Giáo trình phân tích khả năng vận dụng quy trình cải thiện chất lượng nông sản bằng kỹ thuật điều chỉnh nhiệt p7 docx

3.1.6. Mạch công suất.
Nh ta đã biết, không khí đợc thổi bằng quạt vào buồng đốt trong
buồng đốt có phần tử đốt nóng sử dụng điện. ở đây không xét đến tốc độ của
quạt gió nên nhiệt độ của lò sấy sẽ thay đổi theo nhiệt lợng toả ra của phần tử
đốt nghĩa là thay đổi theo dòng điện chạy qua phần tử đốt. Vì vậy muốn điều
khiển nhiệt độ ta phải điều khiển đợc độ lớn dòng điện đi qua phần tử đốt
nóng.
Có nhiều cách để điều khiển nhng phơng pháp điều khiển bằng 2
Thyristor nối song song ngợc đợc sử dụng nhiều. Nhng nguyên tắc làm
việc của 2 Thyristor nối song song ngợc tơng tự nh Triac nên ngời ta
thờng thay 2 Thyristor nối song song ngợc bằng Triac. Khi có xung điều
khiển tác động vào cực cổng của Triac thì Triac sẽ mở cho dòng đi qua, ta có
thể điều khiển góc mở của Triac đảm bảo điện áp cung cấp cho phần tử đốt
trong lò sấy thay đổi từ 0 tới giá trị lớn nhất. Và trong h thng iu khin ta
phi có tín hiu ng pha v tín hiệu điều khiển. Trong sơ đồ nguyên lý từ
điện áp hình sin ta tạo ra đợc một xung vuông trên chân P3.2 (INT0) đồng
pha với sóng hình sin. Xung vuông ny s c a n vi iu khin x
lý. Xung vuông này sẽ gây ra ngắt trong vi điều khiển. Vi ngt ny vi i
u
khin ó có th bit thi im bt u mt chu k sin. ta thy góc m chính
l thi gian tr ca xung điều khiển so với gốc hình sin. to ra c gúc
m , sau khi dùng ngt phát hin gc hình sin ta ch cn np cho Timer ca
vi iu khin mt giá tr tng ng vi góc m. Việc điều khiển góc mở cho
Triac sẽ đợc lập trình trong vi điều khiển.
3.2. Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ mạch in của hệ thống.
Để vẽ mạch nguyên lý và mạch in chúng tôi sử dụng phần mềm orcad
9.2. Đây là một phần mềm rất tiện dụng cho việc thiết kế mạch.
Phần mềm orcad gồm 2 phần chính: Capture CIS (Thiết kế mạch
nguyên lý) và Layout plus (Tạo mạch in).

Víi viÖc lµm m¹ch in, v× m¹ch cã nhiÒu d©y nèi nªn chóng t«i sö dông
m¹ch in 2 líp. S¬ ®å nguyªn lý vµ s¬ ®å m¹ch in cña hÖ thèng nh− sau:
3.2.1. S¬ ®å nguyªn lý.
Nguon
+5V
+5V
+5V
AC2
D4
LED
RW_LCD
TU BIEN AP
AC2
VO
C16
104
R11
22K
RS_LCD
D3
C22
104
+5V
C23
104
U6
L7805/TO220
1
2
3

VIN
GND
VOUT
P1.5
-+
D3
BRIDGE
2
1
3
4
75
R13
3K
CAM BIEN
J6
CON3
1
2
3
J2
CON9
1
2
3
4
5
6
7
8

9
PHAN TU DOT
C15
100uF
INT0
R17
Temp
C18
104
P3.4
AC1
D7
R15
3K
D6
J5
CON2
1
2
J7
CON2
1
2
R3
20K
Dien tro
keo
+5V
D5
P3.5

+5V
R18
Enable_LCD
1uF
U7
4N35
1 6
2
5
4
+5V
D4
+5V
+5V
U8
4N35
1 6
2
5
4
J1
CON16A Female
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16

J4
CON1
1
C17
1000uF
Q3
TRIAC
AC1
+5V
D0
P3.6
D2
C21
104
INT0
D1

H×nh 3.13 - S¬ ®å nguyªn lý m¹ch nguån, LCD vµ c«ng suÊt.

SW3
D7
Temp
Q1
Key1
Key4
R1
630
SCL
D6
SDA

Key 3
INT1
Key3
+5V
Y1
11.0592M
P3.7
DB2
C8
1uF
Q0
Key 4
P3.5
Vref
Vref
D2
Key 2
R5
100
RST
SW4
RxD
C13
104
R8
1K
+5V
+5V
+5V
D3

DB7
+5V
C9
1uF
SW1
C14
104
WR_ADC
DB3
CS_ADC
Key2
Serial Eprom
C2
150p
C5
33
C7 1uF
P1
CONNECTOR DB9 Male
5
9
4
8
3
7
2
6
1
Key 2
RD_ADC

Key 5
Key 7
TxD
RS232
RST
Q0
R9
4.7k
WR_ADC
2.5V
U2
AT89C52
9
18
19
20
29
30
31
40
1
2
3
4
5
6
7
8
21
22

23
24
25
26
27
28
10
11
12
13
14
15
16
17
39
38
37
36
35
34
33
32
RST
XTAL2
XTAL1
GND
PSEN
ALE/PROG
EA/VPP
VCC

P1.0/T2
P1.1/T2-EX
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
P2.0/A8
P2.1/A9
P2.2/A10
P2.3/A11
P2.4/A12
P2.5/A13
P2.6/A14
P2.7/A15
P3.0/RXD
P3.1/TXD
P3.2/INT0
P3.3/INT1
P3.4/T0
P3.5/T1
P3.6/WR
P3.7/RD
P0.0/AD0
P0.1/AD1
P0.2/AD2
P0.3/AD3
P0.4/AD4
P0.5/AD5

P0.6/AD6
P0.7/AD7
TxD
D5
C3
10uF
U3 74148 Dip 16
10
11
12
13
1
2
3
4
5
9
7
6
14
15
16
8
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6

D7
EI
Q0
Q1
Q2
GS
EO
VCC
GND
DB6
P3.4
Q1
SW5
Key 1
U4
MAX232 DIP 16
1
3
4
5
1615
2
6
12
9
11
10
13
8
14

7
C1+
C1-
C2+
C2-
VCCGND
V+
V-
R1OUT
R2OUT
T1IN
T2IN
R1IN
R2IN
T1OUT
T2OUT
R2
10K
J3 SIP 8
1
2
3
4
5
6
7
8
U5
24C16
4

5
6
7
8
1
2
3
GND
SDA
SCL
PP
VCC
S0
S1
S2
U1 ADC0804
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

20
4
5
1
2
3
+IN
-IN
AGND
VREF/2
GND
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
CLKR
VCC/VREF
CLKIN
INTR
CS
RD
WR
+5V
DB1
+5V
+5V

DB5
+5V
Key 4
R7
10K
1 2
3
4
5
6
7
8
9
C12
104
INT0
R4
10K
R10
4.7k
Key 1
SW2
D0DB0
R6
4.7K
SCL
RD_ADC
DB4
C6 104
D1

C10
1uF
C11
104
+5V
Key 6
INT1
CS_ADC
Key 3
C4
33
Key 8
P1.5
INT0
D4
RxD
D2
5.1V
P3.6
C1
104
D1
1N4148

H×nh 3.14 - S¬ ®å nguyªn lý cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn
sÊy n«ng s¶n d¹ng h¹t (m¹ch chÝnh).

3.2.2. Sơ đồ mạch in.

Hình 3.15 - Sơ đồ mạch in.
3.3
. Một số thành phần khác
3.3.1. Nguồn nuôi.
Nguồn nuôi cho hệ thống bộ xử lý là thành phần không thể thiếu đợc
bởi vì không có một hệ thống điện tử hoặc thiết bị điện nào có thể hoạt động
mà không có nguồn nuôi. Có nhiều cách khác nhau để thiết kế một nguồn
nuôi tuỳ thuộc vào từng mạch điện cụ thể. Trớc hết là thiết bị sẽ hoạt động
theo kiểu sách tay hay để bàn để quyết định dùng nguồn nuôi bằng pin hay
chỉnh lu từ điện áp lới.
Đối với hệ thống này chúng tôi sử dụng nguồn từ lới điện.
* Nguồn nuôi từ lới điện: Sử dụng bộ nắn từ mạng lới điện cũng là một
khả

năng lựa chọn để có một nguồn nuôi thay thế cho pin. Những bộ phận quan
trọng của nguồn nuôi lấy từ lới điện là bộ chỉnh lu và khối lọc.
Bộ chỉnh lu có thể lắp ráp từ các điôt riêng lẻ (Nh loại 1N4007) hoặc
sử dụng loại đã lắp sẵn thành một cầu hoàn chỉnh.
Bộ ổn định điện áp.
Khi có tải thì điện áp nguồn thờng tụt xuống. Các bộ ổn định điện áp
đóng một vai trò quan trọng đối với hoạt động của vi mạch điều khiển vì nó
cho phép tạo ra một điện áp ổn định dùng cho bộ xử lý và mạch liên quan
ngay cả khi điện áp lối vào có thể thay đổi. Ngày nay các nhà sản xuất đã
cung cấp nhiều loại vi mạch ổn định điện áp với giá rất rẻ. Ngời ta có xu
hớng lựa chọn bộ ổn định điện áp loại 78xx với 3 chân ra. Bộ ổn định điện áp
kiểu này đợc rất nhiều nhà sản xuất cung cấp và cũng có nhiều dạng đóng vỏ
khác nhau. Để cấp điện áp nguồn nuôi cho bộ xử lý 8051 ta chọn bộ ổn định
điện áp loại 7805 để nhận đợc điện áp +5V ở lối ra. Các vi mạch 7805 thông
thờng có thể chịu đợc dòng điện lối ra đến 1A và có thể đợc nuôi bằng
điện áp lối 1 chiều trong khoảng 9 đến 20V. Vì vậy trong mạch nguồn, điện

áp 220V sẽ đợc chỉnh lu bằng cầu chỉnh lu và cho qua bộ ổn định điện áp
7805 và đầu ra của 7805 ta sẽ đợc điện áp 5V.
3.3.2. Bộ nhớ đặc biệt.
ở một số trờng hợp bộ nhớ của vi xử lý không đủ để lu giữ chơng
trình nên ta phải sử dụng thêm bộ nhớ ngoài. Chơng trình điều khiển này chỉ
là một ứng dụng nhỏ nên không cần sử dụng thêm bộ nhớ ngoài này. Nhng
trong mạch vẫn thiết kế thêm bộ nhớ ngoài (Serial Eprom - 24C16) để sử dụng
cho phần phát triển sau này.
3.3.3. RS232 và MAX232.
Để một thiết bị giao tiếp với máy tính ta cần thông qua cổng COM trên máy
tính, vì vậy trên mạch cần có chân cắm RS232. Cổng COM trên máy làm việc với
điện áp -12V đến +12V mà vi điều khiển lại làm việc với điện áp trong khoảng 0 -
5V. Vì vậy cần có bộ phận để t
ơng thích chúng và đó là MAX 232.Trong khuôn

khổ của đề tài không sử dụng đến việc giao tiếp với máy tính nên ở đây chúng tôi
không giới thiệu nhiều.

ChƯƠng 4

Tổng hợp hệ thống điều chỉnh nhiệt độ khí sấy

Một hệ thống điều khiển tự động đều đợc xây dựng theo sơ đồ khối hình 4.1

Hình 4.1 - Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động.
X: Tín hiệu vào.
Y: Tín hiệu ra.
U: Tín hiệu điều khiển tác động lên đối tợng.
E: Sai lệch điều khiển.
Z: Tín hiệu phản hồi.
Muốn tổng hợp bộ đợc điều khiển cho đối tợng để hệ kín có đợc chất
lợng nh mong muốn thì trớc tiên phải hiểu về đối tợng, tức là phải có một
mô hình toán học mô tả đối tợng. Ta không thể điều khiển đối tợng khi
không hiểu biết hoặc hiểu sai lệch về nó. Kết quả tổng hợp bộ điều khiển phụ
thuộc rất nhiều vào mô hình mô tả đối tợng.
4.1. Mô hình toán học mô tả đối tợng.

Thông thờng để xây dựng mô hình mô tả đối tợng ngời ta sử dụng
hai phơng pháp: phơng pháp lý thuyết và phơng pháp thực nghiệm.
Phơng pháp lý thuyết là phơng pháp lập mô hình dựa trên các định
luật có sẵn về quan hệ vật lý bên trong và quan hệ giao tiếp của môi trờng
bên ngoài. Các quan hệ này đợc mô tả theo quy luật lý - hoá, quy luật cân
bằng, dới dạng những phơng trình toán học. Ví dụ đối tợng là các loại
động cơ, máy biến áp, máy phát điện, mạch khuếch đại, mạch tích phân, vi
phân.
Phơng pháp thực nghiệm là dựa trên cơ sở quan sát tín hiệu ra y(t) của
đối tợng khi đặt vào đối tợng một tín hiệu đầu vào u(t). Phơng pháp này
cần độ chính xác cao nên thờng áp dụng trong phòng thí nghiệm.
U
Z
E X
Đối tợng
Y
Bộ điều khiển

Trong đề tài này đối tợng ở đây là nhiệt độ dòng khí. Khi có nguồn cấp
cho sợi đốt, nhiệt độ của sợi đốt làm nóng nguồn không khí do quạt thổi tới.
Trong khuôn khổ đề tài thực hiện trong phòng thí nghiệm nên ta thực hiện
theo phơng pháp thực nghiệm bằng cách: lắp mạch điều khiển vào đối tợng,
khởi động quạt gió để cho nó hoạt động ở một tốc độ ổn định. Sau đó đóng
trực tiếp nguồn điện 220V lên sợi đốt. Theo nguyên tắc điều khiển Triac thì
điện áp trên tải thay đổi từ 0 đến 220V tơng ứng với góc mở thay đổi từ về
0
0
nghĩa là thời gian kích xung sẽ thay đổi từ 10 - 0ms (do tần số điện áp xoay
chiều đặt vào Triac là 50Hz nên chu kỳ là 1/50 = 0.02s = 20ms, suy ra nửa chu
kỳ tức là từ 0 đến

là 10ms). Sau đó dùng đồng hồ bấm giây để đo tín hiệu
đầu ra. Nh ta đã biết, nếu tín hiệu đầu vào là hàm 1(t) thì tín hiệu đầu ra là
hàm quá độ h(t). ở đây tín hiệu đầu vào là hàm 10*1(t) nên tín hiệu đầu ra là
y(t). Tín hiệu ra thu đợc khi làm thực nghiệm đợc thể hiện trong bảng sau:











Thời
gian(s)
Nhiệt
độ(
0
C)
Thời
gian(s)
Nhiệt
độ(
0
C)
Thời
gian(s)

Nhiệt
độ(
0
C)
2.155 1 22.20 20 64.8 31
3.378 2 24.55 21 71.1 32
6.47 5 26.82 22 77.14 33

8 7 29.71 23 85.125 34
9.79 9 33.27 24 93.12 35
11.76 11 37.11 25 98.97 36
13.38 13 41.76 26 107.82 37
15.19 15 46.75 27 116.03 38
16.89 16 51.14 28 125.89 39
18.68 17 54.55 29 138.55 39
24.41 19 57.87 30

Hình 4.2 - Bảng giá trị đo đợc khi làm thực nghiệm.
Dựa trên số liệu đo đợc bảng trên ta vẽ đợc hàm quá độ thực nghiệm
nh sau:









Hình 4.3 - Hàm quá độ thực nghiệm y(t).

Dựa vào đồ thị trên, nếu dịch chuyển gốc toạ độ thì hàm y(t) ở đây giống
hàm quá độ h(t) của khâu quán tính bậc một. Mặt khác theo kết quả nghiên
cứu của một số đề tài thì nhiệt là quá trình có trễ nên hàm truyền của đối
tợng sẽ là khâu quán tính bậc nhất có trễ. Với việc đo trên ta không thể biết
chính xác đợc thời gian trễ là bao nhiêu nên lấy thời gian trễ bằng cách lấy
nhiệt độ thay đổi từ 0 - 1
0
bằng thời gian thay đổi từ 1 - 2
0
(tức là thời gian từ
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 50 100 150
Thi gian
Nhit

0 - 1
0
= 3,378 - 2,155 = 1,223s) => = 2,155 - 1,223 = 0.8(s). Nh vậy hàm
truyền đạt của đối tợng có dạng:

Ts

k
sG
+
=
1
)(
e
s


=
Ts
k
+
1
e
s.8,0

Để xác định T và k ta làm nh sau:
* Khi tín hiệu vào là hàm 1(t)
Từ H(s) =
s
sG )(
chuyển đổi Laplace ngợc ta có h(t) = k(1-
e
T
t
).
Và nh vậy ở thời điểm T thì h(T)=
)1(

1
e
k

0,632.k
Nói cách khác, tại đúng thời điểm T hàm số h(t) sẽ đạt đợc 63,2% giá
trị cực đại.
Ta đi đến xác định T nh sau:
Kẻ đờng tiệm cận với h(t) tại t = để có k = h()
Xác định điểm có tung độ bằng 0,632.k của h(t).
Hoành độ của điểm vừa xác định chính là tham số T cần tìm.
* Khi tín hiệu vào là hàm A*1(t).
Do tín tuyến tính của đối tợng, đáp ứng y(t) tại thời điểm T cũng có giá
trị đúng bằng 63,2% giá trị cực đại y() của nó. Nh vậy thuật toán trên vẫn
đợc áp dụng khi tín hiệu vào là hàm A*1(t) nh sau:
Kẻ tiệm cận với y(t) tại t -> để có y(), sau đó suy ra: k =
A
y )(

Xác định điểm có tung độ bằng 0,632.y() của y(t).
Hành độ của điểm cần xác định chính là tham số T cần tìm.
Với đồ thị trên y() = 39 => k = 39/10 = 3,9.
Sau khoảng thời gian T, tín hiệu đầu ra y(t) sẽ đạt đợc giá trị xấp xỉ bằng
63,2% giá trị cực đại y() của nó, tức là khi đó nó có giá trị: 0,632.y() =
24,468.
=> T = 36(s)
Nh vậy hàm truyền của đối tợng là: G(s) =
e
s
s

8,0
361
9,3

+