ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐỘ ẨM VÀ LỌC KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ

Độ thoải mái trong quá trình sử dụng ô tô luôn là ưu tiên hàng đầu của các hãng xe ô tô. Hệ thống điều hòa ra đời đã đáp ứng được phần nào. Với các hệ thống điều hòa thông minh, người sử dụng luôn được thoải mái bởi nhiệt độ trong xe luôn ổn định dù nhiệt độ môi trường luôn thay đổi. Tuy nhiên, bên cạnh yếu tố về nhiệt độ thì độ ẩm không khí lại không đáp ứng được cho hệ thống hô hấp của con người. Nghiên cứu thiết kệ hệ thống tự động điều chỉnh độ ẩm và lọc không khí bằng phương pháp ion hóa trên ô tô. Đồ án sử dụng phần mềm proteus để xây dựng mô hình mô phỏng

1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI  - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ Ô TÔ NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐỘ ẨM VÀ LỌC KHƠNG KHÍ TRÊN Ơ TƠ CBHD: TS Phạm Minh Hiếu Sinh viên: Nguyễn Tiến Hải Mã số sinh viên: 2018600170 Hà Nội – Năm 2022 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo Phạm Minh Hiếu người tận tình hướng dẫn, bảo em suốt q trình hồn thiện đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường Đại học Công nghiệp Hà Nội nói chung, thầy Khoa Cơng nghệ tơ nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương mơn chun ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn ba, mẹ bạn bè, tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt q trình học tập hồn thành đồ án tốt nghiệp Với điều kiện thời gian kinh nghiệm hạn chế học viên, đồ án tránh thiếu sót Em mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy để tơi có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức mình, phục vụ tốt công tác thực tế sau Em cố gắng trình thực đề tài trình làm đồ án tốt nghiệp khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận góp ý quý báu thầy cô khoa để em rút kinh nghiệm kết em hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày 12 Tháng Năm 2022 Sinh viên Nguyễn Tiến Hải MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Độ thoải mái q trình sử dụng tơ ln ưu tiên hàng đầu hãng xe ô tô Hệ thống điều hòa đời đáp ứng phần Với hệ thống điều hịa thơng minh, người sử dụng thoải mái nhiệt độ xe ổn định dù nhiệt độ môi trường thay đổi Tuy nhiên, bên cạnh yếu tố nhiệt độ độ ẩm khơng khí lại khơng đáp ứng cho hệ thống hô hấp người Mục đích đồ án nghiên cứu thiết kệ hệ thống tự động điều chỉnh độ ẩm lọc khơng khí phương pháp ion hóa tô Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu mô hệ thống tự động điều chỉnh độ ẩm lọc khơng khí tơ Phương pháp nghiên cứu Đề tài hình thành dựa phương pháp thu thập tài liệu, phân tích thực mơ lại hệ thống Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Đưa nguyên lý khiển hệ thống điều chỉnh độ ẩm tự động - Mô đưa nguyên lý hệ thống điều chỉnh độ ẩm lọc khơng khí tơ Kết cấu nội dung Nội dụng đồ án gồm phần với kết cấu theo chương sau: Chương Tổng quan hệ thống phun sương Chương Giới thiệu hệ thống cảm biến độ ẩm nhiệt độ kết hợp với hệ thống phun sương Chương Tác động đề tài đến xe người sử dụng (Các tiêu chí đánh giá) Chương Xây dựng mơ hình tốn học mơ MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỞ ĐẦU .ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC HÌNH ẢNH .vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHUN SƯƠNG 1.1 Công dụng yêu cầu 1.2 Đặc điểm kết cấu 1.3 Phân loại máy phun sương .3 1.3.1 Phân loại theo nguyên lý tạo độ ẩm 1.3.2 Phân loại dựa theo tính tiện dụng .4 1.3.3 Ưu nhược điểm loại máy phun sương CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG CẢM BIỂN ĐỘ ẨM VÀ NHIỆT ĐỘ KẾT HỢP HỆ THỐNG PHUN SƯƠNG .8 2.1 Cấu tạo hệ thống 2.1.1 Các linh kiện 2.1.2 Cấu tạo mạch .10 2.1.3 Arduino Uno R3 11 2.1.3.1 Giới thiệu: 11 2.1.3.2 Thông số kỹ thuật Arduino board 14 2.1.4 Cảm biến nhiểt độ, độ ẩm DHT 11 .15 2.1.4.1 Giới thiệu: 15 2.1.4.2 Thông số kỹ thuật: 16 2.1.5 Động Servo SG90 17 2.1.5.1 Giới thiệu: 17 2.1.5.2 Thông số kỹ thuật: 18 2.1.6 Mạch phun sương .21 2.1.6.1 Giới thiệu: 21 2.1.6.2 Thông số kỹ thuật: 22 2.1.7 Bộ lọc khơng khí Ion âm 23 2.1.7.1 Giới thiệu: 23 2.1.7.2 Thông số kỹ thuật: 24 CHƯƠNG 3: .TÁC ĐỘNG CỦA ĐỀ TÀI ĐẾN XE, NGƯỜI SỬ DỤNG VÀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ 26 3.1 Ảnh hưởng độ ẩm thể người .28 3.2 Ảnh hưởng độ ẩm độ bền xe an toàn 30 3.3 Chỉ tiêu đánh giá độ ẩm phù hợp 30 3.3.1 Đánh giá độ ẩm ô tơ dựa giá trị nhiệt độ trung bình độ ẩm trung bình 30 3.3.2 Độ ẩm tuyệt đối cabin ô tô ảnh hưởng hành khách ô tô độ ẩm cabin ô tô 31 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC VÀ MƠ PHỎNG 33 4.1 Công cụ mô .33 4.1.1 Phần mềm Proteus .33 4.1.2 Phần mềm CodeVisionAVR 36 4.1.3 Phần mềm lập trình Arduino IDE 39 4.2 Mơ hình tốn học 41 4.2.1 Cơ sở lý thuyết .41 4.2.1.1 Chỉ số nhiệt độ độ ẩm 43 4.2.2 Sơ đồ khối 44 4.2.3 Sơ đồ mạch mô 45 4.3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .46 4.3.1 Mạch điều khiển 46 4.3.2 Mối quan hệ độ ẩm nhiệt độ theo thời gian 47 4.4 Kết luận 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO .49 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hệ thống phun sương ô tô Hình 1.2: Kết cấu hệ thống phun sương Hình 1.3 Máy tạo độ ẩm hoạt động nhiệt Hình 1.4 Máy tạo ẩm sóng siêu âm Hình 1.5 Máy tạo ẩm lọc khơng khí Hình 1.6 Máy tạo độ ẩm kết hợp phun tinh dầu Hình 2.1 Adruino cảm biến DHT11 10 Hình 2.2 Adruino hình LCD 10 Hình 2.3 Hình 1.1 Mạch điều khiển Arduino UNO R3 11 Hình 2.4 ATmega328P 12 Hình 2.5 Các chân pin nhận tín hiệu 12 Hình 2.6 Cổng kết nối nối nguồn 13 Hình 2.7 Tổng quan chân kết nối 13 Hình 2.8 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT 11 .16 Hình 2.9 Các chân kết nối DHT 11 .17 Hình 2.10 Động Servo SG90 17 Hình 2.11 Thơng số thiết kế chân kết nối SG90 .19 Hình 2.12 Mạch phun sương 21 Hình 2.13 Mặt mạch phun sương 22 Hình 2.14 Các chân phận mạch phun sương 22 Hình 2.15 Bộ tạo Ion âm 23 Hình 2.16 Hình ảnh mơ ion vi khuẩn, virus nấm mốc 24 Hình 2.17 Chi tiết chân tạo Ion 25 Hình 3.1 Ảnh hưởng độ ẩm tới thể người 28 Hình 4.1 Phần mềm Proteus Professional 33 Hình 4.2 Giao diện phần mềm Proteus 34 Hình 4.3 Mạch điều khiển tốc độ động DC dùng Mosfet 35 Hình 4.4 Mơ mạch hiển thị độ ẩm nhiệt độ .35 Hình 4.5 Vẽ mạch in Proteus 36 Hình 4.6 Phần mềm CodeVisionAVR (phiên 3.12) 36 Hình 4.7 Giao diện làm việc CodeVisionAVR 38 Hình 4.8 Arduino IDE 39 Hình 4.9 Giao diện làm việc Arduino IDE .40 Hình 4.10 Sơ đồ khối hệ thống .45 Hình 4.11 Mạch mô Proteus .46 Hình 4.12 Mạch xây dựng thực tế .46 Hình 4.13 Mối quan hệ độ ẩm nhiệt độ theo thời gian 47 Hình 4.14 Nguyên mẫu thử nghiệm .48 DANH MỤC BẢNG BIỂ Bảng 2.1 Ưu điểm hệ thống phun sương tự động Bảng 2.2 Các linh kiện 10 Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật Arduino 15 Bảng 4.1 Bảng độ ẩm cực đại A khơng khí 44 39 Hình 4.29 Vẽ mạch in Proteus 4.1.2 Phần mềm CodeVisionAVR Hình 4.30 Phần mềm CodeVisionAVR (phiên 3.12) CodevisionAVR trình biên dịch chéo C, mơi trường phát triển tích hợp tạo chương trình tự động thiết kế cho họ vi điều khiển AVR Atmel Nó thiết kế 40 để chạy hệ điều hành Windows XP, Vista, 7, 10, 32 bit 64 bit Mơi trường phát triển tích hợp (IDE) tích hợp sẵn phần mềm AVR Chip In-System Programmer cho phép tự động chuyển chương trình sang chip vi điều khiển sau biên dịch / lắp ráp thành công Phần mềm In-System Programmer thiết kế để hoạt động với Atmel STK500, STK600, AVRIPS, AVRIPS Mkll, AVR Dragon, JTAGICE Mkll, JTAGICE 3, Atmel-ICE, EDBG, mEDBG, AVRProg (ghi ứng dụng AVR910), USBASP, Bảng phát triển Kanda Systems STK200 + +, STK300, Arduino, Dontronics DT006, Vogel Elektronik VTEC-ISP, Futurlec JRAVR MicroTronics 'ATCPU, Mega2000 Bên cạnh thư viện tiêu chuẩn C, CodevisionAVR cịn có thư viện dành riêng cho: Alphanumeric LCD modules Philips I2C bus National Semiconductor LM75 Temperature Sensor Philips PCF8563, PCF8583, Maxim/Dallas Semiconductor DS1302 and DS1307 Real Time Clocks Maxim/Dallas Semiconductor Wire protocol Maxim/Dallas Semiconductor DS1820, DS18S20 and DS18B20 Temperature Sensors Maxim/Dallas Semiconductor DS1621 Thermometer/Thermostat Maxim/Dallas Semiconductor EEPROMs SPI TWI for ATxmega chips Power management DS2430 and DS2433 41 Delays Gray code conversion MMC/SD/SD HC FLASH memory cards low level access FAT acces on MMC/SD/SD HC FLASH memory cards CodevisionAVR bao gồm tạo chương trình tự động CodeWizardAVR, nơi cho phép bạn viết chương trình đơn giản chi vài phút, gồm hàm sau: Thiết lập truy cập nhớ Chip reset source identification Khởi tạo cổng Output/Input Khởi tạo ngắt (External Interrputs) Khởi tạo Timers/Counters Khởi tạo Watchdog Timer Khởi tạo USART (UART) Khởi tạo Analog Comparator Khởi tạo ADC Khởi tạo giao diện SPI Khởi tạo giao diện Wire Khởi tạo giao diện CAN I2C bus, sensor LM75, DS1621 nhiệt kế/nhiệt độ PCF8563, PCF8583, DS1302, DS1307 khởi tạo đồng hồ thời gian thực Khởi tạo bus dây DS1820/DS18S20 Khởi tạo module LCD cảm biến nhiệt độ 42 Hình 4.31 Giao diện làm việc CodeVisionAVR CodevisionAVR IDE bao gồm cửa sổ:        Code Navigator Code Information Function Call Tree Cửa sổ lập trình Code templates Clipboard History Messages 4.1.3 Phần mềm lập trình Arduino IDE  Giới thiệu Arduino IDE 43 Hình 4.32 Arduino IDE IDE (Integrated Development Environment) viết tắt "Mơi trường phát triển tích hợp": phần mềm thức giới thiệu Arduino.cc, chủ yếu sử dụng để chỉnh sửa, biên dịch tải lên mã Thiết bị Arduino Hầu hết tất mơ-đun Arduino tương thích với phần mềm  Định nghĩa Arduino IDE: Arduino IDE phần mềm mã nguồn mở chủ yếu sử dụng để viết biên dịch mã vào Mơ-đun Arduino Nó phần mềm Arduino thức, làm cho việc biên dịch mã trở nên dễ dàng đến mức mà người bình thường khơng có kiến thức kỹ thuật trước tự tìm hiểu bắt đầu lập trình Một số mơ-đun Arduino có sẵn bao gồm: Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Leonardo, Arduino Micro nhiều mô-đun khác Mỗi mô-đun số chứa vi điều khiển bo mạch lập trình tiếp nhận thơng tin dạng mã (code) Mã 44 (maincode), cịn gọi “sketch” (bản phác thảo), tạo tảng IDE tạo tệp Hex, sau chuyển tải lên điều khiển board Môi trường IDE chủ yếu chứa hai phần bản: Trình chỉnh sửa Trình biên dịch, nơi trước sử dụng để viết mã yêu cầu sau sử dụng để biên dịch tải mã lên Môđun Arduino định Môi trường hỗ trợ cho ngơn ngữ C C++ Hình 4.33 Giao diện làm việc Arduino IDE 4.2 4.2.1 Mô hình tốn học Cơ sở lý thuyết o Cơng thức tính độ ẩm tuyệt đối : AH = Trong đó: 45  AH xem độ ẩm tuyệt đối lượng thể tích khơng khí xét  m khối lượng nước chứa lượng thể tích xét  V thể tích hỗn hợp khí chứa lượng nước o Cơng thức tính độ ẩm tương đối: RH = 100 % Trong đó:  RH gọi độ ẩm khơng khí tương đương  ep áp suất riêng nước  es áp suất nước cân Độ ẩm tương đối hỗn hợp nước–khí định nghĩa tỷ lệ áp suất riêng phần nước áp suất bão hòa nước nhiệt độ, thể tỷ lệ phần trăm:[2] Độ ẩm tương đối thường biểu thị phần trăm; khơng khí ẩm, độ ẩm tương đối cao Khi độ ẩm tương đối đạt 100%, khơng khí bão hịa nước điểm sương Độ ẩm tương đối khác với độ ẩm tuyệt đối – định nghĩa khối lượng nước có m3 khơng khí Độ ẩm tuyệt đối chưa cho biết mức độ ẩm khơng khí nhiệt độ thấp nước khơng khí dễ đạt trạng thái bão hịa Do vậy, để mơ tả mức độ ẩm khơng khí, người ta dùng độ ẩm tương đối Độ ẩm tương đối đo thiết bị đo độ ẩm, gọi ẩm kế Bài tốn đặt : Hãy tính nhiệt độ độ ẩm thoải mái với "chỉ số khó chịu" Có "chỉ số khó chịu" số thể cân nhiệt độ độ ẩm mà bạn cảm thấy thoải mái Cơ quan Khí tượng sử dụng "chỉ số khó chịu" làm số nhiệt độ ẩm tính nhiệt độ độ ẩm Ngồi ra, Hiệp hội Khí tượng Nhật Bản đưa mức độ "nhỏ 70, 70-74, 75-79, 80-84, 85 hơn", hầu hết 46 người cảm thấy khó chịu số khó chịu từ 80 trở lên Cơng thức tính "chỉ số khó chịu" Chỉ số khó chịu = 0,81 x nhiệt độ +0,01 x độ ẩm x (0,99 x nhiệt độ-14,3) +46,3 Theo cơng thức trên, 80.387 nhiệt độ 28 ° C độ ẩm 85%, 80.610 nhiệt độ 30 ° C độ ẩm 65% 4.2.1.1 Chỉ số nhiệt độ độ ẩm Bảng 4.1 : Chỉ số nhiệt độ độ ẩm Bảng cho biết với mức nhiệt độ độ ẩm cảm thấy thoải mái Đây bảng số liệu thống kê đánh giá thoải mái oi người môi trường độ ẩm nhiệt độ 47 Giải tốn Áp dụng cơng thức độ ẩm tỉ đối (độ ẩm tương đối): f=aAf=aA Công thức tính độ ẩm tuyệt đối: a = f.A Khối lượng nước: m = a.V = f.A.V (trong V thể tích (m3)) Bảng 4.2 Bảng độ ẩm cực đại A khơng khí 4.2.2 Sơ đồ khối Ngun lý làm việc kết nối cảm biến độ ẩm với hệ thống Arduino, kết nối với yêu cầu điện tử khác liệt kê hình Đo độ ẩm xe đo thơng qua cảm biến sau thông tin từ 48 cảm biến truyền cho hệ thống theo máy phun sương ion kết nối kiểm soát Khi mức độ ẩm xe nằm giới hạn cài đặt, lệnh truyền đến mô-đun rơle hoạt động công tắc bật máy bơm nước Một độ ẩm vượt lên để đặt giới hạn máy dừng hoạt động Cung cấp lượng cần thiết để cung cấp lượng cho hệ thống điện áp nằm khoảng từ đến 12 volt Hình 4.34 Sơ đồ khối hệ thống 4.2.3 Sơ đồ mạch mơ 49 Hình 4.35 Mạch mơ Proteus 4.3 4.3.1 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Mạch điều khiển 4.36 Mạch xâymạch dựng thực tế UNO sau Hệ thống điềuHình khiển sử dụng Arduino nhận tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ cảm biến độ ẩm xe phần mềm phân tích Sau đó, hệ thống 50 chuyển lệnh đến hình LCD 16x2 để thị giá trị nhiệt độ độ ẩm lên hình LED Đồng thời, lệnh gửi đến máy phun sương bật tắt theo giá trị thiết lập 4.3.2 Mối quan hệ độ ẩm nhiệt độ theo thời gian Hình 4.37 Mối quan hệ độ ẩm nhiệt độ theo thời gian Hình số trình bày kết thu cảm biến nhiệt độ độ ẩm hệ thống Trước xe vận hành, nhiệt độ xe cao nhiệt độ môi trường Sau thời gian vận hành, nhiệt độ xe khoảng 24-25o C độ ẩm trì khoảng 79-75% Đây là, nhiệt độ đảm bảo sức khỏe thoải mái cho người lái xe Hình 4.38 Nguyên mẫu thử nghiệm 51 4.4.Kết luận Kết thử nghiệm cho thấy: hệ thống bắt đầu hoạt động, độ ẩm xe thấp 30% Cảm biến xác định độ ẩm giảm gửi tín hiệu xử lý để điều khiển máy phun sương lọc ion hoạt động Khi đó, hình LCD hiển thị giá trị nhiệt độ độ ẩm Bên cạnh đó, việc có thêm đèn cảnh báo giúp người dùng dễ dàng theo theo dõi Khi đèn thị màu xanh độ ẩm 30%, máy tự động phun sương đèn thị màu đỏ cảnh báo độ ẩm cao 70% Chế độ sấy bật để tránh gây ẩm mốc hư hại thiết bị điện tử xe 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Jørn Toftum; Anette S Jørgensen; P.O Fanger,1998 Upper limits for indoor air humidity to avoid uncomfortably humid skin Energy and Buildings volume 28, issue [2] Jørn Toftum; Anette S Jørgensen; P.O Fanger,1998 Upper limits of air humidity for preventing warm respiratory discomfort Energy and Buildings volume 28, issue [3] Simone Aquino, 2018 Analysis of fungal contamination in vehicle air filters and their impact as a bioaccumulator on indoor air quality Air Quality Atmosphere & Health [4] Sonali Kesarwania, Devesh Mishrab, Anshuka Srivastvaa, K.K Agrawal, 2019 Design and Development of Automatic Soil Moisture Monitoring with Irrigation System for Sustainable Growth in Agriculture International Conference on Sustainable Computing in Science, Technology & Management [5] Hriday Chawla, Praveen Kumar, 2019 Arduino based automatic water planting system using soil moisture sensor International Conference on Advances in Engineering Science Management & Technology (ICAESMT) [6] E H Helmi guntoro, Yoyo Somantri, 2013 Rancang Bangun Magnetic Door Lock Menggunakan Keypad Dan Solenoid Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno Electrans, vol 12, no 1, pp 39–48 [7] S Sirait, S K Saptomo, M Yanuar, and J Purwanto, 2015 Rancang Bangun Sistem 53 ... tiêu đánh giá độ ẩm phù hợp 30 3.3.1 Đánh giá độ ẩm ô tô dựa giá trị nhiệt độ trung bình độ ẩm trung bình 30 3.3.2 Độ ẩm tuyệt đối cabin ô tô ảnh hưởng hành khách ô tô độ ẩm cabin ô tô 31... phân tích thực mô lại hệ thống Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Đưa nguyên lý khiển hệ thống điều chỉnh độ ẩm tự động - Mô đưa nguyên lý hệ thống điều chỉnh độ ẩm lọc khơng khí tô Kết cấu nội... nhiệt độ môi trường thay đổi Tuy nhiên, bên cạnh yếu tố nhiệt độ độ ẩm khơng khí lại khơng đáp ứng cho hệ thống hô hấp người Mục đích đồ án nghiên cứu thiết kệ hệ thống tự động điều chỉnh độ ẩm lọc