BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ


`

NGUYỄN HUY THUẬT

THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHÔNG DÂY TRONG ĐO LƯỜNG
VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY SẤY

Tp. Hồ Chí Minh
Tháng 08 năm 2008


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ



Đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHÔNG DÂY TRONG ĐO LƯỜNG
VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY SẤY
Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động

Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:


Ho Chi Minh City
August, 2008


LỜI CẢM ƠN

Lời chân thành đầu tiên tôi xin gửi lời biết ơn đến Ba - Mẹ, là người luôn
ở bên tôi chăm lo, động viên, khuyến khích, giúp cho tôi từng bước trưởng
thành và có được như ngày nay.
Quý thầy, cô trường Đại Học Nông Lâm Tp. HCM, đặc biệt Quý thầy, cô
khoa Cơ Khí & Công Nghệ đã truyền đạt cho tôi những kiến thức vô cùng quý
báu, đó là hành trang hết sức cần thiết để tôi có thể bước vào đời một cách
vững chắc. Không biết làm gì hơn ngoài lời cảm ơn và tôi sẽ cố gắng phấn
đấu phát huy những gì mà thầy cô đã nhiệt tình giảng dạy. Đặc biệt hơn nữa,
xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Th.S. NGUYỄN BÁ VƯƠNG, người đã
hướng dẫn tôi thật tận tình trong suốt quá trình thực hiện khóa luận.
Xin gửi lời cảm ơn đến các bạn bè của tôi, những người bạn thân thiết
đã cùng tôi học tập và vui chơi, đó là khoảng thời gian để lại những dấu ấn tốt
đẹp nhất thời sinh viên dưới mái trường Đại Học Nông Lâm.
Cuối cùng, xin chúc các thầy, cô sức khỏe thật dồi dào, bạn bè tôi luôn
thành công và trường Đại học Nông Lâm luôn trường tồn và phát triển.
Xin chân thành cảm ơn!
Tp. HCM, tháng 08 năm 2008
NGUYỄN HUY THUẬT

i


TÓM TẮT

 Phần cứng và phần điện tử hoạt động ổn định.
 Phần mềm hoạt động ổn định.
 Bộ giao tiếp với máy tính hoạt động tốt, có khả năng chống nhiễu
cao, tốc độ cao đáp ứng được yêu cầu lấy số liệu.
 Toàn bộ hệ thống hoạt động tốt, độ chính xác tương đối cao, khoảng
cách truyền nhận từ 100 - 200 m.
 Phần điều khiển nhiệt độ hoạt động tốt.
Chúng ta có thể mở rộng hệ thống thành mạng không dây bao gồm
nhiều cụm module khác nhau để mở rộng diện tích sản xuất và áp dụng vào
thực tế sản xuất.
Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

Th.S. NGUYỄN BÁ VƯƠNG

NGUYỄN HUY THUẬT

iii


SUMMARY

Theme:

DESIGN WIRELESS SYSTEM FOR MEASUREMENT
AND CONTROL IN DRYER FACTORY

Nowadays, almost equipments have been connected immediately with
computer to measure and control devices. Nevertheless, they are very

We can broaden this system as a wireless network, which consists of
different modules for cultivated area widening and real life applications.
ADVISOR:

DONE BY:

MSc. NGUYEN BA VUONG

NGUYEN HUY THUAT

v


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................i
TÓM TẮT .........................................................................................................ii
SUMMARY ......................................................................................................iv
MỤC LỤC ........................................................................................................vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG...............................................................................ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH..................................................................................x
1. MỞ ĐẦU.......................................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề ..............................................................................................1
1.2. Mục đích đề tài .......................................................................................2
1.3. Phạm vi nghiên cứu ...............................................................................2
2. TRA CỨU TÀI LIỆU .....................................................................................3
2.1. Một số máy sấy nông sản thực phẩm ở nước ta ....................................3
2.1.1. Nhà máy sấy lúa giống ở trung tâm giống cây trồng Miền Nam
huyện Củ Chi, Tp. HCM .............................................................................3
2.1.2. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0 0C ..............................................4

3.2. Phương tiện thực hiện đề tài ................................................................20
4. THỰC HIỆN ĐỀ TÀI, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .....................................22
4.1. Thực hiện phần điện tử ........................................................................22
4.1.1. Chế tạo phần mạch nguồn .............................................................22
4.1.2. Chế tạo phần mạch kết nối cảm biến, chuyển đổi ADC và hiển thị
dữ liệu lên máy tính .................................................................................23
4.1.3. Chế tạo phần mạch giao tiếp với máy tính .....................................25
4.1.4. Sơ đồ khối của quá trình truyền nhận bằng sóng RF .....................26
4.1.5. Thiết kế board mạch chính truyền nhận dữ liệu .............................27
4.1.6. Thiết kế và thi công bo mạch kết nối module truyền, nhận với máy vi
tính...........................................................................................................29
4.1.7. Thiết kế và thi công bo mạch kết nối module với vi điều khiển.......30
4.2. Thực hiện phần mềm ...........................................................................31
4.2.1. Lưu đồ giải thuật ............................................................................31
vii


4.2.2. Lưu đồ quá trình truyền nhận dữ liệu .............................................32
4.2.3. Lưu đồ giải thuật trên vi điều khiển ................................................33
4.2.4. Viết chương trình cho vi điều khiển................................................35
4.2.5. Tạo giao diện điều khiển ................................................................36
4.3. Kiểm tra liên kết, chạy thử nghiệm và hoàn thiện hệ thống ..................38
4.3.1 Kiểm tra phần điện tử......................................................................38
4.3.2. Kiểm tra phần cơ khí ......................................................................38
4.3.3. Chạy thử nghiệm máy....................................................................38
4.4. Kết quả và thảo luận.............................................................................40
4.4.1. Kết quả...........................................................................................40
4.4.2. Thảo luận .......................................................................................43
5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ............................................................................44
5.1. Kết luận ................................................................................................44

Hình 2.9: Sơ đồ các chân của ATMEGA8535. ..................................14
Hình 2.10: Hình ảnh thật của cảm biến nhiệt độ LM35. .....................15
Hình 2.11: Sơ đồ chân của LM 7805. ................................................17
Hình 2.12: Nền tảng phát triển đồ hoạ LabVIEW cho thiết kế, điều
khiển và đo lường..............................................................................17
Hình 2.13: Mạch nạp vi điều khiển PonyProg2000. ...........................19
Hình 4.1: Cấu tạo nguyên lý mạch nguồn cung cấp điện áp..............22
Hình 4.2: Sơ đồ khối của mạch ADC.................................................23
Hình 4.3: Mạch kết nối cảm biến, chuyển đổi ADC và hiển thị dữ liệu
lên máy vi tính. ..................................................................................24
Hình 4.4: Mạch giao tiếp với máy tính. ..............................................25
Hình 4.5: Sơ đồ khối quá trình truyền nhận bằng sóng RF................26
Hình 4.6: Mạch truyền nhận dữ liệu bằng sóng RF. ..........................28
Hình 4.7: Sơ đồ mạch giao tiếp giữa máy tính và module RF FSK. ..29
x


Hình 4.8: Sơ đồ mạch kết nối module RF FSK và vi điều khiển. .......30
Hình 4.9: Sơ đồ khối quá trình truyền nhận dữ liệu. ..........................31
Hình 4.10: Lưu đồ quá trình truyền nhận dữ liệu. ..............................32
Hình 4.11: Lưu đồ giải thuật trên vi điều khiển. .................................34
Hình 4.12: Giao diện chính của phần mềm Bascom - AVR. ..............35
Hình 4.13: Nạp chương trình cho AVR..............................................35
Hình 4.14: Giao diện giao tiếp giữa người sử dụng và máy tính. ......36
Hình 4.15: Đồ thị 8 kênh nhiệt độ thu về từ cảm biến........................37
Hình 4.16: Bảng số liệu ghi nhận được của 8 kênh nhiệt độ. ............37
Hình 4.17: Sơ đồ nguyên lý nhà máy sấy lúa giống ở trung tâm giống
cây trồng Miền Nam, huyện Củ Chi, Tp. HCM...................................38
Hình 4.18: Khảo nghiệm các thiết bị thu, phát sóng RF....................40




Nhằm góp phần vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật và vận dụng
những kiến thức đã học để áp dụng vào nhu cầu thực tế. Trên cơ sở nghiên
cứu tài liệu, tham khảo ý kiến, cùng với sự gợi ý, hướng dẫn tận tình của thầy
Th.S. NGUYỄN BÁ VƯƠNG nhiều vấn đề, phương án đã được đưa ra để
nghiên cứu và thảo luận. Cuối cùng, một đề tài về hệ thống không dây đã
được tiến hành và thực hiện với tên đề tài là:
“THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHÔNG DÂY TRONG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU
KHIỂN NHÀ MÁY SẤY.”
1.2. Mục đích đề tài
 Thiết kế mạch đo nhiệt độ dùng AVR.
 Nghiên cứu về AVR và các vấn đề liên quan như thi công mạch nạp,
các chương trình phần mềm hỗ trợ lập trình.
 Lập trình chip ATMEGA8535 sử dụng bộ ADC 10 bit để lấy mẫu tín hiệu
và truyền tín hiệu dạng nối tiếp 8 bit.
 Khảo sát khả năng truyền dữ liệu và tầm xa của module thu phát vô
tuyến của module RF FSK.
 Ứng dụng bộ thu phát vô tuyến cho việc truyền tín hiệu đã được số hoá
để truyền đi xa.
 Trên cơ sở đó tiến hành thiết kế hệ thống không dây đo lường và điều
khiển nhiệt độ nhà máy sấy bằng máy tính và vi điều khiển.
1.3. Phạm vi nghiên cứu
 Truyền nhận dữ liệu chính xác, độ ổn định cao.
 Hiển thị quá trình truyền nhận trên LCD, PC.
 Tạo giao diện thân thiện với người sử dụng.
 Giao tiếp máy tính qua cổng COM.
 Đo lường và điều khiển nhiệt độ nhà máy sấy.

2

5. Ống dẫn khí;

6. Quạt hướng trục;

7. Nơi cấp lúa giống; 8. Bồn chứa lúa;

9. Lúa giống;

10. Cửa tháo liệu;

12. Cửa tháo nhiên liệu;

11. Vách ngăn;

13. Lò gia nhiệt.
Nguyên lý hoạt động: Lúa giống được đưa vào máng cấp liệu 7, và
được gia nhiệt qua lò sấy 13, khí nóng được điều khiển bởi quạt ly tâm 4. Sau
đó, khí nóng được trộn với khí tươi và được quạt hướng trục 6, đưa vào để
sấy lúa.
2.1.2. Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 00C
Với những hệ thống sấy mà nhiệt độ vật liệu sấy cũng như nhiệt độ tác
tác nhân sấy xấp xỉ nhiệt độ môi trường, tác nhân sấy thường là không khí.
Trước tiên, được khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc bằng máy khử
ẩm hấp phụ, sau đó được đốt nóng hoặc làm lạnh đến nhiệt độ công nghệ yêu
cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy. Khi đó phân áp suất trong tác nhân sấy bé hơn
phân áp suất trên bề mặt vật liệu sấy nên ẩm (từ dạng lỏng) bay hơi vào tác
nhân sấy. Sau đó, hơi nước trong không khí ẩm được ngưng tụ. Chu trình lặp
lại.

Hình 2.2: Hệ thống sấy và sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy nhiệt độ thấp.


a. Cấu trúc phần cứng cơ bản của module RF FSK
Cấu trúc phần cứng: Gồm hai phần chính:
 Phần tạo dao động và phát sóng truyền nhận dữ liệu.
 Phần giải mã, mã hóa dữ liệu từ máy tính hoặc vi điều khiển, sau
đó dữ liệu được truyền (hoặc nhận về) qua phần sóng.
Chức năng các chân của module
 Chân 1: Nguồn VCC +5V.
 Chân 2: TXD (Data transmit) truyền dữ liệu.
 Chân 3: Nối đất GND.
 Chân 4: RXD (Data Receive) nhận dữ liệu.
 Chân 5: Config mode xác lập thông số hoạt động cho module.
 Chân 6: Enable cho phép module hoạt động.
b. Phân loại module
Gồm hai loại:
 HM-TRxxx/TTL: Kết nối theo chuẩn TTL (Transistor Transistor
Logic), dùng kết nối với vi điều khiển. CMOS
 HM-TRxxx/323: Kết nối theo chuẩn RS232 (Complementary Metal
Oxide Semiconductor), dùng kết nối với máy tính.
c. Các chế độ hoạt động của module
Module hoạt động ở hai chế độ:
 Chế độ thiết lập các thông số hoạt động: Khi chân CONFIG được
nối nguồn + 5V và chân EN được ngắt nguồn dương.
 Chế độ truyền nhận dữ liệu: Khi chân CONFIG được nối GND và
chân EN được nối nguồn + 5V.
d. Các ứng dụng của module
 Điều khiển từ xa, hệ thống đo lường từ xa.
 Thu thập dữ liệu.
 Sản phẩm dùng cho nhà thông minh.
 Quản lý điều khiển.

cần trực tiếp thao tác trên thiết bị.
 Ví dụ: Bộ remote điều khiển TV, VCR dùng tia hồng ngoại, bộ điều
khiển kiểm soát các nút giao thông quan sát bằng camera, bộ điều
khiển robot bằng chương trình…
2.3.2. Sơ đồ kết cấu của hệ thống điều khiển từ xa
Bao gồm các thành phần:
 Thiết bị truyền tín hiệu: Bao gồm khối tạo lệnh điều khiển và khối
phát lệnh điều khiển. Tại đầu ra khối phát, tín hiệu điều khiển đã
được biến đổi thành dạng tín hiệu điều chế đưa tới thiết bị nhận tín
hiệu thông qua môi trường truyền.
 Môi trường truyền tín hiệu: Là môi trường truyền sóng, các
phương thức truyền sóng có thể là tia hồng ngoại, sóng RF…
 Thiết bị nhận tín hiệu: Gồm khối thu, khối giải mã và thiết bị thi
hành. Tại đầu vào bộ thu, tín hiệu điều khiển nhận từ môi trường
truyền tín hiệu, qua quá trình biến đổi, biên dịch để tái hiện lại lệnh
điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thi hành.
Thiết bị truyền
tín hiệu

Môi trường
truyền tín hiệu

Thiết bị nhận
tín hiệu

Hình 2.7: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển từ xa.
2.3.3. Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống điều khiển từ xa
 Tạo tín hiệu điều khiển.
 Tạo tín hiệu phát.
 Ở thiết bị thu, sau khi nhận được tín hiệu từ bộ phận phát phải biến

môi trường truyền tin hữu tuyến và môi trường truyền tin vô tuyến.
 Phạm vi của đề tài là nghiên cứu điều khiển thiết bị từ xa bằng sóng
vô tuyến nên vấn đề đường truyền được xét ở đây là môi trường
truyền sóng vô tuyến. Bầu khí quyển quả đất là môi trường truyền
sóng điện từ. Khí quyển quả đất có hai môi trường ảnh hưởng đến

9


sự truyền sóng: tầng đối lưu và tầng điện ly. Khi tính toán, thiết kế
phải chú ý đến việc suy hao trên đường truyền.
2.3.5. Phương pháp truyền nhận bằng sóng RF
a. Ưu điểm
 Truyền đạt tín hiệu với khoảng cách khá xa.
 Không bị ảnh hưởng nhiều đối với vật cản.
 Tầm phát rộng theo nhiều hướng khác nhau nên có thể điều khiển
cùng một lúc đối với thiết bị nhận kênh đồng thời.
b. Khuyết điểm
 Khi phát hay thu đều cần phải có anten.
 Làm cho không gian bị bão hòa, gây nhiễu vô tuyến.
 Dễ bị ảnh hưởng nhiễu gây méo dạng hoặc sai tín hiệu nên không
điều khiển được.
 Để tránh ảnh hưởng các tần số phát sóng chuyên nghiệp bắt buộc
phải theo qui định của Cục Quản lí tần số. Do đó vấn đề dồn kênh
theo phương pháp phân đường sẽ làm cho tần số bị giới hạn vì dãy
tần này rất hẹp và vì vậy mà khó có thể điều khiển được nhiều kênh.
 Vô tuyến bị nhiễu nên hệ thống mã hóa phức tạp hơn.
 Tính khả thi thấp vì nhiều linh kiện khó tìm, tài liệu và thiết bị đo đạc
còn thiếu rất nhiều. [4;9]
2.4. Các phương pháp giao tiếp máy tính [11; 14]

khi các cổng 9 chân có thể được tìm thấy trong hầu hết các máy tính sản xuất
gần đây thì loại cổng 25 chân rất hiếm. Về mặt chức năng, hai loại cổng này
hoàn toàn tương ứng.

Hình 2.8: Hai loại cổng nối tiếp thông dụng.
11