Thiết kế, chế tạo mô hình tàu gom rác cỡ nhỏ

1 HỘI NGHỊ TỔNG KẾT HOẠT ĐỘNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHÓA HỌC VÀ NHÓM SRT NĂM HỌC 2019-2020THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH TÀU GOM RÁC CỠ NHỎ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DESIGNING, MANUFACTURIN

1 HỘI NGHỊ TỔNG KẾT HOẠT ĐỘNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHÓA HỌC VÀ NHÓM SRT NĂM HỌC 2019-2020

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH TÀU GOM RÁC CỠ NHỎ

SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

DESIGNING, MANUFACTURING SMALL GARBAGE COLLECTION BOATS

USING SOLAR ENERGY

SVTH: Lê Văn Nguyên 1 , Lê Văn Thuận 1 , Ngô Thành Nhân 2

1 Lớp 17OTO1, Khoa Cơ khí, 2 Lớp 19DL2, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng

GVHD: ThS.GVC Nguyễn Lê Châu Thành

Khoa Cơ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt - Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu, thiết kế

và chế tạo “Mô hình tàu gom rác cỡ nhỏ sử dụng năng lượng mặt

trời” nhằm giải quyết vấn đề về tiết kiệm thời gian, công sức, chi

phí thuê nhân công cho người sử dụng và có thể hoạt động ở

môi trường trên bề mặt nước Mô hình được thiết kế theo hình

dáng chữ U ngược, có túi đựng rác đặt phía trong có thể dễ dàng

thay thế Kết hợp với hai mô tơ DC12V (18000RPM DC-775), tạo

lực đẩy giúp thiết bị có thể di chuyển dễ dàng trên mặt nước,

cùng với camera quan sát đặt phía trước mô hình giúp người

điều khiển có thể đễ dàng quan sát khi khuất tầm nhìn và hệ

thống đèn cánh báo va chạm để tránh các phương tiện dưới

nước khác.

Abstract - This report represents the result of a study on

design and manufacture of " Model of a small garbage collection vessel using solar energy " with the purpose of dealing with the issues about saving time, energy, spending on paying a rent for staffs and being able to operate in the enviroment on the surface water The model is designed in the shape of an inverted U, with

an inside garbage bag that can be easily replaced Combined with two 12VDC (18000RPM DC-775) motors to create thrust, the device can be easily moved on the surface water , with the camera placed in front of the model to help the operator easily observe when out of sight and a collision warning light system to avoid other underwater vehicles.

Từ khóa - Thuyền thu gom rác thải; mô hình thu gom rác

thải; thu gom rác thải nổi trên nước; tàu gom rác trên mặt nước;

mô hình tàu gom rác cỡ nhỏ …

Key words - Boat of collecting garbage; a model of collecting

garbage; collecting garbage on the surface water; garbage collection vessel on the water; garbage collection boat model …

1 Đặt vấn đề

Trên các tuyến đường làng hay xã, huyện, thành thị có

nhiều đoạn hai bên đường có vô số những đống rác thải

do những người dân sinh sống gần đây đổ ra và tạo thành

từng đống, các kênh mương cũng không ngoại lệ, nhiều

nơi rác thải được đổ trôi lềnh bềnh trên mặt nước với mật

độ càng ngày càng nhiều

Hình 1: Tình trạng rác thải sinh hoạt tràn ngập nhưng chưa

có biện pháp xử lý hiệu quả.

Những bãi rác như thế này chủ yếu là do người dân tự

tạo ra vì do ý thức của người dân vẫn còn hạn chế, họ

chưa ý thức rõ được tác hại của việc mình làm Ở nhiều

vùng nông thôn còn vẫn chưa có bãi rác tập trung và cũng

không có người đi thu gom rác

Rác thải được vứt ở mọi nơi, thậm chí là ngay ở đầu

nguồn nước Đối với thành phố, đô thị thì lượng rác thải

hàng ngày khá lớn, do đã có hệ thống thu gom và xử lý

rác cho nên tình trạng ô nhiễm do rác thải có phần được

cải thiện song vẫn còn gây ô nhiễm môi trường

Hình 2: Thu gom rác thải trên biển ở Ninh Thuận

Về tình trạng ô nhiễm nước ở vùng nông thôn và các khu vực sản xuất nông nghiệp ngày càng cao Điều đó là

do cơ sở hạ tầng ở vùng nông thôn còn lạc hậu, đa phần chất thải của gia súc và con người đều không được xử lý làm cho tình trạng ô nhiễm nguồn nước ngày càng tái diễn [1]

2 Thiết kế và chế tạo

“Mô hình tàu gom rác cỡ nhỏ sử dụng năng lượng mặt trời” được thiết kế, chế tạo nhằm tiết kiệm thời gian, giảm chi phí nhân công vệ sinh thu gom rác trên bề mặt ao hồ, kênh, rạch có các chức năng sau:

 Có thể di chuyển dễ dàng trên bề mặt nước (tiến, lùi, rẽ phải, rẽ trái) và vừa thu gom rác

 Có thể điều khiển mô hình từ xa bằng một bộ thu-phát sóng dùng tần số 2.4GHz cùng với một camera quan sát đặt phía trước mô hình và có thể truyền hình ảnh trực tiếp về điện thoại thông qua phần mềm SYMA-FPV

Lê Văn Nguyên, Lê Văn Thuận, Ngô Thành Nhân 2

 Có túi dựng rác có thể dễ dàng thay thế;

 Có đèn cảnh báo để các phương tiện trên mặt nước

khác có thể dễ dàng thấy và tránh ra

 Có sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời, có thể

làm việc trong thời gian dài không sợ hết điện

Sơ đồ khối của “Mô hình tàu gom rác cỡ nhỏ sử dụng

năng lượng mặt trời” được trình bày trong hình 3:

Hình 3: Sơ đồ khối “Mô hình tàu gom rác cỡ nhỏ sử dụng

năng lượng mặt trời”

2.1 Bộ thu - phát sóng (TX-RX)

Hình 4: Bộ thu – phát sóng điêu khiển độc lập 3 kênh

Bộ Bộ thu – phát sóng điều khiển độc lập 3 kênh có 1

tay điều khiển (TX) với các thông số kỹ thuật như sau:

 Sử dụng điện áp 1.5V

 Có thể điều khiển độc lập 3 kênh dùng sóng

2.4GHz

 Tầm xa: 50-100m

 Kích thước nhỏ gọn: 155mm x130mm

 Cùng với mạch nhận sóng (RX):

 Kích thước: 55mm x 36.5mm

 sử dụng điện áp 6-15V

 Dòng điện ra ba kênh đều là 5V-150mAh

2.2 Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời (Solar

Charge Controller)

Hình 5: Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời 30A

Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời được sử dụng

để điều khiển tối ưu quá trình sạc Acquy từ Pin năng

lượng mặt trời, giúp quá trình sạc luôn đạt hiệu suất cao

nhất Đồng thời bộ sạc còn bảo vệ tấm pin mặt trời và Acquy trong quá trình sử dụng

 Điện áp định mức: 12V/24V

 Dòng nạp/xả: 30A

 Đâu ra USB: 5V/2A Max

 Công suất: 390W (12V) – 780W (24V)

 Kích thước: 150mm x 78mm x 35mm

 Trọng lượng: 150g

 Màn hình hiển thị: LCD

2.3 Tấm pin năng lượng mặt trời (Solar Panel-PTTYN)

Hình 6: Tấm Pin năng lượng mặt trời 20W

Tấm pin năng lượng mặt trời là thiết bị sử dụng nguồn chiếu sáng của mặt trời để tạo ra nguồn điện, có khả năng cung cấp điện cho các thiết bị khác

 Công suất (Pmax): 20W

 Điện áp (Amp): 18V

 Điện áp hở mạch (Voc): 21.6V

 Dòng ngắn mạch (Isc): 1.16A

 Dòng danh định (Isc): 1.16A

 Kích thước: 450mm x 350mm x 17mm

 Trọng lượng: 1,7kg

2.4 Module điều khiển động cơ L298N

Hình 7: Module L298N

Module điều khiển động cơ (Motor Driver) sử dụng chip cầu H L298N giúp điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ DC một cách dễ dàng, ngoài ra module L298N còn điều khiển được 1 động cơ bước lưỡng cực Mạch cầu H của IC L298N có thể hoạt động ở điện áp từ 5V đến 35V

Module L298N có tích hợp một IC nguồn 78M05 để tạo ra nguồn 5V để cung cấp cho các thiết bị khác

1 HỘI NGHỊ TỔNG KẾT HOẠT ĐỘNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHÓA HỌC VÀ NHÓM SRT NĂM HỌC 2019-2020

 Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H

 Điện áp điều khiển: +5 V ~ +35 V

 Dòng tối đa cho mỗi cầu H: 2A

 Điện áp tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V

 Dòng tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA

 Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 )℃)

 Nhiệt độ vận hành: -25 ~ +130 ℃) ℃)

2.5 Động cơ DC (DC motor)

Động cơ điện 1 chiều là loại biến đổi điện năng dòng

một chiều thành cơ năng

Hình 8: Nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều

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, một

phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận

chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong

khi chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường

bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than

tiếp xúc với cổ góp [2]

Hình 9: Động cơ một chiều DC điện áp 12-24V tốc độ tối

đa 18.000 vòng/phút (12V) được sử dụng trong mô hình

2.6 Camera quan sát

Hình 9: Camera quan sát của mô hình

Thông số chi tiết của camera quan sát:

 Sử dụng điện áp 3-7V;

 Độ phân giải 1 MPX;

 Truyền trực tiếp hình ảnh về điện thoại thông qua

phần mềm SYMA-FPV, (Hình 8);

Hình 10: Phần mềm SYMA-FPV

 Tầm xa 50-100m;

 Kích thước 40 x 30 x 20mm

2.7 Mạch đèn cảnh báo va chạm

Xuất phát từ mục đích làm cho mô hình nổi bật hơn,

dễ gây chú ý, giúp cho các phương tiện đang lưu thông trên mặt nước dễ dàng nhận biêt để khỏi va chạm Nhờ cụm đèn led đỏ trước và sau nhấp nháy luân phiên khi phát hiện rung động, nên tạo được sự nổi bật, từ đó có thể giúp dễ dàng nhận biết

Hình 11: Sơ đồ nguyên lý mạch đèn nhấp nháy [3]

Các linh kiện gồm có:

 2 tranzico c828;

 2 tụ 50v 4µF;

 4 đèn led đỏ và 4 đèn led xanh;

 2 điện trở 1kΩ và 2 điện trở 100kΩ

2.8 Nguyên lý hoạt động của mô hình

Hình 12: Sơ đồ nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của mô hình:

 Dòng điện pin năng lượng mặt trời  Bộ điều

khiển sạc  Sạc vào Acquy

 Khi khoá K1, K2 mở mô hình không hoạt động được

 Khi khoá K1, K2 đóng thì dòng điện chạy từ + Ắc

Lê Văn Nguyên, Lê Văn Thuận, Ngô Thành Nhân 4

quy  Bộ điều khiển sạc  Module L298N  Mạch

nhận sóng  Đến các động cơ, làm cho mô hình hoạt

động  - Ắc quy

 Khi khoá K1 đóng thì dòng điện chạy từ + Pin 

Mạch đèn cảnh báo va chạm, làm các cụm đèn led đỏ

nhấp nháy liên tục, cảnh báo cho các phương tiện dưới

nước khác để tránh va vào - Pin

 Khi khoá K1 đóng thì dòng điện chạy từ + Pin 

Camera, rồi chúng ta kết nối camera với điện thoại

thông qua phần mềm SYMA-FPV, hình ảnh được

truyền trực tiếp từ camera về điện thoại  - Pin

3 Kết quả

Hình 13: Mô hình tàu gom rác cỡ nhỏ sử dụng năng lượng mặt

trời

Chúng em đã hoàn thành được các mục tiêu đề ra ban

đầu và mô hình cũng đã hoạt động ổn định nhờ vào thiết

kế gọn nhẹ hình chữ U ngược Đặc biệt với việc ứng dụng

công nghệ pin năng lượng mặt trời, giúp cho mô hình vừa

hoạt động vừa có thể sạc năng lượng và làm tăng khả

năng hoạt động trong khoảng thời gian dài mà không lo hết điện Cùng với tấm chứa rác gọn nhẹ dễ dàng thay thế khi chứa đầy rác

Theo số liệu nhóm em tính được, nếu mô hình làm việc trong môi trường tệ nhất (tức là trên bề mặt nước toàn là rác) thì mô hình sẽ thu gom hết một túi đựng rác (dài x rộng x cao: 0,61 x 0,42 x 0,23m =0,06m3) trong 3 phút, tương ứng với 1,5m2 Không những vậy mô hình còn có thể hoạt động, thu gom rác ở những nơi xa tầm với của con người Từ đó cho thấy được hiệu quả mô hình mang lại, đã hỗ cho con người chúng ta trong việc vệ sinh môi trường nước

4 Kết luận

Bài báo cáo đã trình bày kết quả nghiên cứu, thiết kế

và chế tạo mô hình hoàn chỉnh “Mô hình tàu gom rác cỡ nhỏ sử dụng năng lượng mặt trời” Nhóm đã thi công được hoàn tất các mục tiêu đã đề ra, cơ cấu hoạt động ổn định, mô hình di chuyển linh hoạt Đây là sản phẩm hữu ích để nhóm tiếp tục nghiên cứu và cải tiến hoàn thiện hơn trong tương lai

Tuy nhiên, sản phẩm đề tài là mô hình nên khi đưa ra

áp dụng vào thực tế cần thay thế vật liệu làm vỏ thuyền, keo dán vỏ thuyền, camera có độ phân giải và truyền hình ảnh tốt hơn

Tài liệu tham khảo

[1] https://www.nguoiduatin.vn/ninh-thuan-ra-quan-don-rac-doc-bai-

bien-ninh-chu-sau-phan-anh-cua-bao-nguoi-dua-tin-a431197.html [2] http://www.namtrung.com.vn/dong-co-dien-1-chieu [3] https://techmaster.vn/posts/33780/hoc-dien-tu-co-ban-den-led-nhap-nhay