LUẬN văn THẠC sĩ HAY nghiên cứu phương pháp giám sát nhiệt độ, độ ẩm của kho lạnh qua mạng internet

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG

NGUYỄN HUY TỒN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM CỦA KHO
LẠNH QUA MẠNG INTERNET

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 852 02 16

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật điều khiển tự động hóa

Người hướng dẫn khoa học
TS. Lê Hùng Linh

Thái Nguyên - 2020

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


ii

MỤC LỤC

Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục ………………………………………………………………….………….i
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt…………………………..………………...iv

Danh mục các hình vẽ (hình vẽ, ảnh chụp, đồ thị, v.v……………………………...v
Mở đầu………………………………………………………………………………1
Nội dung…………………………………………………………………...………...2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ..................................................................3
1.1. Mục đích của việc giám sát nhiệt độ và độ ẩm trong kho lạnh ........................3
1.1.1. Giới thiệu chung về kho lạnh. ...................................................................3
1.1.2. Phân loại kho lạnh .....................................................................................3
1.1.3. Yêu cầu chung của kho lạnh .....................................................................8
1.1.4. Mục đích của việc giám sát nhiệt độ độ ẩm trong kho lạnh ...................10
1.2. Các phương pháp giám sát nhiệt độ và độ ẩm của kho lạnh đơn giản ...........11
1.3. Các phương pháp giám sát nhiệt độ và độ ẩm của kho lạnh tiên tiến ............12
1.3.1. Điều khiển hoạt động của bộ phận làm lạnh. ..........................................12
1.3.2. Có khả năng lưu trữ lịch sử thay đổi các thông số ..................................13
1.3.3. Giám sát từ xa thơng qua máy tính, mạng Internet, sóng RF hoặc GSM
...........................................................................................................................14
1.3.4. Có khả năng ứng dụng hệ thống giám sát thời gian thực........................17
1.4. Kết luận chương 1 ..........................................................................................19

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


iii

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM
QUA MẠNG INTERET ...........................................................................................20
2.1. Giới thiệu về internet......................................................................................20
2.2. Ứng dụng Internet vào giám sát và điều khiển. .............................................21
2.2.1. Nhà thơng minh .......................................................................................21
2.2.2. Internet cơng nghiệp................................................................................23
2.2.3. Chăm sóc sức khỏe..................................................................................26

2.2.4. Chuỗi cung ứng thông minh ....................................................................27
2.2.5. Nông nghiệp thông minh.........................................................................29
2.2.6. Ứng dụng Internet vào giám sát kho lạnh. ..............................................31
2.3. Các phương pháp kết nối, hiển thị thông số lên mạng ...................................32
2.3.1 MQTT (Message Queue Telemetry Transport) .......................................32
2.3.2 HTTP ........................................................................................................35
2.4. Chuẩn giao tiếp RS485..................................................................................37
2.4.1 Khái niệm và nguyên lý Modbus RTU ....................................................37
2.4.2 Ưu nhược điểm của Modbus RTU ...........................................................38
2.4.3. Phân biệt RS485 và RS232 ....................................................................39
2.4.4. IC max485 ..............................................................................................41
2.5. Kết luận chương 2 ..........................................................................................43
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÀN HÌNH GIÁM SÁT, HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM
CỦA KHO LẠNH.....................................................................................................45
3.1 Mô tả bài toán ..................................................................................................45
3.2. Sơ đồ khối thiết bị ..........................................................................................45
3.3. Mạch nguyên lý ..............................................................................................48

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


iv

3.3.1 Mạch nguyên lý khối cảm biến ................................................................48
3.3.2 Mạch nguyên lý khối truyền thông ..........................................................49
3.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống.................................................................50
3.5. Lưu đồ thuật toán ...........................................................................................53
3.5.1. Lưu đồ thuật toán khối cảm biến ............................................................53
3.5.2. Lưu đồ thuật toán khối truyền thông. .....................................................54
3.6. Giao diện website ...........................................................................................54

3.7. Kết quả đạt được ............................................................................................55
3.7.1. Kết quả thiết kế trên phần mềm ..............................................................55
3.7.2. Kết quả thực nghiệm..………………………………………………….57
3.8. Kết luận chương 3 .........................................................................................59
KẾT LUẬN ...............................................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................61

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


v

DANH MỤC
CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

- EEPROOM: bộ nhớ
- IOT: mạng lưới thiết bị kết nối với internet
- M2M: tương tác giữa máy với máy
- MQTT: giao thức dạng gửi
- POE: cấp nguồn qua cáp internet
- PC: máy tính cá nhân
- RF: tần số radio
- RTU: thiết bị đầu cuối
- RS232: chuẩn truyền thông
- RS485:chuẩn truyền thông
- SMS: dịch vụ tin nhắn ngắn
- URL: đường dẫn

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
(Hình vẽ, ảnh chụp, đồ thị, ...)

Trang
Hình 1.1: Mơ hình kho lạnh trong sinh hoạt……..…………………………………05
Hình 1.2: Kho lạnh cơng nghiệp…………………………………………………....05
Hình 1.3: Kho lạnh nơng nghiệp …………………………………………………...06
Hình 1.4: Kho lạnh trong sản xuất cơng nghiệp…………………………………....10
Hình 1.5: Một loại cảm biến nhiệt độ thường được sử dụng trong kho lạnh……..….11
Hình 1.6: Một loại cảm biến độ ẩm thường sử dụng trong kho lạnh………...............12
Hình 1.7: Sơ đồ mạch khống chế nhiệt độ khơng dùng vi điều khiển…………................13
Hình 1.8: Mạch khống chế nhiệt độ W1209……………………..…………………14
Hình 1.9: Thiết bị giám sát kho lạnh thực phẩm với cảnh báo điện thoại của hãng
Vacker…………………………………………………………...……………........16
Hình 1.10: Một hệ thống giám sát thời gian thực cho kho lạnh của hãng Vacker….17
Hình 1.11: Màn hình giám sát nhiệt độ độ ẩm thời gian thực của hãng
Vacker ……………………………………………………………………………..18
Hình 2.1: Ứng dụng internet vào nhà thơng minh……………..……………...........23
Hình 2.2: Mơ hình một nhà máy điện tử của hãng siemens…………………..…….25
Hình 2.3: Ứng dụng internet vào chăm sóc sức khỏe…………...…………………..26
Hình 2.4: Ứng dụng internet vào chuỗi cung ứng, vận chuyển ……...……………27
Hình 2.5: Mô phỏng ứng dụng internet trong nông nghiệp ………………………. 29
Hình 2.6: Một hệ thống giám sát nhiệt độ độ ẩm qua mạng internet……………………..32
Hình 2.7: Mơ hình MQTT………………………………………………………….33

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

vii

Hình 2.8: Giao thức http……………………………………..……………………...35
Hình 2.9: Cấu trúc đường dẫn theo giao thức http..………………………..………35
Hình 2.10. Nguyên lý hoạt động Modbus RTU …………………………...…......38
Hình 2.11. Kết nối dùng cổng RS232…………………………………………….....39
Hình 2.12. Mơ hình giao tiếp RS485……………………………..…………….......40
Hình 2.13. IC max485……………………………………………………………....41
Hình 2.14. Sơ đồ nối chân của IC max 485…………………………………….......42
Hình 3.1. Sơ đồ khối tồn hệ thống………………………………..…………….....46
Hình 3.2. Sơ đồ khối module giám sát………………………………………………46
Hình 3.3. Sơ đồ khối khối truyền thơng……………………………………………..47
Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến….….……………………………….……48
Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý khối truyền thơng………………………...……...…….49
Hình 3.6. Lưu đồ thuật tốn khối cảm biến..………………………………….…...53
Hình 3.7. Lưu đồ thuật tốn khối truyền thơng…………………………………....54
Hình 3.8. Giao diện server khi truy cập bằng điện thoại………...………………...55
Hình 3.9. Thiết kế mạch module cảm biến..……..………………………………...56
Hình 3.10. Thiết kế mạch module truyền thơng……………………………….......56
Hình 3.11. Khối truyền thơng……………………………………………………...57
Hình 3.12.Khối cảm biến...….……………………………………………………..57
Hình 3.13. Kết nối module giám sát và khối truyền thơng………………………...58
Hình 3.14. Hiển thị kết quả đo lên khối truyền thơng…….………………………..58
Hình 3.15: Màn hình giám sát nhiệt độ và độ ẩm trên trang web………………….59

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


1

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, các thiết bị điện tử và tự động hóa có mặt ở khắp nơi, chúng ta
dễ dàng bắt gặp trong tất cả các lĩnh vực, từ những ứng dụng đặc biệt trong công
nghiệp cho đến những sản phẩm dân dụng. Ban đầu, việc giám sát từ xa thông qua
một hệ thống gồm các phần tử nối với nhau bằng dây dẫn với các chuẩn truyền
thông phổ biến như RS-232, RS-485 và các chuẩn công nghiệp như ProfiBus. Tuy
nhiên, việc mở rộng phạm vi điều khiển (tức số lượng các phần tử) của mơ hình
này khá khó khăn, và đặc biệt là khoảng cách điều khiển thì rất hạn chế.
Sự ra đời của công nghệ truyền thông với giao thức TCP/IP đã làm thay đổi
hoàn toàn suy nghĩ cũng như phạm vi ứng dụng của thiết bị giám sát từ xa. Mơ
hình mạng phổ biến đó là mạng nội bộ LAN (Local Area Network) và mạng diện
rộng WAN (Wide Area Network), gọi chung là mạng Ethernet đã cho phép mở
rộng dễ dàng phạm vi giám sát và quy mô của hệ thống. Không những thế, trong
mạng Ethernet, có thể gắn nhiều thiết bị đầu cuối khác nhau có cùng giao tiếp
thơng qua cổng truyền thơng Ethernet như máy tính, máy in, camera, .. do đó, việc
vận hành và giám sát trở nên cực kỳ dễ dàng.
Sau hơn hai năm học tập tại trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền
thông, tôi đã được đào tạo và tiếp thu được những kiến thức hiện đại và tiên tiến
trong lĩnh vực tự động hóa. Trước khi tốt nghiệp cao học, tôi nhận được đề tài:
“Nghiên cứu phương pháp giám sát nhiệt độ, độ ẩm của kho lạnh qua mạng
internet”.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


2

NỘI DUNG
CỦA BẢN LUẬN VĂN ĐƯỢC CHIA LÀM 3 CHƯƠNG

- Chương 1: Tổng quan về đề tài.
- Chương 2: Nghiên cứu phương pháp giám sát nhiệt độ, độ ẩm qua mạng internet.
- Chương 3: Thiết kế màn hình giám sát, hiển thị nhiệt độ, độ ẩm của kho lạnh.
Với thời gian và kiến thức có hạn, luận văn khơng thể tránh khỏi sai sót. Rất mong
được sự góp ý của các thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày

tháng

năm 2020

Tác giả luận văn

Nguyễn Huy Toàn

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Mục đích của việc giám sát nhiệt độ và độ ẩm trong kho lạnh
1.1.1. Giới thiệu chung về kho lạnh.
Kho lạnh là nhà một nhà kho được thiết kế cách nhiệt với môi trường bên
ngồi có chức năng làm lạnh, có thể điều chỉnh nhiệt độ phù hợp với đặc tính
vật lý, hóa học của lô hàng, tránh được mọi tiêu cực từ môi trường như nhiệt
độ, độ ẩm, ánh sáng,... gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng hàng hóa. Hay hiểu
một cách đơn giản thì kho lạnh cũng giống như một chiếc tủ lạnh, nhưng có

quy mơ to và rộng lớn hơn, được lắp đặt và thiết kế với hệ thống dàn lạnh cơng
nghiệp với nhiệt độ thích hợp để bảo quản các loại thực phẩm, nông sản, rau
quả, các sản phẩm của cơng nghiệp hố chất, cơng nghiệp thực phẩm, cơng
nghiệp nhẹ, y tế…Trong đó, ứng dụng rộng rãi nhất của kho lạnh là để bảo
quản thực phẩm và nông sản.
Để bảo quản thực phẩm người ta có thể thực hiện nhiều cách như: Phơi,
sấy khơ, đóng hộp và bảo quản lạnh. Tuy nhiên phương pháp bảo quản lạnh tỏ
ra có ưu điểm nổi bật vì:
+ Hầu hết thực phẩm, nơng sản đều thích hợp đối với phương pháp này.
+ Việc thực hiện bảo quản nhanh chóng và rất hữu hiệu phù hợp với tính
chất mùa vụ của nhiều loại thực phẩm nông sản.
Kho lạnh cần giữ cho thực phẩm, nông sản giữ ở nhiệt độ thấp, tránh
quá trình phân hủy của chúng. Ở nhiệt độ thấp các phản ứng hoá sinh trong
thực phẩm bị ức chế. Trong phạm vi nhiệt độ bình thường cứ giảm 10°C thì
tốc độ phản ứng giảm xuống 1/2 đến 1/3 lần. Ngoài ra, nhiệt độ xuống dưới
0°C, phần lớn hoạt động của enzim sẽ không hoạt động.
1.1.2. Phân loại kho lạnh
Có nhiều cách phân loại kho lạnh khác nhau, ở đây chúng ta sẽ khảo sát
và giới thiệu một số loại kho lạnh khác nhau đang có trên thị trường.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


4

a. Phân loại kho lạnh theo công dụng
- Kho lạnh sơ bộ: Dùng làm lạnh sơ bộ hay bảo quản tạm thời thực phẩm tại
các nhà máy chế biến trước khi chuyển sang một khâu chế biến khác.
- Kho chế biến: Được sử dụng trong các nhà máy chế biến và bảo quản thực
phẩm (nhà máy đồ hộp, nhà máy sữa, nhà máy chế biến thuỷ sản, nhà máy xuất

khẩu thịt,…). Các kho lạnh loại này thường có dung tích lớn, cần phải trang bị
hệ thống có cơng suất lạnh lớn. Phụ tải của kho lạnh luôn thay đổi do phải xuất
nhập hàng thường xuyên.
- Kho phân phối, trung chuyển: Dùng điều hoà cung cấp thực phẩm cho các
khu dân cư, thành phố và dự trữ lâu dài. Kho lạnh phân phối thường có dung
tích lớn, trữ nhiều mặt hàng và có ý nghĩa rất lớn đối với đời sống sinh hoạt
của cả một cộng đồng.
- Kho thương nghiệp: Kho lạnh bảo quản các mặt hàng thực phẩm của hệ thống
thương nghiệp. Kho dùng bảo quản tạm thời các mặt hàng đang được doanh
nghiệp bán trên thị trường.
- Kho vận tải (trên tàu thuỷ, tàu hoả, ôtô): Đặc điểm của kho là dung tích lớn,
hàng bảo quản mang tính tạm thời để vận chuyển từ nơi này đến nơi khác.
- Kho sinh hoạt: Đây là loại kho rất nhỏ dùng trong các hộ gia đình, khách sạn,
nhà hàng dùng bảo quản một lượng hàng nhỏ.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


5

Hình 1.1: Mơ hình kho lạnh trong sinh hoạt

Hình 1.2: Kho lạnh công nghiệp

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


6

Hình 1.3: Kho lạnh nơng nghiệp

b. Phân loại kho lạnh theo nhiệt độ
- Kho bảo quản lạnh: Nhiệt độ bảo quản nằm trong khoảng -2°C đến 5°C. Đối
với một số rau quả nhiệt đới cần bảo quản ở nhiệt độ cao hơn (đối với chuối là
10°C, đối với chanh là 4°C). Nói chung các mặt hàng chủ yếu là rau quả và các
mặt hàng nông sản.
- Kho bảo quản đông: Kho được sử dụng để bảo quản các mặt hàng đã qua cấp
đơng. Đó là hàng thực phẩm có nguồn gốc động vật. Nhiệt độ bảo quản tuỳ
thuộc vào thời gian, loại thực phẩm bảo quản. Tuy nhiên nhiệt độ bảo quản tối
thiểu cũng phải đạt -18°C để các vi sinh vật không thể phát triển làm hư hại
thực phẩm trong quá trình bảo quản.
- Kho đa năng: Nhiệt độ bảo quản là -12°C, buồng bảo quản đa năng thường
được thiết kế ở -12°C nhưng khi cần bảo quản lạnh có thể đưa lên nhiệt độ bảo
quản 0°C hoặc khi cần bảo quản đơng có thể đưa xuống nhiệt độ bảo quản 18°C tuỳ theo yêu cầu công nghệ. Khi cần có thể sử dụng buồng đa năng để
gia lạnh sản phẩm.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


7

Buồng đa năng thường được trang bị dàn quạt nhưng cũng có thể được trang
bị dàn tường hoặc dàn trần đối lưu khơng khí tự nhiên.
- Kho gia lạnh: Được dùng để làm lạnh sản phẩm từ nhiệt độ môi trường xuống
nhiệt độ bảo quản lạnh hoặc để gia lạnh sơ bộ cho những sản phẩm lạnh đông
trong phương pháp kết đơng 2 pha. Tuỳ theo u cầu quy trình cơng nghệ gia
lạnh, nhiệt độ buồng có thể hạ xuống -5°C và nâng lên vài độ trên nhiệt độ
đóng băng của các sản phẩm được gia lạnh. Buồng gia lạnh thường được trang
bị dàn quạt để tăng tốc độ gia lạnh cho sản phẩm.
- Kho bảo quản nước đá: Nhiệt độ tối thiểu -4°C.
c. Phân loại kho lạnh theo dung tích chứa

Kích thước kho lạnh bảo quản phụ thuộc chủ yếu vào dung tích chứa
hàng của nó. Do đặc điểm về khả năng chất tải cho mỗi loại thực phẩm khác
nhau nên thường quy dung tích ra tấn thịt (MT – Meat Tons). Ví dụ: Kho
50MT, kho 100MT, 200MT, 500MT là những kho có khả năng chứa 50, 100,
200, 500 tấn.
d. Phân loại theo phương pháp cách nhiệt
- Kho xây: Là kho mà kết cấu là kiến trúc xây dựng và bên trong người ta bọc
lớp cách nhiệt. Kho xây chiếm diện tích lớn, giá thành tương đối cao, khơng
đẹp, khó tháo dỡ, và di chuyển. Mặt khác về mặt thẩm mỹ và vệ sinh kho xây
không đảm bảo tốt. Vì vậy, hiện nay ở nước ta thường ít sử dụng kho xây để
bảo quản thực phẩm.
- Kho panel: Được lắp ghép từ các tấm panel tiền chế polyuretan và được lắp
ghép với nhau bằng các móc khố cam locking và mộng âm dương. Kho panel
có hình thức đẹp, gọn và giá thành tương đối rẻ, rất tiện lợi khi lắp đặt, tháo dỡ
và bảo quản các mặt hàng thực phẩm, nông sản, thuốc men, dược liệu… Hiện
nay nhiều doanh nghiệp ở nước ta đã sản xuất các tấm panel cách nhiệt đạt tiêu

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


8

chuẩn cao. Vì thế hầu hết các xí nghiệp, cơng nghiệp thực phẩm đều sử
dụng lắp đặt kho lạnh bằng panel để bảo quản hàng hoá.
1.1.3. Yêu cầu chung của kho lạnh
Mặc dù có nhiều cách phân loại khác nhau, nhưng kho lạnh có những
yêu cầu chung giống nhau, ở phần này ta nêu một số yêu cầu chính của kho
lạnh như sau:
Yêu cầu về cấu trúc:
- Kho lạnh được xây dựng ở nơi cao ráo, không bị ngập hoặc đọng nước,

thuận tiện về giao thông, xa các nguồn gây ô nhiễm có đủ nguồn cung cấp điện
ổn định đảm bảo cho sản xuất.
- Có mặt bằng đủ rộng cả trong lẫn ngồi, được bố trí thuận tiện cho việc
tiếp nhận, bốc dỡ, vận chuyển sản phẩm, tránh được khả năng gây nhiễm chéo
cho sản phẩm. Nền kho lạnh phải cao hơn mặt bằng xung quanh. - Nền của kho
lạnh, phịng đệm, phịng thay bao bì, đóng gói lại (nếu có) phải đảm bảo phẳng,
chịu tải trọng, khơng trơn trượt.
- Có tường bao hoặc vách ngăn cách với bên ngồi.
- Thiết kế kho lạnh phải có kết cấu vững chắc, có mái che khơng dột, được
cách nhiệt tốt.
- Trần và tường của kho lạnh, phòng đệm và phòng thay bao bì, đóng gói
lại (nếu có) được làm bằng vật liệu bền, khơng độc, khơng gỉ, khơng bị ăn mịn,
khơng ngấm nước, cách nhiệt tốt; có bề mặt nhẵn, màu sáng; được cấu tạo dễ
làm vệ sinh, khử trùng.
- Cửa của kho lạnh, phòng đệm được làm bằng vật liệu bền, khơng độc,
khơng gỉ, khơng ngấm nước, cách nhiệt tốt, có bề mặt nhẵn, được cấu tạo dễ
làm vệ sinh, khử trùng; khi đóng cửa phải đảm bảo kín; các tấm màng che tại
cửa kho lạnh được làm bằng vật liệu phù hợp.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


9

- Kho lạnh được thiết kế sao cho khi xả băng, nước từ giàn lạnh, trên trần
kho, nền kho được chảy hết ra ngoài.
Yêu cầu về thiết bị, phương tiện bảo quản, vận chuyển:
- Thiết bị làm lạnh phải có công suất đủ để đảm bảo sản phẩm ở nhiệt
độ cần thiết và ổn định, kể cả khi kho chứa hàng đạt mức tối đa. Môi chất sử
dụng là loại môi chất được phép sử dụng, không ảnh hưởng đến môi trường.

- Các thiết bị áp lực chứa môi chất lạnh, ống dẫn, thiết bị trao đổi nhiệt
phải đảm bảo an tồn, khơng bị rị rỉ và phải kiểm tra định kỳ.
- Thiết bị nâng hàng, bốc dỡ, phương tiện vận chuyển được sử dụng
trong kho lạnh phải được làm bằng vật liệu phù hợp, khơng dị dầu,có cấu trúc
chắc chắn, thuận tiện cho việc bốc dỡ hàng hóa,vệ sinh.
- Bộ báo nhiệt độ được đặt ở nơi dễ nhìn, dễ đọc.
Yêu cầu về hệ thống chiếu sáng:
- Trang bị hệ thống chiếu sáng đủ sáng cho mọi hoạt động bốc dỡ, vận
chuyển sản phẩm.
- Đèn chiếu sáng trong kho lạnh phải đảm bảo an tồn và có chụp bảo
vệ.
- Sản phẩm trước khi đưa vào bảo quản ở kho lạnh phải đạt các yêu cầu
về chất lượng, được đóng bao phù hợp và ghi nhãn theo quy định.
- Không bảo quản nông sản lẫn với các thực phẩm khác, trường hợp cá
biệt nếu bảo quản thực phẩm khác trong kho lạnh nơng sản thì các thực phẩm
này phải được bao gói kín, xếp lơ riêng và khơng là nguồn lây nhiễm cho nơng
sản.
- Phải có hệ thống quản lý, theo dõi việc sắp xếp hàng hoá để sản phẩm
trong kho được nhận dạng dễ dàng.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


10

- Khi xếp hàng hố trong kho lạnh, để khơng khí lạnh được lưu thơng
tốt phải đảm bảo khoảng cách tối thiểu giữa hàng hoá với sàn, với tường, với
trần, với giàn lạnh và với quạt gió; thể tích từng nhóm phải thích hợp. Với
những kho lạnh lớn phải có lối đi bảo đảm thuận tiện cho người và phương tiện
khi xếp dỡ hàng.

Hình 1.4: Kho lạnh trong sản xuất cơng nghiệp
1.1.4. Mục đích của việc giám sát nhiệt độ độ ẩm trong kho lạnh
Bất kỳ kho lạnh nào cũng có những yêu cầu về nhiệt độ. Có những kho
lạnh cịn có những u cầu ngưỡng nhiệt trên và ngưỡng nhiệt dưới.
Giám sát nhiệt độ rất quan trọng cho phòng lạnh. Điều này đặc biệt
quan trọng đối với việc lưu trữ các loại thuốc, vắc-xin, ngân hàng máu, phịng
thí nghiệm y tế, cũng như trái cây, rau, kem, thực phẩm đông lạnh, gà, thịt, pho
mát, bơ, vv..
Việc giám sát nhiệt độ giúp cho người vận hành nắm được nhiệt độ
hiện thời trong kho lạnh, từ đó có những phương án điều khiển cho hợp lý. Ví
dụ như nhiệt độ trong kho quá cao thì phải điều khiển hệ thống làm mát, làm
lạnh tăng công suất. Nếu nhiệt độ quá lạnh thì giảm cơng suất bộ phận làm

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


11

lạnh. Đồng thời nếu độ ẩm tăng thì phải bật quạt hoặc vừa sấy vừa làm lạnh để
hơi nước ngưng tụ lại.
Giám sát còn giúp người vận hành dễ dàng kiểm sốt và phát hiện hệ
thống đang chạy có bị trục trặc về phần cứng hay không. Trong nhiều trường
hợp hệ thống đo và hệ thống làm lạnh, hệ thống điều khiển hoạt động khơng
đồng bộ với nhau gây khó khăn trong q trình sử dụng, điều này chỉ có thể
phát hiện và sửa chữa nếu ta vận hành và giám sát thường xuyên.
1.2. Các phương pháp giám sát nhiệt độ và độ ẩm của kho lạnh đơn giản
Về cơ bản, muốn giám sát nhiệt độ và độ ẩm thì cần có cảm biến nhiệt
độ và độ ấm. Sự phát triển của các phương pháp giám sát ở đây đi liền với sự
phát triển của công nghệ các loại cảm biến cũng như các bộ điều khiển xử lý

tín hiệu cảm biến được sử dụng.
Những kho lạnh đơn giản chỉ sử dụng cảm biến nhiệt và độ ẩm dạng
điện trở hoặc tính chất giãn nở của thủy ngân (cảm biến nhiệt độ thủy ngân)
sau đó kết quả hiển thị lên thang chia vạch hoặc đèn báo. Một số loại hiện đại
hơn có tích hợp vi xử lý thì phần hiển thị có thêm màn hình LCD hoặc LED
bảy thanh. Tuy nhiên điểm chung của những hệ thống này đều là đơn giản, chỉ
có tính chất giám sát cục bộ khơng có khả năng giám sát và điều khiển từ xa.

Hình 1.5 Một loại cảm biến nhiệt độ thường sử dụng trong kho lạnh

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


12

Hình 1.6. Một loại cảm biến độ ẩm thường sử dụng trong kho lạnh
1.3. Các phương pháp giám sát nhiệt độ và độ ẩm của kho lạnh tiên tiến
Như đã trình bày trong phần trước, các hệ thống giám sát kho lạnh đơn
giản chỉ có chức năng đo và hiển thị thông số tại kho lạnh đồng thời cảnh báo
bằng đèn và cịi (nếu có). Điều này gây khó khăn bất tiện khi muốn cùng lúc
giám sát nhiều điểm đo, nhiều kho lạnh khác nhau trong những hệ thống phức
tạp. Để khắc phục những nhược điểm đó, ngày nay những kho lạnh được giám
sát theo nhiều hình thức, phương tiện tiên tiến hơn. Trong phần này luận văn
sẽ đưa một số phương pháp giám sát nhiệt độ và độ ẩm trong kho lạnh.
1.3.1. Điều khiển hoạt động của bộ phận làm lạnh.
Đây là phương pháp cải tiến đầu tiên trong hệ thống giám sát kho lạnh.
Trước đây những hệ thống giám sát chỉ dừng lại ở “giám sát”, còn phần điều
khiển được tách rời hoặc là chỉ có thể điều khiển thủ cơng. Ví dụ với những hệ
thống sử dụng nhiệt kế thủy ngân, khi đó người vận hành chỉ có thể theo dõi
nhiệt độ bằng cách nhìn vào nhiệt kế, khi nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn

ngưỡng đã quy định trước thì phải tiến hành tắt hoặc khởi động bộ phận làm
mát để thay đổi nhiệt độ trong kho.
Với sự ra đời của những cảm biến nhiệt độ, của linh kiện bán dẫn đã kết
nối phần cảm biến và cơ cấu chấp hành lại với nhau. Sự thay đổi giá trị của

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


13

cảm biến nhiệt sẽ tác động trực tiếp đến phần công suất và điều khiển hoạt động
của phần làm lạnh. Khi vi điều khiển chưa xuất hiện và phổ biến thì những hệ
thống “thuần điện tử” như này là rất phổ biến. Dưới đây là một sợ đồ thiết bị
như vậy.

Hình 1.7. Sơ đồ mạch khống chế nhiệt độ khơng dùng vi điều khiển
1.3.2. Có khả năng lưu trữ lịch sử thay đổi các thơng số
Sau q trình vận hành, nghiên cứu và thử nghiệm với những ứng dụng
khác nhau, người ta chọn ra được những thông số, giới hạn nhiệt độ độ ẩm cho
kho lạnh. Ví dụ như việc lưu trữ thuốc, nhiệt độ được lưu trữ trong phạm vi
2°C đến 8°C, trong lưu trữ vắc-xin thì độ ẩm thích hợp là 65%, vậy làm như
nào để có thể giữ được những thơng số thích hợp này cho kho lạnh? Phương
án lựa chọn tối ưu nhất chính là dùng vi điều khiển, khi đó nhiệt độ đo được,
cũng như nhiệt độ đặt có thể được hiển thị trực quan thơng qua màn hình LCD
hoặc LED bảy đoạn. Ngồi ra giá trị đặt hoặc phức tạp hơn là chế độ hoạt động
của hệ thống có thể được thay đổi được thơng qua những nút nhấn và chương
trình điều khiển.
Trên thực tế đây là những hệ thống giám sát và khống chế nhiệt độ, độ
ẩm đang được sử dụng phổ biến nhất, do tính thuận tiện và giá thành hợp lý,

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


14

những hệ thống này phù hợp cho những mơ hình kho lạnh đơn lẻ khơng cần
u cầu độ chính xác và thời gian đáp ứng nhanh.
Những vi điều khiển hiện nay thường tích hợp EEPROM bên trong
cho phép lưu trữ những giá trị cài đặt lại để sử dụng cho những lần sau đó, ngay
cả khi hệ thống mất điện hoặc khởi động lại mà không cần phải nhấn nút và cài
đặt lại các thơng số đặt. Module W1209 phía dưới là một mạch khống chế có
chức năng giám sát và khống chế nhiệt độ với nhiều chế độ hoạt động thơng
qua các nút nhấn.

Hình 1.8. Mạch khống chế nhiệt độ W1209
1.3.3. Giám sát từ xa thơng qua máy tính, mạng Internet, sóng RF hoặc GSM
Ở phần trên, vai trị của vi điều khiển đã được thể hiện rất rõ rệt, tuy
nhiên những thông số của kho lạnh mới chỉ được điều chỉnh và khống chế cục
bộ tại chỗ. Với những hệ thống cần giám sát từ xa thì cần có thêm sự hỗ trợ
của máy tính, sóng RF hoặc SIM thông qua mạng viễn thông.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


15

Giao thức ZigBee
Zigbee, giống như Bluetooth, là một loại truyền thông trong khoảng cách
ngắn, hiện được sử dụng với số lượng lớn và thường được sử dụng trong công
nghiệp. Điển hình, Zigbee Pro và Zigbee remote control (RF4CE) được thiết kế

trên nền tảng giao thức IEEE802.15.4 – là một chuẩn giao thức truyền thông vật
lý trong công nghiệp hoạt động ở 2.4Ghz thường được sử dụng trong các ứng dụng
khoảng cách ngắn và dữ liệu truyền tin ít nhưng thường xuyên, được đánh giá phù
hợp với các ứng dụng trong smarthome hoặc trong một khu vực đô thị/khu chung
cư.
ZigBee là công nghệ mới với tầm hoạt động trực tiếp lên đến 1 km trong
khơng khí. Nếu có chướng ngại vật trong đường dẫn của nó, phạm vi đi xuống
cho phù hợp. ZigBee hoạt động trong một phạm vi tần số cho phép ở hầu hết
các quốc gia. Các cảm biến ZigBee cũng hoạt động với yêu cầu năng lượng rất
thấp và do đó có thể hoạt động mà khơng cần điện.
LoRa
LoRa là viết tắt của Long Range Radio được nghiên cứu và phát triển
bởi Cycleo và sau này được mua lại bởi công ty Semtech năm 2012. Với công
nghệ này, chúng ta có thể truyền dữ liệu với khoảng cách lên hàng km mà
không cần các mạch khuếch đại công suất; từ đó giúp tiết kiệm năng lượng tiêu
thụ khi truyền/nhận dữ liệu. Do đó, LoRa có thể được áp dụng rộng rãi trong
các ứng dụng thu thập dữ liệu như sensor network trong đó các sensor node có
thể gửi giá trị đo đạc về trung tâm cách xa hàng km và có thể hoạt động với
battery trong thời gian dài trước khi cần thay pin.
LoRa sử dụng kỹ thuật điều chế gọi là Chirp Spread Spectrum. Có thể
hiểu nơm na nguyên lý này là dữ liệu sẽ được băm bằng các xung cao tần để
tạo ra tín hiệu có dãy tần số cao hơn tần số của dữ liệu gốc (cái này gọi là
chipped); sau đó tín hiệu cao tần này tiếp tục được mã hoá theo các chuỗi chirp
signal (là các tín hiệu hình sin có tần số thay đổi theo thời gian; có 2 loại chirp

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


16

signal là up-chirp có tần số tăng theo thời gian và down-chirp có tần số giảm
theo thời gian; và việc mã hoá theo nguyên tắc bit 1 sẽ sử dụng up-chirp, và bit
0 sẽ sử dụng down-chirp) trước khi truyền ra anten để gửi đi.[4],[5]
Ngồi những chuẩn kể trên cịn có những chuẩn khơng dây kể trên cịn có
những chuẩn khác hiện đã và đang được phát triển và ứng dụng ngày một rộng rãi
như Z-Wave; 6LoWPAN…
Hệ thống giám sát dựa trên cảm biến IP
Đây có thể là loại kinh tế nhất của hệ thống giám sát. Mỗi cảm biến phải
được kết nối với một cổng Ethernet và không yêu cầu điện năng cao. Những
hoạt động trên POE (Power over Ethernet) ngồi ra điều này có thể khơng có
bộ nhớ riêng của mình. Sẽ có một phần mềm Trung tâm trong một trong các
PC hoặc máy chủ trong hệ thống Ethernet. Mỗi cảm biến có thể được cấu hình
cho phần mềm này. Cảm biến chỉ đơn giản là đưa vào một cổng Ethernet.

Hình 1.9 Thiết bị giám sát kho lạnh thực phẩm với cảnh báo điện thoại của
hãng Vacker

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


17

1.3.4. Có khả năng ứng dụng hệ thống giám sát thời gian thực
Với những hệ thống kho lạnh cần yêu cầu chặt chẽ, đáp ứng nhanh thì
sự lựa chọn tối ưu là sát bằng hệ thời gian thực. Một số hệ thống cần giám sát
thời gian thực như:
+ Giám sát nhiệt độ cho tủ lạnh được sử dụng để giữ thuốc, vắc xin (đôi
khi cũng cần theo dõi cả nhiệt độ và độ ẩm)
+ Nhiệt độ và theo dõi độ ẩm kho được sử dụng để lưu trữ các sản phẩm
nhạy cảm nhiệt độ như thuốc, hóa chất.

+ Giám sát nhiệt độ của tủ đông công nghiệp
+ Giám sát nhiệt độ, độ ẩm, điều kiện động cơ, cho xe cộ vận chuyển
nhiệt độ hàng hoá nhạy cảm.
+ Giám sát nhiệt độ cùng với độ ẩm, rò rỉ nước cho các trung tâm dữ
liệu và phòng máy chủ.
+ Theo dõi nhiệt độ, độ ẩm và áp suất cho phòng bệnh nhân, các đơn vị
chăm sóc chun sâu, phịng sạch, phịng bị cô lập lâm sàng, trong bệnh viện.
+ Nhiệt độ, độ ẩm và giám sát áp suất trong phòng sạch trong mơi trường
sản xuất.
+ Giám sát nhiệt độ của lị nung, nồi, ô tô, thiết bị công nghiệp, máy chế
biến.
+ Giám sát nhiệt độ trong q trình bảo dưỡng bê tơng.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


18

Hình 1.10: Một hệ thống giám sát thời gian thực cho kho lạnh của hãng Vacker

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống giám sát thời gian thực

Hình 1.11: Màn hình giám sát nhiệt độ độ ẩm thời gian thực của hãng Vacker
Nguyên tắc cơ bản của tất cả các hệ thống như vậy liên quan đến nhiều
cảm biến như cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, cảm biến áp suất, v.v. Các
cảm biến này liên tục thu thập dữ liệu trong khoảng thời gian được lập trình
trước gọi là khoảng lấy mẫu. Khoảng thời gian lấy mẫu có thể thay đổi từ giây

LUAN VAN CHAT LUONG download : add