Tài liệu Thiết kế bộ điều khiển cường độ sáng cho hệ giàn đèn led ứng dụng trong nuôi cấy mô

NGUYỄN NHƯ BÁCH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- NGUYỄN NHƢ BÁCH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CƢỜNG ĐỘ SÁNG CHO HỆ GIÀN ĐÈN LED ỨNG DỤNG TRONG NUÔI CẤY MÔ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA KHOÁ : 2014A Hà Nội – Năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- NGUYỄN NHƢ BÁCH THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CƢỜNG ĐỘ SÁNG CHO HỆ GIÀN ĐÈN LED ỨNG DỤNG TRONG NUÔI CẤY MÔ Chuyên ngành : Kỹ thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS HOÀNG SĨ HỒNG 2. TS NGUYỄN PHƢƠNG Hà Nội – Năm 2016 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn : Nguyễn Như Bách Đề tài luận văn: Thiết kế bộ điều khiển cường độ sáng cho hệ giàn LED ứng dụng trong nuôi cấy mô Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số SV: CA140029 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 28/10/2016 với các nội dung sau:  Bổ sung phụ lục.  Sửa lỗi chính tả sai sót. Ngày Giáo viên hƣớng dẫn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG tháng năm Tác giả luận văn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn tốt nghiệp: “Thiết kế bộ điều khiển cƣờng độ sáng cho hệ dàn đèn LED ứng dụng trong nuôi cấy mô” do tôi tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS. Hoàng Sĩ Hồng và TS. Nguyễ Phương. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế. Để hoàn thành luận văn này tôi chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác. Nếu phát hiện có sự sao chép tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên thực hiện Nguyễn Như Bách MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................... i DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................... v LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................. 1 CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU .............................................................................................. 3 1.1 Tính cấp thiết của luận văn ............................................................................. 3 1.1.1. Tầm quan trọng của chiếu sáng trong nông nghiệp .......................................3 1.1.2. Thực trạng các hệ giàn nuôi cấy mô tại Việt Nam ............................................3 1.1.3. Giới thiệu về việc ứng dụng đèn led trong nuôi cấy mô ...................................5 1.2. Mục đích nghiên cứu ...................................................................................... 6 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................. 7 1.4. Phương pháp nghiên cứu :.............................................................................. 7 1.5. Những vấn đề cần đạt được của luận văn ...................................................... 7 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn .................................................. 7 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN ĐIỀU KHIỂN CƢỜNG ĐỘ SÁNG CỦA LED ...... 9 2.1. Nguyên lý hoạt động và đặc tính của LED .................................................... 9 2.1.1. Nguyên lý hoạt động..........................................................................................9 2.1.2. Đặc tính của LED............................................................................................10 2.2. Các phương pháp điều khiển cường độ sáng LED ...................................... 12 2.2.1. Các phương pháp điều khiển đèn LED ...........................................................12 2.2.2. Phương pháp điều chỉnh cường độ sáng của LED .........................................13 2.3. Các bộ điều khiển LED ................................................................................ 15 2.3.1. Bộ biến đổi Buck .............................................................................................15 2.3.2. Bộ biến đổi Boost ............................................................................................16 2.3.3. Bộ biến đổi Buck-Boost:..................................................................................17 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO PHẦN CỨNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO GIÀN NUÔI CẤY MÔ SỬ DỤNG ĐÈN LED ..................................... 20 3.1. Tổng quan thiết kế và nguyên lý hoạt động của hệ thống............................ 20 3.2. Thiết kế bộ điều khiển cường độ sáng giàn đèn led ..................................... 21 3.2.1. Sơ đồ khối bộ điều khiển cường độ sáng.........................................................21 3.2.2. Thiết kế các module chức năng của mạch điều khiển .....................................22 3.3. Khối cảm biến đo cường độ ánh sáng .......................................................... 32 3.4. Tính toán thiết kế driver đèn ........................................................................ 37 CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN MỀM CHO HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÀN NUỒI CẤY MÔ SỬ DỤNG ĐÈN LED ............................................... 42 4.1. Lưu đồ thuật toán chương trình của bộ điều khiển ...................................... 42 4.1.1. Lưu đồ thuật toán chương trình ngắt bàn phím ..............................................44 4.1.2. Lưu đồ thuật toán chương trình ngắt đọc giá trị từ mạch đo cường độ sáng .45 4.2. Lưu đồ thuật toán của mạch đo cường độ ánh sáng ..................................... 46 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT ................................................................ 48 5.1. Mục tiêu, nội dung thử nghiệm hệ giàn đèn Led dùng trong nuôi cấy mô .. 48 5.2. Chế tạo bộ điều khiển cường độ sáng cho hệ dàn đèn LED ........................ 48 5.3. Kết quả thực nghiệm và nhận xét ................................................................. 51 5.4. Những khó khăn khi thực hiện đề tài hướng phát triển ............................... 55 KẾT LUẬN ............................................................................................................... 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 58 PHỤ LỤC .................................................................................................................. 60 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Bộ hẹn giờ cơ ................................................................................................... 4 Hình 1-2: Thử nghiệm giàn nuôi cấy mô chiếu sáng bằng LED tại trung tâm Ứng dụng KH&CN Lâm Đồng[1] .................................................................................................... 6 Hình 2-1: Đặc tính Volt-Ampe của đèn LED [2]............................................................. 9 Hình 2-2: Vùng hoạt động của một LED công suất[3]. ................................................. 10 Hình 2-3: Đặc tuyến chi tiết của các bóng LED khác nhau cùng lô sản xuất[3]. .......... 11 Hình 2-4: Đường đặc tuyến của dòng điện và cường độ sáng của LED[3]. .................. 12 Hình 2-5: Đấu nối LEDs[2]............................................................................................ 12 Hình 2-6: Mô tả phương pháp tương tự điều khiển cường độ sáng đèn LED[7] .......... 13 Hình 2-7: Mô tả phương pháp PWM trong điều khiển cường độ sáng đèn LED [7] .... 14 Hình 2-8: Bộ biến đổi Buck cơ bản. (a) Cấu hình bộ biến đổi. (b) Mạch Buck khi van dẫn. (c) Mạch Buck khi van mở. (d) Đồ thị áp và dòng trên cuộn cảm theo thời gian. 15 Hình 2-9: Bộ biến đổi Boost cơ bản: (a) Cấu hình bộ Boost. (b) Mạch Boost khi van dẫn.(c) Mạch Boost khi van mở. (d) Đồ thị áp và dòng trên cuộn cảm theo thời gian.. 17 Hình 2-10: Cấu hình mạch buck-boost cơ bản............................................................... 18 Hình 2-11: Mạch Buck-boost khi: (a) Van dẫn. (b) Van không dẫn. ............................ 18 Hình 3-1: Sơ đồ khối bộ hệ thống điều khiển cho giàn nuôi cấy mô............................. 20 Hình 3-2: Sơ đồ khối bộ điều khiển giàn nuôi cấy mô .................................................. 21 Hình 3-3: Sơ đồ chân của LM2575[8] ........................................................................... 22 Hình 3-4Sơ đồ chân của TLV1117-33[9] ...................................................................... 23 Hình 3-5: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn ........................................................................ 23 Hình 3-6: Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển. .............................................................. 25 Hình 3-7: Sơ đồ nguyên lý khối phím bấm .................................................................... 26 Hình 3-8: LCD graphic 128x64 ..................................................................................... 27 i Hình 3-9: Sơ đồ khối LCD graphic 192x64 ................................................................... 29 Hình 3-10:Sơ đồ chân của BQ32000 [11]...................................................................... 30 Hình 3-11: Sơ đồ khối thời gian thực RTC .................................................................... 31 Hình 3-12: Sơ đồ khối truyền tin RS232 ....................................................................... 32 Hình 3-13: Module cảm biến TSL2561 ......................................................................... 33 Hình 3-14: Sơ đồ khối TSL2561 ................................................................................... 33 Hình 3-15: Sơ đồ nguyên lý mạch đo cường độ sáng .................................................... 34 Hình 3-16: Sơ đồ khối giao tiếp truyền thông RS485 ở mạch đo cường độ ánh sáng... 34 Hình 3-17: Sơ đồ khối RS485 ở bộ điều khiển trung tâm.............................................. 35 Hình 3-18: Sơ đồ phần cứng bộ điều khiển chính.......................................................... 38 Hình 3-19: Sơ đồ chân của họ LM3406[12]. ................................................................. 38 Hình 3-20: Sơ đồ khối LM3406HV ............................................................................... 39 Hình 3-21: Sơ đầu đấu nối, tính toán các thông số mạch. ............................................. 40 Hình 3-22: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển cường độ sáng cho dàn đèn ................... 40 Hình 4-1: Lưu đồ thuật toán chương trình chính của bộ điều khiển .............................. 42 Hình 4-2: Lưu đồ thuật toán chương trình ngắt bàn phím ............................................. 44 Hình 4-3: Chương trình ngắt đọc dữ liệu từ mạch đo cường độ sáng ........................... 45 Hình 4-4: Lưu đồ thuật toán mạch đo cường độ sáng.................................................... 46 Hình 4-5: Lưu đồ thuật toán chương trình ngắt gửi dữ liệu cường độ sáng về bộ điều khiển trung tâm .............................................................................................................. 47 Hình 5-1: Mạch in khối điều khiển chính hệ thống điều khiển giàn đèn LED .............. 49 Hình 5-2: Mạch in khối led driver.................................................................................. 49 Hình 5-3: Mạch in ghép nối LCD .................................................................................. 50 Hình 5-4: Bộ điều khiển trung tâm dàn đèn sau khi đóng gói ....................................... 50 ii Hình 5-5: Sơ đồ ghép nối hệ thống ................................................................................ 51 Hình 5-6: Đồ thị xung PWM với tỉ lệ 50:50 (hình a), 30:70 (hình b)............................ 52 Hình 5-7: Đồ thị dòng điện qua 2 panel LED khi dùng và không dùng mạch mirror current............................................................................................................................. 54 iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Chức năng các chân của LCD192x64 .............................................................. 28 Bảng 3.2: Chức năng các chân của BQ32000 ................................................................... 30 Bảng 5.1: Cường độ dòng điện qua 2 panel LED ............................................................. 53 Bảng 5.2: Cường độ dòng điện qua 2 panel LED sử dụng mạch cân bằng ...................... 54 iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT LED Light Emitting Diode Diode phát quang IC Integrated Circuit Vi mạch tích hợp CCM Continue Current Mode Chế Độ dòng điện liên tục DCM Discontinue Current Mode Chế độ dòng điện gián đoạn DC Direct Current Điện một chiều AC Alternating Current Điện xoay chiều VAC Voltage Alternating Current Điện áp xoay chiều IDE Integrated Drive Electronics VDC Voltage Direct Current Điện áp một chiều v Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Ánh sáng là nguồn năng lượng, là yếu tố quan trọng trong đời sống cây trồng. Từ thế kỷ 19, các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu rất nhiều về tác dụng quang hợp của ánh sáng, về tính hướng quang của cây trồng, về tác dụng quang hình thái và quang kỳ của chiếu sáng. Ngày nay, nông nghiệp công nghệ cao - sạch và bền vững không thể thiếu việc ứng dụng chiếu sáng nhân tạo nhằm điều khiển hoặc bổ sung cho ánh sáng tự nhiên trong quá trình sinh trưởng phát triển của cây trồng.. Hiện nay ở Việt Nam có hàng trăm phòng thí nghiệm nuôi cấy mô để sản xuất cây giống bao gồm cây hoa cảnh, cây lâm nghiệp, cây nông nghiệp. Hiện tại việc chiếu sáng cho các dàn đèn nuôi cấy mô ở Việt Nam chủ yếu sử dụng những nguồn sáng có hiệu suất thấp, tiêu tốn điện năng, việc điều khiển các giàn đèn chủ yếu sử dụng bộ điều khiển on/off hẹn giờ để cài đặt thời gian chiếu sáng cho đèn. Quá trình này phải được thiết lập hàng ngày mà không thể xây dựng thành một chu trình chiếu sáng theo một chu trình phát triển của các giai đoạn nuôi cấy mô Về phổ ánh sáng loại đèn mà các Cơ sở đang sử dụng là các đèn dùng cho mục đích chiếu sáng thông thường có sẵn trên thị trường mà quang phổ có đỉnh ở bước sóng 555nm, chỉ phù hợp với vùng phổ nhạy của mắt người và hoạt động thị giác để nhìn cho rõ. Trong khi đó vùng quang phổ của các loại bóng này lại ít phổ bước sóng màu blue vùng (400nm – 500nm) và Red (600nm – 700nm) là các đỉnh của phổ hấp thụ các chất diệp lục trong cây, vì vậy hiệu suất quang hợp khi sử dụng các loại đèn này rất thấp. Ngoài ra cường độ sáng của từng giàn đèn thường được đặt cố định bằng cách thay đổi số lượng các bóng trong một giàn và không điều khiển được. Điều này gây không ít khó khăn trong việc tiến hành nuôi cấy mô. Xuất phát từ nhu cầu thực tế, tôi đã đề xuất thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ 1 Lời nói đầu “Thiết kế bộ điều khiển cƣờng độ sáng cho hệ dàn đèn LED ứng dụng trong nuôi cấy mô” Dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Hoàng Sĩ Hồng ở bộ môn Bộ môn đo lường và tin học công nghiệp và TS. Nguyễn Phương công tác tại Viện Ứng dụng Công nghệ, Bộ Khoa học và Công nghệ. Luân văn tốt nghiệp của tôi gồm 5 chương: Chương 1: Mở đầu. Chương 2: Các phương pháp điều khiển cường độ sáng của đèn LED. Chương 3: Thiết kế phần cứng hệ thống điều khiển cường độ sáng cho hệ dàn đèn LED. Chương 4: Xây dựng phần mềm cho hệ điều khiển giàn nuôi cấy mô sử dụng đèn LED. Chương 5: Kết quả và đề xuất. Bằng sự cố gắng nỗ lực bản thân và đặc biệt sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của thầy giáo PGS.TS Hoàng Sĩ Hồng và TS. Nguyễn Phương, tôi đã hoàn thành luận văn đúng hạn. Trong quá trình làm luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tôi mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như là các học viên khác để luận văn này hoàn thiện hơn nữa. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Hoàng Sĩ Hồng và TS. Nguyễn Phương, cùng các thầy cô giáo trong trong trường đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian qua. Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên thực hiện Nguyễn Nhƣ Bách 2 Chương 1: Mở đầu CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của luận văn 1.1.1. Tầm quan trọng của chiếu sáng trong nông nghiệp Ánh sáng là nguồn năng lượng, là yếu tố quan trọng trong đời sống cây trồng. Từ thế kỷ 19, các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu rất nhiều về tác dụng quang hợp của ánh sáng, về tính hướng quang của cây trồng, về tác dụng quang hình thái và quang kỳ của chiếu sáng. Ngày nay, nông nghiệp công nghệ cao - sạch và bền vững không thể thiếu việc ứng dụng chiếu sáng nhân tạo nhằm điều khiển hoặc bổ sung cho ánh sáng tự nhiên trong quá trình sinh trưởng phát triển của cây trồng. Ứng dụng công nghệ chiếu sáng nhân tạo trong điều khiển sinh trưởng phát triển thực vật là một hướng nghiên cứu công nghệ cao trong nông nghiệp, tác động của ánh sáng tới quá trình quang hợp - một quá trình sinh lý quan trọng nhất, quyết định đến các hoạt động sống của thực vật. Việc chủ động tác động và tác động có điều khiển quá trình quang hợp của thực vật, sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hấp thụ và biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa, sinh học tích lũy trong các chất hữu cơ để hình thành nên năng suất, chất lượng cây trồng, đem lại hiệu quả kinh tế cao. 1.1.2. Thực trạng các hệ giàn nuôi cấy mô tại Việt Nam Hiện nay ở Việt Nam có hàng trăm phòng thí nghiệm nuôi cấy mô để sản xuất cây giống bao gồm cây hoa cảnh, cây lâm nghiệp, cây nông nghiệp. Riêng tại tỉnh Lâm Đồng đã có tới gần 60 phòng nuôi cấy mô hằng năm cung cấp hàng triệu cây giống cho sản xuất và xuất khẩu. Công ty Công nghệ Sinh học Rừng Hoa Đà Lạt có cơ sở nuôi cấy mô lớn, hiện đại với trên 500 giá nuôi cây (2500 tầng) mỗi đợt cung cấp 20-30 triệu cây giống. Hiện tại việc chiếu sáng cho các dàn đèn nuôi cấy mô ở Việt Nam chủ yếu sử dụng những nguồn sáng có hiệu suất thấp, tiêu tốn điện năng như đèn HQ T10 3 Chương 1: Mở đầu 40W, có nơi đã thay thế bằng đèn HQ T8 – 36W, điện năng có giảm nhưng hiệu quả không cao. Sử dụng balast sắt từ thường tổn hao trên balast lớn (10W ÷ 12W), sinh nhiệt lớn trong quá trình làm việc làm tăng chi phí tiền điện cho máy điều hòa làm mát phòng nhân giống. Việc điều khiển các giàn đèn chủ yếu sử dụng bộ điều khiển on/off hẹn giờ để cài đặt thời gian chiếu sáng cho đèn (Hình 1-1). Quá trình này phải được thiết lập hàng ngày mà không thể xây dựng thành một chu trình chiếu sáng theo một chu trình phát triển của các giai đoạn nuôi cấy mô. Hình 1-1: Bộ hẹn giờ cơ Hơn nữa đèn lắp trên các giá nuôi cây mô hiện nay lại không sử dụng chao chụp, ánh sáng do đèn phát ra hướng ra mọi phía, không có chao chụp tập trung ánh sáng vào bề mặt đặt các giống cây (bề mặt cần chiếu sáng) vì vậy hiệu suất chiếu sáng của đèn càng thấp, phần ánh sáng hữu ích chiếu xuống bình nuôi cấy chỉ đạt 30 ÷ 35%, điều này là rất lãng phí. Về phổ ánh sáng loại đèn mà các Cơ sở đang sử dụng là các đèn dùng cho mục đích chiếu sáng thông thường có sẵn trên thị trường mà quang phổ có đỉnh ở bước sóng 555nm, chỉ phù hợp với vùng phổ nhạy của mắt người và hoạt động thị giác để nhìn cho rõ. Hiệu suất sáng của đèn huỳnh quang T10 vốn đã thấp, quang phổ lại ít 4 Chương 1: Mở đầu phổ bước sóng màu blue vùng (400nm – 500nm) và Red (600nm – 700nm) là các đỉnh của phổ hấp thụ các chất diệp lục trong cây, vì vậy hiệu suất quang hợp khi sử dụng các loại đèn này rất thấp. Ngoài ra cường độ sáng của từng giàn đèn thường được đặt cố định bằng cách thay đổi số lượng các bóng trong một giàn và không điều khiển được. Điều này gây không ít khó khăn trong việc tiến hành nuôi cấy mô, vì mỗi giàn nuôi cấy mô thường được thiết kế thành tầng (4 đến 6 tầng) và mỗi tầng lại được dùng để nuôi cấy mô của một loại cây khác nhau. Từ đó dẫn đến cường độ chiếu sáng cho từng tầng trong một thời điểm có thể khác nhau hoặc ngay ở một tầng cũng cần có cường độ chiếu sáng khác nhau với từng giai đoạn và từng loại cây trồng. Cuối cùng là việc hiển thị các thông số về cường độ sáng hiện tại của đèn, lưu trữ, xuất dữ liệu phục vụ công tác nghiên cứu báo cáo như thời gian chiếu sáng trong một ngày, cường độ chiếu sáng tại các thời điểm đều được làm thủ công. Không thể theo dõi kịp thời thường xuyên thông số về cường độ sáng hiện tại trong giàn nuôi cấy mô. Do vậy, việc Nghiên cứu “Thiết kế bộ điều khiển cƣờng độ sáng cho hệ dàn đèn LED ứng dụng trong nuôi cấy mô” là cần thiết. 1.1.3. Giới thiệu về việc ứng dụng đèn led trong nuôi cấy mô Hầu hết các nguồn chiếu sáng sử dụng trong nghiên cứu nuôi cấy mô tế bào thực vật đều sử dụng đèn huỳnh quang (thiết bị phục vụ chiếu sáng cho con người). Tuy nhiên, vùng quang phổ phát ra từ chúng rất rộng, không phải là ngưỡng thích hợp ở một số loài thực vật. Gần đây, LED phát triển như nguồn chiếu sáng cho cây trồng bởi chúng có bước sóng xác định, thể tích và khối lượng nhỏ, cấu trúc đặc, tuổi thọ cao và ít tỏa nhiệt. Ngoài ra, đèn led còn giúp tiết kiệm điện năng. Đèn huỳnh quang sử dụng trong nuôi cấy mô tiêu tốn khoảng 30 - 40% điện tiêu thụ, trong các xí nghiệp tạo giống cây trồng đến 82% điện tiêu thụ. Sử dụng đèn led thay thế đèn huỳnh quang sẽ giảm đáng kể điện tiêu thụ. Trong các xí nghiệp trồng cây, 5 Chương 1: Mở đầu 1m2 diện tích cây trồng tiêu thụ 0,5KW điện, nếu dùng đèn led chỉ cần 0,27KW điện. Hiện nay có nhiều trung tâm, các viện nghiên cứu đã nghiên cứu và áp dụng các hệ thống giàn nuôi cấy mô chiếu sáng bằng LED như ở trung tâm Ứng dụng KH&CN Lâm Đồng (Hình 1-2), Trung tâm phát triển công nghệ cao – Viện Hàn Lâm khoa học công nghệ hay công ty Rạng Đông. Hình 1-2: Thử nghiệm giàn nuôi cấy mô chiếu sáng bằng LED tại trung tâm Ứng dụng KH&CN Lâm Đồng[1] Qua những phân tích, đánh giá trên ta thấy rằng Luận văn “Thiết kế bộ điều khiển cƣờng độ sáng cho hệ dàn đèn LED ứng dụng trong nuôi cấy mô” là cần thiết làm chủ bộ điều khiển cho giàn đèn nâng cao hiệu quả kinh tế. 1.2. Mục đích nghiên cứu Thiết kế bộ điều khiển cường độ sáng cho hệ dàn đèn LED ứng dụng trong nuôi cấy mô có các chức năng như sau :  Điều khiển cường độ sáng của từng panel đèn LED trong một giàn. 6 Chương 1: Mở đầu  Đo và hiển thị cường độ sáng.  Cài đặt cường độ sáng theo chương trình.  Dễ dàng mở rộng ngoại vi và có khả năng truyền dự liệu lên máy tính. 1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu  Ứng dụng LED trong nuôi cấy mô.  Phạm vi nghiên cứu  Luận văn nghiên cứu đặc điểm, và các phương pháp điều khiển độ sáng của bóng đèn LED từ đó ứng dụng cho nuôi cấy mô. 1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu Luận văn thiết kế bộ điều khiển đèn LED dùng cho nuôi cấy mô dựa trên việc nghiên cứu, ứng dụng kĩ thuật nhúng và việc thiết kế hệ thống điều khiển Xây dựng một mô hình thực nghiệm điều khiển độ sáng cho giàn nuôi cấy mô để đánh giá sự hiệu quả và tính đúng đắn của thiết kế. 1.5. Những vấn đề cần đạt đƣợc của luận văn - Tìm hiểu về ứng dụng LED trong nuôi cấy mô. - Tìm hiểu phương pháp điều khiển đèn LED công suất. - Thiết kế mạch điều khiển, mạch đo cường độ sáng của LED. - Chế tạo sản phẩm thử nghiệm 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ điều khiển cường độ sáng cho đèn LED dùng trong nuôi cấy mô mang lại cho cá nhân người thực hiện những kiến thức khoa học bổ ích về các phương pháp điều chỉnh cường độ sáng của đèn LED, việc ứng dụng kĩ thuật nhúng vào việc thiết kế chế tạo bộ điều khiển cường độ sáng cho đèn LED. Thành công của luận văn hướng tới việc chế tạo bộ điều khiển cường độ sáng cho đèn LED giúp cho việc nuôi cấy mô hiệu quả và tiết kiệm năng lượng hơn 7 Chương 1: Mở đầu mà các hệ thống nuôi cấy mô hiện tại chưa đáp ứng được góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế trong ngành nông nghiệp của Việt Nam. 8 Chương 2: Tổng quan điều khiển cường độ sáng của đèn LED CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN ĐIỀU KHIỂN CƢỜNG ĐỘ SÁNG CỦA LED 2.1. Nguyên lý hoạt động và đặc tính của LED 2.1.1. Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động của LED về bản chất cũng tương tự như các loại Diode bán dẫn khác và có đường đặc tính Volt-Ampe như Hình 2-1. Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn. Tùy vào từng loại LED mà điện áp phân cực thuận khác nhau. Đối với LED thường thì điện áp phân cực thuận khoảng 1,5V đến 2,5V; còn đối với LED siêu sáng thì điện áp phân cực thuận có thể lên tới 5V. Hình 2-1: Đặc tính Volt-Ampe của đèn LED [2]. Khi LED hoạt động bình thường thì cường độ dòng điện từ 10mA đến 50mA, còn với LED siêu sáng thì cường độ dòng điện có thể lên tới hơn 1A tùy vào cấu tạo thiết kế. 9