CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Lý do chọn đề tài -Nghiên cứu đặc tính sinh học của heo con: Heo thuộc nhóm động vật đẳng nhiệt nhưng chúng lại khá nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ, đặc biệt là các giống heo hướng thịt được nuôi nhốt trong đi ều kiện công nghiệp. Mặc dù heo phải đối mặt với nhiều yếu tố gây stress trong su ốt chu kỳ sản xuất, nhưng một trong những yếu tố thường gặp nhất và khó kiểm soát nhất là stress nhiệt (dao động của nhiệt độ môi trường vượt quá sức ch ịu đ ựng của heo). Cảm lạnh thường xảy ra khi heo gặp nhiệt độ môi trường thấp và không thể duy trì thân nhiệt ở mức 38,5-39°C. Điều này đặc biệt nghiêm trọng đối với heo con từ 0 đến 7 ngày tuổi; tuy nhiên cũng có thể xảy ra trên heo ở mọi lứa tuổi, thậm chí có thể làm chết heo trưởng thành.
Heo con đặc biệt nhạy cảm với nhiệt độ trong những ngày đầu tiên. Nhiệt độ lý tưởng cho heo con là 32-38 độ C. Tạo môi trường tiểu khí hậu b ằng đèn đ ể gi ữ ấm nhưng heo con mới sinh chỉ thích phân nửa ánh sáng đó, do đó th ỉnh tho ảng nên tránh dùng đèn để sưởi ấm. Để an toàn ta nên dùng đèn màu đ ỏ.
T ư th ế n ằm của heo con sẽ cho ta biết chúng có hài lòng với điều kiện sống hiện tại hay không. Ở vùng nhiệt đới, nhiệt độ phù hợp nhất đối với heo con sơ sinh là 32-36°C và thay đổi từ 25-30°C vào thời điểm cai sữa (3-4 tuần tuổi). Hay nói chính xác hơn là nhiệt độ 34,6°C phải được duy trì ít nhất 2 tiếng đối với heo con sau khi sinh, và điều này trở thành tiêu chuẩn công nghiệp, nó không chỉ cải thiện năng su ất mà còn cần thiết cho chức năng của hệ miễn dịch cũng như sự sống còn của heo con.1: Nhiệt độ tiêu chuẩn của heo Úm heo ở giai đoạn heo nhỏ giúp heo có sức khỏe tốt trong giai đoạn theo mẹ nâng cao sức đề kháng tăng khả năng hấp thu sữa mẹ và hạn chế các bệnh trong giai đọan này (Đặc biệt hiện tượng tiêu chảy heo con), giảm việc thất thoát đầu con, quan trọng nhất là heo con có một bước khởi đầu tốt để phát triển trong các giai đoạn sau. Nghiên cứu tình trạng sử dụng lồng úm thực tế tại các trang trại chăn nuôi: Từ các nguồn thông tin trên mạng internet kết hợp với đi thăm thực tế một số trang trại khu vực Hưng Yên.
Chúng em nhận thấy việc kiểm soát nhiệt độ trong lồng úm heo hiện nay hoàn thoàn thủ công bằng việc tắt mở bóng đèn, hoặc điều chỉnh độ cao bóng đèn để kiểm soát nhiệt độ lồng úm. Điều này đồng nghĩa với tiêu tốn rất nhiều nhân lực cũng như lãng phí năng lượng điện cho việc sưởi ấm heo.1: Lồng úm heo sơ sinh (Tắt mở bằng tay và điều chỉnh độ cao đèn để kiểm soát nhiệt độ) 17 Hình 1.2: Chuồng heo sơ sinh 5 ngày tuổi (Lãng phí điện khi không có heo nằm trong khu vực sưởi) Từ những nghiên cứu trên chúng em lựa chọn đề tài “Thiết kế chế tạo và lập trình điều khiển, hoàn thiện bộ sản phẩm sưởi ấm cho lồng úm heo con”. Nhằm phục vụ việc kiểm soát nhiệt độ phù hợp nhất cho heo con phát triển và tiết kiệm chi phí vận hành của trang trại.2 Phân tích đề tài 1.1 Yêu cầu của đề tài - Có thể cài đặt nhiệt độ (dải từ 20 – 40 0 C) hiển thị trên LED 7 thanh - Hiển thị giá trị nhiệt độ, độ ẩm môi trường thực tế trên LED 7 thanh - Tiết kiệm năng lượng bằng việc tự động tắt đèn khi không có heo trong chuồng úm, và tự bật khi có heo - Mạch lực điều khiển 02 bóng đèn halogen 250W/ 1 bóng.2 Phương án thực hiện - Sử dụng phương pháp PID để điểu chỉnh nhiệt độ yêu cầu. - Thiết kế mạch phát hiện điểm “Zero” điểu khiển góc mở điện áp ra trên bóng điện.
- Dùng 3 nút nhấn để cài đặt các giá trị. - Dùng 6 LED 7 thanh để hiển thị giá trị nhiệt độ, độ ẩm thông qua ic 74HC595 1.3 Sơ đồ và chức năng các khối 1.2 Chức năng của từng khối - Khối nguồn: Có nhiệm vụ cung cấp năng lượng cho các khối còn lại hoạt động. - Khối xử lý trung tâm: Là khối nhận dữ liệu từ cảm biến, nút nhấn về và xử lý dữ liệu, đưa ra tín hiệu điều khiển tới khối công suất và khối hiển thị. - Khối hiển thị: Là khối nhận dữ liệu từ vi xử lý hiển thị giá trị nhiệt độ, độ ẩm và thông số cài đặt.
- Khối công suất: Là khối điều khiển tải bóng đèn thắp sáng. - Khối nút nhấn: Là khối được sử dụng để thiết lập giá trị và chế độ của mạch. - Khối tín hiệu vào: Là khối đưa dữ liệu từ cảm biến về cho vi xử lý trung tâm để tính toán xử lý dữ liệu.4 Tìm hiều về các linh kiện cần dùng trong mạch - Ngoài các linh kiện điện tử cơ bản cần dùng thì sau đây là một số linh kiện quan trọng cần có trong mạch.1 Arduino Nano Hình 1.4: Ảnh thực tế của Arduino Nano Arduino Nano là một bảng mạch điện tử được phát triển dựa trên dựa trên ATmega328P phát hành vào năm 2008 và khá thân thiện với breadboard. Arduino Nano cung cấp các kết nối và thông số kỹ thuật tương tự như bảng điện tử Arduino Uno nhưng với kích thước nhỏ gọn hơn rất nhiều.
*Atmega328P: ATmega328P là một bộ vi điều khiển tiên tiến và nhiều tính năng. Nó là một trong những vi điều khiển nổi tiếng của Atmel vì nó được sử dụng trong bo mạch arduino. Nó là một bộ vi điều khiển thuộc họ vi điều khiển megaMVR của Atmel (Cuối 20 năm 2016, Atmel được Microchip Technology Inc mua lại). Các vi điều khiển được sản xuất trong họ megaMVR được thiết kế để xử lý các bộ nhớ chương trình lớn và mỗi vi điều khiển trong họ này chứa lượng ROM, RAM, các chân I / O và các tính năng khác nhau và được sản xuất với các chân đầu ra khác nhau, từ 8 chân đến hàng trăm chân.
Mạch bên trong của ATmega328P được thiết kế với tính năng tiêu thụ dòng điện thấp. Con chip này chứa 32 kilobyte bộ nhớ flash trong, 1 kilobyte EEPROM và 2 kilobyte SRAM. Đặc tính / Thông số kỹ thuật của ATmega328P: - Thiết kế hiệu suất cao - Tiêu thụ ít điện năng - Tổng số chân ngõ vào Analog là 6 - Chứa 32 kilobyte bộ nhớ flash - Chứa 2 kilobyte SRAM - Chứa 1 kilobyte EEPROM - Tốc độ xung nhịp 16 megahertz - Nhiệt độ tối thiểu và tối đa -40 độ C đến 105 độ C. - Tổng số chân I / O kỹ thuật số là 14 chân - RISC tiên tiến - Khóa chức năng chương trình để bảo mật mã lập trình - Chứa tổng cộng ba bộ định thời, hai 8 bit và một 16 bit - Tổng số chân I / O là 23 chân - Tổng số kênh PWM là 6 - Điện áp hoạt động tối thiểu và tối đa từ 1.5: Kích thước và sơ đồ chân Arduino Nano 1.6: Hình ảnh thực tế của Triac 22 TRIAC (viết tắt của TRIode for Alternating Current) là linh kiện có thể dẫn dòng điện theo cả hai chiều.
Vì vậy định nghĩa dòng thuận và dòng nghịch không có ý nghĩa, tương tự cho khái niệm áp ngược. Việc kích dẫn Triac thực hiện nhờ xung dòng điện đưa vào cổng điều khiển G. Cấu tạo, ký hiệu và phân loại Triac Triac gồm có 3 cực 5 lớp bán dẫn tạo nên cấu trúc P-N-P-N nh ư ở thyristor theo cả 2 chiều giữa các cực T1 và T2. Vì thế, nó có thể dẫn dòng điện theo cả 2 chiều giữa T1 và T2.7: Cấu tạo các chân của triac Hình 1.8: Kí hiệu, cấu trúc của Triac 23 Có thể coi triac tương đương với 2 thyristor đấu song song ng ược chi ều.
Muốn điều khiển triac, chỉ việc cung cấp xung cho chân G của triac. Triac có bốn tổ hợp điện thế có thể mở cho dòng chảy qua: Hình 1.9: 4 cách mở triac cho dòng chảy qua Cách 1 và cách 3 là nhạy nhất, kế đến là cách 2 và cách 4. Ký hiệu và phân loại Triac được ký hiệu là chữ T trên mạch điện tử.10: Kí hiệu và phân loại Triac 24 Những thông số quan trọng khi sử dụng Triac Khi chúng ta muốn thay thế hoặc thiết kế mạch điện có sử dụng triac thì cần quan tâm những thông số quan trọng sau: Dòng điện định mức đi qua T1 và T2 hay còn gọi là IT. Ví dụ một động cơ ăn dòng điện khoảng 10A thì bạn không thể dùng một con triac có It dưới 10A.
Dòng điện điều khiển IG tối thiểu và dòng điện điều khiển IG tối đa .Dòng điện điều khiển hay còn gọi là dòng điện kích Ig có giá trị rất nhỏ chỉ từ vài mA đến vài chục mA. Nếu kỹ thuật viên cho dòng điều khiển quá cao đi qua chân G thì triac sẽ chết. Điện áp hoạt động định mức của triac, khi tải ăn nguồn ở cấp điện áp nào thì phải dùng triac chịu được mức điện áp đó.\ -du/dt – tốc độ tăng điện áp thuận trên van. -Irò – dòng điện rò khi van khoá.
-Idt – dòng điện duy trì. -∆U – sụt áp thuận trên van (giá trị tương ứng dòng điện van = 1,5 Itb ). -tj – nhiệt độ tối đa của tinh thể bán dẫn. Đặc tuyến Volt – Ampere của Triac Đặc tính Volt – Ampere của Triac bao gồm hai giai đoạn đặc tính ở góc phần tư thứ I và thứ III, mỗi đoạn đều giống như đặc tính thuận của một thyristor như được biểu diễn như hình dưới đây: 25 Hình 1.11: Đặc tính Volt-Ampe của Triac Triac có thể điều khiển mở dẫn dòng bằng cả xung dòng dương (dòng đi vào cực điều khiển) hoặc bằng xung dòng âm (dòng đi ra khỏi cực điều khiển).
Tuy nhiên xung dòng điều khiển âm có độ nhạy kém hơn, nghĩa là chỉ dòng ch ỉ có th ể chạy qua triac khi điện áp giữa T1 và T2 phải lớn hơn một giá trị nhất định, lớn hơn khi dùng dòng điều khiển dương. Nguyên lý hoạt động Điều kiện để Triac đóng điện là đưa xung kích vào cổng điều khiển trong điều kiện tồn tại điện áp trên linh kiện khác 0 (zero). Quá trình ngắt triac: Giống như thyristor, không thể điều khiển ngắt dòng qua Triac, Triac sẽ ngắt theo quy luật đối với Thyristor. Đầu tiên là triệt tiêu dòng điện đang dẫn bằng cách thay đổi cực điện áp giữa cực A1 và A2.