Nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển cho thiết bị xử lý rác sinh hoạt

Hiện nay việc xử lý đồ ăn hỏng, thừa bị đổ bỏ ở Việt Nam đang rất nhiều, hiện nay chỉ có các cách xử lý truyền thống như tập kết rác tự phân hủy, tập kết rác làm phân bón vi sinh đòi hỏi công sức vận chuyển và thời gian xử lí lâu. Trên thế giới có hàng tỷ tấn thức ăn bị vứt bỏ đa phần đều đồ thừa hỏng từ các hộ gia đình gây hại cho môi trường lượng khí thải gây ra hiệu ứng nhà kính để xử lý rác thải thực phẩm trong hộ gia đình hay khu dân cư. Máy xử lý rác thải hữu cơ gia đình là một phương án giúp cho các hộ gia đình hay khu dân cư giúp xử lý đồ ăn thừa hỏng biến chúng thành phân bón hữu cơ để nuôi trồng cây trong gia đình. Sử dụng kết hợp động cơ nghiền, dây mayso, quạt sấy và vi điều khiển giúp mang lại một sản phẩm với giá thành rẻ, khả năng mở rộng cao và dễ dàng sử dụng. Máy xử lý rác thải hữu cơ gia đình khá không phổ biến do giá thành cao và rất ít cửa hàng có những máy như vậy. Đối với sinh viên, việc học tập, nghiên cứu cách sử dụng vi điều khiển và lập trình với vi điều khiển là rất cần thiết. Thông qua việc tìm hiểu và nghiên cứu này giúp sinh viên nắm được những kiến thức về vi điều khiển, lập trình máy móc và để tích lũy và nâng cao trình độ chuyên môn, tiếp cận khoa học công nghệ tiên tiến. Từ những thực tế trên, em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển cho thiết bị xử lý rác sinh hoạt” để làm đồ án của mình.

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH: CÔNG NGHIỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP

HƯNG YÊN – 6/2024

i

LỜI CAM ĐOAN

Trong đồ án này, em xin cam đoan với toàn thể hội đồng và tất cả các thầy

cô giáo như sau:

Một là, các số liệu và kết quả thu được là do bản thân trực tiếp tính toán

Hai là, các số liệu đều là khách quan và trung thực

Ba là, các tài liệu trích dẫn, được liệt kê đầy đủ

Bốn là, không sao chép bất kỳ một tài liệu nào mà không trích dẫn

Năm là, đồ án không trùng với bất kỳ đồ án nào được công bố trước đó

Hưng Yên, ngày tháng năm 2024

Sinh viên thực hiện

ii

LỜI CẢM ƠN

Để đạt được thành quả này, em xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy, cô giáo Khoa Điện – Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã tận tình hướng dẫn, dạy bảo và truyền đạt cho bản thân em những kiến thức cơ bản về chuyên ngành Đó là nền tảng để em thực hiện đồ án tốt nghiệp này và cũng là một nền tảng vững chắc phục vụ cho công việc của em sau khi ra trường Xin chân thành cảm ơn

thầy ThS Trần Xuân Tiến là người hướng dẫn chính đã tận tình giúp đỡ, định hướng,

góp ý và cung cấp những ý tưởng quý báu cũng như cung cấp tài liệu tham khảo cho

em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp Em cũng xin cảm ơn bạn bè và người thân đã tạo cơ hội và giúp đỡ em hoàn thành đề tài đồ án tốt nghiệp này Về trình độ

và kinh nghiệm nghiên cứu về lý thuyết và thực tế còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện đồ án này, bản thân em không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót, vậy rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý tận tình từ phía các thầy cô và các bạn để đồ

án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Hưng Yên, ngày tháng năm 2024

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hoài Nam

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

MỤC LỤC BẢNG BIỂU v

MỤC LỤC HÌNH ẢNH vi

MỞ ĐẦU viii

1 Lý do chọn đề tài viii

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu viii

3 Phương pháp nghiên cứu ix

4 Mục tiêu của đề tài ix

5 Sản phẩm dự kiến đạt được ix

6 Kế hoạch thực hiện ix

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ RÁC THẢI VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT 1

1.1 Tổng quan về xử lý rác thải 1

1.1.1 Rác thải hữu cơ và cách xử lý 1

1.1.2 Phương pháp xử lý rác thải hữu cơ 3

1.1.3 Nhu cầu tái chế rác thải thực phẩm trong khu dân cư 6

1.1.4 Ứng dụng tái chế rác thải thực phẩm làm phân bón hữu cơ 7

1.2 Yêu cầu kỹ thuật 8

Chương 2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG XỬ LÝ RÁC 9

2.1 Quy trình xử lý rác thải tự động 9

2.2 Sơ đồ khối 10

iv

2.3 Thiết kế phần cứng cho hệ thống điều khiển xử lý rác thải tự động 12

2.3.1 Tính toán và chọn linh kiện 12

2.3.2 Thiết kế mạch điều khiển và sơ đồ đấu nối 25

2.3.3 Lập trình điều khiển 30

2.3.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống xử lý rác hữu cơ 47

Chương 3 LẮP RÁP, KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ 48

3.1 Lắp ráp sản phẩm 48

3.2 Khảo sát sản phẩm 49

3.3 Đánh giá sản phẩm 53

3.3.1 Ưu điểm của sản phẩm 53

3.3.2 Nhược điểm của sản phẩm 54

KẾT LUẬN 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

v

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Thông số trạng thái hoạt động của máy 10

vi

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Chất thải hữu cơ 3

Hình 1.2: Máy xử lý rác thải sinh hoạt ichini 7

Hình 2.1: Sơ đồ khối của mô hình 11

Hình 2.2: Bo mạch Arduino 12

Hình 2.3: Arduino MEGA 2560 16

Hình 2.4: LCD 20x4 17

Hình 2.5: Động cơ nghiền 18

Hình 2.6: Quạt tản nhiệt 19

Hình 2.7: Cảm biến nhiệt độ 22

Hình 2.8: Điện trở nhiệt 22

Hình 2.9: Nguồn xung 23

Hình 2.10: Mosfet IRF840 25

Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 25

Hình 2.12: Khối nguồn 26

Hình 2.13: Khối cảm biến NTC10k 26

Hình 2.14: Công tắc hành trình kết nối với chân Arduino Mega 27

Hình 2.15: Cơ cấu chấp hành 27

Hình 2.16: Khối điều khiển 28

Hình 2.17: Khối hiển thị 29

Hình 2.18: Lưu đồ thuật toán hệ thống 30

Hình 2.19: Lưu đồ thuật toán chế độ nghiền 31

Hình 2.20: Lưu đồ thuật toán chế độ SẤY 32

vii

Hình 2.21: Lưu đồ thuật toán chế độ LÀM MÁT 33

Hình 2.22: Lưu đồ thuật toán chế độ LÀM SẠCH 33

Hình 3.1: Vị trí gắn các linh kiện 48

Hình 3.2: Chi tiết đấu nối và các chân sử dụng của các linh kiện 49

Hình 3.3: Máy ở trạng thái chờ 49

Hình 3.4: Rác thải trước khi xử lý được cho vào trong nồi 50

Hình 3.5: Hình ảnh máy ở trạng thái sấy 50

Hình 3.6: Hình ảnh máy ở trạng thái nghiền 51

Hình 3.7: Hình ảnh máy ở chế độ làm mát 51

Hình 3.8 Hình ảnh rác thải sau xử lý 52

Hình 3.9: Khối lượng rác trước xử lý 53

Hình 3.10: Khối lượng rác sau xử lý 53

hộ gia đình hay khu dân cư Máy xử lý rác thải hữu cơ gia đình là một phương án giúp cho các hộ gia đình hay khu dân cư giúp xử lý đồ ăn thừa hỏng biến chúng thành phân bón hữu cơ để nuôi trồng cây trong gia đình Sử dụng kết hợp động cơ nghiền, dây mayso, quạt sấy và vi điều khiển giúp mang lại một sản phẩm với giá thành rẻ, khả năng mở rộng cao và dễ dàng sử dụng Máy xử lý rác thải hữu cơ gia đình khá không phổ biến do giá thành cao và rất ít cửa hàng có những máy như vậy

Đối với sinh viên, việc học tập, nghiên cứu cách sử dụng vi điều khiển và lập trình với vi điều khiển là rất cần thiết Thông qua việc tìm hiểu và nghiên cứu này giúp sinh viên nắm được những kiến thức về vi điều khiển, lập trình máy móc và để tích lũy và nâng cao trình độ chuyên môn, tiếp cận khoa học công nghệ tiên tiến Từ những

thực tế trên, em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển cho thiết bị

xử lý rác sinh hoạt” để làm đồ án của mình

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng:

+ Máy xử lý rác thải sinh hoạt thông minh

+ Động cơ nghiền, dây mayso và quạt sấy

+ Ngôn ngữ lập trình ứng dụng tạo giao diện điều khiển

ix

- Phạm vi nghiên cứu:

+ Lập trình Arduino Mega điều khiển động cơ nghiền,dây mayso và quạt sấy

+ Nguyên lý hoạt động của Máy tái chế rác thải sinh hoạt

3 Phương pháp nghiên cứu

Để xây dựng và phát triển đề tài thì sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng các kiến thức cơ sở lý thuyết và các tài liệu liên quan

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Dựa trên các máy xử lý tái chế rác thải sinh hoạt, mạch điện học tập và tủ vận hành trong trường

4 Mục tiêu của đề tài

- Thực hành kỹ năng lập trình Arduino và điều khiển hệ thống

- Hình thành kỹ năng thiết kế mạch điện điều khiển và giao diện kết nối

- Đề xuất được các phương án giải pháp, đưa ra được kết luận và khuyến nghị

5 Sản phẩm dự kiến đạt được

- Máy xử lý tái chế rác thải sinh hoạt với giao diện điều khiển

- Chương trình điều khiển trên phần mềm Arduino IDE, giao diện giám sát viết bằng ngôn ngữ Python

- Thuyết minh và các tài liệu đi kèm

6 Kế hoạch thực hiện

- Bước 1: Thiết kế tổng quan máy tái chế rác thải sinh hoạt

- Bước 2: Thiết kế sơ đồ điện điều khiển

- Bước 3: Lập trình Arduino và hoàn thiện hệ thống

- Bước 4: Hoàn thiện thuyết minh

x

PHIẾU ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

ĐG

1

Năng lực chung (Ý thức thực hiện và khả năng làm việc nhóm)

………

………

………

………

2 Năng lực chuyên môn (Kiến thức lý thuyết, khả năng thực hành) ………

………

………

………

………

Điểm kết luận:

Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2024

Chữ kí của giảng viên hướng dẫn

1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ RÁC THẢI VÀ YÊU CẦU KỸ

THUẬT

1.1 Tổng quan về xử lý rác thải

1.1.1 Rác thải hữu cơ và cách xử lý

Chất thải hữu cơ đang trở thành vấn đề quan trọng cần được quan tâm đối với môi trường và cuộc sống Nhưng với loại chất thải này, chỉ cần thay đổi nhận thức và nâng cao ý thức xử lý, giữ gìn sự trong lành của môi trường, hoàn toàn có thể biến chất thải hữu cơ trở nên có ích Để giảm thiểu tối đa lượng rác thải hữu cơ trong môi trường, chúng ta cần tập trung vào việc tái chế và sử dụng lại các sản phẩm hữu cơ, chẳng hạn như thức ăn hay các loại vật liệu hữu cơ khác… bằng các phương pháp, trong đó có sử dụng máy xử lý rác thải sinh hoạt

Chất thải hữu cơ (hay rác hữu cơ) là các loại chất thải rắn có khả năng phân hủy nhanh, được tạo ra từ các yếu tố thiên nhiên, có thành phần hữu cơ chứa Carbon kết hợp với các nguyên tố khác như hidro, nito, oxi,… Loại rác thải này xuất hiện xung quanh chúng ta như các chất thải sinh hoạt gồm thực phẩm, rau quả, trái cây, thức ăn thừa, bã cà phê,… và các vật liệu hữu cơ khác

Chất thải hữu cơ được phân loại dựa trên nguồn gốc, tính chất cụ thể của chúng, dưới đây sẽ là một vài phân loại chất thải hữu cơ chính:

Chất thải hữu cơ nông nghiệp: bao gồm rơm rạ, lá cây, cành cây,…

Chất thải từ thực phẩm hỏng, thức ăn thừa: bao gồm đồ ăn, thực phẩm đã hỏng,

ôi, thiu

Phế thải trong sinh hoạt hàng ngày: Vải, sợi bông,…

Phế thải từ các nhà máy chế biến: bao gồm vỏ các loại thực phẩm, vỏ cà phê,

bã mía,…

2

Phế thải từ các nhà máy: giấy, vải, bìa,…

Tác động của rác thải hữu cơ đến môi trường và sức khỏe con người:

Rác thải hữu cơ nếu không được xử lý đúng cách có thể gây ra nhiều tác động tiêu cực:

- Ô nhiễm không khí:

Rác thải hữu cơ phân hủy tạo ra khí methane (CH4), một loại khí nhà kính mạnh hơn CO2, và khí carbon dioxide (CO2), góp phần vào hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu

- Ô nhiễm nước:

Nước rỉ rác từ rác thải hữu cơ có thể chứa nhiều chất độc hại, gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và nước mặt Các chất này có thể gây nguy hại đến hệ sinh thái và sức khỏe con người

- Mùi hôi thối:

Quá trình phân hủy rác hữu cơ tạo ra mùi hôi khó chịu, ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống của người dân Mùi hôi này có thể lan rộng, đặc biệt trong các khu vực đông dân cư

- Sức khỏe con người:

Rác thải hữu cơ chưa xử lý là môi trường thuận lợi cho vi khuẩn, vi rút và côn trùng gây bệnh phát triển Những sinh vật này có thể gây ra các bệnh truyền nhiễm, đặc biệt là trong các khu đô thị đông đúc

Việc phân loại tốt các loại chất thải hữu cơ nhằm mục đích tối ưu quá trình xử

lý và tái sử dụng chúng một cách hiệu quả Khi các loại chất thải này được phân loại đúng cách, chúng ta có thể dễ dàng xử lý một cách hiệu quả, nhanh chóng, tiết kiệm chi phí Đảm bảo tận dụng tốt tài nguyên và giảm thiểu thiệt hại, tác hại đến môi trường, thúc đẩy mô hình kinh tế tái sử dụng và phát triển bền vững

3

Xử lý chất thải là quá trình sử dụng các giải pháp công nghệ, kỹ thuật (khác với sơ chế) để làm giảm, loại bỏ, cô lập, cách ly, thiêu đốt, tiêu hủy, chôn lấp chất thải và các yếu tố có hại trong chất thải

Hình 1.1: Chất thải hữu cơ

1.1.2 Phương pháp xử lý rác thải hữu cơ

Ủ phân hữu cơ

Ủ phân hữu cơ là quá trình phân hủy sinh học của các chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí Quá trình này tạo ra phân bón hữu cơ, có thể sử dụng trong nông nghiệp

Ưu điểm:

- Giảm lượng rác thải phải xử lý, góp phần giảm áp lực cho các bãi rác

- Tạo ra sản phẩm phân bón hữu cơ có giá trị, cải thiện chất lượng đất và tăng năng suất cây trồng

- Không yêu cầu công nghệ phức tạp, có thể thực hiện tại hộ gia đình

Nhược điểm:

4

- Cần diện tích lớn để ủ phân, không phù hợp với các khu vực đô thị chật hẹp

- Mất thời gian dài để hoàn thành quá trình ủ, thường từ vài tuần đến vài tháng

- Cần kiểm soát chặt chẽ về nhiệt độ, độ ẩm và thông khí để đảm bảo quá trình ủ diễn

- Giảm mùi hôi và ô nhiễm nhờ quá trình kiểm soát chặt chẽ

- Có thể thực hiện trong các thiết bị nhỏ gọn, phù hợp với không

Xử lý nhiệt

Xử lý nhiệt là việc sử dụng nhiệt độ cao để tiêu hủy rác thải hữu cơ, biến đổi chúng thành các sản phẩm khác như năng lượng hoặc chất rắn Các phương pháp phổ biến bao gồm đốt rác và khí hóa

Đốt rác (Incineration):

Ưu điểm:

- Giảm khối lượng và thể tích rác thải đến 90%, tiết kiệm không gian chôn lấp

- Tạo ra năng lượng dưới dạng nhiệt, có thể sử dụng để phát điện hoặc sưởi ấm

- Tiêu diệt hoàn toàn các vi sinh vật gây bệnh, giúp ngăn ngừa ô nhiễm sinh học Nhược điểm:

- Chi phí đầu tư ban đầu cao cho việc xây dựng và vận hành các nhà máy đốt rác

- Giảm lượng khí thải độc hại so với phương pháp đốt rác truyền thống

- Tận dụng hiệu quả nguồn rác thải để sản xuất năng lượng tái tạo

Nhược điểm:

- Công nghệ phức tạp và đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu cao

- Cần kiểm soát chặt chẽ quá trình khí hóa để đảm bảo hiệu suất và chất lượng khí tổng hợp

- Yêu cầu nguồn rác thải có độ ẩm thấp và thành phần đồng nhất

Phân hủy kỵ khí (Anaerobic Digestion):

Ưu điểm:

- Sản xuất khí biogas (chủ yếu là methane) có thể sử dụng để phát điện hoặc làm nhiên liệu

- Giảm lượng rác thải cần chôn lấp, giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường

- Quá trình phân hủy tạo ra phân bón hữu cơ giàu dinh dưỡng

Nhược điểm:

- Cần thời gian dài để hoàn thành quá trình phân hủy, thường từ vài tuần đến vài tháng

- Quá trình kỵ khí cần được kiểm soát chặt chẽ về nhiệt độ, độ ẩm và pH để đảm bảo hiệu quả

6

- Chi phí đầu tư ban đầu cao cho hệ thống phân hủy kỵ khí

Sử dụng côn trùng (Insect-Based Waste Management):

Ưu điểm:

- Sử dụng côn trùng như ruồi lính đen để xử lý rác thải hữu cơ nhanh chóng và hiệu quả

- Sản phẩm cuối cùng bao gồm phân bón hữu cơ và ấu trùng có thể sử dụng làm thức

ăn chăn nuôi

- Giảm chi phí và diện tích cần thiết cho quá trình xử lý rác

Nhược điểm:

- Cần kiểm soát môi trường sống của côn trùng để đảm bảo hiệu quả xử lý

- Chưa phổ biến và cần nghiên cứu thêm để tối ưu hóa quy trình

- Có thể gây ra các vấn đề về vệ sinh và kiểm soát dịch bệnh nếu không quản lý tốt

1.1.3 Nhu cầu tái chế rác thải thực phẩm trong khu dân cư

Rác thải đang là vấn đề nan giải của chúng ta trong cuộc sống thường ngày, trong đó rác thải hữu cơ là một phần lớn Các loại thức ăn thừa, rau củ quả hỏng, cơm hỏng hoặc bất kỳ chất thải hữu cơ nào đang gây ra sự ô nhiễm môi trường sống bởi trong quá trình phân hủy gây ra mùi khó chịu, mốc và các loại côn trùng gây hại Để giải quyết vấn đề đó, máy xử lý rác thải được ra nhằm khắc phục những điều nêu trên Bên cạnh đó, rác thải hữu cơ còn chứa nhiều thành phần có thể tận dụng được để tái

sử dụng: làm phân bón, làm khí đốt …

Các nhà thiết kế đã nắm được nhu cầu tái chế rác thải hữu cơ của cá nhân hộ gia đình thay vì xả thải trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm Máy xử lý rác thải được thiết kế xử lý tất cả những vấn đề cần thiết, có nhiều mẫu mã và lựa chọn

Tiêu biểu trên thị trường ta có thể nhắc đến máy xử lý rác thải Inichi

Máy xử lý rác thải sinh hoạt là một lựa chọn hợp lý cho các hộ dân cư trong khu dân cư hoặc các gia đình

7

Hình 1.2: Máy xử lý rác thải sinh hoạt ichini Với kích thước nhỏ gọn cùng khả năng sấy khô biến thực phẩm thành phân bón hữu cơ, ít mùi, tiềng ồn nhỏ phù hợp trong các hộ gia đình giúp tạo thành phân bón hữu cơ nuôi cây trồng trong các gia đình

1.1.4 Ứng dụng tái chế rác thải thực phẩm làm phân bón hữu cơ

Rác thải thực phẩm là một nguồn tài nguyên hữu cơ quý giá có thể được tái chế thành phân bón hữu cơ, giúp cải thiện chất lượng đất và tăng năng suất cây trồng Việc tái chế rác thải thực phẩm thành phân bón hữu cơ không chỉ giảm lượng rác thải chôn lấp mà còn góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm tài nguyên

Sử dụng máy công cụ ứng dụng tái chế rác thải làm phân bón thông qua các quy trình: thu gom, phân loại, nghiền, trộn, ủ … để tạo ra sản phẩm có lợi cuối cùng

8

1.2 Yêu cầu kỹ thuật

- Thiết kế và chế tạo bộ điều khiển cho hệ thống xử lý rác thải hữu cơ tại hộ gia đình

có khả năng biến đổi các chất thải hữu cơ như thực phẩm thừa, rau quả hư hỏng v.v thành phân hữu cơ hoặc các sản phẩm thân thiện với môi trường Máy có hiệu suất phù hợp với hộ gia đình, tiết kiệm năng lượng, dễ dàng sử dụng và thân thiện với môi trường

- Kích thước nhỏ gọn, thông số trung bình ở mức 50*50*50 (cm)

- Quá trình sử lý rác thải không gây ảnh hưởng đến con người, có thời gian sử lý nhanh chóng đáp ứng yêu cầu của hộ gia đình …

- Điện áp sử dụng thông dụng 220V-AC hoặc 24V-DC

- Chu trình sử lý nhanh, tối đa 12 giờ - để đáp ứng nhu cầu xử lý rác thải của hộ gia đình

- Độ ồn thấp đảm bảo không gây ô nhiễm tiếng ồn tại môi trường làm việc

9

Chương 2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG XỬ LÝ RÁC

2.1 Quy trình xử lý rác thải tự động

Để đạt được quy trình hoạt động của máy xử lý rác thải, em đã theo rõi các trang mạng, các video vận hành máy và thực nghiệm khảo sát thực trên máy xử lý rác thải Qua nhiều lần khảo sát trên máy em rút ra được quy trình xử lý rác thải tự động

10

Qua nhiều lần khảo sát thực tế trên máy xử lý rác thải ta có được kết quả:

Bảng 2.1: Thông số trạng thái hoạt động của máy

2.2 Sơ đồ khối

Phân tích tín hiệu đầu vào – ra

Tín hiệu đầu vào:

11

Xây dựng sơ đồ khối

Từ nội dung ý tưởng đề tài và các tín hiệu đầu vào đầu ra, em xây dựng được sơ

đồ khối như sau :

Hình 2.1: Sơ đồ khối của mô hình Khối nguồn: Để cung cấp được năng lượng đầy đủ cho hệ thống, cần tính toán công suất và loại nguồn phù hợp cho từng khối còn lại Trong đó chia làm 2 phần chính là nguồn xoay chiều 220VAC và nguồn một chiều 24VDC

Khối cảm biến: Bao gồm các nút nhấn điều khiển, công tắc có ruột nồi, công tắc đóng nắp, cảm biến nhiệt độ, … Khối này chủ yếu sử dụng điện áp DC và tiêu thụ

ít năng lượng

Khối điều khiển: Thông qua dữ liệu về trạng thái của nút nhấn, cảm biến, bộ điều khiển hoạt động tương ứng với các chế độ, xử lí thông tin chạy cơ cấu chấp hành

và ổn định nhiệt độ theo thời gian

Cơ cấu chấp hành: Cơ cấu chấp hành chính trong ứng dụng này là thanh nhiệt, động cơ nghiền và quạt sấy Các phụ tải này thuộc dạng tín hiệu điều khiển logic (ON-OFF) nên sẽ được điều khiển thông qua rơ le (220VAC) hoặc mosfet (24VDC) tùy tính chất của tải

12

Khối hiển thị: Màn hình LCD20x4 giúp tăng mỹ quan, hiển thị các tham số giám sát của thiết bị như: nhiệt độ trong nồi hấp, nhiệt độ sấy, trạng thái đang hoạt động và thời gian thực hiện Màn hình LCD không chỉ bổ sung tính năng hiển thị

mà còn hỗ trợ rất lớn trong công tắc bảo trì, sửa chữa để xác định các cảm biến gặp

sự cố

2.3 Thiết kế phần cứng cho hệ thống điều khiển xử lý rác thải tự động

2.3.1 Tính toán và chọn linh kiện

1) Lựa chọn vi xử lý

Arduino là gì?

Arduino là vi mạch thiết kế mở phần cứng (Open-source hardware) và phần

mềm (Open-source software) Phần cứng Arduino là những bộ vi điều khiển bo mạch đơn (Single-board microcontroller) được tạo ra tại thị trấn Ivrea ở Ý, nhằm xây dựng

các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit Những model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board

mở rộng khác nhau

Hình 2.2: Bo mạch Arduino

Ưu và nhược điểm của Arduino

+ Các mẫu có sẵn: Một ưu điểm lớn khác của Arduino là thư viện các mẫu có sẵn trong phần mềm Arduino Để nói rõ hơn về ưu điểm này có thể lấy ví dụ về đo lường điện áp Ví dụ nếu người dùng muốn đo điện áp bằng cách sử dụng vi điều khiển ATmega8 và muốn hiển thị đầu ra trên màn hình máy tính thì ta phải trải qua toàn bộ quá trình Quá trình này sẽ bắt đầu từ việc học về bộ vi điều khiển của ADC để đo lường, sau đó học giao tiếp nối tiếp để hiển thị và cuối cùng là về bộ chuyển truyền cổng USB

+ Các chức năng giúp đơn giản hóa công việc: Trong quá trình mã hóa Arduino, người dùng sẽ nhận thấy một số chức năng giúp đơn giản hóa công việc Một ưu điểm khác của Arduino là khả năng chuyển đổi đơn vị tự động của nó Trong quá trình gỡ lỗi (debug), bạn không phải lo lắng về chuyển đổi đơn vị Chỉ cần chú ý vào các phần chính của project mà không phải lo lắng về các vấn đề phụ

14

+ Cộng đồng lớn: Có rất nhiều diễn đàn trên internet nói về Arduino Kỹ sư và các chuyên gia đang thực hiện dự án của họ thông qua Arduino Bạn có thể dễ dàng tìm thấy mọi thông tin về arduino

- Nhược điểm:

+ Cấu trúc: Cấu trúc của Arduino cũng là nhược điểm của nó Trong khi xây dựng một dự án người dùng phải làm cho kích thước của nó càng nhỏ càng tốt Nhưng với cấu trúc lớn của Arduino chúng ta phải gắn với PCB có kích thước lớn Nếu ta đang làm việc trên vi điều khiển nhỏ như ATmega8 có thể dễ dàng làm PCB càng nhỏ càng tốt

+ Chi phí: Yếu tố quan trọng nhất mà bạn không thể phủ nhận là chi phí Đây là vấn

đề mà mọi người kỹ sư hoặc chuyên gia phải đối mặt Lúc này chúng ta phải xem chi phí cho Arduino có hiệu quả hay không

+ Khó sử dụng: Theo em, nếu bắt đầu vi điều khiển với Arduino thì sẽ rất khó cho bạn khi làm các mạch thông minh phức tạp trong tương lai Vì phần cứng và phần mềm của Arduino dễ sử dụng nên bạn sẽ không biết những điều cơ bản như giao tiếp nối tiếp, ADC, I2C, vv

Phân loại Arduino

Phân loại các loại Board Arduino phổ biến

Không giống như hầu hết các board mạch lập trình trước đó, Arduino không yêu cầu một phần cứng riêng để lập trình mã mới lên board mà bạn chỉ cần sử dụng cáp USB Đồng thời, phần mềm Arduino IDE sử dụng phiên bản cơ bản của C ++, giúp việc học chương trình trở nên đơn giản hơn Có thể tổng hợp một số loại Arduino phổ biến như sau:

+ Arduino Uno

+ Arduino Micro

+ Arduino Nano

+ Arduino Pro

Arduino có nhiều ứng dụng trong đời sống, trong việc chế tạo các thiết bị điện

tử chất lượng cao Một số ứng dụng có thể kể đến như:

Lập trình robot: Arduino chính là một phần quan trọng trong trung tâm xử lí giúp điều khiển được hoạt động của robot

Lập trình máy bay không người lái Có thể nói đây là ứng dụng có nhiều kì vọng trong tương lai

Game tương tác:có thể dùng Arduino để tương tác với Joystick, màn hình,…

để chơi các trò như Tetrix, phá gạch, Mario… và nhiều game rất sáng tạo nữa

Arduino điều khiển thiết bị ánh sáng cảm biến tốt Là một trong những bộ phần quan trọng trong cây đèn giao thông, các hiệu ứng đèn nháy được cài đặt làm nổi bật các biển quảng cáo

Arduino cũng được ứng dụng trong máy in 3D và nhiều ứng dụng khác tùy thuộc vào khả năng sáng tạo của người sử dụng

ARDUINO MEGA 2560

Arduino mega 2560

Vi điều khiển chính: ATmega2560 IC nạp và giao tiếp UART: CH340

Nguồn nuôi mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngoài cắm từ giắc tròn DC (nếu

sử dụng nguồn ngoài từ giắc tròn DC nên cấp nguồn từ 6~9VDC để đảm bảo mạch

16

hoạt động tốt, nếu bạn cắm 12VDC thì IC ổn áp rất nóng, dễ cháy và gây hư hỏng mạch)

Số chân Digital I/O: 54 (trong đó 15 chân có khả năng xuất xung PWM)

Số chân Analog Input: 16

Dòng điện DC Current trên mỗi chân I/O: 20mA

Dòng điện DC Current chân 3.3V: 50mA

Flash Memory: 256 KB trong đó 8 KB sử dụng cho bootloader

17

2) LCD 20x4

Hình 2.4: LCD 20x4 Thông số:

- Kích thước màn hình: 20 cột x 4 hàng

- Kích thước mỗi ký tự: 5 x 7 điểm ảnh

- Kích thước tổng thể: khoảng 102mm x 40mm Đặc tính kỹ thuật:

- Điện áp hoạt động: 5V DC

- Giao tiếp: 4-bit hoặc 8-bit

- Tín hiệu điều khiển: RS, R/W, E

- Nguồn ánh sáng nền: LED

- Nhiệt độ hoạt động: 0°C đến 50°C

- Độ tương phản: có bộ điều chỉnh độ tương phản

- Góc nhìn: 6 o'clock

- Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard

- Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi dây điện

- Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chỉnh độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn

- Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu

3) Động cơ nghiền

Hình 2.5: Động cơ nghiền

19

Nguồn cấp: DC-24V

Công suất : 48W

Cơ cấu giảm tốc phù hợp

Loại động cơ: Động cơ DC chổi than

Độ bền: 2000-5000 giờ hoạt động liên tục

Nhiệt độ hoạt động: -10 đến 50 độ C

Độ ẩm hoạt động: 90% RH

Ứng dụng phổ biến:

- Các thiết bị điện tử, máy móc công nghiệp

- Hệ thống cửa tự động, băng chuyền, robot

- Thiết bị y tế, máy bán hàng tự động

- Đồ chơi, mô hình thu nhỏ

4) Quạt tản nhiệt

Hình 2.6: Quạt tản nhiệt

- Dây loại 2 chân: Đỏ (+) , Đen (-)

- Với ưu điểm không dùng chổi than, nên độ bên vượt trội hơn các loại quạt thông thường

- Kích thước 7x7x2.5cm

• Lưu ý khi sử dụng:

- Sử dụng đúng điện áp, và chiều dây

- Không để nơi ẩm ướt hoặc hơi nước trực tiếp vào quạt

- Giá trị điện trở danh định:

10KΩ 25°C: Điện trở của cảm biến là 10.000 ohm ở nhiệt độ 25°C

- Hệ số nhiệt độ (Beta, β):

21

Beta (β) giá trị: Ở khoảng từ 3435K đến 3950K (giá trị cụ thể phụ thuộc vào model và nhà sản xuất) Hệ số Beta xác định mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ của cảm biến

- Phạm vi hoạt động nhiệt độ:

Từ -40°C đến +125°C: NTC 10K có thể hoạt động trong một khoảng nhiệt độ rộng, từ âm 40 độ Celsius đến 125 độ Celsius

- Dung sai điện trở:

±1%, ±2%, ±5%: Dung sai điện trở cho biết sự sai lệch so với giá trị danh định 10KΩ ở 25°C, thường là ±1%, ±2% hoặc ±5% tùy thuộc vào nhà sản xuất và ứng dụng

- Thời gian phản hồi:

Thường trong khoảng 1 giây đến 10 giây: Thời gian phản hồi là thời gian cảm biến cần để đạt tới 63.2% của một bước thay đổi nhiệt độ

- Ứng dụng:

Đo lường và kiểm soát nhiệt độ: NTC 10K được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử, hệ thống HVAC, thiết bị y tế, và các ứng dụng đo lường nhiệt độ khác