.§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn Th¸i Häc - Líp T§H 46 H η .§é s©u líp ®Êt t−íi.(mm) chän H = 500mm . HÖ sè hiÖu Ých t−íi phun m−a: η = 0,8-0,95 LÊy η = 0,8. GV .Dung träng ®Êt kh« (T/m3) lÊy GV = 4 (T/m3) βmax . §é Èm tèi ®a ®ång ruéng. LÊy βmax = 80% βmin . §é Èm giíi h¹n d−íi cho phÐp. βmin = 70 ÷ 80% βmax = 60% MTK = 10.500.2.(0,8 - 0,6) 1 = 2500 (m3/ha). 0.8 VËy víi diÖn tÝch khu v−ên ta cã l−îng n−íc t−íi cÇn lµ = 1000m3 n−íc. Thíi gian t−íi mçi lÇn...
Trang 1H Độ sâu lớp đất tưới.(mm) chọn H = 500mm
GV .Dung trọng đất khô (T/m3) lấy GV = 4 (T/m3)
η Hệ số hiệu ích tưới phun mưa: η = 0,8-0,95 Lấy η = 0,8.
βmax Độ ẩm tối đa đồng ruộng Lấy βmax =80%
βmin Độ ẩm giới hạn dưới cho phép βmin = 70 ữ 80% βmax = 60%
MTK = 10.500.2.(0,8 - 0,6)
8 0
1
= 2500 (m3/ha)
Vậy với diện tích khu vườn ta có lượng nước tưới cần là = 1000m3 nước
ắ Thới gian tưới mỗi lần
t =
η
1000
.
q
M b
a TK
Trong đó: a Khoảng cách giữa các vòi phun a = 10m
b Khoảng cách giữa các đường ống nhánh b = 10m
MTK Mức tưới thiết kế MTK = 2500 (m3/ha)
η Hệ số hiệu ích tưới phun mưa: η = 0,8
q Lưu lượng vòi.( m3/s) q = 0,1 (m3/h)
t =
8 , 0 1 , 0 1000
2500 10 10
= 3125(s) = 0,86 (h)
ắ Lưu lượng đầu vào ống nhánh
Qn = nV.q
Qn - Lưu lượng đầu vào ống nhánh (l/giờ)
q - Lưu lượng bình quân của các vòi phun mưa trên ống nhánh
q = 0,1(m3/h)
nV- Số lượng vòi trên một ống nhánh nV = 2
Qn = 2 0,1 = 0,2 (m3/h)
ắ Tính toán lưu lượng đầu vào ống chính
QC = 2.N.Qn
Qn - Lưu lượng đầu vào ống nhánh (m3/h)
N - Số lượng hàng ống nhánh N = 2
QC = 2.2.0,2 = 0,8 (m3/h)
Trang 2Do diện tích tưới nhỏ, chiều dài các đường ống ngắn cho nên tổn thất dọc
đường ống là không đáng kể vì vậy ta có thể bỏ qua tổn thất dọc đường ống
ắ Xác định tổng cột nước thiết kế
H = Zd - ZS + Hd + HV + Σhf + Σhj Trong đó:
H Tổng cột nước thiết kế của hệ thống tưới phun mưa( cột nước) (m)
Zd Cao trình mặt đất tại vòi phun điển hình (m) Zd = 50 (m)
Zv Cao trình mặt nước mà máy bơm hút.(m) ZV = 46 (m)
Hd Chiều cao ống đứng lắp vòi tại vị trí vòi phun điển hình Hd = 1(m)
HV Cột nước thiết kế đầu vòi phun (m) HV = 0,5 (m)
Σhf Tổngtổn thất cột nước đường dài tính từ van đáy ống hút đến vị trí vòi phun điển hình (m)
Σhf Tổngtổn thất cột nước cục bộ tính từ van đáy ống hút đến vị trí vòi phun điển hình.(m)
H = 50 - 46 + 1 + 0,5 + 0 + 0 = 5,5 (m)
ắ Công suất và hiệu suất
* Công suất thuỷ lực Ntl (công suất hữu ích) của bơm là công suất dùng để truyền trọng lượng của lưu lượng Q với cột áp H:
Ntl =
1000
.
H Q
γ
(kW)
Trong đó:
γ - Trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3
) tính với nước γ = 1000 (N/m3
)
Q - Lưu lượng của bơm (m3/s) có Q = 0,8 (m3/h) = 0,22 10-3 (m3/s)
H - Cột áp toàn phần của bơm (mH20)
Ntl = 75.10-3(Kw) = 75 (W)
ắ Công suất đòi hỏi trên trục của bơm cần phải lớn hơn công suất thuỷ lực Ntl vì bơm phải tiêu hao một phần năng lượng để bù vào các tổn thất thuỷ lực, tổn thất ma sát giữa các bộ phận làm việc của bơm…
Trang 3N =
η
γ
.
H Q
η < 1 :Hiệu suất toàn phần của bơm ta chọn η = 0,8
N = 94(W) chọn N = 100 (W)
B.) Nhưng trong thực tế người ta thường áp dụng phương pháp tính
toán sau
Từ điều kiện bài toán ban đầu và dựa vào khả năng bốc thoát hơi nước
tiềm năng PET mà ta có nhu cầu nước tưới phụ thuộc vào từng loại cây và tuỳ
thuộc vào từng thời kỳ sinh trưởng của cây
WR = Kcr PET = Kcr
59
) 08 , 0 025 , 0
Qs
Qs Bức xạ tổng cộng trong ngày hoặc tuần
Ta Nhiệt độ trung bình ngày hoặc tuần
59 Lượng nhiệt cần thiết để bốc hơi 1mm nước
Kcr Hệ số hoa màu ta có thể tra bảng
Mặt khác cũng phương pháp này thì theo quyển Tin học trong nông
nghiệp PGS.TS Nguyễn Hải Thanh chủ biên, NXB khoa học kỹ thuật, 2005
thì hiệu quả của từng phương pháp tưới sẽ đưa ra lượng nước tưới phù hợp
STT Phương pháp tưới Diện tích tưới (m 2 ) Lượng nước tưới
Vậy theo điều kiện bài toán ta có
Diện tích cần tưới: S = 400m2
Rau bắp cải ví dụ đang ở thời kỳ thu hoạch ta có Kcr = 0,8
Đo nhiệt độ trung bình trong ngày hôm trước là Ta = 28 °C
Đo năng lượng bức xạ mặt trời trong ngày hôm qua là:
Qs = 1000 (calo/cm2/ngày)
ắ Do vậy lượng nước cần tưới là
Trang 4LNT = 0,8
59
) 08 , 0 025 , 0
Qs
=
= 0,8
0,85.10000
10.400
59
) 08 , 0 28 025 , 0 (
= 4,9 (m3)
Căn cứ vào lượng nước mưa thu được trong ngày hôm trước: LNM ta sẽ
có lượng nước cần tưới cho ngày hôm sau là: LNCT = LNT - LNM
Trong bài toán ta ví dụ trong ngày không mưa cho nên: LNCT = LNT - 0
Từ đó ta chọn máy bơm có lưu lượng: Q = 1,8 (l/s)
Vậy thời gian cần bơm cho một máy bơm là: t = LNT/Q = 2713(s)
ắ Chọn vòi phun là phun hình tròn mang nhãn hiệu 501-U 1/2” F, M do hãng Naan - Israrel cung cấp với các thông số sau:
* Lưu lượng vòi phun Q = 0,10 - 0,29 m3/h (Chọn Q = 0,2 m3/h)
* Đường kính vòi phun lớn nhất: D = 16m
ắ Sơ đồ bố trí vòi phun: Căn cứ vào hướng gieo trồng và hướng độ dốc của đất tôi tiến hành bố trí theo dạng tổ hợp vòi hình vuông Do đường kính phun tối đa của vòi phun là D = 16m và diện tích khu vườn là S = 400 m2 cho nên tôi tiến hành bố trí thành hai đường ống nhánh chạy song song dọc theo chiều dài khu vườn với khoảng cách giữa hai đường này là 10m, khoảng cách giữa hai vòi là 10m Do đó trên diện tích 400m2 ta chỉ cần lắp n = 4 vòi phun
có lưu lượng dã chọn có dạng như hình vẽ sau:
Trang 5Khi đó bán kính phun thiết kế RTK là
RTK = K R
Trong đó: K là hệ số (0,7 ữ 0,9)
R bán kính phun (8m) Khi đó RTK = 0,8 8 = 6,4m
Vì vậy tổng lưu lượng tại đầu đường ống chính là:
Q = 4.0,2 = 0,8 (m3/h) (Bỏ qua tổn thất dọc đường ống)
Mặt khác lưu lượng ở đường ống có diện tích tiết diện là ω thì sẽ có vận tốc dịch chuyển dòng chất lỏng là: Q = v ω v = Q / ω
Mặt khác theo phương trình Becnuli cho dòng nguyên tố chất lỏng lý tưởng chảy ổn định được xác định theo công thức:
Z +
γ
P
+
g
v
2
2
= const
Trong đó : Z Vị năng của một đơn vị trọng lượng chất lỏng so với mặt chuẩn
P áp suất tại mặt khảo sát
v Vận tốc dòng chất lỏng
g Gia tốc trọng trường tại vị trí khảo sát
Vậy ta áp dụng công thức trên tại cùng một vị trí nhưng với áp suất thay đổi ta
γ
1
P
+
g
v
2
1
= Z2 +
γ
2
P
+
g
v
2
2
UP = ( 1 1 )
.
1
2 2
2
ω ω
Q g
Vậy khi thay đổi diện tích tiết diện ống ( Điều chỉnh van) thì áp suất dòng nước thay đổi
2.5 Thiết kế giao diện
2.5.1 Phần mềm thiết kế giao diện
a Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
Với các bài toán đặt ra phải lựa chọn một hệ quản trị cơ sở dữ liệu để có
Trang 6thể quản lý các dữ liệu thu thập từ các lần tưới trước phục vụ cho các lần tưới
kế tiếp sau Về lý thuyết ta có thể chọn nhiều ngôn ngữ như: Microsoft Foxpro, Microsoft Access… Nhưng trên thực tế thì ngôn ngữ Microsoft Access có nhiều ưu điểm hơn trong quản trị CSDL Vì vậy trong đề tài này tôi chọn Microsoft Access làm ngôn ngữ quản trị CSDL
- Microsoft Access là hệ quản trị CSDL trên môi trường Window là một thành phần trong bộ Microsoft office Ở hệ quản trị CSDL này có sẵn các công cụ hữu hiệu và tiện lợi đáp ứng được đầy đủ yêu cầu cho một bài toán quản lý
- Microsoft Access có thể sử dụng được tất cả các phương tiện của cơ chế trao đổi dữ liệu động(DDE), nhúng và liên kết đối tượng ( OLE )
- Microsoft Access là hệ quản trị CSDL quan hệ với đầy đủ các chức năng
định nghĩa dữ liệu, xử lý dữ liệu và kiểm soát dữ liệu
- Microsoft Access cho khả năng kết suất dữ liệu cho phép thiết kế được những biểu mẫu và báo cáo phức tạp đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đề ra Có thể tác động dữ liệu kết hợp các biểu mẫu và báo cáo trong một tài liệu và trình bày kết quả theo dạng thức chuyên nghiệp
b Phần mềm lập trình giao diện
Microsoft Visual Basic là một ngôn ngữ lập trình là dụng cụ lập trình cơ
sở dữ liệu Multimedia, thiết kế Web và lập trình Internet Với Visual Basic ta
có thể xây dựng cấc ứng dụng quản lý Nó có thể kết nối và xử lý dữ liệu từ các hệ quản trị cơ sở dữ liệu như Excel, FoxPro, Access, SQL Server…
Visual Basic là một công cụ phát triển ứng dụng hướng đối tượng tức là thông qua việc xây dựng các thuộc tính, các phương thức để thiết kế các trình ứng dụng chạy trên môi trường Window
Giao diện lập ra phải đảm bảo:
- Giao diện có tính thân thiện, dễ sử dụng đối với người vận hành
- Có thể theo dõi, giám sát và điều khiển toàn bộ quá trình tưới phun mưa
Trang 7- Có thể đưa ra các bản báo cáo của các lần tưới trước làm cơ sở vận hành các lần tưới tiếp theo
Khi khởi động giao diện điều khiển giữa máy tính và phần mạch điều khiển bên ngoài thì trên màn hình có cửa sổ: Hình 2-9
Trên cửa sổ này có giới thiệu qua một số thông tin liên quan đến đề tài
và đưa ra thông báo hệ thống đang bận kết nối với phần cứng bên ngoài Sau khoảng 5 giây thì chương trình sẽ tự động chuyển sang cửa sổ: Hình 2-10 và toàn bộ công việc giao diện người máy làm việc trên cửa sổ này Khi đó công việc của người vận hành là điền các thông số đầu vào như: Loại đất canh tác, loại cây trồng, thời kỳ sinh trưởng, cách bố trí vòi phun, kiểu vòi và loại bơm khi đó máy tính sẽ liên tục cập nhật các thông số từ cảm biến nhiệt, cảm biến năng lượng bức xạ ở mục “ tín hiệu đầu vào ” mà đưa ra các bộ thông số điều khiển ở các mục “ T hông số số đầu ra” và điều khiển trực tiếp tới mạch lực Theo thông số “ Diện tích lỗ van cần mở” mà ta điều khiển động cơ bước để điều chỉnh van tiết lưu “ Van làm việc” để cung cấp lưu lượng nước tưới sao cho phù hợp
Hình 2-9: Cửa sổ khởi động làm việc của giao diện
Trang 8Hình 2-10 Cửa sổ làm việc chính của giao diện
Nếu kết nối với máy tính Đồng thời máy tính sẽ tự động lưu các bộ
tham số với chu kỳ trích mẫu là 10 phút để phục vụ cho các lần tưới sau
2.6 Kết luận chương II
Thông qua chương II ta đã tiến hành lựa chọn ra một phương pháp tưới tối ưu, có hiệu quả kinh tế lớn nhất mà vẫn đảm bảo các điều kiện kỹ thật mang lại lợi nhuận lớn nhất cho người nông dân Từ phương pháp tưới
ta tiến hành nghiên cứu tính toán các thông số và áp dụng thiết kế cho hệ thống tưới phun mưa cho một khu vườn thí nghiệm có diện tích S = 400m2
Từ đó lập trình tạo ra giao diện điều khiển kết nối giữa máy tính với bộ điều khiển bên ngoài
Trang 9Chương 3 Nghiên cứu phần cứng và phần mềm của chip
vi xử lý trên công nghệ pSOc của hãng cypress
3.1 Lựa chọn thiết bị điều khiển
Trong điều kiện khoa học phát triển như hiện nay thì để thực hiện một bài toán điều khiển thì ta có rất nhiều giải pháp trên các phần cứng cũng như phần mềm thông minh Như điều khiển bằng hệ thống Rơle, chip vi xử lý, PLC… Song tuỳ vào điều kiện, quy mô từng bài toán mà ta lựa chọn ra các giải pháp sao cho hợp lý, đảm bảo hiệu quả kinh tế
Đối với bài toán điều khiển hệ thống tưới phun mưa thì do điều kiện tự nhiên mà bàn điều khiển có thể phải để ngoài thực địa và cần di chuyển nhiều, mặt khác độ phức tạp khi điều khiển không cao thông số điều khiển vào ra không nhiều cho nên tôi chọn chip vi xử lý trên công nghệ PSoC làm giải pháp
điều khiển cho hệ thống tưới phun mưa
Khác với các công nghệ sản xuất chip thông thường chỉ cho ra các IC riêng lẻ, IC ngoại vi không có bộ xử lý thì công nghệ PSoC của hãng Cypress cho phép tạo nên cả một hệ thống trên một chip bao gồm CPU, ROM, RAM
và các ngoại vi thời gian thực ( ADC, DAC, Timer, Counter, các cổng vào ra
đa chức năng, các cổng truyền thông…) Ngoài ra, công nghệ này còn có một
ưu điểm nổi trội hơn so với các công nghệ khác là cho phép người lập trình thay đổi cấu hình phần cứng trong quá trình hoạt động
Các chip chế tạo theo công nghệ PSoC được phát triển trên nền vi xử lý ngày càng hoàn thiện về chức năng, tối ưu về kích thước Các chip này đã dần thay thế vị trí các bộ vi xử lý ứng dụng trong đo lường điều khiển công nghiệp cũng như nhiều lĩnh vực khác Từ những ưu điểm vượt bậc trên ta tiến hành chọn chip vi xử lý trên công nghệ PSoC làm chip điều khiển hệ thống tưới
Trang 10phun mưa
3.2 Tổng quan cấu trúc và tính năng của PSoC
PSoC là một từ viết tắt của cụm từ tiếng anh: Programable System on Chip nghĩa là hệ thống khả trình trên một chip Các chip chế tạo theo công nghệ PSoC là chip điều khiển thông minh có tính linh hoạt cao, chi phí công nghệ phục vụ nghiên cứu và phát triển ban đầu khá thấp, giá thành chip thấp, hỗ trợ
kỹ thuật tốt với phần mềm phát triển dễ sử dụng
Thành phần của chip PSoC bao gồm các khối ngoại vi số và tương tự có thể cấu hình được, một bộ vi xử lý 8 bit, bộ nhớ chương trình (EEROM) có thể lập trình được và có bộ nhớ RAM lớn Để lập trình hệ thống và cài chương trình điều khiển vào chip thì ta cần có phần mềm lập trình và một kit phát triển do hãng chế tạo chip cung cấp, Ví dụ như các chip PSoC của hãng Cypress thì người lập trình cần có phần mềm PSoC Designer Phần mềm thiết
kế được xây dựng trên cơ sở hướng đối tượng với cấu trúc module hoá Mỗi khối chức năng là một module mềm Việc lập cấu hình cho chip như thế nào
là tuỳ thuộc vào người lập trình thông qua một số thư viện chuẩn Người lập trình thiết lập cấu hình trên chip chỉ đơn giản bằng cách muốn chip có những chức năng gì thì kéo chức năng đó và thả vào khối tài nguyên số hoặc tương
tự, hoặc cả hai (Bản chất đây là phương pháp lập trình kéo thả) Việc thiết lập ngắt trên chân nào, loại ngắt gì, các chân vào ra được hoạt động như thế nào
đều tuỳ thuộc vào việc thiết lập của người lập trình cho PSoC Chip PSoC có nhiều họ đối với mỗi họ nó cung cấp phần cứng khác nhau, có bao nhiêu chân, chức năng mỗi chân, số lượng các khối và tốc độ của chúng Đối với chip PSoC họ CY8C27xxx cung cấp
1) Bộ vi xử lý với cấu trúc Harvard
5 Tốc độ của vi xử lý lên đến 24 MHz
5 Lệnh nhân 8 bit x 8 bit, thanh ghi tích luỹ là 32 bit
Trang 115 Hoạt động ở tốc độ cao mà năng lượng tiêu hao ít
5 Dải điện áp hoạt động từ 3,0 đến 5,25V
5 Điện áp hoạt động có thể giảm xuống 1,0V sử dụng chế độ kích điện áp
5 Hoạt động trong dải nhiệt độ từ - 40 °C đến 85 °C
2) Các khối ngoại vi có thể hoạt động độc lập hoặc kết hợp
5 12 khối ngoại vi tương tự có thể được thiết lập để được thiết lập để đáp ứng yêu cầu bài toán
x Các bộ ADC lên tới 14 bit
x Các bộ DAC lên tới 9 bit
x Các bộ khuyếch đại có thể lập trình được hệ số khuyếch đại
x Các bộ lọc và các bộ so sánh có thể lập trình được
5 8 khối ngoại vi số có thể được lập để làm các nhiệm vụ:
x Các bộ định thời đa chức năng, đếm sự kiện, đồng hồ thời gian thực,
bộ điều chế độ rộng xung có và không có dải chết( dead band)
x Các module kiểm tra lỗi (CRC modules)
x Hai bộ truyền thông nối tiếp không đồng bộ hai chiều
x Các bộ truyền thông SPI Master hoặc Slaver có thể cấu hình được
x Có thể kết nối với các chân vào ra
3) Bộ nhớ linh hoạt trên chip
5 Không gian bộ nhớ chương trình Flash từ 4K đến 16K, phụ thuộc vào từng loại chip với chu kỳ ghi xoá cho bộ Flash là 50.000 lần
5 Không gian bộ nhớ RAM là 256 byte
5 Chip có thể lập trình thông qua chuẩn nối tiếp (ISSP)
5 Bộ nhớ Flash có thể được nâng cấp từng phần
5 Chế độ bảo mật đa năng tin cậy
5 Có thể tạo được không gian bộ Flash trên chip lên tới 2,304 byte
4) Có thể lập được cấu hình cho từng chân của chip
5 Các chân vào ra ba trạng thái sử dụng Trigger Schmitt