mang năng lượng cho nên phải cung cấp điện áp hoặt dòng điện cho các đại lượng này khi đưa vào mạch đo

-Trong trường hợp này đang là phần tử trong mạch điện đang hoạt động Chúng ta phải quan tâm đến cách thức đo theo yêu cầu Thí dụ như cách thức đo “nóng” nghĩa là do phần tử nầy trong khi mạch đang hoạt động hoặc cách thức đo “nguội” khi phần tử nầy đang ngưng hoạt động ở mỗi cách thức đo sẽ có phương pháp đo riêng

3.2.2 Đại lượng không điện

-Đây là những đại lượng hiện hữu trong đời sống của chúng ta (nhiệt độ, áp suất, trọng lượng, độ ẫm, độ pH, nồng độ, tốc độ, gia tốc….)

-Trong những hệ thống tự động hóa công nghiệp ngày nay, để đo lường và điều khiển tự động hóa các đại lượng không điện nói trên, chúng

ta cần chuyển đổi các đại lượng nói trên sang đại lượng điện bằng những bộ

“chuyển đổi” hoặc cảm biến hoàn chỉnh, thuận lợi, chính xác, tin cậy hơn trong lĩnh vực đo lường và điều khiển tự động

3.3 Chức năng và đặt tính của thiết bị đo

3.3.1 Chức năng của thiết bị đo

-Hầu hết các thiết bị đo có chức năng cung cấp cho chúng ta kết quả

đo được đại lượng đang khảo sát Kết quả này được chỉ thị hoặc được ghi lại trong suốt quá trình đo hoặc được dùng để tự động điều khiển đại lượng đang được đo

-Thí du: trong hệ thống điều khiển nhiệt độ, máy đo nhiệt độ có nhiệm vụ đo và ghi lại kết quả đo của hệ thống đang hoạt động và giúp cho hệ thống Xử lý và điều khiển tự động theo thông số nhiệt độ

-Nói chung thiết bị đo lường có chức năng quan trọng là kiểm tra sự hoạt động của hệ thống tự động điều khiển, nghĩa là ”đo lường quá trình” trong công nghiệp

3.3.2 Đặt tính của thiết bị đo lường

-Với nhiều cách thức đo đa dạng khác nhau cho nhiều đại lượng có những đặt tính riêng biệt, một cách tổng quát chúng ta có thể phân biệt 2 dạng thiết bị đo phụ thuộc vào đặt tính

-Thí dụ: để đo độ dẫn điện chúng ta dùng thiết bị đo dòng điện thuần túy điện là micro ampe kế hoặc mili ampe kế

-Nhưng nếu chúng ta dùng thiết bị đo có sự kết hợp mạch điện tử để

đo độ dẫn điện thì lúc bấy giờ phải biến đổi dòng điện đo thành điện áp đo Sau đó, mạch đo điện tử đo dòng điện dưới dạng điện áp

-Như vậy, chúng ta có đặt tính khác nhau giữa “thiết bị đo điện” và

“thiết bị đo điện tử”

-Hoặc có những thiết bị đo chỉ thị kết quả bằng “kim chỉ thị” (thiết bị

đo dạng analog) hiện nay thiết bị đo thị bằng” hiệu số” (thiết bị đo dạng digital) Đây cũng là một đặt tính phân biệt của thiết bị đo

-Ngoài ra, thiết bị đo lường còn mang đặt tính của một thiết bị điện tử (nếu là thiết bị đo điện tử) như: tổng trở nhập cao, độ nhạy cao, hệ số khuếch đại ổn định và có độ tin cậy đảm bảo cho kết quả đo

-Còn có thêm chức năng, truyền và nhập tín hiệu “đo lường từ xa” Đây cũng là môn học quan trọng trong lĩnh vực “đo lường điều khiển từ xa”

3.4 Chuẩn hóa trong đo lường

3.4.1 Cấp chuẩn hóa

-Khi sử dụng thiết bị đo lường, chúng ta mong muốn thiết bị được

“chuẩn hóa” khi được xuất xưởng nghĩa là đã được chuẩn hóa với thiết bị

“đo lường chuẩn” Việt chuẩn hóa thiết bị đo lường được xác định theo 4 cấp như sau:

+Cấp 1 - “Chuẩn quốc tế”: Các thiết bị đo lường cấp chuẩn

quốc tế, được thực hiện định chuẩn tại “trung tâm đo lường quốc tế” đặt tại Paris Các thiết bị đo lường chuẩn hóa cấp 1 này, theo định kì, được đánh giá kiểm tra theo trị đo tuyệt đối của các đơn vị cơ bản vật

lí được hội nghị quốc tế về đo lường giới thiệu và chấp nhận được

+Cấp 2 - “Chuẩn quốc gia”: Các thiết bị đo lường tại các

“Viện định chuẩn quốc gia” ở các quốc gia khác nhau trên thế giới Các thiết bị này cũng được chuẩn hóa theo “Chuẩn quốc tế” và các thiết bị đo lường được chuẩn hóa tại các “viện định chuẩn quốc gia”

+Cấp 3 - “Chuẩn khu vực”: Trong một quốc gia có thể có

nhiều “trung tâm định chuẩn” cho từng khu vực Các thiết bị đo lường tại các trung tâm này đương nhiên phải mang chuẩn quốc gia Những thiết bị được đo lường, được định chuẩn tại các “trung tâm định chuẩn” này, sẽ mang chuẩn khu vực

+Cấp 4 - “Chuẩn phòng thí nghiệm”: Trong từng khu vực

chuẩn hóa sẽ có những phòng thí nghiệm được công nhận để chuẩn hóa các thiết bị được dùng trong sản xuất công nghiệp Như vậy, các thiết bị được chuẩn hóa tại các phòng thí nghiệm này sẽ có “chuẩn hóa của phòng thí nghiệm”

-Do đó, các thiết bị đo lường khi được sản xuất ra được chuẩn hóa tại cấp nào thì sẽ mang chất lượng tiêu chuẩn đo lường của cấp đó

-Các thiết bị đo lường tại các trung tâm đo lường, viện định chuẩn quốc gia, thì phải được chuẩn hóa và mang cấp cao hơn thí dụ phòng thí nghiệm phải trang bị các thiết bị đo lường có tiêu chuẩn của “chuẩn vùng” hoặc “chuẩn quốc gia” Còn các thiết bị đo lường tại viện định chuẩn quốc gia phải có chuẩn quốc tế

-Ngoài ra theo định kỳ được đặt ra phải được kiểm tra và chuẩn hóa lại các thiết bị đo lường

3.4.2 Cấp chính xác của thiết bị đo

Sau khi được xuất xưởng chế tạo, thiết bị đo lường sẽ được kiểm nghiệm chất lượng, được chuẩn hóa theo cấp tương ứng như đã đề cập ở trên, và sẽ được phòng thí nghiệm định cho cấp chính xác sau khi được xác định sai số cho từng tầm đo của thiết bị Do đó, khi sử dụng thiết bị đo lường, chúng ta nên quan tâm đến cấp chính xác của thiết bị đo được ghi

3.5 Chất lượng của đo lường

3.5.1 Đặc tính của cách thức đo

Sự hiểu biết về đặc tính của cách thức đo rất cần thiết cho phần lớn việc chọn lựa thiết bị đo thích hợp cho công việc đo lường Nó bao gồm hai đặc tính cơ bản:

-Một số đặc tính dược diễn tả như sau:

+ Mức độ chính xác (sai số)

+ Độ phân giải: Khoảng chia nhỏ nhất thiết bị đo đáp ứng được

+ Độ nhạy

+ Độ sai biệt của trị số đo được về trị số tin cậy được

+ Trị số đo chấp nhận được qua xác suất của trị đo