THUỘC ĐỀ TÀI TRỌNG ĐIỂM CẤP NHÀ NƯỚC:
“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ
CÁC THIẾT BỊ PHỤC VỤ MÔ HÌNH NUÔI TÔM THƯƠNG PHẨM
THÂM CANH QUI MÔ TRANG TRẠI”
( Mã số :KC.07.27 )

Chủ nhiệm đề tài : - PGS.TS Phạm Hùng Thắng
Cộng tác viên : - Th.S Đinh Bá Hùng Anh
- KS Nguyễn Đức Hải

6623-5
02/11/2007 Nha Trang - 2006
3
3
Chương I
XÁC ĐỊNH YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ
I. Tổng quan về môi trường ao nuôi tôm thương phẩm thâm canh.

phiêu sinh vật. Độ pH cũng là một trong vài chỉ tiêu về chất lượng môi trường ao
dễ đo, dể theo dõi điều kiện môi trường trong ao. Độ pH biểu thị tính axit của
nước ao. Khi pH<7 thì nước có tính axit, nếu pH>7 thì nước có tính kiềm.
Nước có độ pH khoảng 7,5÷8,5 là phạm vi rất thích hợp cho tôm sú.
c. Độ mặn.
Độ mặn là tổng l
ượng ( tính theo gam ) các chất hoà tan chứa trong 1 kg
nước biển, các nhà hải dương học tính độ mặn bằng phần nghìn (
0
/
00
). Tuỳ theo
loại tôm và thời điểm trong chu kỳ sinh sống của mỗi loại tôm mà nồng độ mặn có
khác nhau. Đối với tôm sú thì có thể chịu đựng được sự biến thiên về độ mặn từ
3÷45
0
/
00
.
Độ mặn lý tưởng cho tôm sú sống và phát triển mạnh là từ 15÷25
0
/
00
.
d. Độ đục.
Độ trong của nước được đo dựa vào độ sâu còn nhìn thấy được nhờ một dụng
cụ gọi là đĩa Secchi. Còn hàm lượng Seston thường được xác định theo phương
pháp trọng lượng. Seston là tập hợp các sinh vật sống trong tầng nước và thể vẩn
lơ lững trong nước. Chúng gồm các hợp phần sau: chất vẩn vô cơ được đưa vào
thuỷ vực từ đất, mùn bã h

1. Nguồn nước.
Vùng ven biển có nguồn nước mặn, lợ, ngọt không
bị nhiễm bẩn do chất thải của các nghành sản xuất
nông, công nghiệp và chất thải từ khu dân cư.
2. Độ mặn
0
/
00
.
Từ 10 đến 30 ( thích hợp 15÷25).
3. Độ trong (m).
0,4÷0,5
4. Độ cứng CaCO
3
(mg/l). >80
5. pH nước.
7,5÷8,5
6. H
2
S (mg/l). <0, 02
7. NH
3
(mg/l). < 0,10
8. Chất đất. Đất thịt hoặc thịt pha cát, hoặc thịt pha bùn ít mùn
bã hữu cơ có độ dính kết cao.
9. pH đất. > 5,0
10. Cao trình đáy ao. Cao triều hoặc trên cao triều.
11. Nhiệt độ 25÷30
0
C


7
7
Chương II
THIẾT KẾ KỸ THUẬT THIẾT BỊ
III. Xây dựng phương án thiết kế.
III.1. Các phương án hiện dùng.
Hiện nay để đo các thông số môi trường trong ao nuôi tôm người ta thường
dùng các máy đo từng thông số riêng (máy đo pH, máy đo độ mặn, máy đo nồng
độ oxy hòa tan trong nước) có bán trên thị trường với các độ chính xác khác nhau.
Sau đây là một số thiết bị đo có độ chính xác cao và được dùng phổ biến
trên thị trường.

Hình 2: Thiết bị đo pH-62K của phân việt vật lý TPHCM
+ Các phần tử của máy đo:
1. Jack BNC
2. Ngõ ra analog
3. Chỉ thị LCD
4. Công tắc mV-0-pH
5. Ổ cắm 10 VDC
6. Núm chỉnh pH X
7. Núm chỉnh t
0
C
8. Núm chỉnh pH 7
Khoảng đo pH từ 0÷14. Độ chính xác 0.1, nguồn nuôi là pin 9V, màn hình
hiển thị LCD dễ nhìn, dễ sử dụng. 9
9

c) Thiết bị đo độ mặn SM-802 của phân viện vật lý TPHCM.


Để đo độ đục của nước người ta dùng đĩa Secchi. Đĩa Secchi là một chiếc
đĩa tròn bằng INOX trên bề mặt đĩa được chia thành 4 phần bằng nhau. Trên các
phần đó người ta sơn xen kẽ các màu đen và trắng. Khi đo ta thả đĩa xuống nước
cho tới khi nào không phân biệt được màu trắng và đen s
ơn trên mặt đĩa nữa thì độ
sâu của đĩa chính là độ đục của nước. Đây là phương pháp thủ công, độ chính xác
không cao vì kết quả đo còn phụ thuộc vào ánh sáng của mặt trời.
e) Đo nhiệt độ.
Để đo nhiệt độ của nước trong ao nuôi tôm người ta dùng nhiều cách. Có
thể dùng nhiệt kế thông thường hay nhanh hơn là dùng các máy đo nhanh cầm tay
có độ chính xác vừa phải, tùy theo người nuôi tôm lựa chọn vì khâu đ
o nhiệt độ
đơn giản, không phức tạp như các thông số khác.
*Nhận xét:

Như vậy các thiết bị đo các thông số môi trường trong ao nuôi tôm hiện nay
là riêng biệt không tổng hợp. Các thiết bị này mới chỉ hiển thị cho người nuôi tôm
kết quả các thông số môi trường, còn việc xử lý các kết quả đo là do người nuôi
dựa vào kinh nghiệm của mình là chính. Việc điều chỉnh các thông số môi trường
trong ao nuôi tôm rất quan trọng đòi hỏi thường xuyên trong ngày và phải chính
xác. Công việc này gây mất nhiều công sức và th
ời gian cho người nuôi tôm. Hiện
nay trong nước chưa có thiết bị kiểm soát tổng hợp môi trường ao nuôi tôm tự
động. Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị kiểm soát tổng hợp môi trường ao
nuôi tôm thương phẩm thâm canh là việc làm rất cần thiết hiện nay, nhằm giúp
người nuôi tôm nói riêng và ngành nuôi tôm công nghiệp nói chung giảm sức lao
động, tăng hiệu quả trong sản xuất góp phần tự động hóa ngành nuôi tôm công
nghiệp ở n
ước ta.


tổng hợp
Hiển thị kết
quả đo tổng
hợp lên LCD
So sánh với
các thông số
theo tiêu chuẩn
Cảnh báo
bằng LED
3 màu
Tác động Rơle để
điều chỉnh lại các
thông số (nếu cần)
Đưa kết quả đo
lên máy tính 12
12
Xây dựng sơ đồ khối thiết bị kiểm soát tổng hợp môi trường ao nuôi tôm
thương phẩm thâm canh.

Van x
ả
Van cấp
nước ao
Van cấp
nước ngọt
Đồng hồ định
thời
g
ian
Hộp điều khiển
Bộ cấp
nguồn DC
cho hộp
điều khiển13
13
* Nguyên lý hoạt động của thiết bị:
Đây là thiết bị thực hiện quy trình kiểm soát tổng hợp môi trường ao nuôi
tự động theo thời gian được lập trình sẵn bằng kỹ thuật vi xử lý.
Trong hộp điều khiển có một bộ định thời gian, được định sẵn các thời
điểm kiểm tra trong 1 ngày. Tới thời điểm kiểm tra hộp điều khiển tự động mở
bơm để cấp nước trong ao nuôi tôm vào trong thùng đựng nước kiểm tra, khi nước
đã đủ đầy lúc này các đầu đo bắt đầu đo các thông số môi trường có trong thùng.
Các kết quả đo được hiển thị ngay lên màn hình LCD. Thời gian đo diễn ra trong 5
phút. Sau 5 phút từ các kết quả đo hộp điều khiển sẽ đưa ra các LED cảnh báo.
Nếu LED của thông số nào có màu vàng là thông số đó có giá trị dưới mức cho
phép, màu xanh thể hiện giá trị trong mức cho phép, màu đỏ thể hiện giá trị trên

Assemble (hợp ngữ), qua card nạp chương trình được nạp vào trong IC 89C51,
đây là trung tâm xử lý sẽ điều khiển tất cả các quá trình hoạt động của hộp điều
khiển.
Do vậy khi thiết kế hộp điều khiển này bao gồ
m 2 phần, đó là công việc
thiết kế phần cứng (bao gồm mạch vi xử lý, mạch khuếch đại, mạch chuyển đổi
AD, mạch giao tiếp với máy vi tính, mạch cảnh báo, mạch điều chỉnh, mạch
nguồn…) và công việc thiết kế phần mền (chương trình viết bằng ngôn ngữ
Assemble để định thời gian, chuyển đổi tín hiệu Analog thành tín hiệu Digital,
chương trình hiển thị các kết quả
lên màn hình LCD, chương trình cảnh báo,
chương trình điều khiển các thông số môi trường…).
Để thiết kế được thuận lợi rõ ràng ta lập sơ đồ khối của hộp điều khiển, sau
đó sẽ thiết kế từng phần nhỏ rồi ghép lại thành 1 khối hoàn chỉnh. 15
15
Máy
bơm
Máy đo
pH
Máy đo
độ mặn
Máy đo
OXY
Mạch khuyếch đại

Van xả
Van cấp
nước n
gọ
t
Mạch điều chỉnh
các thôn
g
số
Mạch giao tiếp
với ma
y
vi tính
* Sơ đồ tổng quát về cấu trúc của hộp điều khiển
Hình 5: Nguyên lý mạch khuyếch đại thuật toán so sánh +
- 4
-
6
+ 7
- 4
+
-
6
+ 7
-
- 4
Ur
+
+ 7
6
R

5
1K
+
-
LM741
3
2
6
7
1
4
5
1. Mạch khuyếch đại cho máy đo pH.
Để đo thông số pH chính xác theo yêu cầu của thiết bị ta sử dụng máy đo
pH-62K vì máy này có độ chính xác cao và có thể lấy tín hiệu đo ra được dưới
dạng Analog. Như vậy từ tín hiệu ra của máy đo pH ta thiết kế mạch khuyếch đại
để khuyếch đại tín hiệu Analog này lên rồi qua mạch chuyển đổi AD để vi xử lý
nhận biết và xác định được k
ết quả pH.

Hình 6: Nguyên lý mạch khuyếch đại pH.

2. Mạch khuyếch đại cho đầu dò cảm biến độ mặn
Ta chọn loại máy đo độ mặn SM-802 của phân viện vật lý TP-HCM. Các

3
2
6
7
1
4
5
R8
33K
J2
PH
1
2
R4
120K
VCC
R7
10K
U
pH
-
5V18
18
3. Mạch khuyếch đại cho đầu dò cảm biến nồng độ Oxy
Ta chọn loại máy đo nồng độ Oxy của Mỹ (American Marine Inc). Dưới
đây là mạch khuyếch đại.


50K
J5
DO
1
2
-
+
U10A
LM358
3
2
1
84
R19
150
VCC
U
DO
out

ADJ
10 mV/
0
K
LM 335
R1
V+
+
-


c làm việc của nó là điện trở thay đổi khi cường độ ánh sáng tại nơi đặt
nó thay đổi.

20K
+5V
0V
DZ1
0V
LM 335
10uF
20K
10uF
20K
20K
+5V
2.2K
+5V
1K
LM
324
-5V
20K
0V
1K
Uout
N
h/độ
Metal-film
contact
Cadmium
Hình 13: Mạch khuyế
ch đại độ đục
Quang trở
Bóng đèn
Nước ao
nuôi tôm
Ống nước
Dây tín hiệu
Dây cấp điện
cho đèn
0V
+5V
10K
0V
0V
20K
0V
LM
324
+5V
10K

-5V
-5V
10K

7. Dòng tiêu thụ (bình thường): 0.3 mA.
8. Tần số cung cấp cho chân clock: 10KHz ÷ 1280KHz. Thông thường vào
khoảng 640KHz.
Tín hiệu giữ nhịp dùng cho bộ biến đổi AD cần phải tạo được ở bên ngoài và
được dẫn đến chân clock. Điện áp so sánh được đưa qua tầng lặp lại điện áp để
làm chân REF+.
Chân này có điệntrở lối vào cỡ 2.5K. Mẫu bit ở các lối vào địa chỉ A, B, C sẽ

xác định xem kênh nào phải được lựa chọn.
22
22

Hình 14: IC ADC0809
+ Nguyên tắc hoạt động
Nguyên tắc làm việc của bộ biến đổi ADC 0809 cũng không có gì phức tạp.

REF-
REF+
EOC
OE
ALE
START
RA1
RA2
RA3
R3
R2
R1
25
24
23
A0
A1
A2
21
20
19
18
8
15
14
17
D7
D6
D5
D4

GND 23
23
f=1/T=1.44/C(R
1
+R
2
)
Với R
1
=330; R
2
=5.6K;C
1
=101; C
2
=103
C2-103
C1-101
TR
CV
Q
DIS
THR
+5V
12
13
1124
24


Hình 17: Cấu trúc vi xử lý 8951
26
26
Hệ thống giao tiếp port:
a/ Port 0:
Port 0 là một port hai chức năng trên các chân 32 – 39. Trong các thiết kế cỡ
nhỏ (không dùng bộ nhớ mở rộng) nó có chức năng như các đường I/O. Đối với
các thiết kế lớn với bộ nhớ mở rộng, nó được hợp kênh giữa bus dữ liệu và byte
thấp của bus địa chỉ.
b/ Port 1:
Port 1 là một port I/O trên các chân 1 – 8. Các chân được kí hiệu:
P1.0 ; P1.1 ; P1.2 … có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nế
u cần.
Port 1 không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các

Dữ liệu phát cho port nối tiếp
Ngắt 0 bên ngoài
Ngắt 1 bên ngoài
Ngõ vào của Timer/counter 0
Ngõ vào của Timer/counter 1
Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài