Nghiên cứu và thiết kế máy ấp trứng đà điểu

Từ những năm đầu thiên niên kỷ, khi đất nước có phần hội nhập với toàn cầu thì một số bà con nông dân đã mạnh dạn đầu tư vào mô hình nuôi đà điểu thịt và lai tạo giống nhưng vẫn gặp nhiề

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÁY ẤP TRỨNG ĐÀ ĐIỂU

GVHD: ThS TRẦN THANH MAI SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH MSSV: 15341028

SVTH: HÀ HUY QUYỀN MSSV: 15341025

Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2017

S K L 0 0 4 4 6 8

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP

Nguyễn Tấn Thành MSSV: 15341025

15341028

Tp Hồ Chí Minh – 03/01/2017

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 3

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÁY ẤP TRỨNG ĐÀ ĐIỂU

II NHIỆM VỤ

1 Các số liệu ban đầu:

 Tiến hành tìm kiếm tài liệu các thông số kĩ thuật liên quan đến mô hình máy ấp trứng đà điểu

 Tiến hành tham khảo các mô hình,thu thập dữ liệu từ đồ án các khóa trước và trang mạng về hệ thống máy ấp trứng đà điểu

 Tìm hiểu sàng lọc để chọn ra module và phần gia công cơ khí phù hợp cho hệ thống

2 Nội dung thực hiện:

 NỘI DUNG 1: Nghiên cứu thiết kế phần cơ khí mô hình và tính toán các thông số phù hợp cho mô hình máy ấp trứng

 NỘI DUNG 2: Nghiên cứu bo điều khiển công suất Tính toán và lựa chọn các thông số phù hợp cho mô hình

 NỘI DUNG 3: Thiết kế hệ thống,thiết kế mô hình

 NỘI DUNG 4: Thiết kế lưu đồ, viết chương trình điều khiển và giám sát hệ thống

 NỘI DUNG 5: Chạy thử nghiệm mô hình, cân chỉnh mô hình và đánh giá kết quả thực hiện

 NỘI DUNG 6: Viết báo cáo thực hiện

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 25/09/2016

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/01/2017

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Trần Thanh Mai

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

01/10/2016 Tìm tài liệu cho đề tài

07/10/2016 Nghiên cứu tính toán để thiết kế sơ đồ hệ thống

15/10/2016 Tính toán các thông số, lựa chọn linh kiện

22/10/2016 Thiết kế sơ đồ nguyên lý và thi công mạch

29/10/2016 Thi công và kiểm tra mạch

10/11/2016 Kiểm tra mạch

17/11/2016 Viết chương trình điều khiển, chương trình giám sát

24/11/2016 Chạy thử nghiệm mạch và kiểm tra chương trình điều

khiển 30/11/2016 Hoàn thiện chương trình điều khiển

06/12/2016 Thiết kế thi công mô hình

12/12/2016 Chạy thử nghiệm và kiểm tra mô hình

19/12/2016 Kiểm tra tính ổn định của mô hình

26/12/2016 Viết báo cáo thực hiện

02/01/2017 Viết báo cáo thưc hiện

08/01/2017 Viết báo cáo để trình bầy bảo vệ và kiểm tra lại mô hình

GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên)

Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó

Người thực hiện đề tài

Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô Trần Thanh Mai _ Giảng viên Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM, cùng lời cám ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Việt Hùng _ Giảng Viên Khoa Điện-Điện Tử Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM đã hướng dẫn em tận tình hoàn thành đề tài

Em chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Văn Đông Hải _ Giảng viên bộ môn Điều Khiển Tự Động đã chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu cho em thực hiện tốt đề tài

Em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài

Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 153410 đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài

Em xin gởi lời chân thành cảm ơn người thân trong gia đình đã luôn sát cánh bên

em trong quãng thời gian dài học tập và thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài

Hà Huy Quyền

MỤC LỤC

Trang bìa i

Nhiệm vụ đồ án ii

Lịch trình iii

Cam đoan iv

Lời cảm ơn v

Mục lục vi

Liệt kê hình vẽ ix

Liệt kê bảng vẽ ………xi

Tóm tắt xii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu 1

1.3 Giới hạn 1

1.4 Nội dung nghiên cứu 1

1.5 Bố cục 2

Chương 2: Cơ sở về lý thuyết 2

Chương 3: Tính toán thiết kế 2

Chương 4: Thi công hệ thống 2

Chương 5: Kết quả nhận xét đánh giá 2

Chương 6: Kết luận 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 Giới thiệu cấu tạo và các thành phần của trứng đà điểu 3

2.1.1 Hình dạng và kích thước 3

2.1.2 Cấu trúc của trứng 4

2.2.1 Nhiệt độ 5

2.2.2 Độ ẩm 5

2.2.3 Góc xếp và số lần đảo trứng 5

2.2.4 Thông thoáng 6

2.3 Kiểm tra sinh học trứng 7

2.3.1Thời gian soi trứng 7

2.4 Quá trình nở của đà điểu con 8

2.5 Bộ điều khiển PID 9

2.5.1 Tổng quan về PID 9

2.5.2 Công thức điều khiển PID 9

a Độ vọt lố (POT(%)) 10

b Sai số xác lập 11

c Thời gian xác lập: 11

2.5.3 Ảnh hưởng của Kp, Ki, Kd đến hệ thống 12

a Ảnh hưởng của Kp đến hệ thống: 12

b Ảnh hưởng của Ki đến hệ thống: 13

c Ảnh hưởng của Kd đối với hệ thống: 14

2.5.4 Cách xác định thông số Kp, Ki, Kd 15

a Phương pháp Ziegler – Nichols 15

b Phương pháp thực nghiệm 16

2.6 Xây dựng mô hình điều khiển 17

a Khối I2C của PIC18F4550 21

b Timer 0 PIC18F4550 25

c Timer 1 PIC18F4550 27

d Timer 2 PIC18F4550 29

e Khối PWM 31

2.6.2 Các chuẩn giao tiếp 32

a Chuẩn I2C: 32

b IC thời gian thực DS1307 34

c Chuẩn 1 dây 37

d Cảm biến nhiệt độ DS18B20 40

2.7 Cảm biến độ ẩm 45

2.8 Text LCD 47

CHƯƠNG 3:TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 51

3.1 Giới thiệu 51

3.2 Yêu cầu thiết kế của dự án 52

3.3 Khối cảm biến 52

3.3.1 Cảm biến nhiệt độ 52

3.3.2 Cảm biến độ ẩm 53

3.3.3 Khối thời gian thực 54

3.3.4 Khối hiển thị 55

3.3.5 Khối relay điều khiển động cơ đảo trứng 55

3.3.7 Khung đảo trứng 58

3.3.8 Driver công suất cho điều khiển nhiệt điện trở 59

3.3.9 Quạt 220V 62

3.3.10 Điện trở nhiệt 63

3.3.11 Rờ le(Relay) 64

3.3.12 Công tắc hành trình 64

3.2.12 Khối điều khiển 65

3.3.13 Khối nút nhấn cài đặt nhiệt độ, độ ẩm và chỉnh thời gian 66

3.3.14 Khối nguồn 66

3.3.15 Những thành phần nhỏ khác 67

3.3.16 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 68

3.4 Công cụ phần mềm hỗ trợ 68

CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 69

4.1 Giới thiệu 69

4.2 Thi công PCB 69

4.2.1 Khối nguồn: 69

4.2.2 Khối công suất: 70

4.2.2 Khối điều khiển: 71

4.2.3 Khối cảm biến độ ẩm: 72

4.2.4 Lắp mạch và kiểm tra: 74

4.2.4 Lắp ráp vào mô hình chính: 76

4.4 Lưu đồ giải thuật và chương trình cho hệ thống 83

4.4.1 Lưu đồ giải thuật 83

4.4.2 Giải thích chương trình 85

4.5 Hướng dẫn sử dụng máy ấp trứng 86

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 87

5.1 Kết quả 87

5.2 Nhận xét, đánh giá 89

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 90

6.1 Kết luận 90

6.2 Hướng phát triển 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC

Hình Trang

Hình 2.1 Hình ảnh trứng đà điểu 3

Hình 2.2 Cấu trúc của trứng 4

Hình 2.3 Tổng quan hệ thống bộ điều khiển PID 9

Hình 2.4 Bộ điều khiển PID 9

Hình 2.5 Đồ thị biểu diễn một hệ thống PID có vọt lố 10

Hình 2.6 Sai số xác lập Exl 11

Hình 2.7 Thời gian xác lập Txl 11

Hình 2.8 Ảnh hưởng của Kp đến hệ thống 12

Hình 2.9 Sai số theo thời gian 13

Hình 2.10 Ảnh hưởng của Kd đến hệ thống 14

Hình 2.11 Đồ thị một hệ thống đáp ứng trễ 15

Hình 2.12 Hình ảnh PIC18F4550 đóng gói dạng DIP 18

Hình 2.13 Sơ đồ khối PIC18F4550 20

Hình 2.14 Sơ đồ Module I2C của PIC18F4550 21

Hình 2.15 Thanh ghi trạng thái của Module I2C 21

Hình 2.16 Thanh ghi điều khiển I2C SSPCON1 23

Hình 2.17 Thanh ghi điều khiển SSPCON2 24

Hình 2.18 Thanh ghi điều khiển Timer 0 25

Hình 2.19 Sơ đồ khối Timer 0 ở chế độ 16-bit 27

Hình 2.20 Thanh ghi điều khiển Timer 1 27

Hình 2.21 Sơ đồ khối Timer 1 PIC18F4550 29

Hình 2.22 Thanh ghi điều khiển Timer 2 29

Hình 2.23 Sơ đồ khối Timer 2 30

Hình 2.24 Sơ đồ khối khối PWM PIC18F4550 31

Hình 2.25 Kết nối thiết bị vào bus I2C 32

Hình 2.26 Truyền nhận dữ liệu giữa chủ/tớ 33

Hình 2.27 Quá trình đọc ghi dữ liệu theo chuẩn I2C 34

Hình 2.28 Hai dạng đóng gói của chip DS1307 35

Hình 2.29 Kết nối chuẩn 1 dây với vi điều khiển 37

Hình 2.30 Gửi bit 1 “Write 1 ” 38

Hình 2.31 Gửi bit 0 “Write 0 ” 38

Hình 2.32 Đọc tín hiệu 39

Hình 2.34 Quá trình truyền nhận dữ liệu 40

Hình 2.35 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 41

Hình 2.36 Cảm biến độ ẩm HS1101 45

Hình 2.37 Mạch chuyển đổi HS1101 46

Hình 2.38 Mối liên hệ giữa điện dung và độ ẩm của HS1101 47

Hình 2.39 LCD 20x4 48

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 51

Hình 3.2 Kết nối cảm biến DS18B20 53

Hình 3.3 Sơ đồ kết nối HS1101 53

Hình 3.4 Sơ đồ kết nối DS1307 53

Hình 3.5 Sơ đồ kết nối LCD 20x4 55

Hình 3.6 Sơ đồ kết nối Relay 5V 56

Hình 3.7 Sơ đồ kết nối khối relay đảo trứng 57

Hình 3.8 Khung đảo trứng 58

Hình 3.9 Tải được kích ở những góc pha khác nhau 59

Hình 3.10 Mạch bắt điểm không 60

Hình 3.11 Tín hiệu điện áp sau khi qua cầu diode 60

Hình 3.12 Dạng sóng ở hai đầu diode zener 61

Hình 3.13 Tín hiệu đưa về vi điều khiển 61

Hình 3.14 Mạch công suất điều khiển Triac 61

Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý module TAC-2200 62

Hình 3.16 Quạt 220Vac 63

Hình 3.17 Điện trở nhiệt 63

Hình 3.18 Rờ le 12VDC 64

Hình 3.19 Công tắc hành trình 65

Hình 3.20 Kết nối Vi điều khiển PIC18F4550 đến các chân 65

Hình 3.21 Kết nối nút nhấn 66

Hình 3.22 Mạch nguồn ổn áp từ 12Vdc xuống 5Vdc 66

Hình 3.23 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 68

Hình 4.1 Sắp xếp linh kiện khối nguồn 69

Hình 4.2 PCB khối nguồn sau khi vẽ mạch 70

Hình 4.3 Sắp xếp linh kiện khối công suất 70

Hình 4.4 Mạch in khối công suất 71

Hình 4.6 Mạch in khối điều khiển 72

Hình 4.7 Sắp xếp linh kiện khối cảm biến độ ẩm 72

Hình 4.8 Mạch in khối cảm biến độ ẩm 73

Hình 4.9 Module Kit Pic18F4550 74

Hình 4.10 Module điều khiển công suất TAC-2200 75

Hình 4.11 PCB Module TAC-2200 75

Hình 4.12 Buồng ấp trứng 76

Hình 4.13 CB và công tắc chiếu sáng 77

Hình 4.14 Hộp nhựa đựng các module 78

Hình 4.15 Khối gia nhiệt và quạt 79

Hình 4.16 LCD hiển thị và nút nhấn điều chỉnh 80

Hình 4.17 Mô hình máy ấp trứng đà điểu sau khi hoàn thành 81

Hình 4.18 Lưu đồ thuật toán máy ấp trứng 82

Hình 4.19.a Lưu đồ thuật toán PIC18F4550 83

Hình 4.19.b Lưu đồ thuật toán PIC18F4550 (tiếp theo) 84

Hình 5.1 Hệ thống đang hoạt động ổn định 88

Bảng Trang

Bảng 2.1 Công thức tính các hệ số với từng bộ điều khiển 16

Bảng 2.2 Ưu, nhược điểm của các phương pháp điều khiển 17

Bảng 2.3 Tổ chức bộ nhớ của DS1307 35

Bảng 2.4 Tổ chức của 7 thanh ghi thời gian của DS1307 36

Bảng 2.5 Tổ chức bộ nhớ của DS18B20 44

Bảng 2.6 Cấu hình độ phân giải của DS18B20 45

Bảng 2.7 Mối quan hệ giữa độ ẩm và tần số 47

Bảng 2.8 Ý nghĩa các chân của LCD 20x4 49

Bảng 2.9 Các lệnh của LCD 50

Bảng 3.1 Bảng yêu cầu dự án 52

Bảng 3.2 Các thành phần liên quan khi thi công đồ án 67

Bảng 4.1 Các linh kiện sử dụng trong bảng mạch 74

Bảng 5.1 Sai số khi đặt ở các nhiệt độ khác nhau 89

Việt Nam là một quốc gia tiềm năng rất lớn để phát triển nông nghiệp nhưng do điều kiện cơ sở vật chất, kinh tế, hạ tầng còn hạn chế nên một số lĩnh vực nông nghiệp chưa được đầu tư và phát triển tương xứng với tiềm năng

Từ những năm đầu thiên niên kỷ, khi đất nước có phần hội nhập với toàn cầu thì một số bà con nông dân đã mạnh dạn đầu tư vào mô hình nuôi đà điểu thịt và lai tạo giống nhưng vẫn gặp nhiều khó khăn do đặc điểm khí hậu khác nhau giữa Việt Nam và môi trường sống của Đà điểu, đặc biệt là khâu ấp trứng để tạo nguồn giống có sẵn trong nước mà không phải nhập khẩu

Nhận thấy tiềm năng trong lĩnh vực này chưa được khai thác đúng mức, nhóm đã chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế máy ấp trứng đà điểu” để làm đề tài tốt nghiệp cũng như hi vọng những đóng góp của mình góp phần phục vụ đất nước, xã hội

Sau gần 15 tuần tìm hiểu, nghiên cứu và thi công Nhóm đã cơ bản hoàn tất mô hình máy ấp trứng đà điểu với tính năng điều khiển được nhiệt độ và đảo trứng tự động, giảm bớt gánh nặng về thời gian công sức cho người chăn nuôi trong giai đoạn tạo con giống cho loại gia cầm này

Nhận thấy vấn đề cần có giải pháp khắc phục và phát triển nên chúng em xin chọn

đề tài “Nghiên cứu,thiết kế máy ấp trứng đà điểu” làm mục tiêu nghiên cứu và học tập của mình

1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Những công việc chính cần tập trung trong đề tài này:

i Thiết kế và phát triển phần cứng để điều khiển được nhiệt độ, độ ẩm và đảo khay trứng

ii Phát triển phần mềm sử dụng vi điều khiển PIC18F4550

Hệ thống được phát triển phải chính xác, tiết kiệm và phải cung cấp môi trường cần thiết cho sự phát triển của trứng đà điểu

1.5 BỐ TRÍ

Chương 2: (Cơ sở lý thuyết và tổng quan tài liệu) chương này sẽ xem xét các khái niệm cơ bản và các nguyên tắc về dự án

Chương 3: (Vật liệu,tính toán và thiết kế) chương này sẽ nói tất cả các công

cụ và vật liệu sử dụng trong việc thực hiện đồ án cũng như tính toán thiết kế ,được đề cập đến và mô tả ngắn ngọn tính năng chính cho mỗi thành phần

Chương 4: (Thi công hệ thống ) nói về tất cả các bước thiết kế phần cứng và phần mềm được xem xét ở đây bao gồm các yêu cầu phần cứng, thuật toán, sơ

đồ khối,sơ đồ, và vv

Chương 5: (Kết quả và thảo luận): Chương này sẽ cấu thành công việc thực

tế để đạt được các mục tiêu đề án, thảo luận những kết quả có thể khác nhau và

sự khác biệt giữa phương pháp truyền thống và tiên tiến v.v…

Chương 6: (Kết luận): Chương này sẽ bao gồm các kết luận kết quả của dự án,kiểm tra độ chính xác,những vấn đề chính dự án phải đối mặt, và cuối cùng

là các kiến nghị cho công việc tương lai

Trứng đà điểu có hình dáng giống như trứng gà, trứng vịt, nhưng to hơn khoảng

24 lần, và có hai đầu to gần bằng nhau, vì vậy nếu không dùng đèn soi thì khó có thể phân biệt được buồng khí ở đầu nào.Chiều dài trung bình của trứng 15,3 cm, chiều rộng 12,3 cm, diện tích phần mặt vỏ khoảng 582 cm2

Trứng phải có hình dáng đúng tiêu chuẩn, không được đầu to đầu nhỏ quá khác biệt, trứng không được to quá hoặc nhỏ quá, không được méo mó, và vỏ phải nhẵn đều

để cung cấp các thành tố cho sự phát triển của phôi Những quả trứng có chất lượng tốt đều phải được đẻ ra trong môi trường sạch sẽ, thu nhặt đúng lúc, không được dính bùn đất và bảo quản trong điều kiện tối ưu

Trứng không nở được có thể do một số các nguyên nhân, có thể do giao phối không đạt yêu cầu, khẩu phần ăn không đầy đủ hoặc do trứng được đẻ trong môi trường bẩn thỉu nên bị nhiễm khuẩn, tiếp xúc với ánh nắng mặt trời trong vòng 8 tiếng liên tục Ngoài những nguyên nhân trên thì trứng vẫn có thể bị chết trong quá trình ấp với những trứng trong tuần đầu tiên hoặc tuần cuối cùng của quá trình phát triển

2.2 CHẾ ĐỘ ẤP TRỨNG

Cũng như quy trình ấp trứng gà, quy trình ấp trứng đà điểu có 4 điều kiện cơ bản:

2.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ

Phôi chỉ phát triển được khi trứng được làm nóng lên ờ nhiệt độ ấp 35,5 –

36,5°c nếp ấp đơn kỳ ta có thể chia làm 3 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: từ 1 – 10 ngày ấp Nhiệt độ 36,5°c

 Giai đoạn 2: từ 11 – 38 ngày ấp Nhiệt độ 36,3°c

 Giai đoạn 3: từ 39 – 43 ngày ấp Nhiệt độ 36°c

Nếu sử dụng máy ấp đa kỳ thì chia làm 2 giai đoạn:

 Giai đoạn 1:1-38 ngày ấp Nhiệt độ 36,3 – 36,5°c

 Giai đoạn 2: 39-43 ngày ấp Nhiệt độ 36°c

2.2.2 Ảnh hưởng độ ẩm

Trứng đà điểu có lỗ khí rộng, độ dày của vỏ trứng đà điểu 1,8 – 2mm; tỷ lệ giữa lòng trắng với lòng đỏ cao do vậy làm giảm lượng nước trong quá trình ấp là một vấn

đề hết sức quan trọng Muốn giải quyết được nội dung đó cần phải tạo môi trường ấp

có ẩm độ thấp.Ẩm độ cần thiết: Giai đoạn ấp: 17 – 22%, Giai đoạn nở: 45 – 50%

2.2.3 Góc xếp và số lần đảo trứng

Góc xếp nghiêng 30-40° cho kết quả nở cao hơn xếp nằm ngang

Đảo trứng là một yếu tố quan trọng, đặc biệt trong giai đoạn đầu của quả trình phát triển phôi Phôi năm trên đinh lòng đò, nếu để nguyên không đảo trứng thì phôi sẽ dần dần chuyển lên đầu trứng và dính vào màng vỏ Trứng cần được xoay định kỳ 90° (45° về hai phía trục tung)

Có 4 lý do phải đảo trứng:

 Lòng đỏ nhẹ hơn một chút so với lòng trắng chính vì thế chúng có thể nổi lên trên về phía màng vỏ và khử nước Đảo trứng thường xuyên sẽ giúp chống lại hiện tượng này

 Phôi phát triển theo khoang Nếu trứng không được đảo thì sẽ xảy ra hiện tượng phát triển không đều dẫn đến con non nở ra bị dị tật Nguồn cung cấp máu cho phôi thường phát triển qua mặt trên lòng đỏ và dưới thành trứng giữa lòng trắng

và màng vỏ Đảo trứng cho phép lòng trắng kéo xa khỏi vỏ để tạo không gian cho túi niệu phát triển dài xuống dưới xung quanh trứng

 Vì phôi trao đổi, hấp thụ các chất dinh dưỡng và thải ra các chất thải Nếu phôi không được đảo nó có thể bị chỉnh chất thải đầu độc

 Trứng thải được đảo 1-2 giờ/lần như vậy một ngày phải được đảo 12 – 24 lần

2.2.4 Thông thoáng

Khi nói đến độ thông thoáng, ta thường nhìn vào khía cạnh cung cấp và có xu hướng bỏ qua khía cạnh thoát khí Mặc dù cung cấp ôxi là vấn đề sống còn nhưng chất khí thừa cũng quan trọng không kém Các nguyên tắc cơ bản của thông thoáng trong quá trình ấp như sau:

 Thải carbonic: CO2

 Cung cấp ôxi: O2

 Thải hơi nước: H2O

 Thải nhiệt: BTU

Để có được độ thông thoáng không khí trong máy ấp đòi hỏi cung cấp 1 yếu tố nhưng lại phải thải 3 yếu tố quan trọng Việc phôi sủ dụng oxi để trao đổi chất và sản sinh carbonic cùng với nước có mối liên hệ tổng thề Nhiệt độ ảnh hưởng lớn nhất đến trao đổi chất, hơn thế nữa, nhiệt độ càng cao thì càng đòi hòi nhiều oxi cũng như sản sinh ra nhiều CO2 và H2O

Độ thông thoáng cần thiết để thái khí cacbonic trong 1/3 thời gian cuối có vai trò quan trọng hơn nhiều so với việc thải hơi nước hoặc cung cấp ôxi Hơn nữa, yêu cầu thông thoáng cần phải được tính toán vào 1/3 thời gian còn lại của quá trình ấp trên cơ sở giải phóng carbonic

Độ thông thoáng kém chính là nguyên nhân dẫn đến trứng ấp bị chết tắc và con non nở ra vẫn còn nhiêu lòng đỏ

Trong quá trình ấp, trứng cần được soi để kiểm tra sự phát triển của phôi và loại

bỏ trứng không được thụ tinh, trứng chết phôi, trứng thối để tránh ảnh hường đến trứng đang có phôi sổng ấp tiếp

2.3.1 Thời gian soi trứng

 Đợt 1: Trứng ấp được 10 – 11 ngày soi loại bỏ trứng không phôi, trứng chết phôi kỳ 1, trứng thối

 Đợt 2: Soi vào ngày 22 – 23 (chỉ để kiểm tra)

 Đợt 3: Soi trứng ra nở 38 – 39 ngày, loại trứng chết phôi và trứng thối Có thể chuyền trứng đà điểu sang máy nở làm nhiều đợt, khi soi thấy buồng khí đã đạt 1/3 và thấy mỏ và chân đạp mạnh ở phía buồng khí là những trứng sắp nở cần chuyển sang Những trứng còn lại để tiếp tục trong mảy ấp sau 1/2 ngày lại soi tiếp và chuyển những trứng tương tự sang máy nở

Xác định phôi của từng quả trứng và ghi lại tất cả thông tin về từng con trống

và mái sinh sản Từ kết quả theo dõi soi trứng có thể giúp ta trong việc xác định lựa chọn được những đàn sinh sản có chất lượng

Xác định vị trí buồng khí và theo dõi kích thước tảng trong quá trình ấp là một yếu tố quan trọng nhằm giúp ta hiểu rõ về quá trình giảm khối lượng trong công tác ấp trứng Theo dõi khối lượng trứng hàng ngày và ghi chép lại tỷ lệ giảm khối lượng của từng quả trứng ấp sẽ giúp cho tổng kết đánh giá nhiệt độ và độ ẩm trong quá trình ấp Soi trứng còn cho ta biết được thời điểm nở và những thay đổi về vị trí thường xảy ra trong quá trình nở

2.4 QUÁ TRÌNH NỞ CỦA ĐÀ ĐIỂU CON

Quá trình nở của đà điều thường được bắt đầu bằng tiếng kêu từ bên trong vỏ trứng chưa mổ Trong tự nhiên đây là tiếng kêu báo hiệu cho đà điểu bố mẹ đến để

Đến thời điểm nở, buồng khí rộng nở ra vì màng noãn hoàng bị tụt xuống Quá trình này bắt đầu mất khoảng 24 – 48 tiếng trước khi con mổ trong Khi con non đã mổ trong, ta có thể nghe thấy được tiếng kêu bên trong vỏ Rất nhiều người nhầm đây là tiếng kêu cứu và can thiệp bằng mở một lỗ nhỏ trên vỏ Nếu lỗ khí đã được tạo sẵn theo cách phi tự nhiên thì con non thiếu động lực khởi động – kết thúc – phá vỡ vỏ và

có thể nằm lâu hơn trong vỏ Điều này sẽ kéo dài quá trình nở và có thể dần đến hiện tượng nhiễm khuẩn vùng túi lòng đỏ qua đường phân trong vỏ trứng Mặt khác, những con khoẻ mạnh lại trở nên yếu đuối do tính nôn nóng của người chăn nuôi và cũng sẽ gây ra hậu quả sau này

Khi con non mổ bên trong, chúng phải bắt đầu sử dụng đến phổi để lấy ôxi, trái với việc chỉ dựa vào khả năng lưu thông máu Khi lượng oxi bên trong buồng khí cạn hết thì chúng buộc phải mổ vỡ vỏ để thở Nhu cầu thở cũng kích thích chúng mỏ vỡ vỏ ngoài Trước khi có sự thay đồi mạnh về buồng khí thì con non đã dùng mỏ phá rách mảnh vỏ để tạo thành lỗ hổng hỗ trợ công đoạn mổ bên trong Màng vỏ che buồng khí sau đó kéo qua mỏ để giúp con non tiếp xúc lần đầu tiên với không khí Quá trình nở tiếp tục bàng việc tạo lỗ hổng bên thành trứng mà ở đó ta có thể quan sát thấy cả mỏ

và chân của chúng Đà điểu non có bộ cơ khỏe bởi vì lỗ hổng này ngày càng mở rộng khi con non dùng mỏ và chân đạp xuống dưới và giãn người ra Kết quả là vỏ trứng bị nứt toác ở giữa, con non tự chui ra khỏi vỏ Mổ vỏ bên ngoài nơi mà vỏ lần đầu tiên bị con non phá vỡ thường là mảnh vỏ to tung ra khỏi kết cấu hoàn chỉnh của vỏ trứng chứ không phải làm dập vòng quanh phía buồng khí như ta thường thấy ở gia cầm và các loài chim khác Công đoạn nở thường kéo dài đồng thời cũng có nhiều tiếng kêu và nhiều lần nghỉ, có mẻ trứng có thể nở trong thời gian 4-6 ngày, hiện tượng này thường

do thời gian bảo quản, nhiệt độ thấp và kích thước trứng to

2.5 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID [6][7]

Hình 2.3 Tổng quan hệ thống bộ điều khiển PID

Quá trình điều khiển theo mô hình trên là một quá trình khép kín Giá trị setpoint- SP là giá trị đặt trước mà hệ thống phải làm việc xung quanh giá trị đó tùy thuộc vào yêu cầu chất lượng của hệ thống Việc đảm bảo tính ổn định cũng như chất lượng của hệ thống thực chất là đưa hệ thống luôn bám sát SP với độ sai lệch nhỏ nhất và thời gian quá độ nhanh nhất

U là tín hiệu điều khiển tác động vào hệ thống

E = Y là sai số giữa tín hiệu thực tế và tín hiệu hiện tại

Y là ngõ ra thực tế

2.5.2 Công thức điều khiển PID

Hình 2.4 Bộ điều khiển PID

Ngõ ra bộ điều khiển PID sẽ tuân theo ngõ vào với công thức như sau:

dt

deKedtKeK

u  p  i.  d (2.1) Trong đó: u là tín hiệu ngõ ra

E là sai số giữa tín hiệu đặt và tín hiệu thực tế

Kp,Ki,Kd là các thông số của bộ điều khiển PID mà ta phải lựa chọn, nếu các thông số này được lựa chọn tốt thì hệ thống sẽ hoạt động ổn định

Một số tiêu chí để kiểm tra bộ điều khiển PID có hoạt động tốt hay không:

 Độ vọt lố (POT(%))

Bộ điều khiển PID

Hệ thống

Bộ điều khiển PID

 Thời gian xác lập

 Sai số xác lập

a Độ vọt lố (POT(%)):

Hình 2.5 Đồ thị biểu diễn một hệ thống PID có vọt lố

Đồ thị trên diễn tả hoạt động của một hệ thống PID Trong đó sau khi hệ thống đạt đến giá trị Ymax thì ổn định ở giá trị Yxl (xác lập) nhưng vẫn còn cách giá trị đặt một khoảng Từ đó, ta có công thức tính độ vọt lố POT như sau:

% 100

XL

XL MAX

Y

Y Y POT  

Hình 2.6 Sai số xác lập E xl

Khi hệ thống đã ổn định nhưng vẫn cách giá trị đặt một khoảng theo thời gian thì giá trị đó gọi là sai số xác lập, kí hiệu là Exl và được biễu diễn bằng công thức:

) (

lim SP Y E

Txl là thời gian là thời gian từ khi hệ thống bị tác động đến khi y=yxl

Một bộ điều khiển PID cần lựa chọn các thông số Kp, Ki, Kd sao cho tối ưu nhất, ở đây tối ưu nhất có nghĩa là:

 Exl càng nhỏ càng tốt, nghĩa là giá trị xác lập càng gần giá trị đặt

 Txl càng nhỏ càng tốt, nghĩa là thời gian đáp ứng của hệ thống càng nhanh

Nếu Kp tăng quá lớn dẫn đến hệ mất ổn định hoàn toàn

Theo công thức của bộ điều khiển PID:

dt

deKedtKeK

u  p  i.  d (2.4)Nếu Kp lớn  u càng gần với Kp.e Nếu e dù nhỏ nhưng Kp.e vẫn lớn u lớn

để hiệu chỉnh hệ thống hệ thống vọt lên nhanh chóng  Exl nhỏ khi Kp tăng

Đôi khi hệ thống vọt lên quá đà, sinh ra vọt lố,nếu vọt lố quá lớn có thể bị mất ổn định

E(3) E(4) E(5) E(2)

E(0) E(1)

t

Hình 2.9 Sai số theo thời gian

Theo công thức bộ điều khiển PID, ta có:

tedt

5

0

= e(0).0 + e(1).t + e(2).2t+e(3).3t+e(4).4t+e(5).5t (2.5)

Với t là thời gian lấy mẫu Ta thấy khi t 0 thì tín hiệu càng dày đặc và tín hiệu rời rạc có thể xem là liên tục

Trong công thức bộ điều khiển PID, thành phần Ki.edt được phân tích như sau:

Giả sử edt nhỏ nhưng nếu Ki tăngu tăngtác động đến hệ thống làm hệ thống dao động quanh điểm đặt SPExl bị triệt tiêu do sai số có phần âm và phần

c Ảnh hưởng của Kd đối với hệ thống:

Giá trị

Thời gian (s)

SP

Nên khi tăng Kp : hệ chậm nhưng ổn định,giảm vọt lố

Tóm lại: Kp càng lớn, đáp ứng càng nhanh, do đó sai số càng lớn, bù khâu tỉ lệ càng lớn Giá trị Kp quá lớn sẽ làm hệ thống mất ổn định và dao động

Ki càng lớn kéo theo sai số ổn định bị khử càng nhanh nhưng vọt lố càng lớn

Kd càng lớn càng giảm vọt lố nhưng hệ đáp ứng chậm và dễ mất dao động do khuếch đại nhiễu

2.5.4 Cách xác định thông số Kp, Ki, Kd:

a Phương pháp Ziegler – Nichols:

Ở phương pháp này đầu tiên ta tác động vào hệ thống 1 hàm nấc, và thu thập các thông số ngõ ra như sau:

Hình 2.11 Đồ thị một hệ thống đáp ứng trễ

Một hệ khi ta tác động không thể đáp ứng ngay được mà có một khoảng thời gian trễ là T1 Sau khi hệ thống ổn định, ta có độ cao K (thường gọi là Kgh giới hạn) và

đồ thị ngõ ra của hệ thống theo thời gian Ta đường tiếp tuyến của đồ thị ngõ ra hệ

thống, khoảng cách giữa điểm giao nhau với trục hoành và Kgh ta có T2 ( đây chính là thời gian xác lập của hệ thống) Từ đó phương pháp Ziegler-Nichols đưa ra bảng công thức sau:

K

T 1 T 2

Đáp ứng ngõ ra hệ thống

Bảng 2.1 Công thức tính các hệ số với từng bộ điều khiển

thông số gần đúng

b Phương pháp thực nghiệm:

Ở phương pháp này không cần phải có hiểu biết điều khiển để tính toán mà chỉ cần nhân viên có kinh nghiệm, theo các bước sau:

Bước 1: Ban đầu cho 3 hệ số Kp, Ki, Kd bằng 0

Bước 2: Tăng Kp lên cho đến khi nào hệ thống bắt đầu mất ổn định thì dừng Bước 3: Tăng Kd lên đến khi hệ thống ổn định lại thì dừng

Bước 4: Tăng Ki lên đến khi hệ thống bắt đầu mất ổn thì thì dừng, giảm Ki lại nếu hệ thống ổn định lại thì các hệ số tìm được tạm chấp nhận được ở điểm đặt đó

T

Kp

9.0

1

2



3 0

T

Kp

.

2 1

1 2

 2T1 0.5T1

c Tổng quan các phương pháp điều khiển:

Phương pháp Ưu điểm Khuyết điểm

Hệ thống chưa tối ưu và có thể sinh

Bảng 2.2 Ưu, nhược điểm của các phương pháp điều khiển

Trong thực tế, đối với những hệ thống đơn giản và không cần biết đến hàm

truyền của hệ thống, ta thường sử dụng phương pháp thực nghiệm là chủ yếu do có nhiều hệ thống PID khác nhau với mô hình xây dựng khác nhau Việc tìm được các hệ

số PID cũng chỉ dừng lại xung quanh một điểm đặt nào đó, rất khó để tìm một hệ số làm việc ổn định ở mọi điểm đặt (gần như là không thể) Do đó, các hệ số PID cũng chỉ mang tính chất tương đối cho từng hệ thống

Để khác phục nhược điểm này, các nhà khoa học đã tìm ra các phương pháp khác hữu hiệu hơn như điều khiển Fuzzy (Mờ), Mạng Nơ-ron hoặc kết hợp các

phương pháp điều khiển lại với nhau để tối ưu hóa hệ thống

2.6 Xây dựng mô hình điều khiển:

Từ những yêu cầu đặt ra cho hệ thống, nhóm quyết định lựa chọn phần cứng như sau:

 Thiết bị đầu vào: cảm biến nhiệt độ DS18B20, cảm biến độ ẩm HS1101, nút nhấn

 Thiết bị đầu ra: Relay 5Vdc điều khiển motor đảo trứng, driver công suất TAC-2200 điều khiển khối gia nhiệt, LCD 20x4 hiển thị các thông số nhiệt

độ,độ ẩm, thời gian thực

 Thiết bị điều khiển trung tâm: vi điều khiển PIC18F4550

 Các chuẩn truyền dữ liệu: I2C, 1-wire, PWM, giao tiếp LCD

 Thiết bị thời gian thực: IC thời gian thực DS13B07

 Thiết bị thông gió tạo đối lưu: quạt 220Vac, quạt 12Vdc

 Thiết bị hút ẩm: hạt hút ẩm Silicat, sò nóng lạnh

 Thiết bị gia nhiệt: nhiệt điện trở đốt nóng không khí

 Thiết bị nguồn: nguồn xung hạ áp 220Vac xuống 12Vdc - 30A, IC nguồn LM2576 hạ áp 12Vdc xuống 5Vdc-3A

 Thiết bị chiếu sáng: Đèn compact 220Vac-20W

 Thiết bị đóng cắt nguồn: CB 220Vac-30A

2.6.1 Vi điều khiển PIC18F4550 [1][8]

Từ cơ sở lý thuyết và mục tiêu đề tài đưa ra, cũng như phù hợp với kiến thức tích lũy được nên nhóm đã quyết định chọn vi điều khiển PIC18F4550 để xây dựng

mô hình

PIC18F4550 là một vi xử lý cơ bản đa chức năng và rẻ Nó là sản phẩm của họ

vi xử lý PIC thông dụng của công ty Microchip của Mỹ có trụ sở đặt tại Chandler, Arizona (Mỹ)

Hình 2.12 Hình ảnh PIC18F4550 đóng gói dạng DIP

Đặc điểm PIC18F4550:

o CPU tốc độ cao lên tới 10MISP Có 75 cấu trúc lệnh, nếu được cho phép cóthể kéo dài đến 83 cấu trúc lệnh

o Hầu hết các cấu trúc lệnh chỉ mất một chu kỳ máy, ngoại trừ lệnh rẽ nhánh chương trình mất hai chu kỳ máy

o Tốc độ làm việc: xung clock đến 40MHz, tốc độ thực thi lệnh 125ns

o Bộ nhớ chương trình ( flash program memory) là 32kbyte

o Bộ nhớ dữ liệu EEPROM là 256 byte

o 5 port vào hoặc ra

o 4 bộ timer

o 1 capture/compare/PWM modules

o 1 enhanced capture/ compare/PWM modules

 Giao tiếp nối tiếp : MSSP, enhanced USART

o Cổng giao tiếp song song

o Giao tiếp USB

o Module ADC 13 đầu vào độ phân giải 10 bitBên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

 + Bộ nhớ Flash có khả năng ghi xoá được 100.000 lần

 + Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xoá được 1.000.000 lần

 + Flash/Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ 100 năm

 + Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm

 + Watchdog timer với bộ dao động trong

 + Chức năng bảo mật mã chương trình

 + Chế độ SLEEP

Sơ đồ khối PIC18F4550

Hình 2.13 Sơ đồ khối PIC 18F4550

Tổ chức bộ nhớ Vi điều khiển 18F4550 gồm có 3 kiểu bộ nhớ :

• Bộ nhớ chương trình Program Memory

• Bộ nhớ RAM

• Bộ nhớ EEPROM Cũng giống như các thiết bị có cấu trúc Harvard khác, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình sử dụng đường bus riêng, điều này làm cho vi điều khiển có thể cùng lúc truy cập hai bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình Bộ nhớ dữ liệu EEPROM thực tế thì có thể

sử dụng như thiết bị ngoại vi khi bộ nhớ được gán địa chỉ và cho phép truy cập bộ nhớ bằng 1 thanh ghi điều khiển

a Khối I2C của PIC18F4550

Hình 2.14 Sơ đồ Module I2C của PIC18F4550

Thanh ghi trạng thái I2C PIC18F4550:

Hình 2.15 Thanh ghi trạng thái của Module I2C

Bit 0 BF: Buffer Full, bit trạng thái bộ đệm với 2 mode truyền và nhận

Ở mode truyền: bằng 1 khi thanh ghi đệm SSPBUF đầy và bằng 0 khi thanh ghi đệm SSPBUF trống

Ở mode nhận: bằng 1 khi thanh ghi đệm SSPBUF đầyvà bằng 0 khi thanh ghi đệm SSPBUF trống ( không bao gồm bit ACK và Stop Bit)

Bit 1 UA: Update Address bit, bit cập nhật địa chỉ, chỉ dùng cho chế độ 10 bit địa chỉ, bit yêu cầu cập nhật địa chỉ thanh ghi SSPADD

1 = cần cập nhật địa chỉ cho thanh ghi SSPADD

0 = địa chỉ không cần cập nhật Bit R/W Read/Write bit, thanh ghi trạng thái đọc/viết, ở chế độ Master

1 = quá trình phát đang được xử lý

0 = quá trình phát đã xử lý xong Bit S: Start bit

1 = Bit start đã được phát hiện

0 = Bit Start chưa được phát hiện Bit P: Stop bit

1 = Bit Stop đã được phát hiện

0 = Bit Stop chưa được phát hiện Bit D/A: Data/Address bit, ở chế độ Master ta không quan tâm bit này

Bit CKE: SMBus Select mode

1 = cho phép giao tiếp đa thiết bị

0 = không cho phép giao tiếp đa thiết bị Bit SMP: Bit lựa chọn tốc độ giao tiếp

1 = tốc độ thông dụng 100kHz

0 = tốc độ cao 400kHz

Thanh ghi điều khiển SSPCON1:

Hình 2.16 Thanh ghi điều khiển I2C SSPCON1

Bit 0-3: Lựa chọn chế độ đồng bộ

1111 = chế độ Slave, 10 bit địa chỉ và cho phép ngắt I2C

1110 = chế độ Slave, 7 bit địa chỉ và cho phép ngắt I2C

1011 = chế độ điều khiển Master bằng phần mềm (slave ở chế độ chờ)

1000 = chế độ Master, xung nhịp = FOSC /(4*(SSPADD+1))

0111 = chế độ Slave, 10 bit địa chỉ

0110 = chế độ Slave, 7 bit địa chỉ Bit CKP Ở chế độ Master không sử dụng mode này

Bit SSPEN Bit cho phép Master đồng bộ dữ liệu nối tiếp

1 = cho phép port nối tiếp và cấu hình chân SDA và SCL là port nối tiếp

0 = ngắt port nối tiếp và cấu hình những chân này là I/O Bit SSPOV bit cho phép nhận tràn

Ở mode nhận:

1 = một byte được nhận trong khi bộ đệm SSPBUF đang giữ byte trước

đó (phải được xóa bằng phần mềm)