Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46

.............................................................................................................................
-1- Phần 1
mở đầu
Việt Nam là đất nớc nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, quanh năm
ẩm ớt. Thiên nhiên đã u đãi cho chúng ta nhiều vùng đất thuận lợi cho phát
triển nông nghiệp. Hiện nay, tỷ trọng nông nghiệp trong nền kinh tế quốc dân
đã giảm nhng nó vẫn là một trong các động lực chính để phát triển kinh tế
đất nớc. Đảng và Nhà nớc luôn luôn đề ra những mục tiêu và chính sách
nhằm phát triển một nền sản xuất nông nghiệp hiện đại, vì vậy những năm gần
đây chúng ta đã dành đợc những thành tự to lớn trong sản xuất nông nghiệp:
đảm bảo ổn định lơng thực trong nớc, khối lợng xuất khẩu ngày càng tăng,
chất lợng sản phẩm xuất khẩu đợc nâng cao...
Nhu cầu lơng thực, thực phẩm trên thế giới ngày càng tăng, đi liền
với nó là những yêu cầu ngày càng khắt khe về chất lợng và an toàn của sản
phẩm. Những yêu cầu này là mục tiêu lớn để chúng ta hớng tới một nền nông
nghiệp tiên tiến có sự quản lý trên quy mô lớn. Mặt khác khối lợng sản phẩm
làm ra trong một thời vụ là rất lớn và không thể tiêu thụ ngay tại thời điểm đó,
vì vậy công việc bảo quản sau thu hoạch đóng một vai trò hết sức quan trọng.
Đây là vấn đề bức xúc đợc nhiều ngời đầu t quan tâm nghiên cứu nhằm
tìm ra một biện pháp bảo quản tốt nhất, giảm thiểu những mất mát sau thu
hoạch cho ngời nông dân, đồng thời đảm bảo chất lợng cho sản phẩm phục
vụ chế biến sau này.
Hầu hết các sản phẩm nông nghiệp ở dạng hạt nh: lúa, ngô, đỗ, đậu,

5. Lắp ráp mạch và khảo sát.
6. Kết luận và đề nghị. phần 2
Nội dung
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46

.............................................................................................................................
-3-
Chơng1:
Tổng quan chung về sấy nông sản dạng hạt

Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46

.............................................................................................................................
-4- nén ép do tác dụng của lực liên kết giữa lớp ẩm bị hấp thụ và hạt. để tách ẩm
hấp thụ ra khỏi hạt phải cấp một nhiệt lợng cần thiết để ẩm chuyển từ dạng
lỏng sang dạng hơi thắng đợc lực hấp thụ bề mặt và bay vào môi trờng xung
quanh.
Liên kết thẩm thấu là mối liên hệ hoá lý giữa nớc với vật rắn khi có
sự chênh lệch nồng độ các chất hoà tan ở ngoài và trong tế bào. Quá trình
thẩm thấu không kèm theo hiện tợng toả nhiệt. Thực chất nớc thẩm thấu vào
trong tế bào không khác nớc bình thờng, không có các chất hoà tan bởi các
chất hoà tan không khuếch tán cùng với nớc vào trong tế bào. Năng lợng
liên kết thẩm thấu rất nhỏ.
Liên kết cơ lý giữa nớc và vật liệu hình thành do sức căng bề mặt
trong các mao dẫn hoặc trên các mao dẫn, hoặc trên các bề mặt ngoài của vật.
Mối liên kết cơ lý đợc chia làm ba loại: liên kết cấu trúc, liên kết mao dẫn và
liên kết dính ớt. Liên kết cấu trúc giữa nớc và vật liệu là mối liên kết do quá
trình hình thành vật. Để tách nớc trong trờng hợp này có thể dùng phơng
pháp nén ép hoặc phơng pháp bay hơi. Liên kết mao dẫn là do nớc thâm
nhập vào các ống mao dẫn trong cấu tạo của vật khi bị nhúng nớc hay do
nớc ngng tụ trên bề mặt vật. ẩm mao dẫn đợc tách ra bằng cách bay hơi
hay bằng áp suất lớn hơn áp suất mao dẫn. Liên kết dính ớt là do nớc bám
dính vào bề mặt tự do. Liên kết dính ớt dễ tách ra khỏi vật bằng phơng pháp
cơ học hoặc phơng pháp sấy bay hơi.

G
n
G
n
G
G
n
G
W
+
==

Trong đó: G = G
k
+ G
n
Khối lợng của vật (kg)

100(%)
100
0
W
0
W
W
+
=

- Độ chứa ẩm: Là khối lợng nớc tính bằng kg chứa trong 1kg vật
khô tuyệt đối. Độ chứa ẩm u đợc xác định theo công thức:

0
C)

100
W
).
k
C
n
(C
k
CC +=

Trong đó: C
k
, C
n
- nhiệt dung riêng của vật khô và nớc (J/Kg.
0
C)
G
k
, G
n
- khối lợng của vật khô và khối lợng nớc.
Hệ số dẫn nhiệt đặc trng cho quá trình truyền nhiệt từ bề mặt vào tâm
hạt. Hệ số này phụ thuộc vào cấu trúc của hạt, độ ẩm và nhiệt độ của hạt. Đây
là thông số rất phức tạp và khó xác định, ảnh hởng trực tiếp lên quá trình sấy.
Tuy nhiên đây là hệ số dẫn nhiệt ít đợc quan tâm trong quá trình sấy tĩnh đối
lu với tốc độ dòng khí nhỏ, nghĩa là hệ số truyền nhiệt đối lu nhỏ và hạt

0
C)
Lúa
Ngô
Đậu
Lạc
Vừng
Thầu dầu
13ữ13,5
13ữ13,5
11ữ12
8ữ9
7ữ8
6ữ7
35
50
30
50
50
50
Sấy là một trong những công đoạn quan trọng nhất của công nghệ sau
thu hoạch. Thực tế có hai phơng pháp sấy chính là: phơng pháp sấy tự nhiên
và phơng pháp sấy nhân tạo.

+ Phơng pháp sấy tự nhiên:
Nông sản sau khi đợc thu hoạch đợc đem ra phơi trực tiếp dới ánh
nắng mặt trời, hoặc gián tiếp qua các thiết bị sấy mặt trời. Nguồn bức xạ hồng

Sơ đồ mô tả quá trình sấy đối lu:

t
0
,d
0
,

0
t
1
,d
1
,

1
t
2
,d
2
,

2
Hình 1: Sơ đồ mô tả quá trình sấy đối lu
Không khí nóng
mang ẩm
Buồng tạo

Hình 2: Mô hình thiết bị sấy kiểu hầm
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46
.............................................................................................................................
-9-
Hình 3: Mô hình thiết bị sấy kiểu cột Trong những thiết bị sấy này, tác nhân sấy đi từ dới lên trên xuyên
qua lớp liệu. Quá trình luồn lách qua lớp liệu khí nóng sẽ truyền nhiệt lợng
của mình sang cho lớp liệu để đốt nóng nó và cho nớc bốc lên từ liệu sấy.
Hơi nớc bốc ra đợc dòng khí sấy cuốn theo và đa ra ngoài. Rõ ràng lớp
liệu dới cùng sẽ tiếp xúc với dòng khí sấy có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp nên sẽ
đợc đốt nóng nhanh hơn và cũng khô nhanh hơn. Càng lên cao nhiệt độ của
khí sấy càng giảm còn độ ẩm càng tăng, vì vậy tốc độ đốt nóng của liệu càng
chậm, vật liệu sấy lâu khô hơn. Nh vậy nhợc điểm của những thiết bị sấy
này là quá trình sấy không đồng đều. Tuy nhiên u điểm của thiết bị sấy này
là đợc tạo nên từ những vật liệu đơn giản giá thành rẻ, thích hợp với quy mô
hộ nông dân.
- Thiết bị sấy động gồm có thiết bị sấy mẻ và thiết bị sấy tuần hoàn. Sự
khác biệt chính là sự chuyển động đảo trộn của hạt liệu trong quá trình sấy, vì
vậy quá trình sấy là đồng đều. Khi sấy bằng thiết bị sấy mẻ, từng mẻ liệu đợc

Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46
.............................................................................................................................
-11-
Hình 5. Thiết bị sấy kiểu thùng quay

1 - Thùng quay 2 - Lò sấy 3 - Buồng trung gian
4 - Cửa thoát khí thải 5 - Cửa xả nguyên liệu
Hình 6. Thiết bị sấy băng tải
1 - Phiễu chứa nhiên liệu 2 - Băng tải 3 - Buồng đốt
4 - Vít tải 5, 7 - Quạt hút 6 - Tờng chấn

Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46
.............................................................................................................................
-12-
Hình 7. Thiết bị sấy hạt theo chu kỳ
1 - Phiễu tiếp liệu 2 - Gàu tải 3 - Máy liên hoàn tách tạp chất
4 - Thiết bị sấy 5 - Vít tải 6 - Thiết bị phân phối hạt và xilo
7 - Xilo ủ thóc 8 - Xilo chứa hạt khô 9 - Băng tải

Trong trờng hợp này, thông tin mô hình hệ thống đã đợc xác lập
thông qua những yêu cầu của đề tài. Mặt khác hệ thống thí nghiệm sấy đã
đợc thiết kế sẵn, vì vậy chúng tôi sử dụng phơng pháp thực nghiệm để khảo
sát hệ thống này, xây dựng mô hình động học cho hệ thống để rồi chọn ra bộ
điều khiển hợp lý cho hệ thống.
Thông tin hệ thống:

Hình 8: Mô hình sấy thí nghiệm
+ Quạt gió ly tâm + Buồng đốt
Điện áp cấp 220V - 50Hz Dây đốt Ni - Cr
Tốc độ 2850V/p Điện áp cung cấp 220V 50Hz
Công suất 240W Công suất 2KW.
1. Xác định đặc tính động học của hệ thống
1.1. Cơ sở lý thuyết
Để khảo sát hệ thống ta tác động vào hệ thống một xung nhiễu bậc
thang và quan sát đầu ra.
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46
.............................................................................................................................
-14- Ngời ta chia đối tợng khảo sát ra làm hai loại cơ bản:
- Đối tợng có tính tự cân bằng là đối tợng có khả năng tự hiệu chỉnh
trở lại trạng thái cân bằng khi có nhiễu tác động phá vỡ cân bằng (đối tợng
tĩnh).
- Đối tợng không tự cân bằng là đối tợng không có khả năng trở lại
trạng thái cân bằng khi có nhiễu phá vỡ sự cân bằng của nó.

a...
1n
s
1
a
n
s
0
a
1s
1m
b...
1m
s
1
b
m
s
0
b
+

++

+
+

++

+

dt
K
++

Đặc tính đờng quá độ của hàm truyền PT
2
nh Hình 9b.
+ Khâu quán tính bậc n:
PT
n
: W(s) =
n
Ts)(1
dt
K
+

Đặc tính đờng quá độ của hàm truyền PT
n
nh hình 9b.

a, b,
Hình 9: đặc tính quá độ của hàm truyền
Ngoài ra còn có các mô hình Lag, và mô hình dao động bậc hai tắt
dần. Dạng hàm truyền của nó nh sau:
+ Mô hình Lag:
W(s) =
s
m
T1

1
:
Mỗi một khâu có một phơng pháp xác định hằng số thời gian khác
nhau. Khâu có cấu trúc càng phức tạp thì việc xác định các thông số càng khó
h(t)
t
t
h(t
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46
.............................................................................................................................
-16- khăn. Trong phạm vi đề tài này chỉ nêu lên cách xác định các thông số cho mô
hình PT
1
. Việc xác định các thông số (K
dt
, T
1
) của PT
1
đợc thực hiện qua các
bớc sau:
+ Kẻ tiếp tuyến với đờng đặc tính tại t = 0.
+ Xác định giao điểm của đờng tiếp tuyến đó với đờng tiệm cận
K

0.632*K.
Nói cách khác tại đúng thời điểm T hàm h(t) sẽ đạt 63.2% giá trị cực
đại. Vậy để xác định T thì sau khi tìm đợc K ta tính h(T) = 0.632*K rồi từ đó
suy ngợc lại T.
Trong nhiều trờng hợp không thể tạo ra đợc một nhiễu bậc thang
1(t), ngời ta có thể dùng tín hiệu là A*1(t). Khi đó hệ số khuếch đại của
mạch đợc tính nh sau:
K =
A
)h(

.
Hằng số thời gian đợc xác định từ h(T) = 0.632*h(

).
1.2. Xác định đặc tính động học hệ thống sấy
Thiết bị phục vụ cho việc khảo sát bao gồm:
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46
.............................................................................................................................
-17- + Hệ thống sấy thí nghiệm,
+ Đồng hồ bấm giây,
+ Nguồn điện 220V - 50Hz.
Cho đối tợng chịu tác động của một nhiễu A*1(t) - tức là đóng trực
tiếp nguồn 220V-50Hz vào dây toả nhiệt, quạt gió đợc bật trớc đó. Bấm thời

16.89 16.5 51.14 28 125.89 39
18.68 17.5 54.55 29 138.55 39
20.41 19 57.87 30 ... ...

Từ bảng số liệu ta có đợc đờng đặc tính của hệ thống nh sau:
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46
.............................................................................................................................
-18-
Hình 10: Đặc tính của hệ thống sấy thí nghiệm
Nghiên cứu và tính toán của các nhà khoa học khẳng định: quá trình
nhiệt là quá trình có trễ. Cách đo thủ công mà ta tiến hành nh trên không thể
đo đợc chính xác thời gian trễ, do đó chỉ có thể lấy gần đúng thời gian trễ
bằng 2.15(s) (là thời gian khi bật máy đến khi bắt đầu có sự thay đổi nhiệt độ).
Để xác định đợc thông số của đối tợng ta dịch gốc đi một đoạn 2.15(s) và
nh đặc tính trên có thể coi đối tợng của chúng ta là mô hình PT
1
. Việc xác
định các thông số của nó theo lý thuyết đợc trình bày ở trên.
Ta có h(

) = 39 theo công thức: K =
1250
)h(


Phần tổng hợp hệ thống trên đã tạo bớc đệm để chúng tôi đi đến chọn
độ điều chỉnh cho hệ thống. Để có thể chọn lựa đợc bộ điều khiển phù hợp ta
hãy xem xét một số chỉ tiêu sau:
a. Sai lệch tĩnh:
Sai lệch tĩnh xác định độ chính xác tĩnh của hệ. Sai
lệch tĩnh đợc tính theo định lý tới hạn:

lims.E(s)
0s
lime(t)
t
)e(
es
e

=

== .
b. Lợng quá điều chỉnh.
Lợng quá điều chỉnh đợc xác định bởi trị
số cực đại của hàm quá độ so với trị số xác lập của nó:

.100
)h(
)h(
max
h
%



quá độ dao động quanh trị số xác lập trong thời kỳ quá độ (0 <t<T
qd
).
Lợng quá điều chỉnh

, thời gian có quá điều chỉnh t

và số lần dao
động đặc trng cho tính chất suy giảm của quá trình quá độ. Thời gian quá độ
T
qd
và thời gian đáp ứng T
m
đặc trng cho tính tác động nhanh của hệ.
Những bộ điều chỉnh điển hình:
+ Bộ điều chỉnh tỷ lệ (P)
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46
.............................................................................................................................
-20- a)
b)
c)
d)
e)
f)

Sự ảnh hởng của các bộ điều chỉnh đối với sai lệch tĩnh e(t) đợc cho
trong hình sau:
Hình 11: Sai lệch tĩnh qua
các bộ điều chỉnh
a) Trờng hợp không có bộ điều chỉnh.
b) Bộ điều chỉnh tỷ lệ làm giảm sai lệch nhng không thể triệt tiêu vì
hệ số khuyếch đại không thể quá lớn.
c) Bộ điều chỉnh tích phân (I) có thể triệt tiêu sai lệch tĩnh.
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46
.............................................................................................................................
-21- d) Bộ điều chỉnh tỉ lệ tích phân (PI) có thể thay đổi đợc tốc độ giảm
sai lệch.
e) Bộ điều chỉnh tỷ lệ vi phân (PD) cải thiện chất lợng động nhng
không triệt tiêu đợc sai lệch tĩnh.
f) Bộ điều chỉnh tỉ lệ vi tích phân (PID) kết hợp đợc các đặc điểm của
ba thành phần P, I, D.
Chọn bộ điều chỉnh của các hệ ổn định và có trễ
Ví dụ đối tợng có hàm truyền:

i
=T
1
và hệ hở có hàm
truyền:
.s
e
1
s.T
K
(s)G(s)
c
GW(s)

==
với K=K
0
.K
1
Môđun và pha nh đợc xác định nh ở Hình 12:
i
i
c
Ts
Ts
K
.
.1
+


.T
K

2
.





=

Nếu độ dự trữ ổn định về biên độ
đợc chọn là 0,5 tơng ứng với góc dịch
pha:
2
.




=

Từ đó:

W(j


)


(s)
dt
W

+
=
.
Ta chọn bộ điều chỉnh PI với các thông số sau:
T
i
=T
1
=36,08 (s).
422,44.
c
K
2,15
36,08
.
4
1
K
c
KK =


Vì hệ thống cũng không cần có sự tác động quá nhanh nên ta chọn:
K
c
= 400.

= , với T là thời
gian trích mẫu):
1z
394,5405,5.
z
(z)
c
W


=

hay:
1z
394,5405,5.z
U(z)
Y(z)


=

Y(z)394,5.U(z)z)405,5.z.U(Y(z).z
394,5.U(z)z)405,5.z.U(Y(z)Y(z).
z
+=
=
(1)
Với Y(z) là tín hiệu ra rời rạc,
U(z) là tín hiệu vào rời rạc.
Theo tính chất dịch dịch hàm gốc: z
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46
.............................................................................................................................
-25- Chơng 3:

Giới thiệu chung về vi điều khiển, họ vi điều khiển
AVR và vi điều khiển ATMEGA85351. Tổng quan chung về vi điều khiển
1.1. Các họ vi điều khiển
Bộ vi điều khiển (Microcontroller) là một mạch tích hợp trên một chip,
có thể lập trình đợc với hệ thống tập lệnh để thực hiện một yêu cầu nào đó.
Bộ vi điều khiển đợc ra đời sau Bộ vi xử lý. Về thực chất thì Bộ vi điều khiển
là Bộ vi xử lý, nhng có thêm các mạch điện hỗ trợ, các thành phần I/O ngoại
vi và bộ nhớ ( bộ nhớ chơng trình và bộ nhớ dữ liệu)... đợc tích hợp cùng
nhau trên một bản mạch. Bộ vi điều khiển đầu tiên ra đời năm 1971, là bộ vi
điều khiển 4 bít TMS1000 của Công ty Texas Instruments. Sau khi dòng sản
phẩm này ra đời, nó đã đợc ứng dụng vào rất nhều lĩnh vực: sản xuất máy
tính bỏ túi, điều khiển lò vi sóng, sử dụng cho các bộ định thời công nghiệp.
Năm 1976, Công ty Intelligen Electronics (INTEL) cho ra đời thế hệ
đầu tiên của vi điều khiển 8 bít với tên gọi 8084. Trong bộ vi điều khiển này,
ngoài bộ vi xử lý trung tâm ngời ta tích hợp thêm các bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ