Header Page 1 of 166.

Báo cáo tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46
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,
vừng... Phơng pháp bảo quản thông dụng nhất là sấy khô sản phẩm đến một
mức cần thiết. Trớc đây ngời dân hay sử dụng phơng pháp phơi nắng tự
nhiên hay sấy thủ công... Những phơng pháp này có nhợc điểm là năng suất

5. Lắp ráp mạch và khảo sát.
6. Kết luận và đề nghị.

phần 2

Nội dung
Footer Page.............................................................................................................................
2 of 166.
-2-


Header Page 3 of 166.

Báo cáo tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46

Chơng1: Tổng quan chung về sấy nông sản dạng hạt
1. Các đặc trng cơ bản của nông sản dạng hạt
Nông sản dạng hạt là một trong những đặc trng, là sản phẩm chủ yếu
của sản xuất nông nghiệp. Nông sản dạng hạt có nhiều hình dáng, kích cỡ,
màu sắc và kiểu vỏ cứng, mềm khác nhau Tại thời điểm thu hoạch, lợng
ẩm trong hạt đã giảm xuống, tuy nhiên tỷ lệ vẫn còn rất lớn. ẩm trong hạt tồn
tại ở hai dạng: nớc tự do và nớc liên kết. Nông sản dạng hạt thuộc loại vật
liệu keo xốp mao dẫn có tính đàn hồi co giãn, khi hút ẩm thì trơng nở, khi
thoát ẩm thì co ngót, khi khô quá thì hạt trở nên giòn. Khi còn ở trên cây, hạt
hút ẩm từ môi trờng và nhận ẩm từ cây đa lên, ẩm này vừa ở dạng lỏng, vừa
ở dạng khí. Khi bị thấm ớt ẩm lỏng ngấm vào trong hạt, dời chuyển trong hạt
bằng cách thẩm thấu qua vách tế bào. ẩm liên kết trong hạt đợc chia thành ba
nhóm lớn: ẩm liên kết hoá học, ẩm liên kết hoá lý và ẩm liên kết cơ lý.

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.
Độ ẩm của hạt đợc biểu diễn dới dạng sau:
- Độ ẩm tuyệt đối: Là tỷ số giữa lợng hơi nớc chứa trong hạt chia
cho khối lợng phần khô của hạt theo công thức:

G
W = n 100(%)
0 G
k
Trong đó: Gn - Lợng nớc chứa trong vật (kg) chứa trong Gk (kg) vật
khô tuyệt đối.
- Độ ẩm tơng đối: Là tỷ số khối lợng nớc chứa trong vật chia cho
khối lợng của vật:

khô tuyệt đối. Độ chứa ẩm u đợc xác định theo công thức:
u=

Gn
(kg/kg)
G
k

Nh vậy: W0 = 100u(%).
Một đặc trng cơ bản nữa của nông sản dạng hạt là tính chất nhiệt vật
lý của nó. Tính chất này ảnh hởng trực tiếp lên quá trình sấy và tiêu hao nhiệt
lợng trong quá trình sấy. Tính chất nhiệt vật lý đợc biểu hiện thông qua giá
trị nhiệt dung riêng và hệ số dẫn nhiệt. Nhiệt dung riêng của vật liệu ẩm đợc
xác định theo công thức:

C=

C G + C nGn
k
(J/Kg.0C)
G + Gn
k

W
C = C + (C n C ).
k
k 100
Trong đó: Ck, Cn - nhiệt dung riêng của vật khô và nớc (J/Kg.0C)
Gk, Gn - 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

làm lớp bề mặt khô nhanh trong khi cờng độ di chuyển ẩm từ vùng trung tâm
ra mặt hạt quá nhỏ tạo ra sự chênh lệch lớn về độ ẩm trong hạt.
Đối với khối hạt yêu cầu cơ bản của quá trình sấy là phải đảm bảo sự
đồng đều độ ẩm trong khối hạt. Thông qua các tài liệu nghiên cứu khoa học ta
có đợc: độ ẩm bảo quản một số loại hạt và nhiệt độ đốt nóng cho phép cho
trong Bảng 1.

Bảng 1. Nhiệt độ đốt nóng cho phép và độ ẩm gới hạn
Tên nông sản

Độ ẩm giới hạn

Nhiệt độ đốt nóng hạt khi sấy (0C)

Lúa

13ữ13,5

35

Ngô

13ữ13,5

50

Đậu

11ữ12


-6-


Header Page 7 of 166.

Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46

Báo cáo tốt nghiệp

ngoại từ mặt trời sẽ đốt nóng hạt nông sản và làm bay hơi ẩm có trong nông
sản. Phơng pháp này đã đợc sử dụng từ rất lâu và đến nay nó vẫn đợc sử
dụng nh là một phơng pháp chính ở nhiều vùng sản xuất nông nghiệp trên
cả nớc. Phơng pháp sấy tự nhiên có u điểm là nguồn năng lợng rất dồi
dào và rẻ tiền, thiết bị sấy đơn giản... do đó sẽ giảm đợc giá thành sản xuất.
Mặt khác phơng pháp sấy tự nhiên cũng có không ít nhợc điểm nh: tốn
diện tích sử dụng cho việc phơi nắng, nhiệt lợng sấy không liên tục và đồng
đều, phụ thuộc nhiều vào điều kiện tự nhiên, khó có thể điều chỉnh lợng
nhiệt...
+ Phơng pháp sấy nhân tạo:

Để có thể làm khô một khối lợng lớn sản phẩm trong thời gian ngắn
và chủ động thực hiện quá trình sấy ở mọi điều kiện thời tiết, ngời ta sử dụng
phơng pháp sấy nhân tạo. Phơng pháp này đắt tiền hơn và phức tạp hơn
phơng pháp sấy tự nhiên, nhng nó là điều cần thiết để có đợc sản phẩm
đồng nhất đem ra thị trờng. Nguồn nhiệt lợng để thực hiện quá trình sấy
đợc tạo ra bằng nhiều phơng pháp khác nhau. Ngày nay, các thiết bị sấy
đợc chế tạo dựa trên một hay kết hợp nhiều phơng pháp sấy khác nhau.
Phơng pháp sấy đợc sử dụng rộng rãi nhất để sấy nông sản dạng hạt
là sấy đối lu. Phơng pháp sấy đối lu có tác nhân sấy là không khí nóng,
nhiệt lợng đợc truyền từ tác nhân sấy sang hạt sấy bằng phơng pháp đối


Trong đó: tx,dx,x lần lợt là nhiệt độ, lợng ẩm, thuỷ phần của dòng
khí.
Phơng pháp sấy đối lu đợc phân thành hai nhóm phụ thuộc vào
trạng thái của hạt ẩm trong quá trình sấy. Nếu khối hạt sấy bất động còn quá
trình sấy đợc hình thành do dòng khí nóng chuyển động luồn lách giữa lớp
hạt thì quá trình này đợc gọi là sấy tĩnh. Ngợc lại, trờng hợp hạt sấy
chuyển động ngợc chiều với dòng khí sấy thì quá trình sấy đợc gọi là sấy
động.
- Thiết bị sấy tĩnh thờng đợc thiết kế theo hai dạng là dạng hầm và
dạng cột:

Hình 2: Mô hình thiết bị sấy kiểu hầm

Footer Page.............................................................................................................................
8 of 166.
-8-


Header Page 9 of 166.

Báo cáo tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46

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.

ảnh một số thiết bị sấy có quy mô công nghiệp ở Việt Nam và trên thế giới:

Hình 4. Thiết bị sấy kiểu băng tải

1 - Phễu đổ nhiên liệu

2 - Buồng sấy

3 - Băng tải

4 - Quạt đẩy

5 - Calorife

6 - Cửa xả nguyên liệu

7 - Cửa thoát khí thải

Footer Page.............................................................................................................................
10 of 166.
-10-


Header Page 11 of 166.

Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46

Báo cáo tốt nghiệp

Hình 5. Thiết bị sấy kiểu thùng quay

Header Page 12 of 166.

Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46

Báo cáo tốt nghiệp

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 điều kiện sản xuất hiện nay, có nhiều yếu tố trong sản xuất nh:
quy mô sản xuất và hình thức sản xuất đã có nhiều thay đổi, sản phẩm đa dạng
hơn, hội nhập, yêu cầu thị trờng cao hơn... đòi hỏi nền sản xuất nông nghiệp
của nớc ta phải có nhiều thay đổi để đáp ứng đợc nó. Lĩnh vực sấy nông sản
cũng không nằm ngoài sự thay đổi đó. Chúng ta cần có những hệ thống sấy
quy mô lớn, năng suất cao, hoạt động một cách tự động đa nông sản tới

+ 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.

Footer Page.............................................................................................................................
13 of 166.
-13-


Header Page 14 of 166.

Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46

n1
Trong thực tế khâu tĩnh có thể lấy một trong các dạng điển hình sau:
+ Khâu quán tính bậc nhất:
PT1: W(s) =

Kdt
1+ T s
1

Đặc tính đờng quá độ của hàm truyền nh Hình 9a.
+ Khâu quán tính bậc 2:

Footer Page.............................................................................................................................
14 of 166.
-14-


Header Page 15 of 166.

Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46

Báo cáo tốt nghiệp

PT2: W(s) =

K

dt
(1 + T s)(1 + T s)
1

K (1 + Tt s)
W(s) = dt
1 + Tm s

(Tt < Tm)

+ Mô hình dao động bậc hai tắt đần:
W(s) =

kq 2
s 2 + 2qDs + q 2

(0
h()
.
A

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:

Footer Page.............................................................................................................................
16 of 166.
-16-


Header Page 17 of 166.

Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46

Báo cáo tốt nghiệp

+ 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
gian theo dõi nhiết độ dòng khí sấy. Các thông số đợc thể hiện trong Bảng 2.

Bảng 2: Thông số khảo sát hệ thống sấy thí nghiệm

Thời gian


64.8

31

3.78

2

24.55

21

71.1

32

5.47

4.5

26.82

22

77.14

33

8


98.97

36

13.38

13.5

41.76

26

107.82

37

15.19

15

46.75

27

116.03

38

16.89


...

...

Từ bảng số liệu ta có đợc đờng đặc tính của hệ thống nh sau:

Footer Page.............................................................................................................................
17 of 166.
-17-


Header Page 18 of 166.

Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46

Báo cáo tốt nghiệp

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 PT1. Việc xác
định các thông số của nó theo lý thuyết đợc trình bày ở trên.
Ta có h( ) = 39 theo công thức: K =

39

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:
e es = e() = lime(t) = lims.E(s) .
t
s0

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:

h()
h
% = max
.100 .
h()

c. Thời gian quá độ: Thời gian quá độ Tqd đợc xác định bởi thời điểm
mà hàm quá độ h(t) không vợt ra khỏi biên giới của miền giới hạn quanh
trị số xác lập: = 5% h() .

d. Thời gian đáp ứng: Thời gian đáp ứng Tm xác định bởi thời điểm mà
hàm quá độ lần đầu tiên đạt giá trị xác lập h() khi có quá điều chỉnh.

e. Thời gian có quá điều chỉnh: Thời gian có quá điều chỉnh t đợc
xác định bởi thời điểm hàm quá độ đạt cực đại.

f. Số lần giao động: Số lần giao động N đợc tính bởi số lần mà hàm
quá độ dao động quanh trị số xác lập trong thời kỳ quá độ (0
trong hình sau:

t

a)
t

b)
t

c)
t

d)
t

e)

Hình 11: Sai lệch tĩnh qua
các bộ điều chỉnh

t

f)

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.



1 + s.T
i
s.T
i

Xét sơ đồ sau:

x

e
Kc

1 + s.Ti
s.Ti

u

y

e .s
K1
1 + s.T1

Thông thờng, thông số tối u đợc chọn là Ti=T1 và hệ hở có hàm
truyền:
W(s) = G c (s)G(s) =

K .s
e

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) =

Hình 12: Môđun và pha hệ hở

K
T1
.
2

Với độ dự trữ ổn định trên ta chọn K sao cho:

T
K = K c .K . 1 .
1 4
2.2. Chọn bộ điều chỉnh và xác định thông số bộ điều chỉnh

Nh đã đợc chỉ ra ở trên, hàm truyền của đối tợng nh sau:

0,0312
.e 2,15.s .
W (s) =
dt

Chọn thời gian trích mẫu là 1 giây, tiến hành rời rạc hoá theo phơng
pháp số Tustin ta có hàm truyền theo z nh sau (thay s =

2 z 1
, với T là thời
.
T z +1

gian trích mẫu):

Wc (z) =
hay:

405,5.z 394,5
z 1

Y(z) 405,5.z 394,5
=
U(z)
z 1

Y(z).z Y(z) = 405,5.z.U(z) 394,5.U(z)
(1)
Y(z).z = 405,5.z.U(z) 394,5.U(z) + Y(z)
Với Y(z) là tín hiệu ra rời rạc,
U(z) là tín hiệu vào rời rạc.
Theo tính chất dịch dịch hàm gốc: zn.Y(z)=Y(k+n)

(2)


Header Page 25 of 166.

Nguyễn Xuân Tài Tự động hoá 46

Báo cáo tốt nghiệp

Chơng 3: Giới thiệu chung về vi điều khiển, họ vi điều khiển
AVR và vi điều khiển ATMEGA8535
1. 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
chơng trình, các cổng vào ra số, các bộ định thời... Đến năm 1980, thế hệ thứ
hai của bộ vi điều khiển ra đời, đó là vi điều khiển 8051. Hiện nay vi điều
khiển 8051 đợc sản xuất và sử dụng rộng rãi. Bên cạnh đó các công ty sản
xuất cũng phát triển cho mình những bộ vi điều khiển có tính năng đặc biệt
làm cho thị trờng vi điều khiển ngày càng phong phú và đa dạng.
Một số họ vi điều khiển thông dụng ngoài họ 8051 hiện nay:
+ Họ 68HC