ASSIGNMENT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA MÔN LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỀ TÀI MÁY ẤP TRỨNG TỰ ĐỘNG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG FPT FPOLYTECHNIC
BỘ MƠN: ĐIỆN – CƠ KHÍ

ASSIGNMENT
CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ
ĐỘNG HĨA
MƠN : LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
ĐỀ TÀI: MÁY ẤP TRỨNG TỰ ĐỘNG

GVHD:
Họ và tên:

Nguyễn Thị Thắm
Đào Chí Thiện
Bùi Trọng Tiến
Trần Đức Hải
Đào Ngọc Đức

Lớp:

AC18102– AUT110

1


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, máy tính và tự động hóa sản xuất đang thâm nhập vào rất nhiều lĩnh vực.
Không chỉ trong công nghiệp, nông nghiệp của nước ta cũng đã bắt đầu xuất hiện các
hệ thống chuồng trại, nhà máy, máy móc thiết bị u cầu tính tự động ngày càng cao.
Hình ảnh một nền nơng nghiệp với “ con trâu đi trước cái cày theo sau” không lâu nữa sẽ
được thay thế.

Xu thế tất yếu của một nền nơng nghiệp cần phải có sản lượng lớn và giá cả cạnh tranh
hơn chính là ứng dụng các sản phẩm của khoa học công nghệ. Ngay cả một ngành
truyền thống lâu này là ngành chăn nuôi gia cầm cũng đang từng bước có nhiều thay
đổi.
Máy ấp trứng với qui mơ vài trăm trứng tới vài ngàn trứng đang thay thế dần phương
pháp ấp truyền thống vốn có qui mơ khơng lớn.
Từ những vần đề trên, với vốn kiến thức đã được học tại trường và sự hướng dẫn tận
tình của thầy Lê Thanh Đạo, nhóm sinh viên quyết định thực hiện đề tài “HỆ THỐNG TỰ
ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN MÁY ẤP TRỨNG”.
Tuy nhiên vì thời gian có hạn và kiến thức chun mơn cịn hạn chế nên trong q trình
thực hiện đồ án khơng thể tránh những thiếu sót nhất định. Những người thực hiện rất
mong sự giúp đỡ, ý kiến đóng góp của q thầy cơ cùng tất cả các bạn để đồ án tốt
nghiệp này được hoàn thiện hơn.

2


3


CHƯƠNG I : Tổng quan về các Hệ thống điều khiển tự động
1.1) Giới thiệu tổng quan về hệ thống điều khiển tự động

KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN
Trong mọi hoạt động của con người, ở bất cứ lĩnh vực nào đều liên quan tới điều khiển. Khái
niệm điều khiển được được hiểu là tập hợp tất cả các tác động mang tính tổ chức của một q
trình nào đó nhằm đạt được mục đích mong muốn của q trình đó. Hệ thống điều khiển mà
khơng có sự tham gia trực tiếp của con người trong quá trình điều khiển được gọi là điều khiển
tự động.
Điều chỉnh là khái niệm hẹp hơn của điều khiển. Điều chỉnh là tập hợp tất cả các tác động nhằm

giữ cho một tham số nào đó của q trình ổn định hay thay đổi theo một quy luật mong muốn
của người sử dụng. Các thơng số đó có thể là nhiệt độ, áp suất, tốc độ quay, vị trí, lực ép, lực
kẹp, hành trình…Các tham số này là các tham số cần điều chỉnh.

Thành phần cơ bản của hệ thống điều chỉnh tự động
Một hệ thống điều chỉnh tự động gồm hai thành phần cơ bản là đối tượng điều chỉnh ĐTĐC và
thiết bị điều chỉnh TBĐC. ĐTĐC là thành phần tồn tại khách quan có tín hiệu ra là đại lượng cần
điều chỉnh và nhiệm vụ cơ bản của điều chỉnh là phải tác động lên đầu vào của ĐTĐC sao cho
đại lượng cần điều chỉnh đạt được giá trị mong muốn. TBĐC là tập hợp tất cả các phần tử của hệ
thống nhằm mục đích tạo ra giá trị điều chỉnh tác động lên đối tượng. Giá trị này được gọi là tác
động điều chỉnh.
Đại lượng cần điều chỉnh hay còn gọi là các đại lượng ra của hệ thống điều chỉnh tự động.
Những tác động từ bên ngoài lên hệ thống được gọi là tác động nhiễu.
Phương pháp để TBĐC tạo ra tín hiệu điều chỉnh gọi là phương thức điều chỉnh (điều khiển). Có
3 phương thức điều chỉnh là:




Phương thức đều chỉnh theo chương trình
Phương thức bù nhiễu
Phương thức điều chỉnh theo sai lệch

Trong phương thức điều chỉnh theo chương trình, tín hiệu điều chỉnh được phát ra do một
chương trình định sẵn trong TBĐC.
Với phương thức bù nhiễu, tín hiệu điều chỉnh được hình thành khi xuất hiện nhiễu loạn tác động
lên hệ thống. Tín hiệu điều chỉnh phát ra nhằm bù lại sự tác động của nhiễu loạn để giữ cho giá
trị ra của đại lượng cần điều chỉnh khơng đổi. Vì vậy hệ thống bù nhiễu cịn được gọi là hệ thống
điều khiển bất biến.
Trong kỹ thuật thường sử dụng kỹ thuật điều khiển theo sai lệch. Tín hiệu điều khiển ở đây được

hình thành do có sự sai lệch giữa giá trị mong muốn và giá trị đo được của đại lượng cần điều
chỉnh. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh tự động tác động theo phương thức sai lệch được mơ tả
theo hình dưới đây.
4


Trong đó:
TBCĐ – thiết bị đặt giá trị chủ đạo x, là giá trị mong muốn của đại lượng cần điều chỉnh.
TBSS – thiết bị so sánh gái trị chủ đạo x và giá trị đo được y của đại lượng cần điều chỉnh để xác
định giá trị sai lệch e=x-y. Giá trị x còn được gọi là giá trị nhiễu đặt trước.
KCN – khối chức năng nhằm tạo ra tín hiệu điều chỉnh U theo giá trị sai lệch e: U=f(e)
CCCH – cơ cấu chấp hành thực hiện tác động điều chỉnh U lên ĐTĐC
TBCN – thiết bị công nghệ có tín hiệu ra là đại lượng cần điều chỉnh.
TBĐ – thiết bị đo để xác định giá trị y của đại lượng cần điều chỉnh
Z – tác động nhiễu phụ tải là những tác động từ ngoài lên hệ thống mà chúng ta không mong
muốn.

ư
Hệ thống điều chỉnh tự động có thể mơ tả bằng hai thành phần chính là ĐTĐC và TBĐC. Khi
khảo sát hệ thống chúng ta chỉ khảo sát cho một nhiễu cụ thể còn các nhiễu khác tính bằng 0.

Hình 1 : Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển tự động

Hình 2 mơ tả hệ thống điều chỉnh tự động với các tác động nhiễu khác nhau.
a-Nhiễu đặt trước

b- nhiễu phụ tải

5

Hình 2 mơ tả hệ thống điều chỉnh tự động cho những tác động nhiễu khác nhau. Hình 2a mơ tả
hệ thống điều chỉnh tự động chịu tác động của nhiễu đặt trước x cịn hình 2b mơ tả nhiễu phụ tải
z.
Hệ thống điều chỉnh tự động luôn luôn tồn tại ở một trong hai trạng thái: trạng thái xác lập
( trạng thái tĩnh) và trạng thái quá độ (trạng thái động). Trạng thái xác lập là trạng thái mà tất cả
các đại lượng của hệ thống đều đạt được giá trị không đổi. Trạng thái quá độ là trạng thái kể từ
thời điểm có tác động nhiễu cho đến khi hệ thống đạt được trạng thái xác lập mới. Lý thuyết điều
khiển tự động tập trung cơ bản mô tả và phân tích trạng thái quá độ của hệ thống. Trạng thái xác
lập đánh giá độ chính xác của quá trình điều chỉnh.
Nếu ở trạng thái xác lập vẫn cịn tơng tại sai lệch giữa tín hiệu chủ đạo và tín hiệu đo được thì giá
trị sai lệch này được gọi là sai lệch dư(hay còn gọi là sai lệch tĩnh) và được ký hiệu là ə, còn hệ
thống được gọi là hệ thống có sai lệch dư. Nếu ə=0 thì hệ thống được gọi là hệ thống khơng có
sai lệch dư.
1.2. Các phần tử cơ bản của hệ thống điều khiển tự động
1.2.1. Các phần tử cơ bản Sơ đồ tổng quát của hệ thống điều khiển tự động

Hình 1.2: Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển tự động

Hình 1.2: Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển tự động
Mọi hệ thống điều khiển tự động đều bao gồm 3 bộ phận cơ bản :
- Thiết bị điều khiển C (Controller device).
- Đối tượng điều khiển (Object device).
- Thiết bị đo lường (Measuring device).
Trong đó: u(t) tín hiệu vào ; r(t)
e(t) Sai lệch điều khiển ;
x(t) Tín hiệu điều khiển ;
y(t) Tín hiệu ra ; c(t)
z(t) Tín hiệu phản hồi (hồi tiếp)

6


1.3 Các phần tử trên hệ thống điều khiển tự động dùng trong đề tài
- Cảm biến nhiệt độ LM35
LM35 là một cảm biến nhiệt độ tương tự, điện áp ở đầu ra của cảm biến tỷ lệ với
nhiệt độ tức thời và có thể dễ dàng được xử lý để có được giá trị nhiệt độ
bằng oC.
Ưu điểm của LM35 so với cặp nhiệt điện là nó khơng u cầu bất kỳ hiệu chuẩn
bên ngoài nào. Lớp vỏ cũng bảo vệ nó khỏi bị q nhiệt. Chi phí thấp và độ
chính xác cao đã khiến cho loại cảm biến này trở thành một lựa chọn đối với
những người yêu thích chế tạo mạch điện tử, người làm mạch tự chế và các bạn
sinh viên.
Vì có nhiều ưu điểm nêu trên nên cảm biến nhiệt độ LM35 đã được sử dụng
trong nhiều sản phẩm đơn giản, giá thành thấp. Đã hơn 15 năm kể từ lần ra
mắt đầu tiên nhưng cảm biến này vẫn tồn tại và được sử dụng trong nhiều sản
phẩm và ứng dụng đã cho thấy giá trị của loại cảm biến này.

Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt độ LM35

Hình 1.3.1 : Cảm biến nhiệt độ lm35

Số
chân

Tên chân

Chức năng

1

VCC hay +VS

Chân cấp nguồn với điện áp từ 4V đến 30V

2

VOUT

Chân lấy điện áp ra, điện áp ở chân này thay đổi
10mV/oC

3

GND

Chân nối đất

7


Thông số kỹ thuật của cảm biến LM35


Hiệu chuẩn trực tiếp theo oC



Điện áp hoạt động: 4-30VDC



Dòng điện tiêu thụ: khoảng 60uA



Nhiệt độ thay đổi tuyến tính: 10mV/°C



Khoảng nhiệt độ đo được: -55°C đến 150°C



Điện áp thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ: 10mV/°C



Độ tự gia nhiệt thấp, 0,08oC trong không khí tĩnh



Sai số: 0,25°C



Trở kháng ngõ ra nhỏ, 0,2Ω với dịng tải 1mA



Kiểu chân: TO92



Kích thước: 4.3 × 4.3mm

8


LM35 có thể đo nhiệt độ trong phạm vi từ -55oC đến 150oC. Độ chính xác thực tế
của cảm biến: ±1/4°C ở nhiệt độ phòng và ±3/4°C trong phạm vi nhiệt độ từ 55°C đến 150°C. Việc chuyển đổi điện áp đầu ra sang oC cũng dễ dàng và trực
tiếp.
Trở kháng đầu ra nhỏ, đầu ra tuyến tính và hiệu chuẩn chính xác là những đặc
tính vốn có của LM35, giúp tạo giao tiếp để đọc hoặc điều khiển mạch rất dễ
dàng.
Điện áp cung cấp cho cảm biến LM35 hoạt động có thể từ +4 V đến 30 V. Nó
tiêu thụ dịng điện khoảng 60μA. LM35 có nhiều họ là LM35A, LM35CA, LM35D,
LM135, LM135A, LM235, LM335. Tất cả các thành viên trong họ LM35 đều hoạt
động theo nguyên tắc giống nhau nhưng khả năng đo nhiệt độ khác nhau và
chúng cũng có nhiều kiểu chân khác nhau (SOIC, TO-220, TO-92, TO).

Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ LM35
Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra một giá trị điện áp nhất định tại
chân VOUT (chân giữa) ứng với mỗi mức nhiệt độ. Như vậy, bằng cách đưa vào
chân bên trái của cảm biến LM35 điện áp 5V, chân phải nối đất, đo hiệu điện
thế ở chân giữa, bạn sẽ có được nhiệt độ (0-100ºC) tương ứng với điện áp đo
được.
Vì điện áp ngõ ra của cảm biến tương đối nhỏ nên thông thường trong các mạch
ứng dụng thực tế, chúng ta thường dùng Op-Amp để khuếch đại điện áp ngõ ra
này.

9


-

Vi điều khiểnATmega8: 

Hình 1.3.2 : Vi điều khiển AT mega 8

– Vi xử lý ATmega8 có tốc độ xử lý tối đa lên tới 16MHz, đây là một tốc độ phù hợp với yêu cầu
kỹ thuật của sản phẩm là thời gian đáp ứng khơng q 1s.
– Vi xử lý ATmega8 có bộ nhớ đủ lớn: dung lượng bộ nhớ chương trình: 8 KB, bộ nhớ EEPROM:
512 Byte và dung lượng bộ nhớ RAM là 1 KB.
– Vi xử lý ATmega8 có khả năng chuyển đổi tương tự – số (ADC) với độ phân giải 10bit, như vậy
từ mức 0V đến mức điện áp tham chiếu sẽ có 1024 mức giá trị điện áp số, với khoảng chia nhỏ
như vậy sẽ hạn chế được sai số khi làm tròn. Cấu tạo của bộ ADC của ATmega8 là các khuếch
đại thuật tốn có trở kháng vào rất lớn nên coi như khơng có dịng vào,  nên khi đưa điện áp Vout
của cảm biến vào bộ ADC thì kết cấu dịng điện trong mạch khơng thay đổi.
– Mức điện áp cung cấp và điện áp tham chiếu của ATmega8 vào khoảng từ 3 đến 5V, đây cũng
là mức điện áp nằm trong khoảng khuyến nghị đối với cảm biến LM35 nên hai thiết bị này có thể
dùng chung nguồn.

10


11


12

13


14


1.1.

Cảm biến chủ động và cảm biến thụ động

– Cảm biến chủ động: không cần sử dụng điện năng bổ sung để chuyển tín hiệu thu được
sang tín hiệu điện. Điện hình là các cảm biến làm bằng vật liệu gốm, chuyển áp suất
thành điện tích bề mặt. Các antenna cũng được xem là cảm biến chủ động
– Cảm biến thụ động: cần sử dụng điện áp bổ sung để chuyển hóa tín hiệu thành  tín hiệu
điện. Điển hình là các photodiode khi có ánh sáng chiếu vào thì có sự thay đổi của điện
trở tiếp giáp p-n được phân cực ngược. Các cảm biến bằng điện trở thường là cảm biến bị
động

Hình 2.1.1 : Cảm biến tiếp xúc và cảm biến không tiếp xúc

1) Các loại cảm biến thông dụng
Chắc hẳn sau khi tìm hiểu qua về các thơng tin trên, bạn cũng nhận thấy có nhiều loại
cảm biến đến mức nào phải khơng. Để tiện cho bạn có thể tìm hiểu, Lidinco sẽ liệt kê một
số loại cảm biến được sử dụng khá rộng rãi trong công nghiệp và trong đời sống hiện nay
Cảm biến hình ảnh    Cảm biến nhiệt độ    Cảm biến bức xạ      Cảm biến tiệm cận   
Cảm biến áp suất      Cảm biến vị trí     

Cảm biến quang

điện     

Cảm biến hạt     

Cảm biến chuyển
động     

Cảm biến kim loại    Cảm biến cường độ  Cảm biến rò ri     

Cảm biến độ ẩm     

Cảm biến khí và hóa Cảm biến lực     
chất     

Cảm biến khuyết tật  Cảm biến ngọn lửa 

Cảm biến dòng
chảy     

Cảm biến biến dạng  Cảm biến tiếp xúc   
15


Cảm biến không tiếp Cảm biến gia tốc       
xúc     

 

2) Tìm hiểu cơng dụng của một số loại cảm biến
Cảm biến hình ảnh và tầm nhìn

Cảm biến hình ảnh hay cảm biến thị giác là thiết bị điện tử giúp bạn phát hiện sự hiện
diện của các đối tượng hoặc màu sắc trong phạm vi tầm nhìn của chúng và chuyển đổi
thơng tin này thành hình ảnh hiển thị để người dùng có thể quan sát. Các thơng số kỹ
thuật chính của loại này bao gồm loại cảm biến hình ảnh, ứng dụng cần quan sát, một số
tính năng cụ thể của bộ chuyển đổi

Hình 4.1 : Cảm biến hình ảnh và tầm nhìn

16


Cảm biến nhiệt độ
Loại này thường được thiết kế dưới dạng đầu dị nhiệt độ, nó giúp phát hiện các thơng số
nhiệt và truyền tín hiệu đến đầu vào của thiết bị đo nhiệt độ. Cảm biến nhiệt độ thường
dựa vào RTD hoặc điện trở nhiệt để thu nhận nhiệt độ và đi qua thiết bị đo để chuyển nó
thành giá trị nhiệt mà bạn có thể theo dõi trên màn hinh
Các thông số kỹ thuật của loại này bao gồm, dải đo nhiệt độ tối đa và tối thiểu, đường
kính, chiều dài của cảm biến. Cảm biến nhiệt độ thường được sử dụng để đo các đặc tính
nhiệt của khí, chất lỏng và chất rắn trong nhiều ngành cơng nghiệp chế biến, thơng số
mơi trường

Hình 4.2 : Cảm biến nhiệt độ

17


Cảm biến gia tốc
Cảm biến gia tốc hay còn gọi là accelerometer loại này biến các tín hiệu gia tốc vật lý
hoặc độ rung của các vật thể và chuyển đổi thành tín hiệu điện. Bạn có thể bắt gặp loại
gia tốc kế này trong các máy đo độ rung, bộ thu thập dữ liệu độ rung.

Các thông số cần quan tâm của cảm biến gia tốc là giá trị đo, hệ số, trục đo…

 

Cảm biến bức xạ

Hình 4.3 : Cảm biến gia tốc

18


Cảm biến đo bức xạ sẽ cảm nhận sự hiện diện, mật độ của các hạt alpha, beta hoặc
gamma và cung cấp tín hiệu đến và hiển thị trên các máy đo bức xạ. Các thơng số kỹ
thuật chính bao gồm loại cảm biến và năng lượng bức xạ tối đa và tối thiểu có thể phát

hiện

Cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận là loại cảm biến được sử dụng khá phổ biến, cơng dụng chính là để
phát hiện sự hiện diện của các vật thể gần đó mà khơng cần phải tiếp túc. Cảm biến tiệm
cận có thể phát hiện sự hiện diện của các đối tượng trong phạm vi vài mm. Khi có vật thể
tiến đến gần, cảm biến tạo ra tín hiệu vào báo về bộ điều khiển
Cảm biến tiệm cận nói chung là một
giúp
hiện ở tầm ngắn, tuy nhiên các nhà
Hìnhthiết
4.3 : bị
Cảm
biếnphát
bức xạ

khoa học cũng đã có những cải tiến tối ưu giúp thiết bị có thể cảm nhận được ở phạm vi
đến vài cm. Nhờ vào ứng dụng đặc biệt hữu ích này, cảm biến tiệm cận được sử dụng
trong vô số hoạt động sản xuất và rất nhiều thiết bị ngày nay
Thông số kỹ thuật chính bao gồm loại cảm biến, khoảng cách phát hiện tối đa, nhiệt độ
hoạt động tối thiểu và tối đa, kích thước đường kính và chiều dài.
Loại cảm biến tiệm cận thường được sử dụng là cảm biến tiệm cận điện dung. Nó sử
dụng sự thay đổi điện dung do giảm khoảng cách tách biệt giữa các bản của tụ điện. Một
bản tụ điện được gắn cố định vào đối tượng đang được giám sát, để làm phương tiện xác
định chuyển động và vị trí của đối tượng từ vị trí gắn cảm biến
 

19


Hình 4.4 : Cảm biến tiệm cận

Cảm biến áp suất
Cảm biến áp suất là thiết bị cơ điện gúp phát hiện lực trên một đơn vị diện tích trong chất
khí, chất lỏng. Tín hiệu thu được sẽ được truyền đến đầu vào của thiết bị điều khiển và
hiển thị gọi là máy đo áp suất
Cảm biến/đầu dò áp suất thường sử dụng màng ngăn và cầu đo biến dạng để đo lực tác
động lên một đơn vị diện tích.
Các thơng số kỹ thuật chính bao gồm chức năng cảm biến, áp suất làm việc tối thiểu và
tối đa, độ chính xác và một số chức năng cho những ứng dụng riêng. Cảm biến áp suất
được sử dụng ở bất cứ nơi nào cần thông tin về áp suất của chất khí hoặc chất lỏng để
kiểm sốt hoặc đo
lường

 

Hình 4.5 : Cảm biến áp suất

20