Luận văn thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển quá trình bảo quản nông sản dạng hạt

luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-

-

ðÀO VĂN SƠN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ðIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN NÔNG SẢN DẠNG HẠT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: ðiện khí hóa sản xuất nông nghiệp và nông thôn

Mã số : 60.52.54

Người hướng dẫn khoa học: TS LƯU HỒNG VIỆT

HÀ NỘI, 2011

Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuậtẦẦẦ ii

LỜI CAM đOAN

Tôi xin cam ựoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ựược sử dụng ựể bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam ựoan rằng mọi sự giúp ựỡ cho việc thực hiện luận văn này ựã ựược cảm ơn và các thông tin trắch dẫn trong luận văn ựều ựã ựược chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2011

Người cam ựoan

đào Văn Sơn

Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuậtẦẦẦ iii

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn ựến những người thân trong gia ựình, bạn bè

và ựồng nghiệp ựã ựộng viên, cổ vũ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu khoa học Nếu không có những sự giúp ựỡ này thì chỉ với sự cố gắng của bản thân tôi sẽ không thể thu ựược những kết quả như mong ựợi

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2011

Người cảm ơn

đào Văn Sơn

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… iv

MỤC LỤC Giới thiệu ñề tài 2

Chương 1 Kỹ thuật bảo quản nông sản dạng hạt 4

1.1 Phương pháp bảo quản nông sản dạng hạt 4

1.1.1 Phương pháp bảo quản ở trạng thái thoáng 4

1.1.2 Phương pháp bảo quản ở trạng thái kín 5

1.1.3 Phương pháp bảo quản ở trạng thái lạnh 6

1.1.4 Phương pháp bảo quản bằng hóa học 6

1.2 Kho bảo quản 7

1.2.1 Khái niệm 7

1.2.2 Yêu cầu kỹ thuật 7

1.2.3 Phân loại kho 8

1.3 Kỹ thuật bảo quản thóc 9

1.3.1 Kho bảo quản và các vật tư, thiết bị 9

1.3.2 Quy trình bảo quản 10

Chương 2 Cơ sở hệ thống giám sát và ñiều khiển 15

2.1 Mô hình phân cấp của hệ thống 15

2.2 Các chế ñộ truyền dẫn 17

2.2.1 Truyền dẫn song song và truyền dẫn nối tiếp 17

2.2.2 Truyền ñồng bộ và truyền không ñồng bộ 18

2.2.3 Truyền ñơn công, bán song công và truyền song công 22

2.3 Các phương pháp truy nhập ñường truyền 24

2.3.1 Master/Slave 24

2.3.2 Token Passing 24

2.3.3 CSMA/ CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 26

2.3.4 CSMA/ CA (Carrier Sense Multiple with Collision Avoidance) 27

2.4 Các phương thức truyền dẫn tín hiệu 28

2.4.1 Truyền dẫn không cân bằng (Unbalanced) 28

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… v

2.4.2 Truyền dẫn cân bằng (Balanced) 29

2.4.3 Vấn ñề trở ñầu cuối 30

2.5 Các chuẩn thông tin nối tiếp 30

2.5.1 Chuẩn truyền tin RS232 30

2.5.2 Chuẩn truyền tin RS422 34

2.5.3 Chuẩn truyền tin RS485 36

Chương 3 Thiết kế và thực thi hệ thống 39

3.1 Mô hình hệ thống ñiều khiển nhiệt ñộ, ñộ ẩm 39

3.1.1 Bộ ñiều khiển 40

3.1.2 Thiết bị ño 42

3.2 Thiết kế và thực thi phần cứng 45

3.2.1 Khối nguồn 46

3.2.2 Khối vi ñiều khiển trung tâm 47

3.2.3 Khối hiển thị LCD 49

3.2.4 Khối chuyển ñổi tín hiệu UART - RS485 49

3.2.5 Mạch chuyển ñổi RS232/RS485 50

3.2.6 Mạch ñiều khiển On/Off 51

3.2.7 Hình ảnh mạch ñiện tử sau khi hoàn thành 52

3.3 Thiết kế phần mềm 52

3.3.1 Truyền thông nối tiếp không ñồng bộ với AVR (UART) 52

3.3.2 Phần mềm nhúng cho vi ñiều khiển 60

3.3.3 Phần mềm giao diện giám sát ñiều khiển 63

Kết luận và hướng phát triển 70

Tài liệu tham khảo 71

Phụ lục 72

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… vi

DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1 Mô hình kiểu song song một cửa hút khí 11

Hình 1 2 Mô hình kiểu song song 2 cửa hút khí 12

Hình 1.3 Mô hình kiểu xương cá dùng cho các loại kho 12

Hình 2.1 Mô hình phân cấp của hệ thống thông tin công nghiệp 15

Hình 2.2 Truyền song song có bắt tay 18

Hình 2.3 Truyền số liệu nối tiếp 18

Hình 2.4 ðịnh dạng khung truyền ở chế ñộ truyền không ñồng bộ 22

Hình 2.5 Truyền dẫn ñơn công 23

Hình 2.6 Truyền bán song công 23

Hình 2.7 Truyền dẫn song công 23

Hình 2.8 Truy cập Master/Slave 24

Hình 2.9 Cấu trúc khung Token 25

Hình 2.10 Phương pháp truy cập Token Ring (IEEE8-2.4) 25

Hình 2.11 Phương pháp truy nhập Token bus(IEEE802.5) 25

Hình 2.12 Nhiều trạm cùng gửi thông tin lên Bus 26

Hình 2.13 Các thông báo bị huỷ bỏ 26

Hình 2.14 Trạm n1 gửi thông báo 27

Hình 2.15 Nguyên lí của CSMA/CA 28

Hình 2.16 Truyền tín hiệu không cân bằng 29

Hình 2.17 Truyền tín hiệu cân bằng 30

Hình 2.18 Kết nối giữa DTE và DCE 31

Hình 2.19 Biểu diễn các mức logic trong RS232 31

Hình 2.20 Kết nối ở cổng RS232 không có phần cứng bắt tay 32

Hình 2.21 Bắt tay bằng phần mềm sử dụng X-ON và X-OFF 33

Hình 2.22 Các ñường dẫn bắt tay ñược sử dụng khi truyền dữ liệu 33

Hình 2.23 Ghép nối ñể truyền thông có bắt tay qua cổng RS232 34

Hình 2.24 Biểu diễn mức logic trong RS422 35

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… vii

Hình 2.25 Hoạt ñộng của RS422 35

Hình 2.26 Quy ñịnh về mức logic trong RS485 37

Hình 2.27 Cấu hình RS485 3 dây 37

Hình 2.28 Cấu hình RS485 5 dây 38

Hình 3.1 Sơ ñồ khối của hệ thống 39

Hình 3.2 Sơ ñồ khối mô hình ñiều khiển nhiệt ñộ, ñộ ẩm 40

Hình 3.3 Sơ ñồ chi tiết chân vi ñiều khiển ATmega16 40

Hình 3.4 Chip SHT1x 42

Hình 3.5 Sơ ñồ khối cấu trúc chip SHT1x 43

Hình 3.6 Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của chip SHT1x 43

Hình 3.7 Trình tự "Transmission Start" 43

Hình 3.8 Trình tự khởi ñộng lại kết nối 43

Hình 3.9 Sơ ñồ nguyên lý khối nguồn 46

Hình 3.10 IC 7805 46

Hình 3.11 Sơ ñồ nguyên lý khối vi ñiều khiển trung tâm 47

Hình 3.12 Sơ ñồ nguyên lý kết nối vi ñiều khiển với mạch nạp 47

Hình 3.13 Sơ ñồ nguyên lý mạch nạp AVR910 USB 48

Hình 3.14 Sơ ñồ nguyên lý khối truyền tín hiệu tới rơle ñiều khiển On/Off 48

Hình 3.15 Sơ ñồ nguyên lý khối hiển thị 49

Hình 3.16 Sơ ñồ nguyên lý khối chuyển ñổi tín hiệu UART - RS485 50

Hình 3.17 Sơ ñồ nguyên lý chuyển ñổi RS232/RS485 50

Hình 3.18 Sơ ñồ chân của IC Max232 50

Hình 3.19 Sơ ñồ chân của IC Max485 51

Hình 3.20 Sơ ñồ nguyên lý mạch rơle ñiều khiển On/Off 51

Hình 3.21 Bộ ñiều khiển và ñầu ño nhiệt ñộ, ñộ ẩm 52

Hình 3.22 Thanh ghi UDR 53

Hình 3.23 Thanh ghi UCSRA 53

Hình 3.24 Thanh ghi UCSRB 54

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… viii

Hình 3.25 Thanh ghi UCSRC 55

Hình 3.26 Thanh ghi UBRRL và UBRRH 57

Hình 3.27 Lưu ñồ thuật toán cho vi ñiều khiển 62

Hình 3.28 Lưu ñồ thuật toán chương trình giao diện 63

Hình 3.29 Cửa sổ khi chạy chương trình giao diện 64

Hình 3.30 Cửa sổ thông báo khi kết nối thành công với trạm ño 65

Hình 3.31 Cửa sổ chương trình làm việc ở chế ñộ tự ñộng 66

Hình 3.32 Cửa sổ cài ñặt các thông số 67

Hình 3.33 Cửa sổ vẽ ñồ thị nhiệt ñộ và ñộ ẩm ño 68

Hình 3.34 Bảng cơ sở dữ liệu 69

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… ix

DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1 ðịnh nghĩa các chân tín hiệu của RS232 32

Bảng 2.2 Thông số cơ bản của RS485 36

Bảng 3.1 Danh sách mã lệnh của SHT1x 44

Bảng 3.2 Hệ số chuyển ñổi ñộ ẩm 44

Bảng 3.3 Hệ số chuyển ñổi nhiệt ñộ 44

Bảng 3.4 Hệ số chuyển ñổi nhiệt ñộ của ñộ ẩm 45

Bảng 3.5 Chọn kiểm tra parity 56

Bảng 3.6 ðộ dài dữ liệu truyền 56

Bảng 3.7 Tính tốc ñộ baud 57

Bảng 3.8 Một số tốc ñộ baud mẫu 58

Bảng 3.9 Cấu trúc khung lệnh gửi yêu cầu 60

Bảng 3.10 Cấu trúc khung lệnh trả lời 60

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 2

Giới thiệu ñề tài

Ngày nay khi nền nông nghiệp phát triển mạnh, sản phẩm tạo ra ngày càng phong phú thì nhu cầu lưu trữ hàng hóa trong các kho lưu hàng càng nhiều Việc kiểm soát nhiệt ñộ, ñộ ẩm khi bảo quản, lưu trữ các sản phẩm công - nông nghiệp trong các kho chứa hàng là rất quan trọng Thông thường với các loại hàng hóa ñược lưu trữ, nhiệt ñộ, ñộ ẩm trong phòng lưu trữ phải luôn duy trì ở 1 mức nhất ñịnh Ở nước ta nhiều gian hàng bảo quản vẫn làm theo các phương pháp thủ công như cán bộ kỹ thuật tiến hành ño ñạc, sau ñó ñưa ra các giải pháp

ñể tăng hoặc giảm nhiệt ñộ, ñộ ẩm theo yêu cầu

Cũng giống như trên, trong các phòng thí nghiệm, trong bệnh viện, trong các nhà kính trồng cây cảnh, trong các khu sản xuất rau sạch kỹ thuật viên cũng cần giám sát nhiệt ñộ, ñộ ẩm, ánh sáng

Với các phương pháp thủ công, chúng ta sẽ mất rất nhiều thời gian và công sức mà công việc lại không hiệu quả Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, chúng ta ñã và ñang ñưa tự ñộng hóa vào từng ngõ ngách

trong cuộc sống Chính vì thế, chúng tôi quyết ñịnh chọn ñề tài: Thiết kế hệ thống giám sát và ñiều khiển quá trình bảo quản nông sản dạng hạt Với sản

phẩm chế tạo ñược chúng ta có thể ño ñược nhiệt ñộ, ñộ ẩm và có thể thu thập

dữ liệu về máy tính, từ ñó ñưa ra các biện pháp xử lý thích hợp Không giống như các thiết bị ño nhiệt ñộ, ñộ ẩm thông thường, sản phẩm không chỉ ñơn thuần

là thiết bị hiển thị số liệu ño ñược mà nó có thể kết nối với nhau thành mạng và truyền nhận dữ liệu từ máy tính theo chuẩn RS-485 Với một máy tính PC, một người ñiều hành có thể giám sát nhiều ñiểm ño khác nhau trên diện rộng

ðặc biệt trong các kho tàng cất giữ hàng hóa, thóc gạo, các ñiểm bảo quản máy móc, vũ khí, ñạn dược v.v thì vấn ñề ño nhiệt ñộ, ñộ ẩm của môi trường không khí là rất cần thiết

ða số các ñầu ño, thiết bị ño nhiệt ñộ và ñộ ẩm có tính thông minh hiện hành sử dụng một số chip vi xử lý và phần mềm ñể thiết bị có một số chức năng

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 3

tự chỉnh ñịnh và suy diễn Các hệ thống ño truyền xa thường lấy chuẩn truyền tương tự 4-20mA, 0-10V hoặc truyền số theo chuẩn nối tiếp RS232/RS485 Các thiết bị ñầu ño này mua của nước ngoài, giá thành cao

Với giới hạn của ñề tài, chúng tôi nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị

ño nhiệt ñộ, ñộ ẩm và ñưa ra giải pháp kết nối thiết bị với giao diện giám sát ñiều khiển theo chuẩn RS485, các lựa chọn như sau:

- Chúng tôi lựa chọn chip ATmega16 thuộc họ AVR là sản phẩm do công

ty Atmel (Na uy) sản xuất ñể phát triển thiết bị ño nhiệt ñộ, ñộ ẩm ATmega16

có khả năng xử lý hỗn hợp dữ liệu tương tự và số Nó cho ta khả năng phát triển các sản phẩm mới nhanh, dễ dàng mở rộng các chức năng mới sau này Công nghệ này cho nhiều giải pháp lựa chọn và hỗ trợ cho ña dạng ứng dụng từ ño lường, xử lý, ñiều khiển, truyền thông, kết nối mạng trên cùng một chip với giá thành thấp

- Lựa chọn chip sensor SHTxx của hãng Sensirion ñể ño nhiệt ñộ, ñộ ẩm ðây là chip có các chỉ tiêu kỹ thuật và giá cả phù hợp

Có thể ñặt tối ña và nối mạng 32 thiết bị với máy tính Thiết bị hoạt ñộng rất ñơn giản: Tất cả ñã ñược thiết kế và lập trình trong chip ATmega16 Thiết bị

tự ñộng lấy tín hiệu từ ñầu ño, tính toán rồi hiển thị thông số nhiệt ñộ, ñộ ẩm trên màn hình LCD Số liệu ñược cập nhật và ñược truyền ñi xa Khi cần lấy số liệu, người giám sát chỉ việc bật máy tính tại một trung tâm và vào chương trình

ñể nhận số liệu từ các màn hình LCD ñó Ngoài ra, nó còn tự ñộng lưu giữ thông tin ño ñược vào cơ sở dữ liệu, giúp người quản lí biết ñược và ñiều chỉnh nhiệt

ñộ của kho thóc bằng hệ thống quạt gió hoặc hút ẩm ra ngoài

Ngoài việc ño nhiệt ñộ, ñộ ẩm ở kho thóc, sản phẩm này còn có thể tự ñộng ño, kiểm tra các thông số trên tại kho nông phẩm, dược phẩm, vũ khí, trang thiết bị công nghiệp và bệnh viện, phòng thí nghiệm

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 4

Mặt khác, hệ thống còn có thể ứng dụng vào các quy trình sản xuất nông nghiệp công nghệ cao như: tự ñộng hoá tưới cây trong các nhà kính trồng hoa, trong các khu sản xuất rau sạch, trang trại trồng nấm

Chương 1 Kỹ thuật bảo quản nông sản dạng hạt 1.1 Phương pháp bảo quản nông sản dạng hạt

1.1.1 Phương pháp bảo quản ở trạng thái thoáng

Bảo quản ở trạng thái thoáng là ñể khối nông sản tiếp xúc dễ dàng với môi trường không khí bên ngoài nhằm ñiều chỉnh nhiệt ñộ, ñộ ẩm của khối nông sản thích hợp Phương pháp này thường ñược áp dụng ñể bảo quản hạt Bảo quản ở trạng thái thoáng ñòi hỏi phải có hệ thống kho vừa thoáng, vừa kín nhờ

hệ thống thông hơi, thoáng gió hợp lý Khi nhiệt ñộ và ñộ ẩm của khối hạt cao hơn so với không khí bên ngoài thì tiến hành thông gió tự nhiên hay cưỡng bức

ñể tận dụng không khí khô và lạnh ở bên trong vào Ngược lại, khi nhiệt ñộ và

ñộ ẩm ở ngoài không khí cao hơn trong kho phải ñóng kín kho ñể ngăn ngừa không cho không khí nóng và ẩm thâm nhập vào kho

Thông gió tự nhiên là hoàn toàn lợi dụng thiên nhiên ñể thông gió, bằng cách mở thông các cửa kho ñể cho không khí khô và lạnh ở ngoài vào kho ðây

là phương pháp tương ñối ñơn giản, rẻ tiền nhưng phải tính toán nắm ñúng thời

cơ thì thông gió mới có lợi

Thông gió cưỡng bức là thổi một luồng không khí ñi qua khối hạt, nhờ ñó

sẽ làm thay ñổi ñộ ẩm, nhiệt ñộ và thành phần khí có trong hạt ðể ñạt ñược mục ñích làm giảm ñộ ẩm và nhiệt ñộ hạt, lượng không khí thổi vào kho phải thỏa mãn các ñiều kiện sau:

- Không khí phải sạch không làm ô nhiễm khối hạt

- Cần ñảm bảo ñủ lượng không khí ñể thực hiện mục ñích giảm nhiệt ñộ

và ñộ ẩm

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 5

- Chỉ thổi không khí vào khối hạt khi ñộ ẩm tương ñối của không khí ngoài trời thấp nghĩa là sau khi thổi khí thì ñộ ẩm của khối hạt giảm xuống

- Không khí phải ñược quạt ñều trong toàn bộ khối hạt Nếu không ñều thì những chỗ không ñược quạt ñủ yêu cầu ñộ ẩm của hạt vẫn cao lại thêm lượng oxy tạo ñiều kiện cho hạt hô hấp mạnh, vi sinh vật và côn trùng phát triển nhanh hơn

Phương pháp thông gió tự nhiên ðây là phương pháp hoàn thiện, rẻ tiền,

dễ cơ khí hóa, ñược áp dụng phổ biến trong các kho bảo quản hạt Tuy nhiên khi

ñộ ẩm hạt quá cao thì áp dụng cả hai phương pháp này ñều không thỏa mãn

1.1.2 Phương pháp bảo quản ở trạng thái kín

Mọi hoạt ñộng sống trong khối sản phẩm ñều cần có oxy ñể hô hấp Lợi dụng tính chất này người ta cách ly khối sản phẩm với môi trường không khí xung quanh bằng cách bảo quản kín hoặc nạp vào khối sản phẩm một thứ khí khác không phải oxy rồi ñóng kín lại ðể tạo ñiều kiện không có oxy người ta có thể sử dụng hai cách: ñể cho lượng CO2 tích tụ lại và lượng O2 mất dần trong quá trình hô hấp hoặc cho thêm CO2 hay N2 nhưng chủ yếu là CO2

Phương pháp này có ưu ñiểm:

- Tiêu diệt hoàn toàn các loại vi sinh vật và côn trùng ñồng thời không cho vi sinh vật và côn trùng xâm nhập từ bên ngoài vào

- Nếu hạt khô thì vi sinh vật không hoạt ñộng ñược, hiện tượng tự bốc nóng không xảy ra, tuy nhiên hạt vẫn tiếp tục hô hấp yếm khí làm cho ñộ axit trong hạt vẫn tăng

- Không khí ngoài trời không xâm nhập vào khối hạt nên ñộ ẩm hạt không tăng

- Tiết kiệm ñược sức lao ñộng và thời gian cần ñảo ñống hạt

Nhược ñiểm:

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 6

- Phương pháp này chỉ áp dụng bảo quản hạt làm thức ăn cho người và gia súc không thể bảo quản hạt giống vì làm mất khả năng nảy mầm của hạt

- Kết cấu kho khá phức tạp và ñắt tiền

1.1.3 Phương pháp bảo quản ở trạng thái lạnh

Nguyên tắc của phương pháp này là hạ thấp nhiệt ñộ của khối sản phẩm xuống một mức ñộ nhất ñịnh ñể làm suy yếu hoặc tê liệt mọi hoạt ñộng sống trong khối sản phẩm, do ñó sản phẩm sẽ bảo quản ñược lâu mà không bị hư hỏng ðể thực hiện phương pháp này người ta có nhiều cách, song có hai cách phổ biến là làm lạnh tự nhiên và làm lạnh nhân tạo

- Làm lạnh tự nhiên là lợi dụng nhiệt ñộ thấp của không khí trong môi trường bảo quản ñể hạ thấp nhiệt ñộ của sản phẩm thông qua phương pháp thông gió tự nhiên hay cưỡng bức Phương pháp này thường áp dụng ñể bảo quản hạt

- Làm lạnh nhân tạo là sử dụng những phòng lạnh, kho lạnh hoặc kho có ñiều hòa nhiệt ñộ ñể giữ cho nhiệt ñộ sản phẩm luôn ở một giá trị thích hợp Phương pháp này thường ñược áp dụng ñể bảo quản hạt, thịt, sữa và một số loại rau quả tươi

1.1.4 Phương pháp bảo quản bằng hóa học

Thực chất của phương pháp này là dùng thuốc hóa học ñể kìm hãm những hoạt ñộng sống của khối nông sản và do tính ñộc của hóa chất mà vi sinh vật và côn trùng bị tiêu diệt

ðây là phương pháp có hiệu quả cao ngày càng ñược sử dụng rộng rãi với qui mô lớn Khi sử dụng các loại thuốc hóa học ñể bảo quản phải ñảm bảo yêu cầu triệt ñể bảo vệ sức khỏe cho con người, không ảnh hưởng ñến chất lượng sản phẩm

Tùy theo từng loại sản phẩm mà sử dụng thuốc và nồng ñộ cho thích hợp

- ðối với các loại hạt thường dụng Cloropicrin, Bekafot,

- ðối với rau quả thường dùng anhydric sunfuaro, axit sorbic, axit boric,

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 7

- ðối với các loại củ ñể chống nảy mầm sớm thường dùng M-1 (estemetyl), M-2 (estedimetyl)

Phương pháp này có nhược ñiểm là giảm khả năng tự ñề kháng của nông sản, ñôi khi cũng có ảnh hưởng ñến sức khỏe của người sử dụng

1.2 Kho bảo quản

lí tốt các tiêu chuẩn về phẩm chất từ khi thu hoạch cho ñến khi nhập kho Muốn ñạt ñược những yêu cầu về phẩm chất cần phải thu hoạch nông sản ñúng ñộ chín, lựa chọn phân loại ñúng tiêu chuẩn qui ñịnh; kiểm tra phẩm chất ban ñầu, chú ý tới các chỉ tiêu ñộ sạch, ñộ ẩm, mức ñộ nhiễm sâu bệnh và thành phần dinh dưỡng; trong quá trình vận chuyển phải hết sức chú ý ngăn ngừa các yếu tố

có thể gây hư hỏng do tác ñộng cơ học như: gẫy vỡ, dập nát,

1.2.2 Yêu cầu kỹ thuật

ðể bảo quản nông sản ñược lâu với mức ñộ hao hụt thấp nhất, khi xây dựng kho cần ñảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau ñây:

- Có ñủ dung tích ñể chứa hết khối lượng sản phẩm cần lưu trữ

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 8

- Kho cần phải ñược xây dựng trên ñịa bàn cao ráo, thoáng mát, dễ thoát nước

- Kết cấu kho phải ñảm bảo ñược các yêu cầu trong bảo quản như cách nhiệt, cách ẩm, tránh tạo ñiều kiện cho côn trùng phát triển và loài gậm nhấm ñục khoét, ñồng thời phải tạo ñiều kiện thuận lợi cho công tác kiểm tra và xử lý

sự cố, tiện lợi cho việc diệt trừ vi sinh vật và côn trùng

- Phải có hệ thống trang bị ñể sơ chế trước khi nhập kho hoặc xử lý các sự

cố không bình thường xảy ra trong kho như: thiết bị làm sạch, sấy, thông gió, ñặc biệt là phải có các phương tiện vận chuyển ñể cơ khí hóa việc bốc dỡ xuất, nhập kho

- Có hệ thống ñảm bảo an toàn về ñiện và hỏa hoạn

1.2.3 Phân loại kho

1.2.3.1 Kho cơ giới

- Kho cơ giới không có thiết bị sơ chế, dùng ñể bảo quản hạt Trong kho

có trang bị một gầu tải và hai băng tải ñể cơ khí hóa việc xuất nhập kho, một quạt cao áp ñể thông gió cưỡng bức khi khối hạt trong kho bị bốc nóng

Hạt ñược gầu tải ñưa từ dưới lên rót vào băng tải ñặt trên nóc, chạy suốt chiều dài kho Trên từng ñoạn băng tải có thiết bị gạt hạt xuống từng ô kho một Hạt ñược lấy ra dưới ñáy nghiêng cũng bằng băng tải chạy dọc kho

Khối hạt trong kho ñược thông gió cưỡng bức khi cần thiết bằng một hệ thống ống thổi không khí ñặt trên mặt nền, theo chiều ngang Ống phân phối làm bằng thép, có lỗ về phía trên Trên miệng lỗ ñặt tấm chắn ñể không khí ñi ra hai bên và hạt không rơi vào ống Không khí ñược nén và thổi vào hệ thống ñường ống bằng quạt cao áp

- Kho cơ giới có thiết bị sơ chế Thiết bị sơ chế ở ñây gồm có lò sấy, sàng tách tạp chất và một số thiết bị khác ñể thực hiện việc bốc dỡ, vận chuyển, xuất nhập kho hoặc xử lý những biến cố bất lợi như bốc nóng, côn trùng phát triển

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 9

nhanh Loại kho này có thể hoàn thành tất cả các quá trình cần thiết trong quá trình bảo quản

1.2.3.2 Kho xi lô

Kho xi lô thường ñược dùng ñể bảo quản hạt Cấu tạo kho gồm có một số ống hình trụ (xi lô) cao khoảng 30 ÷ 35m, làm bằng kim loại hoặc bê tông cốt thép, ñáy có dạng hình chóp Hạt ñược ñưa lên cao bằng gầu tải và ñi tới các xi

lô bằng băng tải, lấy hạt ra ở ñây và vận chuyển ñi bằng băng tải khác

Trên từng ñoạn ống, theo chiều cao có các ống dẫn không khí thổi vào hạt

ñể ñiều chỉnh nhiệt ñộ và ñộ ẩm của hạt Việc theo dõi nhiệt ñộ ở kho ñược thực hiện tự ñộng hóa bằng cách cắm các nhiệt kế, nhiệt kế ño từ xa vào giữa các xi

lô ở nhiều ñộ cao khác nhau, thường 5 ÷ 7 m ñặt một chiếc

Hiện nay, phần lớn các kho xi lô ñược giải quyết tự ñộng hoàn toàn Trong kho ñược trang bị các quạt thông gió, lò sấy, hệ thống vận chuyển xuất nhập kho và ñảo hạt, Hệ thống này liên quan mật thiết với các dữ kiện và các thông số mà con người ñã lập sẵn theo chương trình như: nhiệt ñộ và ñộ ẩm hạt, nhiệt ñộ và ñộ ẩm không khí xung quanh Nhờ thiết bị ñiện tử và hệ thống máy tính chương trình làm việc của kho này tự ñộng hóa hoàn toàn Dung lượng kho

là 20000 tấn chỉ cần 1 ÷ 2 người làm việc và bảo vệ kho

Kho xi lô vốn ñầu tư xây dựng cao nhưng hiệu quả kinh tế lại rất lớn do giảm ñược hư hỏng sản phẩm và giảm chi phí lao ñộng

1.3 Kỹ thuật bảo quản thóc

1.3.1 Kho bảo quản và các vật tư, thiết bị

1.3.1.1 Kho bảo quản:

Thóc bảo quản ñổ rời trong ñiều kiện áp suất thấp có thể triển khai trong tất cả các loại hình kho hiện có của hệ thống kho dự trữ (kho cuốn, kho A1, kho tiệp )

Kho dùng bảo quản thóc phải ñảm bảo các ñiều kiện sau:

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 10

- Nền kho cao ráo, trần tường không bị thấm dột, nước mưa không hắt vào trong kho

- Mặt nền kho và tường trong của kho ñảm bảo phẳng, nhẵn, không bị ngưng tụ ẩm

- ðảm bảo thoáng khí ñồng thời giữ ñược kín khi thời tiết diễn biến bất lợi

- Ngăn ngừa ñược sự lây nhiễm hoặc xâm nhập của côn trùng, chim, chuột gây hại

- Ống hút khí: Dùng ñể chuyển dòng khí trong khối thóc ra ngoài Ống hút khí thường làm từ ống nhựa PVC cứng; một ñầu ống nối với ống dẫn khí bằng cút thu, phần ống bên ngoài lô thóc tạo thành cửa hút khí dài khoảng 30 cm

có gắn van khóa khí cách cửa hút từ 10 cm ñến 15 cm Cửa hút khí có ñường kính phù hợp ñảm bảo ñộ kín khít khi nối với thiết bị hút khí Tùy theo kích thước kho và khối lượng thóc chứa có thể bố trí một hoặc hai cửa hút khí cho một lô thóc

Hệ thống ống dẫn, hút khí ñảm bảo không bị gãy, bẹp và biến dạng dưới tác ñộng của quá trình nhập, xuất, bảo quản; dễ gia công (cắt, khoan lỗ, ghép nối )

1.3.2 Quy trình bảo quản

1.3.2.1 Bố trí lắp ñặt ống dẫn khí và ống hút khí

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 11

Tuỳ thuộc vị trí ñặt các ống hút khí và các ống dẫn khí, có thể lắp ñặt trước khi ñổ thóc hoặc sau khi thóc ñược ñổ tới ñộ cao ñã ñịnh rồi lắp ñặt

- Các ống dẫn khí và ống hút khí có thể lắp ñặt trong phạm vi 1/3 chiều cao phía dưới lô thóc Số lượng ống dẫn khí và ống hút khí tuỳ thuộc vào kích thước loại hình kho tương ứng với khối lượng thóc nhập

Có 2 kiểu ñặt ống dẫn khí: Kiểu song song và kiểu xương cá

+ Kiểu song song: Các ống dẫn khí ñược ñặt song song với tường kho hướng ra phía cửa ðộ dài mỗi ống nhỏ hơn chiều dài lô thóc 2 m (cách tường mỗi ñầu 1 m) Ống hút khí ñặt cách tường bên từ 1 m ñến 1,5 m, các ống cách nhau khoảng 3 m

+ Kiểu xương cá (ít phổ biến hơn): Yêu cầu các ống ñược lắp ñặt phân bổ tương ñối ñều theo mặt phẳng ngang

- Lắp ñặt ống hút, tạo cửa hút khí: Ống hút khí ñược nối thông với ống dẫn khí bằng cút thu Lắp van khóa khí vào phần ống hút ở phần ngoài lô cách cửa hút từ 10 cm ñến 15 cm Các lô thóc có tích lượng từ 200 tấn trở lên có thể

bố trí hai cửa hút khí ñể tiện cho việc hút khí giải phóng nhiệt, ẩm ra khỏi lô thóc trong quá trình bảo quản

Mô hình hệ thống ống dẫn, hút khí trong các kho

Hình 1.1 Mô hình kiểu song song một cửa hút khí

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 12

Hình 1 2 Mô hình kiểu song song 2 cửa hút khí

Hình 1.3 Mô hình kiểu xương cá dùng cho các loại kho

1.3.2.2 Hút khí trong quá trình bảo quản

- Ba tháng ñầu bảo quản: Hút khí lô thóc ñạt chênh lệch cột nước trên áp

kế là 100 mm và thường xuyên duy trì áp suất âm trong lô thóc tối thiểu là 10

mm cột nước (tương ñương áp suất âm 100 Pa)

- Từ tháng thứ tư ñến tháng thứ chín: Khi mực nước trở về thăng bằng thì sau 3 ngày hút lại một lần tới áp suất âm 1000 Pa

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 13

- Các tháng tiếp theo: Khi mực nước trở về thăng bằng thì cứ sau 7 ngày tiếp tục hút lại một lần như trên

1.3.2.3 Diệt trùng thóc bảo quản trong ñiều kiện áp suất thấp

Trong cả chu kỳ bảo quản (khoảng thời gian từ lúc nhập tới lúc xuất kho): Tối ña chỉ tiến hành một lần biện pháp phòng ngừa, trừ diệt sâu mọt hại bằng hóa chất Tùy thuộc khả năng, mức ñộ phát sinh phát triển của sâu hại ñể lựa chọn loại hóa chất, thời ñiểm xử lý phù hợp:

- Hoặc sử dụng dạng thuốc tiếp xúc phun trộn cho khối hạt từ thời ñiểm nhập kho ñến trước khi phủ kín lô thóc;

- Hoặc xử lý bằng thuốc Bảo vệ thực vật dạng xông hơi khi phát hiện có sâu mọt phát triển trong quá trình bảo quản Xử lý bằng xông hơi phải ñảm bảo thời gian ủ thuốc ít nhất 5 ngày Danh mục thuốc và liều lượng sử dụng theo quy ñịnh

- Hàng tháng theo dõi, ghi chép các chỉ số nhiệt ñộ, ñộ ẩm không khí bên ngoài và trong lô thóc; trước mỗi lần hút khí ghi chép mức ñộ chênh lệch cột nước

- Hàng quý lấy mẫu và phân tích ñánh giá chất lượng thóc theo các chỉ tiêu: Cảm quan, ñộ ẩm, tỷ lệ hạt vàng Riêng tỷ lệ xay xát, chất lượng nấu nướng, chỉ tiêu dinh dưỡng thực hiện trong trường hợp cần thiết theo yêu cầu

Ba tháng ñầu, mỗi tháng lấy mẫu xác ñịnh ñộ ẩm một lần

- Xử lý chống ñọng sương, chống mốc trong quá trình bảo quản: ðề phòng nhiệt ñộ môi trường xuống thấp ñột ngột, trước khi có gió lạnh tiến hành ñóng kín các cửa kho (cửa thông gió và cửa ra vào), tìm các biện pháp làm tăng nhiệt ñộ trong ngăn kho ñồng thời tăng cường hút khí nóng, ẩm từ trong khối thóc ra ngoài Trường hợp phát hiện lô thóc có hiện tượng bốc nóng ñiểm, tại các ñiểm lấy mẫu tuơng ứng trên bề mặt lô thóc cắm các ống hút khí và nối với máy hút khí, tăng cường hút khí Thường xuyên kiểm tra, kịp thời xử lý không

ñể trình trạng ñọng sương kéo dài gây men mốc Trường hợp thóc có hiện tượng

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 14

bị mốc, phải chuyển ngay số thóc mốc ra ngoài xử lý ñồng thời áp dụng các biện pháp kỹ thuật ñể ñưa khối thóc về trạng thái an toàn

1.3.2.4 ðiều kiện nhiệt ñộ, ñộ ẩm trong bảo quản thóc

Lúa mới gặt ñộ ẩm thường là 25- 27% Phơi trong nắng nhẹ ñể rút ñộ ẩm còn 18% trong nắng thứ nhất, sang nắng thứ hai còn 12% là ñạt

Nên phơi trong nắng nhẹ Trong trường hợp nắng gắt thì phải có những biện pháp ñể làm giảm nhiệt ñộ sân phơi Chẳng hạn như phơi ở sàn ñất có trải lưới cước thay vì sàn gạch, xi măng Vì hạt có thể bị chết khi nhiệt ñộ lên ñến 42- 45 ñộ C

Khi lúa ñạt ñộ ẩm 12% thì không vô bao liền mà ñể nguội ít nhất là 6 giờ Trong các yếu tố ảnh hưởng ñến chất lượng hạt giống, ẩm ñộ hạt và nhiệt ñộ không khí là quan trọng nhất Hạt càng khô, nhiệt ñộ không khí càng mát thì tuổi thọ giống càng cao

Bảo quản số lượng ít ở nông hộ: Có thể bảo quản trong lu, hạt, cót, bao hoặc thùng tôn có nắp ñậy Lúa phải thật khô 12- 13% ẩm ñộ ðịnh kỳ nắng ráo ñem ra phơi lại

Kiểm tra ñịnh kì 15 ngày/lần ðộ ẩm dưới 14%, nhiệt ñộ<35o C, mật ñộ côn trùng 10 ñến 20 con/kg Kiểm tra nhiệt ñộ: cắn hạt giòn, ñanh, cảm giác bàn tay lúa lạo xạo => ðộ ẩm <14%

Kết luận chương 1, từ những nội dung trình bày trên chúng tôi ñi ñến việc chọn thiết kế hệ thống gồm yêu cầu sau: Thiết kế hệ thống kiểm soát nhiệt ñộ trong kho chứa thóc không vượt quá 35o C, ñộ ẩm < 14%

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 15

Chương 2 Cơ sở hệ thống giám sát và ñiều khiển 2.1 Mô hình phân cấp của hệ thống

Hình 2.1 Mô hình phân cấp của hệ thống thông tin công nghiệp

ðể sắp xếp, phân loại và phân tích ñặc trưng các hệ thống thông tin công nghiệp, người ta dựa vào mô hình phân cấp cho các công ty, xí nghiệp sản xuất Với loại mô hình này, các chức năng ñược phân thành nhiều cấp khác nhau, như minh hoạ ở hình 2.1

Ở các cấp dưới, các chức năng mang tính cơ bản và ñòi hỏi yêu cầu cao

về ñộ nhanh nhạy, thời gian phản ứng Một chức năng ở cấp trên ñược thực hiện dựa trên các chức năng cấp dưới, tuy không ñòi hỏi thời gian phản ứng nhanh như ở cấp dưới, nhưng ngược lại lượng thông tin cần trao ñổi xử lý lại lớn hơn nhiều Có thể coi ñây là một mô hình phân cấp chức năng cho cả hệ thống tự ñộng hóa nói chung cũng như hệ thống truyền thông công nhiệp nói riêng của một công ty

Thiết bị và chức năng của từng cấp bao gồm:

Cấp chấp hành: Bao gồm các thiết bị cảm biến, cơ cấu chấp hành, các thiết bị trường thông minh Có chức năng cảm nhận ñối tượng ño chuyển ñổi chúng thành ñại lượng ñiện hoặc mạng thông tin về ñiện rồi gửi lên cấp ñiều

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 16

khiển, ñồng thời thực hiện việc ñiều khiển từ cấp trên truyền xuống Việc kết nối các thiết bị ở cấp này với nhau và với các thiết bị ở cấp ñiều khiển ñược thực hiện nhờ hệ thống Bus trường hoặc kết nối trực tiếp theo các tiêu chuẩn về dòng hoặc áp ñã ñược quy ñịnh

Cấp ñiều khiển: Bao gồm các máy tính ñiều khiển (CPU, IP, PLC), các Module vào ra Thực hiện việc ghép nối trạm vận hành với dây chuyền công nghệ thông qua các Module cấp nguồn Module xử lý tín hiệu Các Module ñiều khiển ñược ñặt riêng rẽ có khả năng thực hiện các chức năng thu nhập số liệu, ñiều khiển dây truyền thông qua các ghép nối vào ra Ngoài ra còn thực hiện chức năng ñiều khiển cơ sở, ñiểu khiển logic, tổng hợp dữ liệu, bảo vệ thiết

bị và quan sát tại hiện trường

Cấp ñiều khiển và giám sát: (ñiều khiển quá trình)

Cấp này bao gồm:

- Trạm thiết kế kỹ thuật (EWS Engineering WorkStation): Thực hiện các chức năng như thiết kế, ñịnh nghĩa các thiết bị kết nối trong hệ thống EWS thực hiện ñược chức năng phân vùng quản lí hệ thống Máy tính thực hiện chức năng của EWS có thể dùng chung với trạm vận hành có thể dùng riêng EWS có thể là máy tính công nghiệp hoặc là máy tính thông thường ñược cài ñặt các phần mềm chuyên dụng phục vụ cho hệ thống quản lí Thực chất khi cần mở rộng công nghệ thì trạm EWS chính là công cụ ñắc lực ñể thực hiện

- Trạm vận hành (OS- Operating Station): Thực hiện chức năng giao diện người máy (HMI- Human Interface Station), bao gồm các máy tính cá nhân (PC), màn hình chuyên dụng có khả năng hiển thị các thông tin của hệ thống

Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 17

- Tối ưu hố quá trình (Process Optimization) về mặt chất lượng, năng lượng tiêu thụ

- Xử lí các sự kiện sự cố (Event and Alarm Horling)

- Chuẩn đốn quá trình (Process Diagnosis)

- Bảo tồn hệ thống (System Safety)

Cấp quản lí: Cấp quản lí bao gồm quản lí kỹ thuật và quản lí kinh tế Cấp này bao gồm các máy tính cơng ty được nối mạng với nhau Hệ thống này cĩ thể nối với máy tính ở xa theo mạng Internet

Chức năng của quản lí kỹ thuật: Quản lí tình trạng hoạt động của các thiết

bị trong hệ thống, kịp thời đưa ra các cảnh báo giúp người quản lí hệ thống

Chức năng của quản lí kinh tế: Theo dõi đánh giá kết quả sản xuất Lập

kế hoạch sản xuất dựa vào tình trạng thiết bị Tính tốn tối ưu hố sản xuất Tính tốn giá thành lãi suất…

2.2 Các chế độ truyền dẫn

2.2.1 Truyền dẫn song song và truyền dẫn nối tiếp

2.2.1.1 Truyền song song

Là truyền đồng thời một nhĩm bít trên đường truyền Phương pháp truyền này được dùng phổ biến trong các hệ thống Bus bên trong máy tính, truyền số liệu giữa máy tính và máy in, truyền số liệu giữa các thiết bị cơng nghiệp… Ưu điểm của phương pháp truyền này là tốc độ truyền nhanh nhưng nhược điểm là đối với các đường truyền dài thì chi phí cho đường dây là quá đắt, khơng thích hợp với các đường truyền xa

Mơ tả về truyền song song được trình bày trên hình 2.2

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 18

Hình 2.2 Truyền song song có bắt tay

2.2.1.2 Truyền nối tiếp

Trong phương pháp truyền này các bit ñược truyền ñi tuần tự nối tiếp nhau, ưu ñiểm của phương pháp này là tiết kiệm dây dẫn ñặc biệt khi thực hiện việc truyền thông trên khoảng cách xa, ñây là phương pháp truyền chủ yếu ñược

áp dụng trong các hệ thống truyền thông công nghiệp hiện nay Nhược ñiểm của phương pháp này là dung lượng truyền bị hạn chế

Hình 2.3 Truyền số liệu nối tiếp

2.2.2 Truyền ñồng bộ và truyền không ñồng bộ

2.2.2.1 Truyền ñồng bộ

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 19

Trong chế ñộ truyền ñồng bộ các trạm thu phát tín hiệu hoạt ñộng chung nhịp Clock, ưu ñiểm của phương pháp này là tốc ñộ nhanh

Các vấn ñề ñồng bộ trong hệ thống truyền số liệu:

Các trạm phát, thu truyền tin qua một môi trường và chúng thường ở xa nhau Bên phát và bên thu ñều có một tín hiệu giữ nhịp (clock) Mỗi tín hiệu nhịp ñược tạo ra nhờ một bộ dao ñộng riêng, từ tín hiệu nhịp, người ta tạo ra tất

cả các tín hiệu giữ nhịp cho mọi hoạt ñộng của bên phát và bên thu Tức là nhịp ñưa tín hiệu ra và nhịp ñưa tín hiệu vào ñược quyết ñịnh bởi các xung nhịp này Nếu tần số làm việc của hai nhịp khác nhau (fT ≠ fR), khi ñó thông tin phía nhận

sẽ khác thông tin phía thu, vậy phải có fT = fR Theo nguyên lý tín hiệu số, ñiểm lấy mẫu tín hiệu phải nằm giữa ñộ rộng của xung nhận ñược Nếu khác pha thì

dù cùng tần số cũng làm cho ñiểm lấy mẫu tín hiệu bị dịch chuyển dẫn ñến sai

số Vậy yêu cầu 2 clock phải cùng tần số và cùng pha (fT = fR , PT = PR )

Nếu ñảm bảo ñược ñiều này ta nói ñã ñồng bộ ñược dao ñộng chủ của bên phát và bên thu Ở phía bên thu phải nhận biết ñược các sự kiện về việc xuất hiện/kết thúc một bản tin, một ñoạn tin và một tin (ñồng bộ sự kiện)

Hai bộ tạo sóng chủ không ñồng bộ với nhau là do: mọi bộ dao ñộng ñều

có ñộ ổn ñịnh với tần số xác ñịnh, ñộ ổn ñịnh này phụ thuộc vào rất nhiều nguyên nhân khác nhau mà chủ yếu là sự thay ñổi của môi trường Người ta thống kê nếu dùng bộ dao ñộng RC thì ñộ ổn ñịnh không vợt quá 10-3, nếu dùng

bộ dao ñộng thạch anh thì ñộ ổn ñịnh không vượt quá 10-6 còn nếu sử dụng hốc cộng hưởng hạt nhân thì ñộ ổn ñịnh không thể vượt quá 10-12 rõ ràng không thể

có hai bộ dao ñộng có tần số bằng nhau trong thời gian ñủ lớn

Sai lệch về tần số luôn dẫn ñến sự sai lệch về pha Thực tế ñặc tính của ñường truyền luôn thay ñổi theo thời gian và theo môi trường bên ngoài, do ñó pha của sóng truyền ñến bên thu là luôn thay ñổi Người ta gọi hiện tượng này là hiện tượng rung pha của sóng tới Sóng tới thì pha rung còn ở phía thu thì ta cố

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 20

làm cho pha cố ñịnh hoặc nếu có rung thì cũng khác sự rung pha sóng tới Do ñó luôn luôn có sự sai pha

Tín hiệu ñến máy thu có thể có cả giá trị 0, có thể có cả giá trị 1, cho nên phía máy thu không thể biết ñược khi nào có một sự kiện nếu như không có quy ñịnh cụ thể về sự kiện ñến máy thu

Thực tế trong mọi giao thức truyền ñầy có các quy ñịnh hết sức chặt chẽ

về sự kiện, việc ñồng bộ sư kiện ñược giải quyết bằng các giao thức Tuy nhiên còn có vấn ñề là nếu như ta không nhận ñược các tín hiệu ñồng bộ sự kiện ta phải giải quyết ở khâu nhận bit cho ñúng mà không phải giải quyết ñồng bộ ở khâu sự kiện

Sai khác nhịp của các kênh vào: Nằm trong bản chất của việc dồn kênh và phân kênh, vấn ñề này không giải quyết bằng ñồng bộ mà giải quyết bằng một

cơ chế phối hợp Trong cơ chế này, người ta thường tổ chức dồn kênh với kênh vào có tần số max, sau ñó người ta sẽ thêm những thông tin phụ vào những kênh

có tần số thấp hơn ðể phía thu có thể tách ñược những thông tin phụ này, trong các tin phụ sẽ có 1 bit ñặc biệt (chính xác là tin nào cũng phải có 1 bit ñặc biệt -

ví dụ truyền 8 bit phải thêm 1 bit ñặc biệt)

Cách phối hợp thứ 2 là phối hợp thống kê hay dồn kênh thống kê, trong phương pháp này người ta không coi kênh vào là có cùng quyền chiếm kênh ra như nhau mà kênh có tần số cao sẽ chiếm nhiều lát thời gian hơn, các vấn ñề nảy sinh là phải nhận dạng kênh có tần số cao hơn Thường ta hay giải quyết bằng một cơ chế quản lý FIFO Mỗi kênh vào dùng một bộ nhớ ñệm mà khi bộ nhớ ñệm ñã ñầy ta thêm khe cho nó, ở phía thu không phải cứ khe thứ nhất là của kênh thứ nhất, do vậy ta không biết khe thời gian nào của kênh nào ñể tách ra, nếu gửi thêm số kênh vào cùng với tin sẽ rất cồng kềnh, trong trường hợp này người ta sử dụng kênh riêng ñể giải quyết vấn ñề này

Vấn ñề lọt thông tin: Do bộ nhớ ñệm ñầy quá, hoặc không chứa thông tin trong nó, vấn ñế lọt qua không xẩy ra ở những hệ làm việc vào và tốc ñộ ra là

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 21

luôn cố ñịnh Lọt qua sẽ xẩy ra ở những hệ làm việc không trong thời gian thực

và việc xuất hiện những cuộc truyền tin là hoàn toàn ngẫu nhiên ðể giải quyết vấn ñề lọt qua người ta buộc phải làm một số phép toán thống kê về tần suất xuất hiện các cuộc truyền tin, dung lượng của mỗi cuộc truyền tin, từ ñó tính toán ra dung lượng bộ nhớ ñệm sao cho sự lọt qua có thể chấp nhận ñược với một yêu cầu cụ thể nào ñó

Phương pháp ñồng bộ hoá

- Truyền xung ñồng bộ ñến máy thu

Tuy ñường truyền tin và ñường truyền ñồng bộ là riêng biệt, nhưng với các ñường truyền tin tốc ñộ cao vẫn có sự rung pha ðối với ñường truyền tin xa

là rất tốn kém Phương án ñồng bộ ñược thực hiện bằng cách từ clock phía phát, ñưa ñến một mạch ñặc biệt và trộn vào ñường truyền tín hiệu Người ta chỉ truyền vết của xung ñồng bộ chứ không phải truyền toàn bộ xung nhịp Có mạch hồi phục xung ñồng bộ Phương án này vẫn có sai số của bộ trộn và bộ phục hồi nhưng giá rẻ ñi nhiều và ta vẫn ñạt ñược ñộ chính xác nhất ñịnh

- Dùng các máy thu có khả năng bám tín hiệu ñồng bộ

Trong dữ liệu truyền có những tín hiệu ñồng bộ bởi những nhịp lặp lại của thông tin, trong dữ liệu chứa tín hiệu ñồng bộ Máy thu chỉ cần chỉ cần tách ra nhịp thông tin và ñiều kiển bộ dao ñộng chủ của nó sao cho nhịp thông tin nó quyết ñịnh trùng với nhịp dữ liệu nhận ñược Lúc này có thể coi hai dao ñộng là trùng nhau Nguyên lý này ñược dùng hết sức phổ biến trong hệ thống truyền tin hiện nay, nhưng có nhược ñiểm là phải mất ít nhất 1, 2 nhịp bit ta mới bám ñược ñồng bộ Việc bám ñồng bộ này chỉ gần ñúng, tách sai rồi sửa sai Nếu như ñường truyền bị mất liên lạc do một lý do nào ñó thì ta lại coi như bắt ñầu lại từ ñầu Thường ñể ñảm bảo ñộ tin cậy tốt trong truyền tin, ta thường kết hợp các phương pháp ñồng bộ với việc truyền gói hoặc truyền tin không ñồng bộ

Trong nguyên lý bám ñồng bộ thường dùng VCO - Voltage Controler Oscilator - Bộ dao ñộng có thể ñiều khiển bằng ñiện áp Tần số của bộ dao ñộng

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 22

có thể thay ñổi khi thay ñổi ñiện áp trên một cửa nào ñó Cả mạch này gọi là PLL - Phase Lock Loop Từ hai nguyên lý trên - truyền số liệu sử dụng các phương thức ñồng bộ có tên sau ñây:

Chế ñộ ñịnh thời phụ: Trong nguyên lý này không có ñồng bộ, mỗi trạm làm việc có chủ sóng riêng Nguyên lý VCO bao giờ cũng ñược thực hiện Phương án này chỉ dùng cho những ñường truyền có ñộ tin cậy thấp, thời gian làm việc ngắn

Chế ñộ ñồng bộ tương hỗ: Trong chế ñộ này cứ từng cặp trạm gửi tín hiệu ñồng bộ cho nhau

ðồng bộ cưỡng bức: Toàn bộ mạng lưới ñược ñồng bộ bởi một chủ sóng theo nguyên lý gửi xung ñồng bộ từ chủ sóng, trong chế ñộ này có thể có những ñường truyền dài ngắn khác nhau dẫn ñến sai số Thường trong trường hợp này người ta sẽ chọn cách truyền xung ñồng bộ ñi Chế ñộ ñồng bộ cưỡng bức ñược dùng ở các trạm viễn thông vì những trạm này truyền tin với tốc ñộ khá cao và làm việc trong thời gian dài

2.2.2.2 Truyền không ñồng bộ

Trong chế ñộ truyền này các trạm thu phát không cùng nhịp Clock việc phát hiện ra nội dung dữ liệu ñược thực hiện thông qua các bit ñánh dấu có trong các byte truyền

Ví dụ về ñịnh dạng khung dữ liệu với các bít Start và Stop

Hình 2.4 ðịnh dạng khung truyền ở chế ñộ truyền không ñồng bộ

2.2.3 Truyền ñơn công, bán song công và truyền song công

2.2.3.1 Truyền dẫn ñơn công (simplex)

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 23

Hình 2.5 Truyền dẫn ñơn công

Trong chế ñộ truyền dẫn này tín hiệu truyền chỉ theo một hướng và không truyền ngược lại

2.2.3.2 Truyền bán song công (half-duplex)

Hình 2.6 Truyền bán song công

Trong chế ñộ truyền này tín hiệu có thể ñược truyền theo hai chiều nhưng tại mỗi thời ñiểm chỉ ñược truyền theo một chiều nhất ñịnh Chẳng hạn tại thời ñiểm t1 nào ñó thì trạm A ñược truyền tín hiệu tời trạm B và khi ñó trạm B không truyền ñược tới trạm A, chỉ khi việc truyền ñến trạm B kết thúc thì trạm B mới ñược truyền

2.2.3.3 Truyền song công (full-duplex)

Chế ñộ truyền này cho phép tín hiệu ñược truyền ñồng thời theo hai chiều Thích hợp với các hệ thống mạng ñòi hỏi truyền thông tin với tốc ñộ cao

Hình 2.7 Truyền dẫn song công

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 24

2.3 Các phương pháp truy nhập ñường truyền

2.3.2 Token Passing

Cấu trúc của một token như hình 2.9 trong ñó DA là ñịa chỉ ñích, SA là ñịa chỉ

nguồn Start là byte khởi ñầu ñánh dấu sự bắt ñầu của khung token

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 25

Hình 2.9 Cấu trúc khung Token

Token Passing là 1 khung truyền có cấu trúc ñặc biệt với các thông tin dữ liệu chính, nó ñược sử dụng như thẻ bài có thể tác dụng trao quyền gửi thông tin khi một trạm nào ñó có ñược thẻ bào này Việc gửi thẻ bài ñược thực hiện theo 1 chu trình ñịnh sẵn ðối với các mạng có cấu trúc khép kín người ta ñưa ra khái niệm Token ring

Hình 2.10 Phương pháp truy cập Token Ring (IEEE8-2.4)

Trong các mạng có cấu trúc Bus, nếu ứng dụng phương pháp token người

ta gọi ñó là Token bus, sơ ñồ nguyên lý của phương pháp truy cập này ñược trình bày trên hình 2.11

Hình 2.11 Phương pháp truy nhập Token bus(IEEE802.5)

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 26

Một trạm ñang giữ Token không những có quyền giữ thông tin ñi mà còn

có thể kiểm soát thông tin của các trạm khác Nếu thấy trạm chuẩn bị nhận Token bị lỗi nó sẽ không giữ Token cho trạm này, hoặc nếu token không ñược gửi (có nghĩa là trạm token bị lỗi) thì 1 trạm nào ñó sẽ tự tạo ra token ñể ñảm bảo hoạt ñộng của hệ thống là thông suốt

2.3.3 CSMA/ CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

Trong phương pháp này, các trạm ñều ñược truy nhập ñường truyền mà không có 1 sự kiểm soát nào Nguyên tắc hoạt ñộng ñược mô tả như sau:

- Mỗi trạm ñều cảm nhận ñường truyền (carier sense), chỉ khi ñường truyền rỗi thì mới ñược truyền thông tin trên ñó

- Do ñộ trễ của sự lan truyền mà vẫn xảy ra trường hợp lặp 2 hay nhiều trạm cùng ñưa thông tin lên ñường truyền (hình 2.12) và khi phát các trạm này vẫn phải cảm nhận xem có xảy ra xung ñột không (Collision Detection)

Hình 2.12 Nhiều trạm cùng gửi thông tin lên Bus

- Khi hai hay hiều trạm nhận cùng ñưa thông tin lên ñường truyền (tức xung ñột xảy ra) thì các trạm này ñều phải huỷ bỏ bản tin gửi của mình

Hình 2.13 Các thông báo bị huỷ bỏ

- Chờ trong thời gian ngẫu nhiên các trạm này sẽ gửi lại thông báo

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 27

Hình 2.14 Trạm n1 gửi thông báo

Thực tế việc phát hiện xung ñột ñược thực hiện bằng cách so sánh tín hiệu phát và tín hiệu phản hồi Nếu nội dung phát và nội dụng nhận ñược là khác nhau trong trường hợp này xung ñột ñã xảy ra, các trạm này lập tức ngừng phát,

và các trạm nhận thì không nhận ñược byte kết thúc của khung truyền nên coi như thông báo này bị huỷ bỏ

Ưu ñiểm của phương pháp này là ñơn giản và linh hoạt nhưng không phù hợp với các hệ thống mạng cấp thấp do tính không ổn ñịnh về thời gian ñáp ứng

Phương pháp này ñược ứng dụng trong mạng Ethernet IEEE 802.3

2.3.4 CSMA/ CA (Carrier Sense Multiple with Collision Avoidance)

Phương pháp này cũng giống phương pháp CSMA/CD, nhưng chúng sử dụng phương pháp mã hoá bit thích hợp ñể khi xảy ra xung ñột 1 tín hiệu này sẽ lấn át tín hiệu kiểm tra Chẳng hạn:

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 28

Hình 2.15 Nguyên lí của CSMA/CA

Phương pháp này ra ñời ñã cải thiện ñược tính năng thời gian thực của phương pháp CSMA/CD

2.4 Các phương thức truyền dẫn tín hiệu

2.4.1 Truyền dẫn không cân bằng (Unbalanced)

Trong truyền số liệu theo phương thức không cân bằng, tín hiệu truyền dạng áp trên một dây, tín hiệu áp trên dây này ñược so sánh với ñất ñể thể hiện trạng thái logic (0 và 1) Việc truyền tín hiệu trên "n" kênh sẽ cần "n" dây tín hiệu và thêm một dây ñất chung

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 29

Hình 2.16 Truyền tín hiệu không cân bằng

S- là thiết bị gửi tin

R- là thiết bị nhận tin

Phương thức truyền số liệu này khiến cho khả năng chống nhiễu kém do tín hiệu truyền so sánh với ñất, có nhiều nguyên nhân gây ra nhiễu như: sự chênh lệch ñiện áp ñất so với các tín hiệu truyền trên các kênh khác nhau, do tác ñộng của môi trường xung quanh nhiễu xuyên kim

2.4.2 Truyền dẫn cân bằng (Balanced)

Truyền số liệu theo phương thức cân bằng: ðây là kiểu truyền tín hiệu vi sai, sự sai khác tín hiệu giữa hai dây dẫn (trên một kênh truyền) sẽ biểu diễn trạng thái logic (0 và 1) Khi có sự tác ñộng của nhiễu ñến kênh truyền này thì

nó tác ñộng ñến ñồng thời hai dây của kênh truyền và như vậy nhiễu sẽ bị triệt tiêu dẫn ñến số liệu truyền trong hệ thống không bị sai lệch Chính vì khả năng chống nhiễu tốt mà phương thức truyền số liệu này ñược ứng dụng trong các hệ thống truyền tin với khoảng cách lớn và tốc ñộ cao

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 30

Hình 2.17 Truyền tín hiệu cân bằng

2.4.3 Vấn ñề trở ñầu cuối

Vấn ñề phối hợp trở kháng trên ñường dây truyền thông là vô cùng quan trọng Một tín hiệu truyền tín hiệu từ bên phát ñến bên thu nói chung sẽ phản xạ lại, tín hiệu phản xạ này lại gặp các tín hiệu truyền tới, các tín hiệu này có thể ñược cộng thêm vào hoặc triệt tiêu ñi như thế sẽ làm sai lệch tín hiệu truyền trên ñường dây thông tin Chính vì vậy việc phối hợp trở kháng ñể tạo ra ñường dây dài vô hạn sẽ giải quyết tốt vấn ñề này

2.5 Các chuẩn thông tin nối tiếp

2.5.1 Chuẩn truyền tin RS232

- Ra ñời vào năm 1969 bởi hiệp hội EIA và Bell Laboratory

- ðược dùng chủ yếu trong các giao tiếp ñiểm - ñiểm giữa các DTE/DCE (Data Terminal Equipment/Data Communication Equipment) (Các thiết bị ñầu cuối DTE có thể là máy tính, PLC, máy in Thiết bị truyền số liệu DCE có thể

là Modem)

Kết nối giữa DTE và DCE ñược thể hiện trên hình 2.18

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 31

Hình 2.18 Kết nối giữa DTE và DCE

- RS232 sử dụng phương thức truyền số liệu không ñối xứng ðiện áp dao ñộng trong khoảng -25V ñến +25V Với thiết bị nhận quy ñịnh mức logic 1 ứng với khoảng ñiện áp -25V ñến -3V và mức logic "0" ứng với khoảng ñiện áp từ +3V ñến +25V Khoảng ñiện áp từ -3V ñến +3V không ñược ñịnh nghĩa, ñây là khoảng chuyển tiếp giữa các mức logic Biểu diễn các mức ñiện áp tương ứng với các mức logic ñược trình bày trên hình 2.19

Hình 2.19 Biểu diễn các mức logic trong RS232

Một số thông số chính của RS232:

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……… 32

- Khoảng cách truyền cho phép 15m

- RS232 làm việc ở chế ñộ truyền song công(full-duplex)

- Tốc ñộ dữ liệu cực ñại khoảng 20 Kb/s

- Chế ñộ truyền không ñồng bộ

Hầu hết dữ liệu truyền trong RS232 là mã ASCII mặc dù ñây không phải

là loại mã chuẩn

Bảng 2.1 ðịnh nghĩa các chân tín hiệu của RS232

Kết nối RS232 không có bắt tay ñược trình bày trên hình 2.20

Hình 2.20 Kết nối ở cổng RS232 không có phần cứng bắt tay