Đề tài : nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị xử lý môi trường nước phục vụ nuôi tôm thương phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ SẢN
***


CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
TRỌNG ĐIỂM CẤP NHÀ NƯỚC GIAI ĐỌAN 2001 – 2005
“ Khoa học và công nghệ phục vụ công nghiệp hóa, hiện đại hóa
nông nghiệp và nông thôn “ ( Mã số KC. 07 )


BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ KIỂM SOÁT
MÔI TRƯỜNG NƯỚC NUÔI TÔM THƯƠNG PHẨM
THÂM CANH QUI MÔ TRANG TRẠI

THUỘC ĐỀ TÀI TRỌNG ĐIỂM CẤP NHÀ NƯỚC:
“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ
CÁC THIẾT BỊ PHỤC VỤ MÔ HÌNH NUÔI TÔM THƯƠNG PHẨM
THÂM CANH QUI MÔ TRANG TRẠI”
( Mã số :KC.07.27 )

Chủ nhiệm đề tài : - PGS.TS Phạm Hùng Thắng
Cộng tác viên : - Th.S Đinh Bá Hùng Anh
- KS Nguyễn Đức Hải







6623-5
02/11/2007


Nha Trang - 2006



3
3
Chương I
XÁC ĐỊNH YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ
I. Tổng quan về môi trường ao nuôi tôm thương phẩm thâm canh.

Điều hành ao nuôi tôm có hiệu quả đòi hỏi sự hiểu biết về mối quan hệ giữa
tôm và môi trường sống của nó. Môi trường trong ao nuôi tôm bao gồm rất nhiều
yếu tố, ở đây xin đưa ra những thông số môi trường chính đó là: ôxy, độ pH, độ
mặn, độ đục, nhiệt độ.
a. Ô xy.
Ôxy là yếu tố đặc biệt quan trọ
ng với quá trình sống của sinh vật. Đối với
nghành nuôi tôm công nghiệp thì việc tăng hàm lượng Ôxy vào nước là một việc
không thể thiếu.
Ôxy được làm giàu cho nước từ hai nguồn cơ bản sau : Hoà tan trực tiếp
từ khí quyển và quá trình quang hợp của thực vật thuỷ sinh thải ra.
Mức độ ôxy do thực vật nổi tạo ra tuỳ thuộc vào mật độ của chúng và cường
độ ánh sánh mặt trời. Mật độ
tảo và ánh sáng càng cao thì ôxy sinh ra càng nhiều.
Lúc trời nắng, hàm lượng ôxy trong ao thường cao nhất vào lúc xế chiều, sau đó
giảm dần và thấp nhất vào lúc sáng sớm. Máy sục khí cũng có thể cung cấp ôxy
cho ao nhờ tăng trao đổi khí ở bề mặt của ao. Dòng chảy và hoạt động của máy
sục khí còn giúp đưa phiêu sinh thực vật từ đáy ao lên tầng mặt để thực hiện quá
trình quang hợp tạo ôxy vào ban ngày.
Thay một lượng nước lớ
n cũng có thể cung cấp ôxy nhanh chóng cho ao
nuôi. Oxy từ các bình chứa cũng được dùng để cung cấp ôxy trong trường hợp
khẩn cấp. Hàm lượng Ôxy tốt nhất để tôm sống khoẻ mạnh và phát triển tốt nhất là
từ (5 - 7)ml/g.
b. Độ pH.


4
4
Độ pH của nước ao rất quan trọng, có ảnh hưởng rất lớn đến tôm nuôi và

phiêu sinh vật. Độ pH cũng là một trong vài chỉ tiêu về chất lượng môi trường ao
dễ đo, dể theo dõi điều kiện môi trường trong ao. Độ pH biểu thị tính axit của
nước ao. Khi pH<7 thì nước có tính axit, nếu pH>7 thì nước có tính kiềm.
Nước có độ pH khoảng 7,5÷8,5 là phạm vi rất thích hợp cho tôm sú.
c. Độ mặn.
Độ mặn là tổng l
ượng ( tính theo gam ) các chất hoà tan chứa trong 1 kg
nước biển, các nhà hải dương học tính độ mặn bằng phần nghìn (
0
/
00
). Tuỳ theo
loại tôm và thời điểm trong chu kỳ sinh sống của mỗi loại tôm mà nồng độ mặn có
khác nhau. Đối với tôm sú thì có thể chịu đựng được sự biến thiên về độ mặn từ
3÷45
0
/
00
.
Độ mặn lý tưởng cho tôm sú sống và phát triển mạnh là từ 15÷25
0
/
00
.
d. Độ đục.
Độ trong của nước được đo dựa vào độ sâu còn nhìn thấy được nhờ một dụng
cụ gọi là đĩa Secchi. Còn hàm lượng Seston thường được xác định theo phương
pháp trọng lượng. Seston là tập hợp các sinh vật sống trong tầng nước và thể vẩn
lơ lững trong nước. Chúng gồm các hợp phần sau: chất vẩn vô cơ được đưa vào
thuỷ vực từ đất, mùn bã h

ữu cơ, sinh vật phù du ( kể cả động vật và thực vật). Do
đó trong các ao nuôi thuỷ sản tồn tại mối quan hệ độ trong và thực trạng của ao.
Giá trị độ trong <20 Cm thì ao được gọi là ao đục, ao đục sẽ cản trở sự quang hợp
của sinh vật phù du trong nước do đó sẽ dẫn đến trình trạng thiếu ôxy trong ao
nuôi. Ngược lại, nếu ao nuôi có độ trong từ 45÷60 cm thì nước ao gọi là nghèo
chấ
t dinh dưỡng.
Độ trong khoảng từ 0,4÷0,5m là tình trạng ao tốt nhất.




5
5
e. Nhiệt độ.
Nhiệt độ môi trường ao nuôi tôm cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển
và tăng trưởng của tôm. Nhiệt độ trong ao nằm trong khoảng 25÷30
0
C là tốt nhất.

Bảng 1: Yêu cầu kỹ thuật về các thông số môi trường theo tiêu chuẩn
ngành Thủy sản 28 TCN 171:2001.







Điều kiện Yêu cầu kỹ thuật

1. Nguồn nước.
Vùng ven biển có nguồn nước mặn, lợ, ngọt không
bị nhiễm bẩn do chất thải của các nghành sản xuất
nông, công nghiệp và chất thải từ khu dân cư.
2. Độ mặn
0
/
00
.
Từ 10 đến 30 ( thích hợp 15÷25).
3. Độ trong (m).
0,4÷0,5
4. Độ cứng CaCO
3
(mg/l). >80
5. pH nước.
7,5÷8,5
6. H
2
S (mg/l). <0, 02
7. NH
3
(mg/l). < 0,10
8. Chất đất. Đất thịt hoặc thịt pha cát, hoặc thịt pha bùn ít mùn
bã hữu cơ có độ dính kết cao.
9. pH đất. > 5,0
10. Cao trình đáy ao. Cao triều hoặc trên cao triều.
11. Nhiệt độ 25÷30
0
C

6
6
II. Xác định các yêu cầu kỹ thuật cơ bản.
Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của thiết bị:
+ Kiểm soát tổng hợp 5 thông số môi trường (nhiệt độ, pH, độ mặn, độ đục,
nồng độ Oxy hòa tan trang nước). Có chế độ cảnh báo tự động bằng LED 3 màu
+ Các ngưỡng đo của thiết bị phải đạt như sau:
- pH: 6÷10, độ phân giải 0.1.
- Độ mă
n: 10÷30, độ phân giải 0.1.
- Độ đục: 10cm÷60cm, độ phân giải 1cm.
- Nhiệt độ: 15÷35
0
C, độ phân giải 0.5
0
C.
- Nồng độ Oxy hòa tan: 3÷9, độ phân
giải 0.1
+ Thiết bị làm việc theo thời gian được định sẵn trong ngày.
+ Kết quả đo được hiển thị trên LCD và được đưa lên máy tính thông qua
cổng COM.

7
7
Chương II
THIẾT KẾ KỸ THUẬT THIẾT BỊ
III. Xây dựng phương án thiết kế.
III.1. Các phương án hiện dùng.
Hiện nay để đo các thông số môi trường trong ao nuôi tôm người ta thường
dùng các máy đo từng thông số riêng (máy đo pH, máy đo độ mặn, máy đo nồng
độ oxy hòa tan trong nước) có bán trên thị trường với các độ chính xác khác nhau.
Sau đây là một số thiết bị đo có độ chính xác cao và được dùng phổ biến
trên thị trường.

a) Máy đo nồng độ Oxy hòa tan trong nước của phân viện v
ật lý TPHCM.













Hình 1: Thiết bị DO-802 dùng để đo nồng độ Oxy hòa tan trong nước của
phân việt vật lý TPHCM
Đây là thiết bị có độ chính xác cao: 0.1mg/lít. Khoảng đo 0÷20mg/lít, giá
trị đo được hiển thị trên màn hình LCD dễ nhìn, nguồn nuôi là pin 9V, dễ sử dụng.


8
8

b) Thiết bị đo pH:

Hình 2: Thiết bị đo pH-62K của phân việt vật lý TPHCM
+ Các phần tử của máy đo:
1. Jack BNC
2. Ngõ ra analog
3. Chỉ thị LCD
4. Công tắc mV-0-pH
5. Ổ cắm 10 VDC
6. Núm chỉnh pH X
7. Núm chỉnh t
0
C
8. Núm chỉnh pH 7
Khoảng đo pH từ 0÷14. Độ chính xác 0.1, nguồn nuôi là pin 9V, màn hình
hiển thị LCD dễ nhìn, dễ sử dụng.


9
9

c) Thiết bị đo độ mặn SM-802 của phân viện vật lý TPHCM.

Hình 3: Thiết bị đo độ mặn SM-802 của phân việt vật lý TPHCM
+ Đặc trưng kỹ thuật :
Chỉ thị số : tinh thể lỏng LCD 16x2
Thang đo : 0 –50 g / lít
Độ chính xác : ± 1%
Điện cực : graphit siêu sạch, trơ với hoá chất ăn mòn
Nguồn điện : 2 pin 9V hoặc đi
ện lưới dùng với adaptor kèm theo máy
Tự động báo nguồn điện yếu : mặt hiển thị LCD hiện chữ “LB”
Khoảng bù trừ nhiệt độ tự động : 0 – 60
o
C
Kích thước : 195 mm x 100 mm x 48 mm


10
10
Trọng lượng : 600 gam (gồm cả pin và điện cực).
d) Đo độ đục của nước.

Để đo độ đục của nước người ta dùng đĩa Secchi. Đĩa Secchi là một chiếc
đĩa tròn bằng INOX trên bề mặt đĩa được chia thành 4 phần bằng nhau. Trên các
phần đó người ta sơn xen kẽ các màu đen và trắng. Khi đo ta thả đĩa xuống nước
cho tới khi nào không phân biệt được màu trắng và đen s
ơn trên mặt đĩa nữa thì độ
sâu của đĩa chính là độ đục của nước. Đây là phương pháp thủ công, độ chính xác
không cao vì kết quả đo còn phụ thuộc vào ánh sáng của mặt trời.
e) Đo nhiệt độ.
Để đo nhiệt độ của nước trong ao nuôi tôm người ta dùng nhiều cách. Có
thể dùng nhiệt kế thông thường hay nhanh hơn là dùng các máy đo nhanh cầm tay
có độ chính xác vừa phải, tùy theo người nuôi tôm lựa chọn vì khâu đ
o nhiệt độ
đơn giản, không phức tạp như các thông số khác.
*Nhận xét:

Như vậy các thiết bị đo các thông số môi trường trong ao nuôi tôm hiện nay
là riêng biệt không tổng hợp. Các thiết bị này mới chỉ hiển thị cho người nuôi tôm
kết quả các thông số môi trường, còn việc xử lý các kết quả đo là do người nuôi
dựa vào kinh nghiệm của mình là chính. Việc điều chỉnh các thông số môi trường
trong ao nuôi tôm rất quan trọng đòi hỏi thường xuyên trong ngày và phải chính
xác. Công việc này gây mất nhiều công sức và th
ời gian cho người nuôi tôm. Hiện
nay trong nước chưa có thiết bị kiểm soát tổng hợp môi trường ao nuôi tôm tự
động. Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị kiểm soát tổng hợp môi trường ao
nuôi tôm thương phẩm thâm canh là việc làm rất cần thiết hiện nay, nhằm giúp
người nuôi tôm nói riêng và ngành nuôi tôm công nghiệp nói chung giảm sức lao
động, tăng hiệu quả trong sản xuất góp phần tự động hóa ngành nuôi tôm công
nghiệp ở n
ước ta.

11
11

III.2. Xây dựng phương án thiết kế.
Để thiết kế bộ kiểm soát tổng hợp môi trường ao nuôi tôm trước hết ta cần
xây dựng quy trình kiểm tra các thông số môi trường trong ao nuôi tôm.





Một ngày quá trình trên diễn ra 4 lần, mỗi lần cách nhau 4 tiếng đồng hồ.
+ Khâu kiểm tra tổng hợp phải đáp ứng được yêu cầu: kiểm tra 1 lúc 5
thông số của ao nuôi tôm (nhiệt độ, độ đục, độ pH, nồng độ Oxy hòa tan, độ mặn)
một cách tự động, nhanh chóng và chính xác.
+ Khâu hiển thị kết quả đo phải đảm bảo yêu cầu: Dễ nhìn, rõ ràng từng
thông số.
+ Khâu so sánh với các thông số theo tiêu chuẩn phải
đảm bảo chính xác.
+ Khâu cảnh báo bằng LED 3 màu đảm bảo dễ phân biệt giúp người nuôi
tôm bằng mắt bình thường có thể biết được thông số nào đang ở mức cao, mức TB
(cho phép) và mức thấp.
+ Khâu tác động Rơle đảm bảo chính xác phải có 2 chế độ tự động và bằng
tay để vừa có thể vừa tự động điều chỉnh các thông số môi trường và chịu sự can
thiệp của ngườ
i nuôi tôm.
+ Khâu đưa các kết quả đo tổng hợp lên máy tính nhằm giúp cho công việc
sau này như lưu trữ kết quả đo, xử lý kết quả đo…
Kiểm tra

tổng hợp
Hiển thị kết
quả đo tổng
hợp lên LCD
So sánh với
các thông số
theo tiêu chuẩn
Cảnh báo
bằng LED
3 màu
Tác động Rơle để
điều chỉnh lại các
thông số (nếu cần)
Đưa kết quả đo
lên máy tính


12
12
Xây dựng sơ đồ khối thiết bị kiểm soát tổng hợp môi trường ao nuôi tôm
thương phẩm thâm canh.

Hình 4: Sơ đồ khối thiết bị kiểm soát tổng hợp các thông số môi trường ao
nuôi tôm thương phẩm thâm canh.




Thùng đựng nước ngọt
để rửa các đầu dò
5 LED cảnh báo
Thùng đựng nước ao để
kiểm tra 5 thông số
môi trường

LCD
8 đường
ra để điều
chỉnh các
thông số
môi
trường
5 đ
ầu đo

Van x
ả
Van cấp
nước ao
Van cấp
nước ngọt
Đồng hồ định
thời
g
ian
Hộp điều khiển
Bộ cấp
nguồn DC
cho hộp
điều khiển


13
13
* Nguyên lý hoạt động của thiết bị:
Đây là thiết bị thực hiện quy trình kiểm soát tổng hợp môi trường ao nuôi
tự động theo thời gian được lập trình sẵn bằng kỹ thuật vi xử lý.
Trong hộp điều khiển có một bộ định thời gian, được định sẵn các thời
điểm kiểm tra trong 1 ngày. Tới thời điểm kiểm tra hộp điều khiển tự động mở
bơm để cấp nước trong ao nuôi tôm vào trong thùng đựng nước kiểm tra, khi nước
đã đủ đầy lúc này các đầu đo bắt đầu đo các thông số môi trường có trong thùng.
Các kết quả đo được hiển thị ngay lên màn hình LCD. Thời gian đo diễn ra trong 5
phút. Sau 5 phút từ các kết quả đo hộp điều khiển sẽ đưa ra các LED cảnh báo.
Nếu LED của thông số nào có màu vàng là thông số đó có giá trị dưới mức cho
phép, màu xanh thể hiện giá trị trong mức cho phép, màu đỏ thể hiện giá trị trên

mức cho phép. Tiếp đó hộp điều khiển sẽ dựa vào giá trị các thông số để tự động
điều chỉnh các thông số môi trường trong ao nuôi tôm cho đạt yêu cầu. Nếu thông
số nào nằm trong khoảng cho phép thì hộp điều khiển sẽ không tác động, còn
thông số nào nằm ngoài khoảng cho phép thì hộp điều khiển sẽ tác đông các Rơle
điện từ để cấp nguồn cho các Rơle khởi động từ chịu được dòng điện lớn để mở
các van, bơm để cấp hóa chất, kịp thời điều chỉnh các thông số môi trường trong
ao nuôi tôm. Sau khi kiểm tra xong hộp điều khiển mở van xả, xả hết nước trong
ao, tiếp đó đóng van xả lại và mở van cấp nước ngọt để rửa sạch và bảo quản các
đầu đo. Quá trình kiểm tra đã kết thúc và màn hình LCD lúc này hiển thị dòng
thông báo “ĐÃ KIỂM TRA XONG”. Đến giờ kiểm tra lần sau quá trình lại tiếp
tục diễn ra như trên.
Ngoài ra thiết bị còn có chế độ kiểm tra bất kỳ lúc nào mà người nuôi tôm
muốn. Và ngoài chế độ điều chỉnh tự động các thông số môi trường trong ao nuôi
tôm thiết bị còn có chế độ điều chỉnh các thông số bằ
ng tay.




14
14
IV. Tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản.
IV.1. Tính toán các thông số kỹ thuật phần cứng.
Hộp điều khiển là bộ phận quan trọng nhất. Tất cả các quá trình định thời
gian, quá trình kiểm tra, quá trình cảnh báo, quá trình điều chỉnh các thông số môi
trường, quá trình đưa kết quả đo lên máy vi tính, cũng như quá trình bảo quản các
đầu đo đều được hộp điều khiển thực hiện hoàn toàn. Tất c
ả các công việc mà hộp
điều khiển thực hiện được đều do IC vi xử lý 89C51 đảm nhận.
Chương trình để nạp cho IC 89C51 được viết trên máy tính bằng ngôn ngữ

Assemble (hợp ngữ), qua card nạp chương trình được nạp vào trong IC 89C51,
đây là trung tâm xử lý sẽ điều khiển tất cả các quá trình hoạt động của hộp điều
khiển.
Do vậy khi thiết kế hộp điều khiển này bao gồ
m 2 phần, đó là công việc
thiết kế phần cứng (bao gồm mạch vi xử lý, mạch khuếch đại, mạch chuyển đổi
AD, mạch giao tiếp với máy vi tính, mạch cảnh báo, mạch điều chỉnh, mạch
nguồn…) và công việc thiết kế phần mền (chương trình viết bằng ngôn ngữ
Assemble để định thời gian, chuyển đổi tín hiệu Analog thành tín hiệu Digital,
chương trình hiển thị các kết quả
lên màn hình LCD, chương trình cảnh báo,
chương trình điều khiển các thông số môi trường…).
Để thiết kế được thuận lợi rõ ràng ta lập sơ đồ khối của hộp điều khiển, sau
đó sẽ thiết kế từng phần nhỏ rồi ghép lại thành 1 khối hoàn chỉnh.





15
15
Máy
bơm
Máy đo
pH
Máy đo
độ mặn
Máy đo
OXY
Mạch khuyếch đại

Mạch chuyển
đổi AD



Mạch vi xử lý
89C51
Bơm
nước
cho
đến
khi
đầ
y

Chọn kênh
Điều khiển

Thùng chứa nước ao nuôi
Đầu đo
Nh/độ
Đầu đo
độ đục
Màn hình hiển thị
LCD
LED cảnh báo
Đồng hồ định
thời
g
ian

Van xả
Van cấp
nước n
gọ
t
Mạch điều chỉnh
các thôn
g
số
Mạch giao tiếp
với ma
y
vi tính
* Sơ đồ tổng quát về cấu trúc của hộp điều khiển

16
16
IV.1.1 Thiết kế mạch khuyếch đại.
Các đầu dò cảm biến các thông số môi trường có nguyên lý hoạt động
chung như sau: nó chuyển đổi sự thay đổi các thông số môi trường thành sự thay
đổi điện thế, sự thay đổi này là tuyến tính. Nhưng sự thay đổi điện áp này thường
rất nhỏ, do vậy để nhận biết được các sự thay đổi này ta phải khuyếch đại các tín
hiệu điện áp này lên thông qua mạch khuyếch đại thuật toán.

Hình 5: Nguyên lý mạch khuyếch đại thuật toán so sánh








+
- 4
-
6
+ 7
- 4
+
-
6
+ 7
-
- 4
Ur
+
+ 7
6
R

ht

R
1

R
3

R
2

Tín hiệu chuẩn
Tín hiệu từ đầu đo


17
17
VCC
VCC
10K
1K
+
-
LM741
3
2
6
7
1
4

5
1K
+
-
LM741
3
2
6
7
1
4
5
1. Mạch khuyếch đại cho máy đo pH.
Để đo thông số pH chính xác theo yêu cầu của thiết bị ta sử dụng máy đo
pH-62K vì máy này có độ chính xác cao và có thể lấy tín hiệu đo ra được dưới
dạng Analog. Như vậy từ tín hiệu ra của máy đo pH ta thiết kế mạch khuyếch đại
để khuyếch đại tín hiệu Analog này lên rồi qua mạch chuyển đổi AD để vi xử lý
nhận biết và xác định được k
ết quả pH.







Hình 6: Nguyên lý mạch khuyếch đại pH.

2. Mạch khuyếch đại cho đầu dò cảm biến độ mặn
Ta chọn loại máy đo độ mặn SM-802 của phân viện vật lý TP-HCM. Các

thông số máy đã trình bày ở phần trên. Dưới đây là mạch khuyếch đại









Hình 7: Nguyên lý mạch khuyếch đại độ mặn

U6
LM741
3
2
6
7
1
4
5
R10
33K
R5
500
K
R6
120K
U5
ICL7612

3
2
6
7
1
4
5
R8
33K
J2
PH
1
2
R4
120K
VCC
R7
10K
U
pH
-
5V


18
18
3. Mạch khuyếch đại cho đầu dò cảm biến nồng độ Oxy
Ta chọn loại máy đo nồng độ Oxy của Mỹ (American Marine Inc). Dưới
đây là mạch khuyếch đại.

Hình 8: Nguyên lý mạch khuyếch đại đo nồng độ Oxy
4. Mạch khuyếch đại cho cảm biến nhiệt độ
Có rất nhiều loại cảm biến đo nhiệt độ. Ở đ
ây ta thiết kế mạch đo nhiệt độ để
đo nhiệt độ nước trong ao nuôi tôm, khoảng nhiệt độ đo ở đây nằm trong khoảng
20-35 độ C. Nên ta chọn loại cảm biến nhiệt độ IC LM 335 Z là phù hợp nhất. đây
là loại cảm biến được sử dụng rộng rãi nhất.
Các thông số cơ bản của loại IC cảm biến nhiệt:
- LM 335 có độ biến thiên theo nhi
ệt đô: 10mV/1
o
C
- Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiêt độ rất nhạy, ở nhiệt độ 25
o
C nó có
sai số không quá 1%, độ tuyến tính ngõ ra cao
- Tiêu tán công suất thấp
- Dòng làm việc từ 400µA – 5 mA
- Dòng ngược 15mA
- Dòng thuận 10mA

Hình 9: IC Cảm biến nhiệt độ LM 335Z
R18

50K
J5
DO
1
2
-
+
U10A
LM358
3
2
1
84
R19
150
VCC
U
DO
out

ADJ
10 mV/
0
K
LM 335
R1
V+
+
-

19
19














Hình 10: Mạch khuyếch đại nhiệt độ
5. Mạch khuyếch đại cho cảm biến độ đục:
Ta chọn quang trở làm cảm biến






Hình 11: Bề mặt quang trở
Cảm biến quang: Là loại cảm biến dùng để chuyển tín hiệu vật lý (ánh
sáng) thành điện trở, đây là loại cảm biến có độ nhạy tương đối cao và tuyến tính.
Nguyên tắ

c làm việc của nó là điện trở thay đổi khi cường độ ánh sáng tại nơi đặt
nó thay đổi.

20K
+5V
0V
DZ1
0V
LM 335
10uF
20K
10uF
20K
20K
+5V
2.2K
+5V
1K
LM
324
-5V
20K
0V
1K
Uout
N
h/độ
Metal-film
contact
Cadmium

Sulphide
track
Metal-film
contact


20
20
+ Nguyên lý đo độ đục:
`












Hình 12: Nguyên lý đo độ đục
Nguyên lý đo độ đục như hình trên: khi độ đục của nước thay đổi thì cường
độ sáng mà quang trở nhận được cũng thay đổi, do vậy làm điện trở của quang trở
thay đổi. Qua mạch khuyếch đại ta xác định được độ đục của nước.

Hình 13: Mạch khuyế
ch đại độ đục
Quang trở
Bóng đèn
Nước ao
nuôi tôm
Ống nước
Dây tín hiệu
Dây cấp điện
cho đèn
0V
+5V
10K
0V
0V
20K
0V
LM
324
+5V
10K

-5V
-5V
10K

+5V
1K
10K
0V
10K
Uout
Độ đục
Dây tín
Hiệu
Quang trở


21
21
IV.1.2. Thiết kế mạch chuyển đổi AD
a. Giới thiệu ADC 0809.
ADC 0809 là thiết bị biến đổi tương tự số dùng kỹ thuật CMOS. Tổng cộng
người sử dụng có 8 kênh làm việc hoàn toàn độc lập với nhau để lựa chọn. Ở đây
còn chú ý là các điện áp được đo so với điện thế 0V. Còn một đặc điểm đáng quan
tâm hơn là sự tiêu thụ dòng điện của vi mạch hầu như không đ
áng kể (chỉ cỡ
300uA). Thời gian biến đổi khoảng 100 us.
+ Các thông số kỹ thuật của bộ biến đổi ADC 0809 được kể ra như sau:
1. Không cần đòi hỏi điều chỉnh điểm 0.
2. Quét động 8 kênh bằng các logic địa chỉ.
3. Giải tín hiệu lối vào Analog khi điện áp nguồn là +5V.
4. Tất cả các tín hiệu tương thích TTL.
5. Độ phân giải 8 bit.
6.
Thời gian biến đổi 100us.

7. Dòng tiêu thụ (bình thường): 0.3 mA.
8. Tần số cung cấp cho chân clock: 10KHz ÷ 1280KHz. Thông thường vào
khoảng 640KHz.
Tín hiệu giữ nhịp dùng cho bộ biến đổi AD cần phải tạo được ở bên ngoài và
được dẫn đến chân clock. Điện áp so sánh được đưa qua tầng lặp lại điện áp để
làm chân REF+.
Chân này có điệntrở lối vào cỡ 2.5K. Mẫu bit ở các lối vào địa chỉ A, B, C sẽ

xác định xem kênh nào phải được lựa chọn.



22
22













Hình 14: IC ADC0809
+ Nguyên tắc hoạt động
Nguyên tắc làm việc của bộ biến đổi ADC 0809 cũng không có gì phức tạp.

Một xung dương ở chân start kích hoạt sự biến đổi. Qua đó mẫu bit ở lối vào địa
chỉ A, B, C cũng đồng thời được chốt và xác định kênh cấn biến đổi. Trong quá
trình biến đổi, chân ra EOC (End of Conversion) đứng ở mức Low. Sau cả 100us
mức này sẽ
chuyển sang high và báo hiệu kết thúc quá trình chuyển đổi. Sau đó
kết quả của quá trình chuyển đổi sẽ xếp hàng ở đường dẫn dữ liệu D0 ÷ D7. Khi
OE = 1
b. Mạch tạo dao động cho ADC 0809
Để cho ADC có thể làm việc được cần phải cung cấp cho nó xung clock, xung
này được tạo từ mạch phát dao động quen thuộc dùng IC dao động NE555, như
trên ta đã biết ADC cần cung cấp xung CLOCK tần số từ 10KHz ÷ 1280KHz,
trong trường hợp này ta lấy giá trị
cần cung cấp cho nó là 500KHz, do đó ta tính
toán giá trị Rx, R,Chất lượng theo công thức sau:

ADC0809
CLK
VCC

4
1

CLK
22
6
7
9
10
16
12

REF-
REF+
EOC
OE
ALE
START
RA1
RA2
RA3
R3
R2
R1
25
24
23
A0
A1
A2
21
20
19
18
8
15
14
17
D7
D6
D5
D4

D3
D2
D1
D0
26
27
28
1
2
3
4
5
IN0
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
3
2
6
5
WR

RD
CS5
7402
7402

GND


23
23
f=1/T=1.44/C(R
1
+R
2
)
Với R
1
=330; R
2
=5.6K;C
1
=101; C
2
=103

Hình 15: Mạch tạo dao động
c. Mạch tạo giao tiếp với KIT 8951.
1. 8 bit ra của 0809 được nối với Port0 của IC 8951
2. 3 chân chọn kênh A0, A1, A2 của 0809 được nối với IC 74LS373 và IC
này được nối với IC 8951. Vì vậy khi ghi một dữ liệu vào vùng nhớ của
0809 tức chọn kênh của nó.
3. Chân Start và ALE được nối chung với nhau và nối với chân số 4 của IC
7402 và chân WR được nối với P3.6 củ
a IC 8951 khi nào WR ở mức
thấp nó sẽ kích hoạt 2 chân START và ALE.
4. Chân OE được nối với chân 1 của IC 7402 và chân RD của IC này được
nối với P3.7 của IC 8951 khi nào RD từ mức cao xuống mức thấp nó sẽ
cho phép ADC0809 xuất dữ liệu.
5. Chân EOC được nối với P1.1. Trong quá trình thực hiện chuyển đổi vi
điều khiển sẽ đọc giá trị EOC tại P1.1. Nếu EOC = 1: hoàn thành quá
trình chuyển đổi, vi điều khiển sẽ đọc d
ữ liệu lưu trữ vào RAM để xử lý.
CLK
NE555
R2-5.6K
R1-330
8
4
3
7
6
2
5
1

C2-103
C1-101
TR
CV
Q
DIS
THR
+5V
12
13
11


24
24

Hình 16: Mạch giao tiếp ADC0809 với KIT 8951







25
25
IV.1.3. Mạch vi xử lý
a. Giới thiệu về vi xử lý 8951
IC 8951 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập. Trong đó
có 24 chân có công dụng kép, mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập
hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của bus dữ liệu và bus địa chỉ.

Hình 17: Cấu trúc vi xử lý 8951






26
26
Hệ thống giao tiếp port:
a/ Port 0:
Port 0 là một port hai chức năng trên các chân 32 – 39. Trong các thiết kế cỡ
nhỏ (không dùng bộ nhớ mở rộng) nó có chức năng như các đường I/O. Đối với
các thiết kế lớn với bộ nhớ mở rộng, nó được hợp kênh giữa bus dữ liệu và byte
thấp của bus địa chỉ.
b/ Port 1:
Port 1 là một port I/O trên các chân 1 – 8. Các chân được kí hiệu:
P1.0 ; P1.1 ; P1.2 … có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nế
u cần.
Port 1 không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các

thiết bị ngoài.
c/ Port 2:
Port 2 là một port công dụng kép trên các chân 21 – 28 được dùng như các
đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ
mở rộng.
d/ Port 3:
Port 3 là một port công dụng kép trên các chân 10 – 17. Các chân của port
này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc
biệt c
ủa 8951 như ở bảng sau:
Bảng 2: Các chân của Port P3
Bit
Tên Chức năng chuyển đổi
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7
RXD
TXD
INT0\
INT1\
T0
T1
WR\
RD\
Dữ liệu nhận cho port nối tiếp

Dữ liệu phát cho port nối tiếp
Ngắt 0 bên ngoài
Ngắt 1 bên ngoài
Ngõ vào của Timer/counter 0
Ngõ vào của Timer/counter 1
Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài