TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG
CHO TÔM ĂN TỰ ĐỘNG

SVTH: PHẠM LÊ XUÂN TRƯỜNG

MSSV: 17146212

SVTH: LƯƠNG ĐỨC SÁNG

MSSV: 17146180

SVTH: LÊ TRỌNG HOÀNG VŨ

MSSV: 17146222

Khóa: 2017
Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ-ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS. TS. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG

Tp. Hồ Chí Minh, 08/2021


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG
CHO TÔM ĂN TỰ ĐỘNG

SVTH: PHẠM LÊ XUÂN TRƯỜNG

MSSV: 17146212

SVTH: LƯƠNG ĐỨC SÁNG

MSSV: 17146180

SVTH: LÊ TRỌNG HOÀNG VŨ

MSSV: 17146222

Khóa: 2017
Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ-ĐIỆN TỬ
GVHD: PGS. TS. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG

Tp. Hồ Chí Minh, 08/2021

i


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----


Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 3 năm 2021

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên 1: Phạm Lê Xuân Trường MSSV: 17146212 Lớp: 17146CL2A
Họ và tên sinh viên 2: Lương Đức Sáng

MSSV: 17146180 Lớp: 17146CL4B

Họ và tên sinh viên 3: Lê Hoàng Trọng Vũ

MSSV:17146222

Ngành:

Lớp: 17146CL4B

Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử

Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Ngọc Phương
Ngày nhận đề tài:

10/03/2021

Ngày nộp đề tài:

15/08/2021

1. Tên đề tài:
Thiết kế, chế tạo hệ thống cho tôm ăn tự động.
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Số liệu:
 Kích thước mơ hình: 600x600x800mm
- Tài liệu:
 “Thiết kế và thi công máy cho tôm ăn”, Võ Trí Hải & Nguyễn Xuân Cường,
Đồ án Tốt nghiệp, trường ĐHSPKT Tp.HCM, 2018.
 Tài liệu môn học Hệ thống nhúng của TS. Bùi Hà Đức, giảng viên trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
3. Nội dung thực hiện đề tài:
- Thiết kế các hệ thống cơ khí phục vụ q trình phun thức ăn
- Xây dựng hệ thống điện tử, web server phục vụ quá trình theo dõi và điều khiển
4. Sản phẩm:
- Hệ thống khung, thùng, cơ cấu xoay, khối điều khiển.

TRƯỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

ii


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên nhóm thực hiện chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô của trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM nói chung và các thầy cô bộ môn Cơ điện tử khoa
Đào tạo Chất lượng cao nói riêng đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức trong
suốt quá trình chúng em học tập tại trường!
Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS. TS Nguyễn Ngọc
Phương và thầy TS. Bùi Hà Đức đã tận tình hướng dẫn, góp ý và chia sẽ các kinh nghiệm
quý báu cho chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài!
Cảm ơn gia đình đã tin tưởng và đồng hành trong suốt q trình học tập!
Với kinh nghiệm thực tế cịn hạn chế nên q trình thực hiện đề tài khơng tránh

khỏi thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý từ q thầy cơ và bạn bè đề đề tài hồn
thiện hơn!
Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn!
Nhóm thực hiền đề tài
Phạm Lê Xuân Trường

Lương Đức Sáng

Lê Hoàng Trọng Vũ

iii


TÓM TẮT
Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, chất lượng cuộc sống của
con người ngày càng được nâng cao, các cơ cấu phục vụ trong quá trình lao động của
người nơng dân càng được cải thiện. Trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản vấn đề thức
ăn chăn nuôi cũng là một thành phần hết sức quan trọng để đảm bảo con giống khỏe
mạnh, lượng thức ăn nhiều ít là yếu tố cốt lõi ảnh hưởng đến sự phát triển của con
giống. Do đó trong q trình cho ăn đòi hỏi lượng cám vừa đủ hạn chế dư thừa để
tránh cáu bẩn ao, gây bệnh cho con giống.
Để đáp ứng các yêu cầu này, nhiều công ty trong lĩnh vực sản xuất và nghiên
cứu thị trường đã ứng dụng các dây chuyền sản xuất tự động để tạo ra những cơ cấu
cho ăn phù hợp, giảm thiểu cơng sức và tăng tính hiệu quả trong việc chăn ni. Trong
đó hệ thống cho tơm ăn tự động ra được đặt biệt quan tâm vì nó là một ngành có sản
lượng ni lớn ở Việt Nam, với 950.000 tấn trong sản lượng nuôi 4,56 triệu tấn.
Thực tế ở Việt Nam hiện nay chưa có nhiều đơn vị áp dụng hệ thống điều
khiển bằng web server trong lĩnh vực này, nhận thấy vấn đề chúng tôi quyết định
chọn đề tài “Thiết kế và chế tạo hệ hệ thống cho tôm ăn tự động”.
Đề tài đã được thực hiện trong thời gian từ tháng 10/3/2021 đến 01/07/2021.

Nội dung về cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu của đề tài chủ dựa trên lý
tính tốn cơ khí và lý thuyết về web server.
Nội dung đồ án trình bày đầy đủ việc thiết kế và chế tạo hệ thống cơ khí cho
việc phun thức ăn, cũng như thiết kế giao diện hiển thị và cài đặt thông số trên web
server. Song song với quá trình xử lý, hệ thống sẽ cập nhật kết quả cho người dùng
giám sát thông qua web server.
Song song với việc đáp ứng các nhu cầu thực tiển thi kết quả của đề tài có thể
xem là một tài liệu tham khảo trong việc thiết kế và chế tạo các hệ thống tương tự.

iv


MỤC LỤC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .........................................................................................i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................. ii
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... iii
TÓM TẮT ...........................................................................................................iv
MỤC LỤC ............................................................................................................ v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................ viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ ....................................................... x
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG ................................................................ 1
1.1.Tổng quan................................................................................................... 1
1.3.Mục đích của đề tài.................................................................................... 3
1.4.Giới hạn đề tài ............................................................................................ 3
1.5.Mục tiêu đề tài ........................................................................................... 3
1.6.Bố cục .......................................................................................................... 4
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................... 5
2.1.Tổng quan................................................................................................... 5
2.1.1.


Khơng gian hoạt động .................................................................... 5

2.1.2.

Phân loại cơ khí .............................................................................. 6

2.2.Cơ sở lý thuyết về điện điện tử ................................................................. 9
2.2.1.

Giới thiệu về Raspberry Pi ............................................................ 9

2.2.2.

Giới thiệu động cơ DC ................................................................. 10

2.2.3.

Giới thiệu relay ............................................................................. 12

2.2.4.

Giới thiệu cảm biến loadcell ........................................................ 14

2.2.5.

Giới thiệu về động cơ bước và driver điều khiển. ..................... 15

2.3.Giới thiệu về web server ......................................................................... 16
2.3.1.


Khái niệm về webserver .............................................................. 16

2.3.2.

Nguyên lý hoạt động của web server .......................................... 17

2.3.3.

Các giao thức sử dụng của web server ....................................... 18

2.4.Các ngơn ngữ lập trình và hệ thống cơ sở dữ liệu ................................ 19
2.4.1.

Ngơn ngữ lập trình C ................................................................... 19

2.4.2.

Ngơn ngữ HTML .......................................................................... 20

2.4.3.

Khái quát về ngôn ngữ Javascript .............................................. 20

v


2.4.4.

Khái quá phpMyAdmin .............................................................. 20


2.4.5.

Khái quát ngôn ngữ PHP ............................................................ 20

2.4.6.

Khái quát về cơ sở dữ liệu và MySQL ....................................... 21

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ ................................................... 22
3.1.Phân tích thực tế ...................................................................................... 22
3.2.Thiết kế kỹ thuật cơ khí .......................................................................... 23
3.2.1.

Khung chịu tải .............................................................................. 23

3.2.2.

Thùng chứa cám ........................................................................... 25

3.2.3.

Cơ cấu xoay thức ăn..................................................................... 28

3.3.Thiết kế kỹ thuật điện tử......................................................................... 32
3.3.1.

Sơ đồ khối hệ thống...................................................................... 32

3.3.2.


Khối hiển thị và cài đặt ................................................................ 33

3.3.3.

Khối chấp hành ............................................................................ 36

3.3.4.

Khối điều khiển ............................................................................ 48

3.3.5.

Khối cảm biến ............................................................................... 52

3.3.6.

Khối nguồn.................................................................................... 54

3.4.Lưu đồ giải thuật ..................................................................................... 56
3.4.1.

Cấu trúc của hệ thống.................................................................. 56

3.4.2.

Chế độ điều khiển thủ công ......................................................... 57

3.4.3.

Chế độ điều khiển tự động .......................................................... 58


CHƯƠNG 4: THI CƠNG HỆ THỐNG .......................................................... 60
4.1.Thi cơng hệ thống .................................................................................... 60
4.1.1.

Chọn vật liệu và thi cơng cơ khí ................................................. 60

4.1.2.

Lập trình hệ thống ....................................................................... 65

4.1.3.

Lắp ráp và kiểm tra ..................................................................... 69

4.2.Thực nghiệm ............................................................................................ 72
4.2.1.

Điều kiện và giới hạn thực nghiệm ............................................. 72

4.2.2.

Kết quả thực nghiệm.................................................................... 73

4.3.Phân tích kết quả ..................................................................................... 73
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ................................................................................... 74
5.1.Cơ cấu cơ khí ........................................................................................... 74
5.2.Tủ điện ...................................................................................................... 75
5.3.Thiết kế web server ................................................................................. 76


vi


5.4.Kết quả đề tài ........................................................................................... 77
5.5.Các hạn chế và giải pháp ........................................................................ 77
5.6.Định hướng phát triển đề tài .................................................................. 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................. 79

vii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
USB: Universal Serial Bus
ATM: Automatic Teller Machine
DVI: Digital Visual Interface
HDMI: High-Definition Multimedia Interface
DC: Direct Current Motors
CEMF: Counter-electromotive force
COM: Communication Port
NC: Normally Closed
NO: Normally Open
Rpi: Raspberry Pi
JSP: JavaServer Pages
URL: Uniform Resource Locator
IIS: Internet Information Services
www: World Wide Web
TCP: Transmission Control Protocol/
IP: Internet Protocol
HTTP: HyperText Transfer Protocol
FTP: File Transfer Protocol

CSS: Cascading Style Sheets
HTML: Hypertext Markup Language

viii


LAMP: Linux, Apache, MySQL và ngôn ngữ PHP hay Perl hoặc Python
SQL: Structured Query Language
PHP: Hypertext Preprocessor
PWM: Pulse Width Modulation
LAN: Local Area Network

ix


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 2.1: Cơ cấu dạng đại trà dùng đặt giữa ao.
Hình 2.2: Máy cho tơm ăn hẹn giờ có cơ cấu dạng máng một hướng của FarmX
Hình 2.3: Máy Cho Tơm Ăn Rynan AIF100A
Hình 2.4: Board Raspberry Pi.
Hình 2.5: Động cơ DC
Hình 2.6: Pha 1 động cơ DC
Hình 2.7: Pha 2 động cơ DC
Hình 2.8: Pha 3 động cơ DC
Hình 2.9: Module relay kích ở mức cao.
Hình 2.10: Module relay kích ở mức thấp.
Hình 2.11: Module LoadCell HX711 và cảm biến Loadcell
Hình 2.12: Sơ đồ cấu tạo loadcell
Hình 2.13: Động cơ bước.
Hình 2.14: Driver động cơ bước A4988

Hình 2.15: Số liệu thống kê sử dụng của Web servers năm 2021.
Hình 2.16: Mơ hình hoạt động của web server
Hình 2.17: PHP được nhúng vào trang HTML
Hình 2.18: Mơ hình tương tác giữa client - server: PHP và MySQL
Hình 3.1: Máy cho tơm ăn đặt giữa ao
Hình 3.2: Mơ hình khung chịu tải.
Hình 3.3: Thép hộp vuông.

x


Hình 3.4: Chụp cao su vng.
Hình 3.5: Mơ hình thùng chứa cám.
Hình 3.6: Gá thùng chứa cám.
Hình 3.7: Mơ hình cơ cấu xoay thức ăn.
Hình 3.8: Sơ đồ mạng lưới các trạm khí tượng thủy văn thực hiện đo gió.
Hình 3.9: Cám xoay trong quỹ đạo của ống
Hình 3.10: Vật khi bị ném ngang.
Hình 3.11: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển.
Hình 3.12: Giao diện tương tác cảm ứng trên điện thoại
Hình 3.13: Giao diện thơng tin trên một ứng dụng.
Hình 3.14: Một dịng lệnh của Windows Terminal.
Hình 3.15: Động cơ MY1025 24VDC 250W.
Hình 3.16: Mạch điều khiển tốc độ động cơ Dimmer PWM DC 24V
Hình 3.17: Xung vng có độ xung khác nhau.
Hình 3.18: Gá động cơ chính.
Hình 3.19: Module đóng ngắt trong cơ cấu xoay thức ăn.
Hình 3.20: Động cơ bước và động cơ servo.
Hình 3.21: Động cơ bước Nema 17.
Hình 3.22: Driver TB6600

Hình 3.23: Driver A4988
Hình 3.24: Gá động cơ bước
Hình 3.25: Gá chữ L nối thùng với động cơ bước.

xi


Hình 3.26: Mạch giảm áp LM2596 3A.
Hình 3.27: Module 4 Relay 5V kích mức Cao/Thấp V1.
Hình 3.28: Phần cứng của Raspberry Pi 4B
Hình 3.29: Các cổng giao tiếp trên Raspberry
Hình 3.30: Sơ đồ mạch điện.
Hình 3.31: Sơ đồ kết nối DHT11 với Raspberry Pi.
Hình 3.32: Cảm biến Loadcell 20kg.
Hình 3.33: Mạch khuếch đại tín hiệu Hx711.
Hình 3.34: Sơ đồ cung cấp điện.
Hình 3.35: Lưu đồ giải thuật của tồn hệ thống.
Hình 3.36: Lưu đồ chế độ điều khiển thủ cơng.
Hình 3.37: Lưu đồ giải thuật chế độ điều khiển tự động.
Hình 4.1: Thùng chứa cám được phủ sơn bạc.
Hình 4.2: Thùng và khung.
Hình 4.3: Cơ cấu xoay thức ăn và động cơ.
Hình 4.4: Cơ cấu van đóng ngắt sử dụng động cơ bước.
Hình 4.5: Bộ phận đóng ngắt và phun thức ăn lắp trên gá.
Hình 4.6: Gia cơng gá động cơ bước.
Hình 4.7: Cơ sở dữ liệu.
Hình 4.8: Sơ đồ ghi và truy xuất cơ sở dữ liệu của Web Server.
Hình 4.9: Thử nghiệm giao diện trang chủ.
Hình 4.10: Thử nghiệm giao diện cài đặt và điều khiển.


xii


Hình 4.11: Mơ hình phân rã khung
Hình 4.12: Lắp thùng vào khung

Hình 4.13: Mơ hình phân rã cơ cấu xoay
Hình 4.14: Lắp cơ cấu xoay vào gá.
Hình 4.15: Lắp đặt tủ điện.
Hình 4.16: Bên trong tủ điện.
Hình 5.1: Phần cơ cấu cơ khí và tủ điện.
Hình 5.2: Các phần trong tủ điện hồn chỉnh.
Hình 5.3: Giao diện trang chủ.
Hình 5.4: Giao diện cài đặt và điều khiển.
Hình 5.5: Biểu đồ theo dõi trong quá trình hệ thống làm việc.
Bảng 3.1: So sánh động cơ servo và động cơ bước.
Bảng 3.2: Bảng so sánh thông số driver TB6600 và A4988.
Bảng 3.3: Thông số điều khiển động cơ bước.
Bảng 4.1: Số liệu thực nghiệm

xiii


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.

Tổng quan

Ngành tơm đóng vai trị quan trọng trong xuất khẩu thủy sản Việt Nam ra thế
giới trong suốt 2 thập kỷ qua. Hàng năm, ngành tơm đóng góp khoảng 40- 45% tổng

giá trị xuất khẩu thủy sản, tương đương 3,5- 4 tỷ USD. Hiện tôm Việt Nam được xuất
khẩu đến 100 quốc gia, trong đó 5 thị trường lớn nhất gồm: Châu Âu, Hoa Kỳ, Nhật
Bản, Trung Quốc và Hàn Quốc. Với những nỗ lực không ngừng, Việt Nam đã trở
thành nước cung cấp tôm đứng thứ hai thế giới với giá trị xuất khẩu chiếm 13-14%
tổng giá trị xuất khẩu tơm của tồn thế giới.1

Hình 1.1: Khu ni tơm ứng dụng cơng nghệ cao của Tập đoàn Việt – Úc.2
Cùng với sự phát triển cơng nghệ khơng ngừng thì cơ cấu cho ăn tự động đã
được ứng dụng rộng rãi trong công tác nuôi trong thủy hải sản đặc biệt là nghề nuôi
tôm. Sử dụng cơ cấu cho tôm ăn tự động mang lại rất nhiều lợi ích cho người nơng
dân so với phương pháp cho ăn truyền thống, việc sử dụng tay để phân tán thức ăn
không phân bố đều bề mặt ao ni dẫn đến khơng kiểm sốt được lượng thức ăn dư

1

Tổng quan ngành Tôm, />Khu nuôi tôm CNC Việt-Úc, />2

1


thừa tồn đọng. Ngược lại, việc sử dụng máy cho tôm ăn tự động sẽ giúp chia nhỏ
lượng thức ăn trong một bữa thành nhiều lần, và phạm vi phân tán thức ăn được căn
cứ vào đặt tính của loại thức ăn sử dụng và vị trí đặt máy. Cách cho ăn nhiều lần trong
một bữa như vậy giúp tôm bắt được viên thức ăn trước khi viên thức ăn chìm xuống
đáy ao, nhờ đó làm giảm ơ nhiễm nguồn nước. Hơn nữa, với máy cho tôm ăn tự động,
tất cả các kích cỡ tơm đều nhận được thức ăn.
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại máy cho tôm ăn khác nhau đa phần
sử dụng các bộ điều khiển chỉnh tay thủ cơng, có khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ
cao hơn là các loại máy có bộ hẹn giờ, các thông số điều chỉnh được cài đặt trên nút
nhấn, đa số phải điều chỉnh bằng tay.

Để cải thiện những khuyết điểm trên thì một phương thức điều khiển cần đơn
giản, tối ưu, chức năng đầy đủ và an tồn cho người sử dụng. Hệ thống tích hợp đầy
đủ các chức năng hẹn giờ bật tắt, điều khiển các motor đảo, motor oxy, cho ăn tự
động theo khối lượng cài đặt, và đặc biệt là ta có thể điều khiển trực tuyến. Giao diện
điều khiển được tinh chỉnh theo cách tối giản, đầy đủ nhằm dễ dàng trong việc thiết
lập các thông số cho máy hoạt động.
1.2.

Đặt vấn đề

Với việc phổ biến rộng rãi tại các khu vực đồng bằng sông Cửu Long của Việt
Nam và rộng hơn là các quốc gia khu vực Đông Nam Á. Và được lắp đặt ở các ao,
hồ, trang trại… Những nhu cầu cơ bản cho thấy cơ cấu cho tôm ăn tự động đã trở
thành cơng cụ hữu ích để giúp đỡ, hổ trợ người chăn ni kiểm sốt ao ni một cách
hiệu quả, tránh tình trạng thừa thức ăn, bẩn ao nuôi.
Từ các ứng dụng của máy cho tôm ăn và quan sát thực tiễn ở các trang trại,
hầu hết các thiết bị được điều khiển một cách thủ cơng cho mỗi lần khởi động, làm
cho quy trình cho tơm ăn bị chậm trễ, khơng có tính tự động, một số nơi việc sử dụng
máy còn chưa được phổ biến. Các cơ cấu đang bán ngoài thị trường là dạng mô tơ
xoay tùy chỉnh bằng timer, biến trở. Chưa tích hợp được chế độ hẹn giờ theo thời gian
thực, kiểm soát khối lượng cho ăn, điều khiển theo dõi từ xa, cơ cấu chưa phân bổ tối
ưu.
Để khắc phục những yếu điểm của hầu hết các cơ cấu trên thị trường, chúng
tôi quyết định đưa ra những giải pháp, tính năng tối ưu hơn như điều kiển trực tuyến,
giao diện điều khiển thiết kế đơn giản, kiểm soát các động cơ sử dụng trong ao nuôi.

2


1.3.


Mục đích của đề tài

Thực tế ở Việt Nam hiện nay chưa có nhiều đơn vị nghiên cứu chế tạo hệ thống
này có chế độ tự động, điều khiển trực tuyến. Với mục đích tạo ra máy cho tơm ăn,
để giúp cho người nuôi tôm giảm sức lao động cũng như thức ăn dư thừa và tự động
hóa hầu hết các khâu. Về mục đích học tập là nghiên cứu và thiết kế giao diện điều
khiển đơn giản, dễ dàng sử dụng, tích hợp các chức năng hẹn giờ, cơ cấu cơ khí có
độ bền nhất định cùng với giá thành hợp lý.

1.4.

Giới hạn đề tài

Với mục đích chính của đề tài là nghiên cứu chế tạo hệ thống cho tơm ăn tự
động, từ đó đưa ra phương án để điều khiển thiết bị cũng như cập nhật dữ liệu trên
web-server để cài đặt, giám sát. Chúng tôi đã quyết định đưa ra một số giới hạn sau:
 Cơ cấu phễu xoay hoạt động với tốc độ cho phép tối đa là 2000 vòng/phút.
 Đối tượng của đề tài được giới hạn là cám hoặc hạt có kích thước đường kính
từ 0,3 – 2,5 mm.
 Thùng chứa có trữ lượng tối đa 50kg.
 Ứng dụng trong các ao ni có quy mô 500 – 2000 m2.
 Dự kiến hệ thống sẽ được lắp trên bề mặt ao nuôi với khả năng điều khiển trực
tuyến thông qua web-server.
1.5.

Mục tiêu đề tài

Đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống cho tôm ăn tự động” hướng đến mục tiêu
tự động hóa trong lĩnh vực chăn ni thủy hải sản, góp phần tối ưu lượng cám cho

ăn, giảm sức lao động của con người, với các mục tiêu cụ thể sau:
 Thiết kế hệ thống cơ khí phân tán đều thức ăn xung quanh bề mặt ao nuôi.
 Thiết kế hệ thống mạch điện phục vụ quá trình điều khiển.
 Xây dựng hệ thống điều khiển trực tuyến và có chức năng tự động.
 Thiết kế cơ cấu đóng ngắt thức ăn sau quá trình cho ăn nhằm kiểm sốt khối
lượng thức ăn trong thùng.

3


1.6.

Bố cục

Luận văn có bố cục gồm 5 phần chính:
 Chương 1: Trình bày lý do chọn để tài, nội dung nghiên cứu, mục tiêu, các
thông số giới hạn.
 Chương 2: Các cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế hệ thống, xây dựng giải thuật.
 Chương 3: Giới thiệu tổng quan về tính tốn và thiết kế hệ thống cơ khí, điện
tử, giao diện người dùng, lưu đồ giải thuật.
 Chương 4: Q trình thi cơng các phần cơ khí, lập trình hệ thống cơ sở dữ
liệu và thực nghiệm, phân tích kết quả.
 Chương 5: Trình bày kết quả của quá trình thực hiện để tài, những mặt hạn
chế, kết luận và định hướng phát triển.

4


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Để thiết kế và chế tạo hệ thống đáp ứng các mục tiêu của đề tài, cần xác định

rõ các vấn đề tác động đến quá trình thực hiện, nhằm dựa trên các cơ sở lý thuyết có
liên quan và đưa ra cách giải quyết phù hợp.
2.1.

Tổng quan

2.1.1. Không gian hoạt động
Trong môi trường chăn nuôi thủy sản hiện nay chúng ta phân ra hai loại ao
ni: ao lót bạc, ao đất. Diện tích, hình dạng, độ sâu, hệ thống cấp thoát nước, hệ
thống oxy quạt nước và các thiết bị phụ trợ của ao có thể khác nhau giữa các cơ sở
hoặc vùng ni nhưng về cơ bản đều cần đảm bảo 5 tiêu chí:
-

Giữ được nước, ổn định mơi trường ni.

-

Cấp, thốt nước dễ dàng với chi phí thấp.

-

Giảm thiểu tối đa các rủi ro về địch hại, bệnh dịch và thiên tai.

-

Cung cấp đủ oxy và giúp phát tán nhanh và đều thức ăn, thuốc, hóa chất.

-

Thuận lợi để thu gom, loại bỏ hồn tồn chất thải.


a. Diện tích ao ni
Đối với loại tơm thẻ chân trắng thì ao ni tơm thường có diện tích từ 500 m2
đến 2000 m2, hình trịn hoặc hình vng bo trịn các góc hoặc hình chữ nhật với tỷ lệ
chiều dài - chiều rộng tỉ lệ 3:2. Độ sâu của ao cho phép duy trì mực nước từ 1,2 – 1,8
m. Kích thước này thuận tiện cho việc lắp đặt và vận hành các giàn quạt nước thông
dụng trên thị trường, giúp cho môi trường ao được đồng nhất và đảm bảo đủ lượng
ơxy hịa tan. Ao ni có diện tích q lớn hoặc hình dạng khơng phù hợp sẽ gây khó
khăn cho việc bố trí hệ thống quạt nước, thu gom chất thải. Vì vậy, không gian sống
của tôm bị thu hẹp, dễ phát sinh ô nhiễm, bệnh tật. Ngoài ra, việc phát tán thức ăn,
vơi, chế phẩm vi sinh, hóa chất, thuốc cũng khó đạt hiệu quả như mong muốn.1

1

Ao nuôi tôm, />
5


b. Cấp thốt nước
Với mục đích cấp thốt nước ta cần có một ao trữ nước và một hệ thơng cấp
thoát nước cho ao nhằm đáp ứng được yêu cầu xả mùn, bã nơi đáy ao mỗi ngày. Đa
phần các ao ni có hệ thống tháo cấp nước để tạo điều kiện thuận lợi cho việc cải
tạo, vệ sinh sau q trình thu hoạch.
c.

Quạt nước, bơm oxy

Để con tơm phát triển khỏe mạnh các hệ thống quạt nước, oxy dưới ao phải
được đảm bảo ổn định, tránh tình trạng thiếu oxy trong giai đoạn giữa và cuối của
q trình tơm phát triển.

2.1.2. Phân loại cơ khí
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại máy cho tơm ăn với các mục đích hướng
tới từng điều kiện ao ni của địa phương, như dạng máy đặt giữa ao và máy đặt ở
trên bờ ao nuôi. Các ưu nhược điểm khác nhau nhưng tùy vào mức độ và nhu cầu của
người sử dụng để lựa chọn máy phù hợp.
a. Máy đặt giữa ao nuôi
Cơ cấu đặt giữa ao chiếm phần đông trong thị trường máy cho tôm ăn tự động
hiện nay, với giá thành rẻ và dễ gia công cộng thêm nhiều ưu điểm khác và nhược
điểm có thể khắc phục nên được ưa chuộng trong nhiều địa phương ni tơm.

Hình 2.1: Cơ cấu dạng đại trà dùng đặt giữa ao.

6


 Ưu điểm: Những cơ cấu đặt giữa ao có khả năng gia công đơn giản, giá thành
rẻ, cơ cấu hoạt động ổn định do ít cần các chi tiết truyền động, dễ dàng tự thay
thế khi các bộ phận linh kiện gặp trục trặc, hỏng hóc. Bề mặt cám phun ra đều,
tầm phủ rộng (mức độ tùy thuộc vào động cơ).
 Nhược điểm: Để tối ưu tầm hoạt động, cơ cấu cần được đặt giữa ao, dẫn đến
cần phải gia công thêm khung, ràng để cố định, thêm vào đó yêu cầu nguồn
điện cần phải mắc nối cẩn thận khi câu vào động cơ tránh tiếp xúc bề mặt nước.
Lượng cám khi động cơ dừng sẽ vướng đọng phía trong ống xoay do khơng
có cơ cấu ngắt thức ăn khi động cơ dừng.
b. Máy đặt ngồi ao ni
Máy đặt ngồi ao ni trên thị trường hiện nay chi có hai loại. Với loại thứ
nhất là sản phẩm MT5-XP50 của Cơng ty TNHH MTV FARMX.VN với sức chứa
50kg, góc phun chữ V phù hợp với các ao có diện tích nhỏ, mật độ dày. Hoạt động
dựa theo cơ cấu xoay của các loại máy phổ cập trên thị trường chỉ thay đổi phần cơ
cấu xoay nhằm điều hướng thức ăn về một phía hình chữ V, với phạm vi phun từ 78m (theo công bố của nhà sản xuất). Nổi bật chính là giảm thiểu những rủi ro khi đặt

máy giữa ao nuôi và hạn chế việc phải làm cầu đặt nhá theo dõi thức ăn.

Hình 2.2: Máy cho tơm ăn có cơ cấu dạng máng chữ V của FarmX1

Máy cho tôm ăn FarmX MT5-XP50, />1

7


Loại thứ hai là Rynan AIF100A của Công ty CP Rynan Technologies Vietnam.
Với cơng suất chứa 100kg, phía trước có vòi phun xoay được từ 0° đến 180°, với
phạm vi phun từ 3-14m (theo công bố của nhà sản xuất). Đặc biệt thức ăn được thổi
từ dưới động cơ lên, nhờ đó mà vịi phun mới xoay qua lại được. Hệ thống được trang
bị các chế độ: cho ăn thủ công với điện thoại di động, cho ăn tự động với thuật tốn
AI.

Hình 2.3: Máy Cho Tơm Ăn Rynan AIF100A12
 Ưu điểm: Máy có thể đặt trên bờ, dễ dàng vệ sinh thùng chứa thức ăn, hạn chế
rủi ro điện giật gây ảnh hưởng ao nuôi và cả người sử dụng, giảm thời gian,
công làm cầu đặt nhá ra xa.
 Nhược điểm: Cơ cấu phun của loại 1 không ổn định dễ đọng cám. Đối với
loại 2 kích thức hạt cám cho ăn nhỏ chỉ phù hợp cho tôm giai đoạn đầu, lưu
lượng phun ít dễ bị ảnh hưởng bởi mơi trường bên ngồi như gió, mưa. Ti lệ
phủ cám khi phun của máy đặt ngồi ao ni vẫn chưa cao, lượng cám khi
phun không đều.

1

Máy cho tôm ăn Rynan AIF100A, />
8



2.2.

Cơ sở lý thuyết về điện điện tử

2.2.1. Giới thiệu về Raspberry Pi
Raspberry Pi là một chiếc máy tính tí hon giá chỉ từ 35$ chạy hệ điều hành
Linux ra mắt vào tháng 2 năm 2012. Ban đầu Raspberry Pi được phát triển dựa trên ý
tưởng tiến sĩ Eben Upton tại đại học Cambridge muốn tạo ra một chiếc máy tính giá
rẻ để học sinh có thể dễ dàng tiếp cận và khám phá thế giới tin học. Raspberry Pi là
một máy tính siêu nhỏ, chỉ có kích thước như 1 chiếc thẻ ATM rút tiền. Bạn chỉ cần
1 bàn phím, 1 tivi hoặc 1 màn hình có cổng HDMI/DVI, 1 nguồn USB 5V và 1 dây
microUSB là đã có thể sử dụng Raspberry Pi như 1 máy tính bình thường. Với
Raspberry Pi, bạn có thể sử dụng các ứng dụng văn phịng, nghe nhạc, xem phim độ
nét cao.1

Hình 2.4: Board Raspberry Pi.
Raspberry được ra đời với mục tiêu ban đầu là thức đẩy việc giảng dạy về khoa
học máy tính trong các trường học và các nước đang phát triển. Có thể xem Raspberry
là một máy tính thu nhỏ có giá thành thấp và vận hành bằng hệ điều hành. Tuy là một
thiết bị nhỏ gọn nhưng Raspberry cũng sở hữu cấu hình đầy đủ cho một hệ thống máy
tính (RAM, GPU, Audio, Video…). Theo đó Raspberry được ứng dụng rộng rãi trong
các dự án DIY hay các hệ thống điện tử và các hệ thống tự động. Cùng với tính mã
nguồn mở của hệ điều hành Linux thì các thư viện lập trình cho Raspberry ngày càng
hồn thiện.

1

Giới thiệu Raspberry Pi, />

9


2.2.2. Giới thiệu động cơ DC
a. Giới thiệu
Động cơ một chiều DC (DC là từ viết tắt của "Direct Current Motors") là Động
cơ điều khiển bằng dịng có hướng xác định hay nói dễ hiểu hơn thì đây là loại động
cơ chạy bằng nguồn điện áp DC (điện áp một chiều). Đầu dây ra của đông cơ thường
gồm hai dây dây nguồn VCC và dây tiếp đất GND.1
Động cơ một chiều là thành phần chuyển động lấy năng lượng điện dưới dạng
dòng điện một chiều (hoặc dưới dạng điều khiển của dịng điện một chiều) sẽ chuyển
nó thành chuyển động quay cơ học. Động cơ thực hiện được điều này là thông qua
việc sử dụng từ trường sinh ra từ dòng điện thúc đẩy chuyển động quay của rotor
được cố định với trục đầu ra. Momen xoắn đầu ra và tốc độ sẽ phụ thuộc vào nguồn
điện đầu vào và thiết kế động cơ. Động cơ một chiều là một máy điện biến điện năng
thành cơ năng.

Hình 2.5: Động cơ DC
b.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

 Cấu tạo: Gồm có 3 phần chính stator (phần cảm), rotor (phần ứng), và chỉnh lưu
 Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu,
hay nam châm điện.
 Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều.
 Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dịng điện trong khi chuyển
động quay của rotor là liên tục.
1


Động cơ DC, />
10


 Nguyên lý hoạt động.

Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực
với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển
động quay của rotor.

Hình 2.6: Pha 1 động cơ DC

Pha 2: Rotor tiếp tục quay

Hình 2.7: Pha 2 động cơ DC

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực
sao cho từ trường giữa stator và rotor
cùng dấu, trở lại pha 1

Hình 2.8: Pha 3 động cơ DC
Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ
sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng
Electromotive force (EMF). Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một
điện áp gọi là sức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện động đối
kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ. Sức điện động này
tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện
(như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục động cơ bằng một
ngẫu lực bên ngoài). 1Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành phần: sức
phản điện động, và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng.

1

Nguyên lý động cơ DC, />
11