nghien cuu thiet ke che tao thiet bi do nong do khi nh4 cho cac trai ga cong nghiep

(1)

1 TR NG Đ I H C HÀNG H I VI T NAM

KHOA ĐI N – ĐI N T

THUY T MINH

Đ

TÀI NCKH C

P TR

NG

Đ TÀI

NGHIÊN C U, THI T K , CH T O THI T B

ĐO N NG Đ

KHÍ NH

CHO CÁC TR I GÀ CÔNG NGHI P

Ch nhi m đ tài: Th.s. TR N TH PH NG TH O

(2)

PH N MỞ Đ U

1. Tính c p thi t c a v n đ nghiên c u

Hi nă nayă ngƠnhă chĕnă nuôiă truy n th ngă nóiă chungă vƠă chĕnă nuôiă gƠă nóiă riêngă đangăph iăđ i m t v i m t v năđ r t nan gi iăđóălƠăs gây ra ô nhi m nghiêm tr ng môiătr ngăn c và không khí [1]. S ô nhi măđưăt oăraămùiăhôiăvƠăvƠăkhíăđ c nh h ngăđ n s c kh e c a gia c măvƠăđ c bi tălƠăconăng i. Do xử lý ch t th i không t t, b i không có d ng c đoăki măsoátămôiătr ngăkhíăth ng xuyên, nên khí NH3 và

H2S,ăđ c phát tán, gây b nhăđ ng hô h p cho v tănuôiăđ c bi t là gây nguy hi m cho

conăng i.

Theo QCVN 01 - 99:ă2012/BNNPTNTă[3]ăquyăđnh ch tiêu thông s kỹ thu t và n ngăđ cácăkhíăchoămôiătr ng không khí chu ngănuôiănh ăb ng 1.

B ng 1: Yêu cầu vệ sinh môi trường không khí chuồng nuôi

TT Tên chỉ tiêu Đơn vị Giới hạn max

1 Nhi tăđ 0C 18-32

2 Đ ẩm % 80

3 T căđ gió m/s 2.5

4 Đ b i Mg/m3 0.3

5 Đ n dB 75

6 Đ nhi m khuẩn không khí Vk/m3 4x103

7 NH3 ppm 10

8 H2S ppm 5

D a trên các ch tiêu kỹ thu t quyăđ nh trong b ng 1, ta th y có 2 thông s khí quan tr ngăđóălƠăkhíăNH3 và H2S c n ki m soát.

(3)

3 Khi thi t b đoăđoăđ c các thông s khí H2S và NH3, n u thông s nƠyăv t

ng ỡng cho phép thì các trang tr iăchĕnănuôiăph i có các bi n pháp xử lý: Bao g m các bi năphápăc ăh c, lý, hóa h căđ c sử d ngăđ khử mùi, lo i b các tác nhân gây h iăchoăng i và gia c m khi các ch tiêu này quá n ngăđ cho phép.

Vì v y vi căđ xu t s n xu t m t thi t b đo,ăgiámăsátăvƠăc nh báo n ngăđ khí đ c h i t i các trang tr i nuôi gà là r t c n thi t,ăđápă ngăđ c xu th phát tri n và b o v môiătr ng theo nhu c u giám sát c a các c p qu n lý.

2. Tổng quan v tình hình nghiên c u thu c lĩnh v c đ tƠi

Các thi t b phân tích khí truy n th ngăcóăđ chínhăxácăcaoăđ c bi tăđ n nh ă lƠă‘sắcăkỦăkhí’,ă‘thi t b phân tích phổ linhăđ ngăion’,ă‘thi t b phân tích phổ kh i l ng’ăvƠă‘thi t b phân tích phổ h p th h ng ngo i’ăhi n v năđangăđ c sử d ng. Tuy nhiên, các thi t b này có h n ch nh ălƠ:ăkíchăth c l n, c u t o ph c t p, giá thành cao, quá trình v n hành sử d ng thi t b khóăkhĕnăvƠăth iăgianăphơnătíchădƠi.ăĐ đápă ngăđ c v i yêu c u th c t nh ăcác thi t b g n nhẹ,ăđ năgi n cho các ng d ng ngoài hi nătr ng ho c xách tay và d aăvƠoă3ătiêuăchíăc ăb nălƠăđ năgi n, ổnăđ nh, chi phí b o trì th p thì các c m bi n khí hóa h cătrênăc ăs v t li u d ng rắn (solid-state

chemical gas sensor), c m bi năđ d năđi n (hay còn g i là c m bi n bán d n), c m

bi n nhi t xúc tác, c m bi năđi n hóa, c m bi n d a trên hi u ngătr ng c a m t s linh ki n bán d n, nh ăcácăh Mq...đ c nghiên c u và ng d ng r ng rãi.

3. M c tiêu nghiên c u

M c tiêu thi t k và ch t o m t thi t b đoăkhíăNH3đápă ng các yêu c u sau:

- D iăđo:ă10ăậ 100ppm;

- Thi t b cóăkíchăth c nh g n (có thể cầm tay), hi n th tr c ti p n ngăđ các

khí lên LCD, c nhăbáoătrênăđènăLEDăvƠăcòiăbáoăđ ngầ);

(4)

4 ch ng nhi u l n từ máy bi n áp;

- L uătr s li u, truy năvƠătraoăđổi s li u v i b nh c a thi t b và máy tính;

- Thi t b có th ch y ngu năđi năl i hay ch y pin; - Có kh nĕngăk t n i v i máy tính.

4. Đ i t ng nghiên c u vƠ ph m vi nghiên c u

- Nghiên c uăđ c tính c a c m bi n Mq135. ng d ng mô ph ng trên Matlab đ c tính c a c m bi n MQ135.

- Xây d ng m chăđoă ng d ngăviăđi u khi n. 5. ụ nghĩa khoa h c vƠ th c ti n c a đ tƠi

ụ nghĩa khoa h c

- T_ổng h p v ph ngăphápăđoăn ngăđ khí NH3 dùng Mq135.

- Mô ph ng thi t b đoăkhíăNH3.

ụ nghĩa th c ti n

- Ch t oăđ c thi t b đoăn ngăđ khí NH3 dùng c m bi n Mq135, thi t b ch y

ổnăđ nh, có kh nĕngăhi n th k t qu trên LCD c a thi t b và trên máy tính.

- Thi t b có th đ c ng d ngăđ đoăn ngăđ khí NH3 trong các trang tr i

nuôi gà công nghi p,ăđ từ đóăcácăch trang tr i có nh ng bi n pháp xử lý khi n ngăđ khíănƠyăv tăquáăng ỡngăchoăphépăđ đ m b o an toàn v môiătr ng và s c kh e choăconăng i.

- Thi t b lƠămôăhìnhăđ kh o sát và l y s li u cho bài toán tìm ki măph ngă phápănơngăcaoăđ chính xác cho thi t b đoădùngăMq135.

- Đ tài làm tài li u tham kh o cho sinh viên chuyên ngành v i các h c ph n: Kỹ thu t Sensor, Kỹ thu tăđoăl ngăđi n, Xử lý s tín hi u....

(5)

(6)

Ch ng 1. NGHIểN C U C M BI N MQ135 ĐO N NG Đ KHÍ NH3

1.1. Đ T V N Đ

Đ đoăl ng và giám sát n ngăđ khí trong các trang tr i nuôi gà công nghi p thìămôăhìnhăvƠăđi măđ t các thi t b đoăđ c b tríănh ăsau:

THIẾT BỊ ĐO ĐIỂM 1 (SLAVE)

THIẾT BỊ THU THẬP

TRUNG TÂM (MASTER)

THIẾT BỊ ĐO ĐIỂM 2 (SLAVE)

THIẾT BỊ ĐO ĐIỂM 3 (SLAVE)

THIẾT BỊ ĐO ĐIỂM 4 (SLAVE) WIFI WIFI WIFI WIFI GPRS IP MODEL PC

Các phầ ề tích hợp

GPRS Network

ảình 1.1. Sơ đồ nhiều điểm đo trên tr i gà

Đ đoăn ngăđ khí NH3 trong các trang tr iăthôngăth ngăng iătaăđoă các v

trí: 4 góc và gi a chu ngăđ i v i chu ng h vƠăđoă 4ăđi m thoát khí và gi a chu ng đ i v i chu ng kín. M iăthángăđoă3ăđ t, m iăđ tăđoă3ăngƠyăliênăti p, th iăđi măđo:ă6h,ă 12h,ă18h,ă23hă[3].ăNh ăv y ta c n m t h th ng tích h p ít nh tă4ăđ uăđo.

Tín hi uăđoăđ c từ cácăđi măđoăđ c g i là các Slave đ c thu th p b i m t Master trung tâm có k t n i v iăPCăđ xử lý d li u qua m ng.

Các sensor làm nhi m v thu th păthôngătinăđoătừ đ iăt ng, bi năđ iăl ng c n đoă thƠnhă đ iă l ngă đi n, tín hi u sau c m bi nă đ că đ aă vƠoă chuẩn hóa tín hi u (CHTH), các b CHTH làm nhi m v t o ra tín hi u chuẩnă(th ngălƠăđi n áp từ 0

(7)

7 đ nă5ăV),ăđ aătínăhi u vào b vi xử lý trung tâm. B ADC tích h p s n trong vi xử lý trung tâm s bi n thành các tín hi u s .

K t qu đ căđ aăhi n th tr c ti p trên LCD, truy n lên PC, hay ghi vào b nh ngoài (SD).

Khí NH3đ c d dàng phát hi n b i c m bi n MQ135. MQ135 là c m bi n khí

doăhưngăHanweiăSensorăĐƠiăLoanăs n xu t là lo i c m bi n d aătrênănguyênălỦăđ d n đi n (c m bi n bán d n). V t li u c a c m bi n là thi c oxit (SnO2) có đ d năđi n

th p trong không khí s ch. C m bi n có hình d ngănh ăhìnhă1.1.ă[6]

Hình 1.1. Sensor MQ135

D a trên s thayăđổiăđ d năđi n c a màng m ng bán d n khi h p th ch t khí trên b m t nhi tăđ cao. G m m t ng tr làm bằng AL2O3, v t li u ô-xít kim lo i

đ c gắn vào gi aăcácăđi n c c, các b ph nănƠyăđ c nung nóng nhi tăđ làm vi c thích h p. Đi n c c là m t m t phẳng v i s i nung m t m t còn l i. Cácăđi n c c và s iăđ tăđ c gắn c đnh vào m t l p v làm bằng nh a và thép không r . S iăđ t này cung c p nhi tăl ng c n thi t cho c m bi n trong quá trình ho tăđ ng.

C m bi n MQ135 cóă6ăchơnătrongăđóăcóă4ăchơnălƠătínăhi u và 2 chân là s iăđ t. Khi c m bi n phát hi n có khí, đi n tr c a l p ô-xít thi c gi m xu ng t l v i n ngăđ khí. Lo i c m bi n này ch y u sử d ngăđoăkhíăđ c nh : NOx, NH3, CO,....

C m bi n này ch u nhăh ng c a nhi tăđ vƠăđ ẩm nên khi kh o sát, v i m i giá tr đoăđ c ph iăxácăđ nh luôn nhi t đ và đ ẩm c a môi tr ng t ng ng. Hình 1.2 th hi n s nhăh ng c a nhi t đ , đ ẩm c aămôiătr ngăđ n c m bi n MQ135. V i tr

(8)

8 t i RL=20 kΩ, n ng đ khí 100ppm LPG, nh ng đi u ki n nhi t đ , đ ẩm khác

nhauăđi n tr c a c m bi n cũngănh n giá tr khác nhau.

Ro: Đi nătr c măbi nă ă100ppmăc aăNH3 trong không khí, 33% RH và nhi tă

đ 200 .

Rs: Đi nătr c măbi nă ă100ppmăc aăNH3 nhi tăđ ăvƠăđ ăẩm khác nhau

Hình 1.2. nh hưởng của nhiệt độ, độẩm với c m biến MQ135

Đ c bi t c m bi n này có tính l a ch n th p,ăđ nh y và th iăgianăđápă ng b nhăh ng r t nhi u b iăđ ẩm môi tr ng; s suy gi măđ nh yăcũngăkhôngăphátă hi năđ c n u không hi u chuẩn l i; có th b h ng hoàn toàn n uăđoăliênăt c khí n ngăđ cao; và có th b nhi măđ c b i m tăl ng nh ch t silicone, halocarbon. 1.2. XỂY D NG Đ C TệNH C A C M BI N MQ135

1.2.1. Đ c tính chung

Thông s kỹ thu t c aăMQ135ănh ăsau: - Đi năápăc aăb ănung:ă5V±0,1AC/DC; - Đi nătr ăt i:ăThayăđổiăđ că(2kΩ-47kΩ); - Đi nătr ăc aăb ănung:ă33Ω±5%;

(9)

9 - Kho ngăphátăhi năđ nă300ăppmăNH3.

S ăđ k t n i làm vi c c a c m bi năđ c th hi n trong hình 1.3.[6]

Hình 1.3. M ch nguyên lý làm việc

C m bi n c n ph iăđ c c p 2 ngu năđi năáp:ăđi n áp b nung (VH)ăvƠăđi n áp

cung c p (VC). Ngu n VH sử d ngăđ cung c p nhi tăđ làm vi c c a c m bi n, trong

khi ngu n VC sử d ngăđ t oăđi n áp (Vout)ătrênăđi n tr t i (RL) khi n i ti p v i c m

bi n. Hai ngu n VC và VH có th sử d ng cùng m t m ch ngu năđ đ m b o hi u su t

c a c m bi n.ăĐ sử d ng c m bi n v i hi u su t t t nh t, giá tr RL c n l a ch n phù

h p nên ch n là 20k (d iăđi u ch nh từ 10k đ n 47k) Công su t c a c m bi n:

 

S S C

S L

R P V

R R  

 (1.1)

Đi n tr c a c m bi n:

S L

out

R R

 

_  _

  (1.2) Trong m chătrênăđi n tr RL k t h p v iăđi n tr c a c m bi n (RAB) t o thành

m chăphơnăáp.ăĐi n áp trên RL tỷ l thu n v i n ngăđ khí mà c m bi n c m nh n

(10)

1.2.2. Xơy d ng đ c tính đ u ra c a c m bi n

D aăvƠoăđ cătínhălogarităc aăc măbi nătrênăhìnhă1.4 [6]:

Hình 1.4. Đặc tính logarit của c m biến

D aăvƠoăđ c tính logarit c a c m bi n mà nhà s n xu t cung c p ta xây d ng l i đ c:

0,486

100 20 6, 486 _o

Vout

R ppm



   _(1.4)

(1.4) là công th c di n t m i quan h hàm s c aăđ iăl ngăđ u ra so v iăđ i l ngăđ u vào c a c m bi n Mq135 Vout=f(ppm).

1.2.3. Mô ph ng đ c tính đ u ra c a c m bi n Vout=f(ppm)

(11)

Hình 1.5. Đặc tính đầu ra Vout = f (ppm) của c m biến Mq135

(12)

CH NG 2. MỌ PH NG THI T B ĐO N NG Đ KHệ NH3 TRểN

MATLAB 2.1. S Đ KH I THI T B ĐO

Trên hình 2.1 đ aăraăs ăđ ăh ăth ngăđoăn ngăđ ăkhíăNH3 sửăd ngăc măbi nă

MQ135.

Trongăđóăcóăcácăkh i:ăc măbi n,ăBBĐTT-Să(b ăbi năđổiăt ngăt ă- s ),ăb ăch ă th ăs hi năth ăk tăqu ăđo.

Hình 2.1. Mô hình mô phỏng c m biến MQ135.

2.2. MỌ PH NG CÁC KH I CH C NĂNG

2.2._{1. Kh i c m bi n đo khí NH}3

V i tín hi uă đ u vào là n ngă đ khí (ppm) c m bi nă đưă đ c nhà s n xu t chuẩnăhóaăđ uăraăd i d ngăđi năápăVoută=ă0÷5ăVă(đ cătínhăđưăđ c mô ph ng trên hình 2.2)

(13)

Hình 2.2. Mô hình mô phỏng khối c m biến đo khí Nả3

2.2.2. B bi n đổi t ng t - s [5]

“Trên hình 2.3a đ aăraăs ăđ ănguyênălỦăBĐTT-Săxơyăd ngătheoănguyênălỦăbi nă đổiăth iăgianăm tănh p,ăkèmătheoăhìnhă1.8b lƠăbi uăđ ăth iăgian.

(14)

Hình 2.3 Bộ biến đổi tương tự -số

a) Sơ đồ nguyên lý; b) Biểu đồ thời gian

Trênăs ăđ N01, N02, N03 là các xung có ch cănĕngănh ăsau:

- N01 làm nhi m v kh iăđ ng vônmét;

- N02tácăđ ng vào trig ăđ khoá (K);

- N03 xoá k t qu .

Quá trình ho tăđ ng: m máy, máy phát xung chuẩn qua b chia t n kh iăđ ng máyăphátăđi năápărĕngăc aăt i th iăđi m t1. Từ đ uăraămáyăphátăđi năápărĕngăc aăcó URC (t călƠăđi n áp m u Uk)ăđiăđ n b soăsánhăđ so v iăđi n áp c năđoăUX c năđoă

đ uăvƠo.ăĐ ng th iăcũngătừđ u ra c aămáyăphátăđi năápărĕngăc aătaăcóăxungăth nh t đ nătrig ,ăđ tătrig ă v trí thích h p thông khoá (K) cho phép các xung mang t n s chuẩn (f0) từphátăxungăquaăkhoáă(K)ăđ n b đ m và ch th s .

T i th iăđi m t2 khi UX = URC; thi t b so sánh phát xung th 2 (N02)ătácăđ ng

(15)

15 max . RC X Tr c x U U t t

 → X

RC Tr c x U U t

t  

max

. _(2.1)

V i m tămáyăphátăápărĕngăc aănh tăđ nh thì tc.Tr và tRC là hằng s . Vì v y UX t

l v i s l ngăxungănăđ n b đ m trong th i gian tx:

X RC Tr c x Tr c

x _f _U

U t t f t t

n     ₀

max . 0

(2.2)

v i f0 = const

- S ăđ ăhìnhă2.3 đ cămôăph ngătrênămatlabănh ăhìnhă2.4

Hình 2.4. Bộ biến đổi tương tự - số

BBDTT-Săđ căt oăb iăcácăkh i:ăkhu chăđ iă(Gain),ătíchăphơnă(Integrater),ăsoă sánhă(SS),ăt oăxungăchuẩnă(Clock).

(16)

16 K t qu mô ph ng trên hình 2.5 là bi uăđ th i gian th hi n nguyên lý c a b bi năđổiănh ătrênăhìnhă2.3. Hình g mă3ăđ th v i các tr c hoành là tr c th i gian, m t lƠăđ cătínhăđi năápărĕngăc aăvƠăđi n áp c năđo (tín hi uăđ u ra từ c m bi năđoăkhí) theo th i gian. Hình th hai là bi uăđ xung th i gian t oăđ căkhiăđi n áp c năđoăcắt đi năápărĕngăc a.ăBaălƠăhìnhăbi u di n s xung tỷ l v iăđi n áp c năđoătrongăkho ng th iăgianăđo. Nh ăv y s xung mà b đ măđ măđ căđưătỷ l v iăđi năápăđ u ra c a c m bi n.

(17)

2.2.3.B ch th s

V i s xung mà b bi năđổiăt ngăt - s t oăđ c tỷ l v iăđi n áp đ u ra c a c m bi n, b ch th s có nhi m v bi năđổiăng c l i từ đi n áp sang giá tr n ngăđ khí c năđo.ă

2.2.4. K t qu mô ph ng

Hình 2.6. Sơ đồ mô phỏng thiết bị đo Nả3 trên Matlab với các nồng độ khí lần lượt là

2, 4 ppm

V iăcácăk tăqu ăđoăđ căhi năth ătrênăb ăhi năs ătaănh năth yăk tăqu ănƠyăcóăsaiă s ăr tănh khôngăđángăk

(18)

18 2.3. NGHIểN C U S NH H ỞNG C A NHI T Đ MỌI TR NG Đ N K T QU ĐO

D aătrênăhìnhă1.2.ălƠăđ ngăđ cătínhăc aăc măbi nămƠănhƠăs năxu tăđ aăraăkhiă cóăxétăđ năy uăt ăc aănhi tăđ ămôiătr ngăđ cămôăt ăl iătrongăMatlabănh ăhình 2.7. Taăth yăv iăd iănhi tăđ ăthayăđổiătừă(-10 ÷50)oC thì giáătr ăc aăt ăs ăRs/Roăsuyăgi mă r tănhi u,ăc ăth ălƠăsoăv i nhi tăđ ăchuẩnălƠă20o_C_{thìăn uănhi tăđ ămôiătr ngăgi măsoă}

v iă20o_{CăthìăRs/RoătĕngăvƠăng căl iăn uănhi tăđ ămôiătr ngătĕngăsoăv iă20}o_{C Rs/Ro}

l iăgi m.ă

Hình 2.7. Đặc tính của MQ135 khi có sự nh hưởng của nhiệt độmôi trường

Đ làm rõ s nhăh ng c a y u t nhi tăđ này ta mô ph ng h th ngăđoăcóă thêm kh i nhi tăđ vƠoătrongăđ u vào c a c m bi n v i các giá tr nhi tăđ khác nhau nh ătrênăcácăhìnhă2.8;ă2.9;ă2.10;ă2.11.

(19)

Hình 2.8. Kết qu đo khi có sự nh hưởng của nhiệt độ môi trường là 5oC

Hình 2.9. Kết qu đo khi có sự nh hưởng của nhiệt độ môi trường là 20oC

(20)

Hình 2.11. Kết qu đo khi có sự nh hưởng của nhiệt độmôi trường là 35oC

VƠăb ngă2.1.ăchoăth yăsaiăs ătuy tăđ iăc aăphépăđo

B ngă2.1.ăSaiăs ătuy tăđ iăc aăphépăđoăkhiănhi tăđ ămôiătr ngăthayăđổi

Nhi tăđ (oC) N ngăđ ăchuẩnă(ppm) N ngăđ ăđoăđ că(ppm) Saiăs ătuy tăđ i (ppm)

5 10 6.965 -3.035

20 10 10.01 0.1

30 10 11.34 0.34

35 10 11.37 0.37

V i k tăqu ăkh oăsátăs ă nhăh ngăc aăy uăt ănhi tăđ ămôiătr ngăđ năk tăqu ă đoăđưăđ c môăph ngătrênăMatlabăvƠăth ngăkêăsaiăs ăc aăk tăqu ăđo trên b ngă2.1ă chính lƠăc ăs ăchoăbƠiătoánăbùăsaiăs c aănhi tăđ ăchoăphépăđo.ă

(21)

Ch ng 3. THI T K THI T B ĐO NH3 DÙNG MQ135

3.1. NHI M V C A THI T B

Thi t b đoăcóăcácăkh iăc ăb n sau: - Kh iăchuẩnăhóaătínăhi u;

- B ănh ădungăl ngăcaoă(thẻănh ăSD); - MƠnăhìnhăhi năth ăLCD;ă

- Kh iăviăxửălỦătrungătơm; - Sensor;

- VƠăkh iăk tăn iăm ngătừăxa.

PC Cảm biến

H2S & NH3

Vi xử lý trung tâm Khối chuẩn

hóa tín hiệu

Thẻ nhớ SD Màn hình

LCD

GPRS IP Modem

Hình 3.1. Sơ đồ khối của thiết bị đo

Sensor làm nhi m v thu th păthôngătinăđoătừ đ iăt ng, bi năđ iăl ng c năđo thƠnhăđ iăl ngăđi n, tín hi u sau c m bi năđ căđ aăvƠoăchuẩn hóa tín hi u (CHTH), các b CHTH làm nhi m v t o ra tín hi u chuẩnă(th ngălƠăđi n áp từ 0ăđ n 5 V), đ aătínăhi u vào b vi xử lý trung tâm. B ADC tích h p s n trong vi xử lý trung tâm s bi n thành các tín hi u s .

K t qu đ căđ aăhi n th tr c ti p trên LCD, truy n lên PC, hay ghi vào b nh ngoài (SD).

(22)

22 3.2. CH C NĂNG C A CÁC KH I

3.2.1. Kh i sensor

C m bi n thông d ng là MQ135. C th , nguyên lý ho tăđ ng và mô t c a các c m bi n này nh ăsau:

MQ135 là lo i c m bi năkhíăcóăđ nh y cao v i khí NH3nênăđ cădùngăđ phát

hi n khí NH3. C m bi n có hình d ngănh ăhìnhă3.

Hình 3.2. Sensor MQ135

3.2.2. Kh i chuy n đổi chuẩn hóa tín hi u

Tín hi u ra từ sensoră th ngă cóă ápă đ l n r t nh (cỡ mV), nên tín hi u từ sensor c n ph i qua b chuy năđổi chuẩn hóa tín hi uă(CHTH)ăđ khu chăđ iăđ tăđ l nă0ă÷ă5ăVătr căkhiăđ aăvƠoăkh i ADC c a vi xử l ătrungătơm.ăS đ nguyên lý c a kh i chuẩn hóa tín hi uăđ c th hi n trên hình 1.5.

M ch sử d ng khu ch đ iăđoăl ngăAD620ăđ khu chăđ iăđi n áp từ sensor. AD620 là IC khu chăđ i vi sai cho ch tăl ng cao. V i kh nĕngăd dƠngăđi u ch nh h s khu chăđ i từ 1 cho t i 1000 bằngăcáchăthayăđổi giá tr đi n tr khu chăđ iăđ t vào gi a c a hai ph n tử khu chăđ i thu t toán nằmăbênătrongăIC.ăĐ c tính khu chăđ i ít ph thu c vào nhi tă đ (đi n áp offset t iă đaă 0.6µV/ºC).ă Đi n áp ra từ sensor MQ135 c n khu chăđ i lên 10 l năđ đ aăvƠoăb ADC bên trong vi xử lý.

(23)

Hình 3.3. Khối chuẩn hóa tín hiệu

3.2.3. B nh ngoƠi

Ngoài vi c truy n tr c ti p hi n th trênăLCDăvƠăl uătr trên PC, thi t b đoăc n có m t b nh ngoƠiăcóădungăl ngăđ l năđ l uătr d li u trong th i gian dài.

Thi t b đoănƠyăsử d ng thẻ nh SD (Hình 4)ăcóădungăl ng l n 2GB th a mãn đ c yêu c uăl uătr k t qu đoătrongăth i gian dài (có th l uăliênăt c trong nhi u tháng). Thẻ nh đ c ghép n i v i vi xử lý qua chuẩn giao ti p SPI.

GND

SCK1

MOSI1

MISO1

VCC

CS1

Hình 3.4. Thẻ nhớ dung lượng cao SD (trái) và m ch nguyên lý ghép nối vào vi xử lý

(ph i) 3.2.4. Kh i hi n th k t qu

Phím b măvƠăLCDăchoăphépăng i sử d ng có th quan sát các thông s ngay t i v trí.

(24)

24 Trongătr ng h p này, do nhu c u hi n th đ năgi n nên ta l a ch n sử d ng LCD lo i 16x2, g măcóă2ădòngăđ năsắc v i 16 ký t ASCII m i dòng.

GND VSS 1 VDD 2 V0 3 RS 4 R/W 5 E 6 D0 7 D1 8 D2 9 D3 10 D4 11 D5 12 D6 13 D7 14 A 15 K 16 LCD LCD LCD16x2 V0 GND VCC P4_0 P4_1 P4_2 P4_3 P4_4 P4_5 P4_6 GND VCC 1 3 RV V0 VCC

Hình 3.5. ảình nh của màn hình LCD (trái) và m ch nguyên lý ghép nối vào vi xử lý

(ph i)

3.2.5. Kh i x lỦ trung tơm c a thi t b đo

Do yêu c u v t căđ tính toán nên thi t b l a ch n vi xử lý trung tâm sử d ng công ngh ARM là STM32F101, t căđ 72MHz,ăcóăth ăvi n h tr h u h t các kh i ch cănĕngăquanătr ngănh ăADC,ăgiaoăti p UART, LCD...

(25)

25 BOOT0 44 NRST 7 OSC_IN/PD0 5 OSC_OUT/PD1 6 PA0-WKUP 10 PA1 11 PA2 12 PA3 13 PA4 14 PA5 15 PA6 16 PA7 17 PA8 29 PA9 30 PA10 31 PA11 32 PA12 33 PA13/JTMS/SWDIO 34 PA14/JTCK/SWCLK 37 PA15/JTDI 38 PB0 18 PB1 19 PB2/BOOT1 20 PB3/JTDO 39 PB4/JNTRST 40 PB5 41 PB6 42 PB7 43 PB8 45 PB9 46 PB10 21 PB11 22 PB12 25 PB13 26 PB14 27 PB15 28 PC13-TAMPER-RTC 2 PC14-OSC32_IN 3 PC15-OSC32_OUT 4 VBAT 1 VDD_1 24 VDD_2 36 VDD_3 48 VDDA 9 VSS_1 23 VSS_2 35 VSS_3 47 VSSA 8 U1 STM32F101C6T6 JTDI JTCK JTMS NRST BOOT0 20MHz GND 22p 22p OSC_OUT OSC_IN OSC_OUT OSC_IN VCC VCC VCC VCC GND GND GND GND VBAT MOSI1 MISO1 SCK1 SCS1 P4_0 IN1

C6 C7 C8 C9

VCC GND VCC 1 D-2 D+ 3 GND 4 H1 USB VUSB USBDM USBDP GND IN2 P4_1 P4_2 P4_3 P4_4 P4_5 P4_6

Hình 3.6. Khối vi xử lý trung tâm

3.3. K T QU TRI N KHAI THI T B

Các thi t k trênăđơyăđưăđ c thử nghi m hoàn ch nhătrênăcácăs ăđ nguyên lý và thi t k m ch c ng sử d ng công ngh ARM có tên là STM32F101, thi t b đ c đóngătrongăv cóăkíchăth c nh g n 16cm x 9cm x 42cm.

(26)

26 Thi t b sauăkhiăthiăcôngăvƠăđóngăh p: Các thi t k trênăđơyăđưăđ c thử nghi m hoàn ch nh trên các ph n m m mô ph ng,ăcácăs ăđ nguyên lý và thi t k m ch c ng đưăđ c hoàn thi n. Thi t b nh g n,ăcóăkíchăth c 10,5 x 7,5 x 2 (cm)

Hình 3.8. ảình nh của thiết bị

Thi t b ch t o nh y v i khí t o ra, hi n thi t b đưđoăl y m u s li u t i Vi n Đoăl ng Vi t Nam, tuy nhiên ngu n khí NH3 chuẩn ch có m t n ngăđ duy nh t.

Các thi t b ngo iăviănh ămƠnăhình,ăphímăđi u khi n, thẻ nh đưăho tăđ ng t t. Kênh truy n thông ho tăđ ng t t,ăđ m b o ghép n i gi a các thi t b v i máy tính trung tâm.

(27)

K T LUẬN

Đ tài:ă“Nghiên cứu mô hình giám sát nồng độ khí trong các trang tr i nuôi gà

công nghiệp”đưăhoƠnăthƠnhăv i các m cătiêuăđ ra:

- Nghiên c u lý thuy t mô hình thi t b đoăn ngăđ khí NH3.

- Mô ph ngăđ c tính c a c m bi n và mô ph ng thi t b đoătrên Matlab, khiăđoă trongăđi u ki n nhi tăđ môiătr ng tiêu chuẩn là 20oC và v iăcácăđi u ki n nhi tăđ khác nhau.

- Thi t k ch t o hoàn ch nh thi t b đoăkhíăNH3 v iăđ yăđ các ch cănĕngăc a

m t thi t b :ăđoăvƠăhi n th khí t i ch , truy n thông,ăl uăd li u và hi n th k t qu đo trên máy tính PC.

Những vấn đề tồn tại của đề tài:

- Tuy v yăđ tƠiăch aăđánhăgiáăđ c sai s c a thi t b ch t o doăch aăcóăn ng đ khí chuẩn ho c thi t b ki m chuẩn.

- M c dù ph n mô ph ng có nghiên c u s nhăh ng c a thông s nhi tăđ môiătr ngăđ n k t qu đoănh ngăkhiăch t o thi t b ch aăđ aăraăgi i pháp khắc ph c đ cănh căđi m này.

(28)

TÀI LI U THAM KH O

[1].ăNguy năTh ăTuy tăLêăvƠăcácătácăgi ,ăSử dụng độn lót nền chuồng lên men vi sinh vật trong chăn nuôi gà đẻ trứng Lương Phượng,ăT păchíăKhoah căvƠăphátătri n,ă2013,ă T pă11,ăs ă2:ă209-216.

[2].ăTr năH uăTùng,ăNghiên cứu thực tr ng môi trường, sức khỏe của người chăn nuôi gia cầm và gi i pháp can thiệp,ăLu năánăTS,ăHƠăn iă2013.

[3]. Tiêu chuẩn QCVN 01 - 99: 2012/BNNPTNT

[4].ăăLêă VĕnăDoanhăvƠăcácăđ ngătácă gi ,ăCác bộ c m biến trong đo lường và điều khiển, NXB KH&KT, 2004.

[5].ăăPh măTh ngăHƠnăvƠăcácăđ ngătácăgi ,ăKỹ thuật đo lường các đ i lượng vật lý tập 1,2,ăNXBăGiáoăd c,ă2003.

[6]. MQ135, datasheet

[7]. Gerald L.Anderson, David M.Hadden. The gas Monitoring HandBook. New York

(29)

29 M C L C

PH N M Đ U ... 1

1. Tính c p thi t c a v năđ nghiên c u ... 2

2. Tổng quan v tình hình nghiên c u thu călĩnhăv căđ tài ... 3

3. M c tiêu nghiên c u ... 3

4.ăĐ i t ng nghiên c u và ph m vi nghiên c u ... 4

5.ăụănghĩaăkhoaăh c và th c ti n c aăđ tài ... 4

Ch ngă1.ăNGHIểNăC U C M BI NăMQ135ăĐOăN NGăĐ KHÍ NH3 ... 6

1.1.ăĐ T V NăĐ ... 6

1.2. XÂY D NGăĐ C TÍNH C A C M BI N MQ135 ... 8

1.2.1.ăĐ c tính chung ... 8

1.2.2. Xây d ngăđ cătínhăđ u ra c a c m bi n ... 10

1.2.3. Mô ph ngăđ cătínhăđ u ra c a c m bi n Vout=f(ppm)... 10

CH NGă 2.ă ă MÔă PH NG THI T B ĐOă N NGă Đ KHÍ NH3 TRÊN MATLAB ... 12

2.1.ăS ăĐ KH I THI T B ĐO ... 12

2.2. MÔ PH NG CÁC KH I CH CăNĔNG ... 12

2.2.1. Kh i c m bi năđoăkhíăNH3 ... 12

2.2.2. B bi năđổiăt ngăt - s [5]... 13

2.2.3.B ch th s ... 17

(30)

2.3. S NHăH NG C A NHI TăĐ MÔIăTR NGăĐ N K T QU

ĐO ... 18

Ch ngă3.ăTHI T K THI T B ĐOăNH3 DÙNG MQ135 ... 21

3.1. NHI M V C A THI T B ... 21

3.2. CH CăNĔNGăC A CÁC KH I ... 22

3.2.1. Kh i sensor ... 22

3.2.2. Kh i chuy năđổi chuẩn hóa tín hi u ... 22

3.2.3. B nh ngoài ... 23

3.2.4. Kh i hi n th k t qu ... 23

3.2.5. Kh i xử lý trung tâm c a thi t b đo ... 24

3.3. K T QU TRI N KHAI THI T B ... 25

K T LU N ... 27

(1)

25

BOOT0 44 NRST 7 OSC_IN/PD0 5 OSC_OUT/PD1 6 PA0-WKUP 10 PA1 11 PA2 12 PA3 13 PA4 14 PA5 15 PA6 16 PA7 17 PA8 29 PA9 30 PA10 31 PA11 32 PA12 33 PA13/JTMS/SWDIO 34 PA14/JTCK/SWCLK 37 PA15/JTDI 38 PB0 18 PB1 19 PB2/BOOT1 20 PB3/JTDO 39 PB4/JNTRST 40 PB5 41 PB6 42 PB7 43 PB8 45 PB9 46 PB10 21 PB11 22 PB12 25 PB13 26 PB14 27 PB15 28 PC13-TAMPER-RTC 2 PC14-OSC32_IN 3 PC15-OSC32_OUT 4 VBAT 1 VDD_1 24 VDD_2 36 VDD_3 48 VDDA 9 VSS_1 23 VSS_2 35 VSS_3 47 VSSA 8 U1 STM32F101C6T6 JTDI JTCK JTMS NRST BOOT0 20MHz GND 22p 22p OSC_OUT OSC_IN OSC_OUT OSC_IN VCC VCC VCC VCC GND GND GND GND VBAT MOSI1 MISO1 SCK1 SCS1 P4_0 IN1

C6 C7 C8 C9

VCC GND VCC 1 D-2 D+ 3 GND 4 H1 USB VUSB USBDM USBDP GND IN2 P4_1 P4_2 P4_3 P4_4 P4_5 P4_6

Hình 3.6.

Khối vi xử lý trung tâm

3.3. K T QU TRI N KHAI THI T B

Các thi t k

trênăđơyăđưăđ

c th

ử

nghi m hoàn ch

nhătrênăcácăs ăđ

nguyên lý

và thi t k m ch c ng s

ử

d ng công ngh ARM có tên là STM32F101, thi t b

đ

c

đóngătrongăv

cóăkíchăth

c nh g n 16cm x 9cm x 42cm.

(2)

26 Thi t b

sauăkhiăthiăcôngăvƠăđóngăh

p: Các thi t k

trênăđơyăđưăđ

c th

ử

nghi m

hoàn ch nh trên các ph n m m mô ph

ng,ăcácăs ăđ

nguyên lý và thi t k m ch c ng

đưăđ

c hoàn thi n. Thi t b nh g

n,ăcóăkíchăth

c 10,5 x 7,5 x 2 (cm)

Hình 3.8.

ảình nh của thiết bị

Thi t b ch t o nh y v i khí t o ra, hi n thi t b

đư

đoăl

y m u s li u t i Vi n

Đoăl

ng Vi t Nam, tuy nhiên ngu n khí NH

chu

ẩ

n ch có m t n

ngăđ

duy nh t.

Các thi t b ngo

iăviănh ămƠnăhình,ăphímăđi

u khi n, th

ẻ

nh

đưăho tăđ

ng t t.

Kênh truy n thông ho

tăđ

ng t

t,ăđ

m b o ghép n i gi a các thi t b v i máy tính

trung tâm.

(3)

27 K T LUẬN

Đ

tài

:ă“

Nghiên c

ứ

u mô hình giám sát n

ồng độ

khí trong các trang tr i nuôi gà

công nghi

ệ

p

”

đưăhoƠnăthƠnhăv

i các m

cătiêuăđ

ra:

- Nghiên c u lý thuy t mô hình thi t b

đoăn ngăđ

khí NH

.

- Mô ph

ngăđ

c tính c a c m bi n và mô ph ng thi t b

đoă

trên Matlab,

khiăđoă

trongăđi

u ki n nhi

tăđ

môiătr

ng tiêu chu

ẩ

n là 20

C và v

iăcácăđi

u ki n nhi

tăđ

khác nhau.

- Thi t k ch t o hoàn ch nh thi t b

đoăkhíă

NH3 v

iăđ yăđ

các ch

cănĕngăc

a

m t thi t b

:ăđoăvƠăhi

n th khí t i ch , truy n thông

,ăl uăd

li u và hi n th k t qu

đo

trên máy tính PC.

Nh

ữ

ng v

ấn đề

t

ồ

n t

ạ

i c

ủa đề

tài:

- Tuy v

yăđ

tƠiăch aăđánhăgiáăđ

c sai s c a thi t b ch t o

doăch aăcóăn

ng

đ

khí chu

ẩ

n ho c thi t b ki m chu

ẩ

n.

- M c dù ph n mô ph ng có nghiên c u s

nhăh

ng c a thông s nhi

tăđ

môiătr ngăđ

n k t qu

đoănh ngăkhiăch

t o thi t b

ch aăđ aăraăgi

i pháp kh

ắ

c ph c

đ cănh căđi

m này.

(4)

28 TÀI LI U THAM KH O

[1].ăNguy năTh ăTuy tăLêăvƠăcácătácăgi ,ă

Sử dụng độn lót nền chuồng lên men vi sinh

vật trong chăn nuôi gà đẻ trứng Lương Phượng

,ăT păchíăKhoa

h căvƠăphátătri n,ă2013,ă

T pă11,ăs ă2:ă209

-216.

[2].ăTr năH uăTùng,ă

Nghiên cứu thực tr ng môi trường, sức khỏe của người chăn nuôi

gia cầm và gi i pháp can thiệp

,ăLu năánăTS,ăHƠăn iă2013.

[3].

Tiêu chuẩn QCVN

01 - 99: 2012/BNNPTNT

[4

].ăăLêă VĕnăDoanhăvƠăcácăđ ngătácă gi ,ă

Các bộ c m biến trong đo lường và điều

khiển

, NXB KH&KT, 2004.

[5

].ăăPh măTh ngăHƠnăvƠăcácăđ ngătácăgi ,ă

Kỹ thuật đo lường các đ i lượng vật lý

tập 1,2

,ăNXBăGiáoăd c,ă2003.

[6]. MQ135, datasheet

[7]. Gerald L.Anderson, David M.Hadden.

The gas Monitoring HandBook. New York

1999.

(5)

29 M C L C

PH N M

Đ

U ... 1

1. Tính c p thi t c a v

năđ

nghiên c u ... 2

2. T

ổ

ng quan v tình hình nghiên c u thu

călĩnhăv căđ

tài ... 3

3. M c tiêu nghiên c u ... 3

4.ăĐ

i

t

ng nghiên c u và ph m vi nghiên c u ... 4

5.ăụănghĩaăkhoaăh

c và th c ti n c

aăđ

tài ... 4

Ch ngă1.ăNGHIểNăC

U C M BI

NăMQ135ăĐOăN NGăĐ

KHÍ NH3 ... 6

1.1.ăĐ

T V

NăĐ

... 6

1.2. XÂY D

NGăĐ

C TÍNH C A C M BI N MQ135 ... 8

1.2.1.ăĐ

c tính chung ... 8

1.2.2. Xây d

ngăđ cătínhăđ

u ra c a c m bi n ... 10

1.2.3. Mô ph

ngăđ cătínhăđ

u ra c a c m bi n Vout=f(ppm)... 10

CH

NGă 2.ă ă MÔă PH

NG THI T B

ĐOă N NGă Đ

KHÍ NH3 TRÊN

MATLAB ... 12

2.1.ăS ăĐ

KH I THI T B

ĐO

... 12

2.2. MÔ PH NG CÁC KH I CH

CăNĔNG

... 12

2.2.1. Kh i c m bi

năđoăkhíăNH

... 12

2.2.2. B bi

năđổiăt ngăt

- s [5]... 13

2.2.3.B ch th s ... 17

(6)