Đề tài thiết kế hệ thống cơ điện tử- máy lọc không khí sử dụng công nghệ màng lọc HEPA kết hợp dùng UV khử khuẩn
NỘI DUNG THIẾT KẾ
Tổng quan về “máy lọc không khí”
Cách mạng công nghiệp mang lại nhiều việc làm và thúc đẩy nền kinh tế, nhưng cũng gây ô nhiễm không khí nặng nề do sử dụng than làm nguồn năng lượng chính Việc đốt than thải ra các chất gây ô nhiễm như CO2, CO, bụi than và khói, làm cho không khí trở nên ô nhiễm nghiêm trọng Để đối phó với tác động tiêu cực này, các nhà phát minh đã bắt đầu phát triển hệ thống lọc không khí Năm 1823, John và Charles Dean phát minh hệ thống lọc không khí đầu tiên để giúp lính cứu hỏa hít thở không khí sạch hơn trong các khu vực cháy Năm 1854, John Stenhouse cải tiến công nghệ này bằng cách sử dụng bộ lọc dựa trên carbon
Năm 1871, John Tyndall tiếp tục đưa công nghệ lọc không khí tiến xa hơn bằng việc chế tạo khẩu trang cá nhân
Hình 1.1: Lịch sử ra đời máy lọc không khí
Trong những năm 1940, bộ lọc HEPA (High Efficiency Particulate Air) ra đời với mục đích ban đầu là chống phơi nhiễm phóng xạ Đến năm 1950, HEPA được thương mại hóa và trở nên phổ biến trong nhiều ứng dụng khác nhau Năm 1963, Manfred và Klaus Hammes phát minh hệ thống lọc không khí đầu tiên sử dụng tại nhà, nâng cao chất lượng không khí ở Đức Cùng năm đó, Hoa Kỳ thiết lập "Đạo luật không khí sạch", đặt ra các tiêu chuẩn về không khí trên toàn quốc và thúc đẩy sự đổi mới trong công nghệ lọc không khí
Theo thời gian, hệ thống lọc không khí trở nên gọn nhẹ hơn và dễ sử dụng hơn cho binh sĩ, kỹ thuật viên phòng thí nghiệm và nhân viên bệnh viện Cuối cùng, các thiết bị lọc không khí trở nên phổ biến trong gia đình, đặc biệt ở các khu vực thành thị và gần khu công
7 nghiệp Máy lọc không khí đã trở thành thiết bị không thể thiếu, thể hiện sự quan tâm ngày càng cao đến sức khỏe con người Một số hãng máy lọc không khí phổ biến hiện nay trên thị trường gồm Daikin, Xiaomi và BlueAir
1.1.2 Một số ứng dụng và chức năng của máy lọc không khí
Máy lọc không khí là thiết bị quan trọng trong việc cải thiện chất lượng không khí và bảo vệ sức khỏe con người Chúng có khả năng loại bỏ bụi bẩn, phấn hoa, lông thú và khử mùi từ nấu ăn, thuốc lá nhờ các màng lọc HEPA và than hoạt tính Sử dụng công nghệ Plasmacluster ion hoặc UV-C, máy có thể tiêu diệt vi khuẩn và virus hiệu quả, đồng thời nhiều máy còn tích hợp tính năng bắt muỗi bằng ánh sáng UV Với công nghệ Inverter, máy tiết kiệm điện năng và giảm tĩnh điện Một số model còn có chức năng tạo ẩm và khử mùi quần áo Các tiện ích hiện đại như hẹn giờ tắt, cảnh báo thay lọc, và điều khiển qua wifi giúp người dùng dễ dàng kiểm soát và sử dụng máy Máy lọc không khí ứng dụng rộng rãi trong gia đình, văn phòng, bệnh viện, trường học, và các ngành công nghiệp, góp phần tạo ra môi trường sống và làm việc trong lành, an toàn hơn
1.1.3 Nhu cầu thị trường Đô thị hóa và công nghiệp hóa nhanh chóng ở các nền kinh tế mới nổi dẫn đến mức độ ô nhiễm không khí gia tăng cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các loại vi khuẩn, virus gây bệnh vào thời điểm thời tiết giao mùa mang đến một mối nguy lớn về tình trạng sức khỏe
- Thực trạng ô nhiễm không khí tại Việt Nam
Vấn đề ô nhiễm không khí tại Việt Nam đang trở nên nghiêm trọng, với chỉ số ô nhiễm không khí (API) thuộc hàng cao nhất Châu Á theo báo cáo thường niên của các tổ chức môi trường Mỹ Thời tiết biến đổi thất thường và độ ẩm cao tạo điều kiện cho vi khuẩn, virus phát triển, gây ra nhiều bệnh như cảm cúm, viêm xoang, và viêm phổi Tìm kiếm giải pháp cải thiện chất lượng không khí trở nên cấp thiết, dẫn đến nhu cầu cao về máy lọc không khí, thiết bị có khả năng lọc bụi bẩn, virus, vi khuẩn và loại bỏ các tác nhân gây dị ứng, mùi hôi Máy lọc không khí đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì chất lượng không khí trong nhà, giảm dị ứng, và nguy cơ mắc các bệnh về đường hô hấp, tạo ra môi trường sạch sẽ và thoải mái Với nhiều người ở trong nhà dài hạn, đặc biệt ở khu vực thành thị có chất lượng không khí ngoài trời kém, nhu cầu về máy lọc không khí tăng cao Các yếu tố như nuôi thú cưng, hút thuốc lá, khí thải nấu nướng cũng góp phần ô nhiễm không khí trong nhà, nhấn mạnh sự cần thiết của hệ thống lọc không khí Nhận thức về lợi ích của không khí sạch và tỷ lệ mắc các vấn đề hô hấp gia tăng đã thúc đẩy nhu cầu máy lọc không khí trong khu dân cư, thương mại và công nghiệp
8 - Phân tích phân khúc thị trường máy lọc không khí
Thị trường máy lọc không khí theo công nghệ được chia thành HEPA, than hoạttính
Hình 1.2: Thị trường máy lọc không khí theo công nghệ
Công nghệ HEPA và than hoạt tính đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sản phẩm và đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng Công nghệ HEPA nổi bật với khả năng thu giữ tới 99.97% các hạt cực nhỏ như chất gây dị ứng, bụi, và phấn hoa, giúp cải thiện chất lượng không khí trong nhà và giảm các vấn đề hô hấp Trong khi đó, công nghệ than hoạt tính vượt trội trong việc loại bỏ mùi hôi, khói, và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi qua quá trình hấp phụ Lựa chọn giữa hai công nghệ này phụ thuộc vào mối quan tâm cụ thể của người tiêu dùng về chất lượng không khí, với HEPA hiệu quả trong việc loại bỏ hạt vật chất và than hoạt tính trung hòa mùi hôi và chất ô nhiễm hóa học Một số máy lọc kết hợp cả hai công nghệ để lọc không khí toàn diện Sự phân chia này nhấn mạnh nhu cầu đa dạng của người tiêu dùng về môi trường sống sạch hơn và lành mạnh hơn
Nghiên cứu và thiết kế máy lọc không khí với hình dáng hình hộp chữ nhật nhỏ gọn tối ưu để phù hợp với không gian nhỏ có chiều cao: 569 mm, dài: 372 mm, rộng: 372mm
Trọng lượng: nhẹ hơn để dễ dàng di chuyển, khoảng 5 ÷ 7 kg
Công suất động cơ: 120 ÷ 150W, đảm bảo hiệu suất cao và tiết kiệm điện năng Độ ồn: 30 ÷ 36 dB, đảm bảo hoạt động êm ái
Máy sử dụng hệ thống lọc đa tầng: Sử dụng bộ lọc thô, bộ lọc than hoạt tính và bộ lọc HEPA để loại bỏ hiệu quả bụi, phấn hoa, vi khuẩn, virus và mùi Đồng thời, tích hợp cảm biến chất lượng không khí để tự động điều chỉnh tốc độ quạt và tối ưu hóa hiệu suất lọc
Thiết lập danh sách yêu cầu
Bảng 1.1: Danh sách yêu cầu cho sản phẩm máy lọc không khí
Nhóm 13 Danh sách yêu cầu
Yêu cầu Chịu trách nhiệm W
Mục đích: sử dụng trong không gian hộ gia đình
Hình dạng: Khối hộp chữ nhật Kích thước tổng thể:
- Chiều cao: 550 ÷ 600 mm - Chiều dài, chiều rộng: 350 mm
Kích thước khoang bộ lọc:
- Chiều cao: 360 mm - Chiều dài, chiều rộng: 370 mm
- Chiều cao: 350 mm - Đường kính ngoài: 350 mm - Đường kính trong: 125 mm
- Lưu lượng không khí: 380m 3 /h - Diện tích sử dụng: 35 m 2 ÷ 45 m 2 - Trọng lượng máy lọc: 4.8 ÷ 5 kg - Độ ồn: 30 ÷ 36 dB
- Chất lượng sau lọc: tỉ lệ lọc sạch lên tới 99%
- Điện áp vào: 220V - Tần số: 50/60 Hz - Điện áp ra: DC 24V - Công suất động cơ: 120 ÷ 150W
- Vỏ ngoài: nhựa, cứng cáp, sáng bóng, cách điện
- Động cơ: DC công suất 30÷60W - Bộ lọc: bộ lọc HEPA, bộ lọc than hoạt tính, bộ lọc tiền lọc, …
- Cảm biến: cảm biến bụi mịn, cảm biến độ ẩm, cảm biến mùi, …
- Bảng điều khiển: màn hình LED/LCD, nút điều khiển hoặc màn cảm ứng…
- Mạch điều khiển: vi điều khiển STM32, AVR, PIC, …
- Bộ nguồn: adapter AC/DC chuyển đổi nguồn AC 220V sang 24V DC - Đèn UV diệt khuẩn
- Đèn báo dung lượng pin
- Đèn báo đang dừng, đang hoạt động, hoặc đang gặp sự cố
- Hệ điều hành: Android, IOS, … - Màn hình hiển thị
- Đo nhiệt độ, độ ẩm, mức bụi trong không khí
- Tương tác bằng giọng nói, cử chỉ
- Giao tiếp thông minh qua ứng dụng điện thoại
Tín hiệu điều khiển: Đầu vào:
- Kết nối wifi - Kết nối Bluetooth - Giọng nói Đầu ra:
- Tín hiệu cảnh báo - Loa phát thanh
- Vỏ cách điện, chống rò rỉ điện - In các cảnh báo lên máy lọc không khí
- Gửi cảnh báo nếu có qua ứng dụng điện thoại
- Tích hợp cảm biến nhiệt, khi quá nhiệt tự động ngắt
- Tính năng khóa an toàn trẻ em - Đảm bảo tia UV không tiếp xúc trực tiếp với da hoặc mắt
- Thân thiện với người dùng - Dễ dàng thao tác và điều khiển
- Có sách hướng dẫn cài đặt và vận hành
- Kết nối phần mềm qua máy tính, điện thoại,…
- Có phím chức năng để dễ dàng thao tác
- Dễ dàng thay thế, lắp ráp các thành phần
- Kết nối các bộ phận cơ, điện chắc chắn an toàn
- Bảo hành từ 12-18 tháng cho máy lọc không khí
- Hỗ trợ đổi trả khi gặp vấn đề về sản xuất, vấn đề kỹ thuật do quá trình sản xuất gây ra
- Hỗ trợ dịch vụ sửa chữa khi gặp sự cố, hỏng hóc, bảo trì, vệ sinh máy
- Giá vật liệu và chi phí thấp, phù hợp với đa số người tiêu dùng - Chi phí hoàn thành 8-12tr
- Phục vụ gia đình và không gian sống
- Phục vụ nơi công cộng: bệnh viện, văn phòng, trường học,…
- Các cơ sở sản xuất công nghiệp - Nhà hàng, khách sạn
- Thiết kế gọn gàng, đẹp mắt, đa dạng kiểu dáng
- Màu sắc phù hợp, tối giản mà thanh lịch
- Vật liệu thân thiện môi trường - Có thể tái chế
Thời gian hoàn thiện: 2-3 tháng
THIẾT KẾ SƠ BỘ
Xác định các vấn đề cơ bản
Giai đoạn 1: Loại bỏ sở thích cá nhân, bỏ qua các yêu cầu không ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng và các ràng buộc khác
Dựa trên mục đích sử dụng trong quy mô hộ gia đình, với diện tích sử dụng khoảng 35-45 m 2 , nên kích thước máy lọc cần nhỏ gọn và phù hợp với không gian sử dụng nhưng vẫn đảm bảo yếu tố về hiệu suất lọc và tương thích với các bên cung cấp thiết bị, linh kiện, sản xuất màng lọc
Hình dạng: Khối hộp chữ nhật Kích thước tổng thể:
- Chiều cao: 550 ÷ 600 mm - Chiều dài, chiều rộng: 350 ÷ 400 mm
Kích thước khoang bộ lọc:
- Chiều cao: 360 mm - Chiều dài, chiều rộng: 370 mm
- Chiều cao: 350 mm - Đường kính ngoài: 350 mm - Đường kính trong: 125 mm Động lực học:
- Lưu lượng không khí: 380m 3 /h - Diện tích sử dụng: 35 m 2 ÷ 45 m 2 - Trọng lượng máy lọc: 5 ÷ 7 kg - Độ ồn: 30 ÷ 36 dB
- Điện áp vào: 220V - Tần số: 50/60 Hz - Điện áp ra: DC 24V
- Vỏ ngoài: nhựa, cứng cáp, sáng bóng, cách điện
- Động cơ: DC công suất 30÷60W - Bộ lọc: bộ lọc HEPA, bộ lọc than hoạt tính, bộ lọc tiền lọc,…
- Cảm biến: cảm biến bụi mịn, cảm biến độ ẩm, cảm biến mùi,…
- Bảng điều khiển: màn hình LED/LCD, nút điều khiển hoặc màn cảm ứng…
- Mạch điều khiển: vi điều khiển STM32, AVR, PIC,…
- Bộ nguồn: adapter AC/DC chuyển đổi nguồn AC 220V sang 24V DC - Đèn UV diệt khuẩn
- Đèn báo đang dừng, đang hoạt động, hoặc đang gặp sự cố
Giai đoạn 2: Chuyển đổi dữ liệu định lượng thành dữ liệu định tính và rút gọn chúng thành các tuyên bố thiết yếu
- Kích thước tổng thể - Kích thước khoang bộ lọc - Kích thước màng lọc
- Động cơ một chiều công suất thấp - Màn hình hiển thị
- Đèn UV diệt khuẩn - Máy phát ion âm
15 - Bộ điều khiển núm xoay, màn hình cảm ứng
- Nguồn điện: điện lưới Việt Nam sử dụng - Bộ điều chỉnh điện áp
- Cảm biến không khí - Cảm biến lưu lượng - Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm
+ Tín hiệu từ nhập liệu - Đầu ra:
+ Hiển thị lên LCD + Tín hiệu điện + Loa thông báo
- Có sách hướng dẫn sử dụng - Khay để đồ đặt và lấy thuận tiện - Dễ dàng vệ sinh, bảo dưỡng - Khối lượng nhẹ
- Thời gian bảo hành và đổi mới khoảng 1 năm - Hỗ trợ kỹ thuật
Giai đoạn 3: Trong mức độ nhất định, khái quát lại kết quả bước trước
- Kích thước - Thiết bị điện - Bộ điều khiển - Nguồn điện - Hệ thống cảm biến - Tín hiệu
- Vận hành - Bảo hành - An toàn
Giai đoạn 4: Hình thành vấn đề theo các thuật ngữ trung lập về giải pháp
Thiết kế máy lọc không khí sử dụng trong gia đình
Thiết lập cấu trúc chức năng
Khái quát chức năng tổng thể của máy lọc không khí
Cấu trúc chức năng của máy lọc không khí
Dòng tín hiệu Dòng năng lượng Dòng vật chất Điện năng
Tín hiệu điện Cơ năng
Không khí sạch Tín hiệu điều khiển
Hình 2.1: Chức năng tổng thể của máy lọc không khí
Hình 2.2: Cấu trúc chức năng của máy lọc không khí
1 Chức năng thay đổi điện áp
2 Chức năng bảo vệ hệ thống điện
4 Chức năng tạo ion âm
5 Chức năng chiếu tia UV
Chuyển đổi AC - DC Ổn định điện áp Điện năng Điện năng
Chống ngắn mạch Ngắt khi quá tải Điện năng Điện năng
Dẫn điện Động cơ Dẫn động
Phát xạ điện tử Phân tán Điện năng Ion âm
Chuyển đổi điện - quang Phân tán Điện năng Tia UV
8 Chức năng báo tín hiệu khẩn cấp
Cơ năng Tốc độ Động cơ Đo tốc độ Điện năng
Hiển thị Tín hiệu nhập Thiết lập máy lọc không khí
Hiển thị chế độ hoạt động Âm thanh Hiển thị Tín hiệu cảnh báo
Hiển thị cảnh báo Phát cảnh báo
Phát triển cấu trúc làm việc
2.3.1 Giải pháp cho từng chức năng con
Bảng 2.1: Giải pháp cho từng chức năng con
Nguyên lý biến áp tự ngẫu
Mạch ổn áp sử dụng vi điều khiển
Mạch ổn áp chuyển đổi
7 Chuyển đổi điện – cơ Động cơ Động cơ DC chổi than
● ● Động cơ DC không chổi than
Công nghệ điện tử cao thế
Nguyên lý phát ánh sáng
Phương pháp thay đổi điện trở rotor
Phương pháp thay đổi từ thông
Chọn chức năng và chế độ làm việc
Nút nhấn và cảm ứng
16 Xử lý và điều khiển
Báo tín hiệu khẩn cấp
Hiển thị Công nghệ LED
18 Âm thanh Công nghệ loa
2.3.2 Kết hợp các nguyên tắc làm việc
Các nguyên tắc làm việc được kết hợp thành các biến thể được biểu diễn như trong bảng 2.1 Cụ thể những nguyên tắc được đặt ký hiệu cùng màu sẽ tạo thành một biến thể
Theo bảng 2.1 ta có thể thấy có ba biến thể với ba màu khác nhau được chọn ra tương ứng màu đỏ (biến thể 1), màu vàng (biến thể 2) và màu xanh (biến thể 3)
Lựa chọn cấu trúc làm việc
Để lựa chọn ra được biến thể phù hợp nhất, ta tiến hành xây dựng các tiêu chí để đánh giá và so sánh các biến thể Tuy nhiên độ phức tạp và quan trọng của các tiêu chí để đánh giá là khác nhau, vì thế để có thể bao quát và thấy được mức độ quan trọng của các tiêu chí, ta xây dựng một cây mục tiêu Trong cây mục tiêu bao gồm những tiêu chí đặt ra cho biến thể Trong các tiêu chí lớn có những tiêu chí nhỏ hơn được đặt ra
Các tiêu chí để đánh giá các biến thể:
- Hệ thống điện an toàn, ổn định
- Chuyển đổi năng lượng hiệu quả
- Điều khiển thông minh và tín hiệu ổn định
- Dễ sử dụng, dễ tương tác
- Dễ bảo trì và sửa chữa
Bảng 2.2: Đánh giá các biến thể
STT Tiêu chí Tiêu chí con Biến thể 1 Biến thể 2 Biến thể 3
Hệ thống điện an toàn, ổn định
Chuyển đổi điện áp ổn định 0.25 8 0.6 7 0.525 7 0.525 Đi dây gọn 0.1 8 0.24 8 0.24 8 0.24
Ngắt khi quá tải 0.2 8 0.48 7 0.42 8 0.48 Báo tín hiệu khẩn cấp 0.1 7 0.21 7 0.21 7 0.21
Chuyển đổi năng lượng hiệu quả
Hiệu suất chuyển đổi cao 0.5 8 1.2 8 1.2 7 1.05 Độ ồn thấp 0.2 7 0.42 7 0.42 7 0.42
3 Điều khiển thông minh và tín hiệu ổn định
Xử lý nhanh 0.2 8 0.16 7 0.14 9 0.18 Điều khiển ổn định 0.4 9 0.36 7 0.28 8 0.32
Dễ sử dụng, dễ tương tác
Dễ dàng thiết lập chế độ 0.5 8 0.4 8 0.4 8 0.4
Dễ quan sát trạng thái hoạt động
5 Dễ bào trì và sửa chữa 0.2 Độ phức tạo thấp của các thành phần
Có sẵn ngoài thị trường 0.6 8 0.96 8 0.96 8 0.96
Qua quá trình đánh giá ta thấy biến thể số 1 có số điểm đánh giá cao nhất và xếp hạng tổng thể tốt nhất Điều đó cơ bản chứng tỏ biến thể 1 được tối ưu tốt nhất đối với các tiêu chí đề ra Biến thể 1 do đó đại diện cho một giải pháp nguyên tắc tốt để bắt đầu giai đoạn thiết kế cụ thể
Thiết kế cụ thể
Xây dựng các bước thiết kế cụ thể
3.1.1 Bắt đầu với giải pháp nguyên tắc và danh sách yêu cầu
- Hoạt động êm, không có tiếng ồn
- Tính chọn kích thước phù hợp theo yêu cầu sử dụng
- Nguồn điện ổn định, phù hợp
- Động cơ đủ công suất
- Cảm biến hoạt động chính xác, ít sai số
- Đảm bảo thu nhận và xử lý tín hiêu nhanh chóng, chính xác và ổn định - Được bảo vệ tốt tránh va chạm, ẩm ướt và bụi bẩn
- Đảm bảo chất lượng màng lọc - Cảm biến, giao diện màn hình tương tác hoạt động tốt
- Các chức năng hoạt động ổn định
Các yêu cầu ràng buộc khác của hệ thống:
- Tối giản hệ thống, dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng
- Thiết kế tối ưu, đơn giản, có thẩm mĩ - Đảm bảo an toàn cho người dùng
3.1.2 Xác định điều kiện biên hoặc không gian cưỡng bức
(sản phẩm có sẵn thị trường và công nghệ hiện có đáp ứng sản xuất bao nhiêu => điều kiện biên)
+ Rộng: 372mm - Kích thước màng lọc (chiều cao, đường kính, độ dày):
+ Màng lọc thô: 352 x 347 x 39,5 mm + Màng HEPA: 352 x 268 x 38 mm
+ Màng than hoạt tính: 352 x 192 x 32,5 mm - Sai số chế tạo chi tiết: ± 0.05 – 0.2 mm tùy chi tiết
+ Điện áp: 220V + Bộ chuyển đổi điện áp: đầu ra 24V
26 3.1.3 Tạo sơ đồ hệ thống
Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống máy lọc không khí
Khối đo lường: Khối vi xử lý và điều khiển:
Khối nguồn: Khối hiển thị và thông báo:
Khối thực hiện: Khối cảnh báo:
Hình 3.4: Xác định tương tác
Nhóm 1: Nhóm năng lượng Nhóm 5: Nhóm cảnh báo Nhóm 2: Nhóm điều khiển Nhóm 6: Nhóm màng lọc Nhóm 3: Nhóm đo lường Nhóm 7: Nhóm thực hiện Nhóm 4: Nhóm hiển thị Nhóm 8: Nhóm kết cấu Khối xử lý và điều khiển
Khối cảnh báo Khối nguồn
Khối thực hiện Khối đo lường
Khối hiển thị và thông báo
Hình 3.3: Bố trí hình học
29 3.1.7 Xác lập các layout thô – xác định các bộ phận thực hiện chức năng chính
Bảng 3.1: Bảng xác lập các phần layout thô
Nhóm Bộ phận Chức năng Nét đặc trưng
Tạo hình dáng và khung lắp đặt các chi tiết cho máy lọc không khí
Chắc chắn, ổn định, cân bằng
Bánh xe Di chuyển máy lọc không khí
Tạo lực hút để hút không khí vào bên trong máy lọc không khí
Màng lọc thô Loại bỏ các tạp chất có kích thướng lớn
Lọc bỏ lên đến 50- 70% bụi bẩn có trong không khí
Màng lọc HEPA Loại bỏ các hạt bụi, mùi hôi, vi khuẩn, virus
Khả năng lọc các tạp chất có kích thước nhỏ đến 0,3 micro
Màng lọc than hoạt tính
Hút và hấp thụ các hạt bẩn và chất ô nhiễm trong quá trình lọc
Khả năng hấp thụ mùi và chất bẩn tốt Điện- điện tử
Nguồn điện Cung cấp năng lượng cho hệ thống
Bộ chuyển đổi điện áp
Chuyển đổi sang mức điện áp hoạt động phù hợp với hệ thống Động cơ Làm quay cánh quạt
Nhận tín hiệu điều khiển, xử lý tín hiệu cảm biến và cung cấp tín hiêu điều khiển đến các bộ phận thực hiện trong hệ thống Loa Phát âm thanh thông báo Màn hình HIển thị thông tin chỉ dẫn cho người dùng
Mạch tạo Ion Tạo ion
Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm Đo nhiệt độ và độ ẩm không khí
Cảm biến chất lượng không khí
Phát hiện và đo lường các chất ô nhiễm có trong không khí
Cảm biến lưu lượng Đo và hiệu chỉnh dòng chảy không khí
Với mỗi nhóm bộ phận thiết kế sẽ có một vài chi tiết chung và có tương quan hình học và vị trí không gian với nhau Do vậy, ta sắp xếp các nhóm bộ phận có chung thiết kế với nhau.
Thiết kế chi tiết
3.2.1.1 Bản vẽ phân rã máy lọc không khí
Hình 3.5: Bản vẽ phân rã máy lọc không khí
3.2.1.1 Bản vẽ chi tiết máy lọc không khí
Hình 3.6: Bản vẽ chi tiết máy lọc không khí
3.2.1.2 Vỏ dưới máy lọc không khí
Hình 3.7: Vỏ dưới máy lọc không khí 3.2.1.3 Vỏ trên máy lọc không khí
Hình 3.8: Vỏ trên máy lọc không khí
Hình 3.9: Màng lọc 3.2.1.5 Cánh quạt
34 3.2.2 Thiết kế nhóm điện – điện tử
Hình 3.11: Sơ đồ khối điện - điện tử 3.2.2.1 Mạch tạo ion plasma
Hình 3.12: Mạch tạo ion plasma
Mạch tao ion plasma là một hệ thống điện tử sử dụng nguồn điện cao áp và mạch tạo xung để sản xuất các ion plasma, giúp khử trùng và làm sạch không khí Thiết bị này bao gồm các thành phần chính như biến áp, transistor, và điện cực phát ion, đảm bảo hiệu quả trong việc tạo ion plasma cho nhiều ứng dụng khác nhau
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật mạch tạo ion plasma
Nguồn cấp 5V Lượng ion âm/đầu phát
(màu trắng) 1,2 triệu ion/cm3 Điện áp đầu ra ± 5500V ± 500V Lượng ion dương/ đầu phát (màu trắng) 1 triệu ion/cm3
Sử dụng động cơ quạt tụ PSC 208-230v 60HZ 825RPM 1/3-1/5HP 1Speed ClassF
Hình 3.13: Động cơ quạt tụ
Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật động cơ
Tên sản phẩm Máy ngưng tụ động cơ quạt Điện áp 208 – 203V
Tần số 60Hz Năng lượng đầu ra 1/3 – 1/5HP
Tốc độ 825RPM capacitor 10àF/370V
Lớp cách nhiệt Lớp F Nhân tố năng lượng 0.9 Đối với không gian rộng từ 30m2-40m2 trở lên thì máy có công suất phù hợp sẽ dao động từ 60 - 75 W và lưu lượng gió từ 450-510 m3/h trở lên
Công suất của động cơ P = (1/5) hp = (1/5) x 745.7 = 149.14 (W)
Tiếp theo, để tính lưu lượng gió, cần phải biết công suất này được chuyển đổi thành lưu lượng gió thông qua hiệu suất hoạt động của quạt Đối với quạt thông thường, hiệu suất có thể dao động từ 20% đến 40% Vậy ta có công thức tính lưu lượng gió cơ bản như sau:
Lưu lượng gió = Công suất / Hiệu suất Ta có, Lưu lượng gió mà động cơ tạo ra : 149,14/0.3I7,13 (m3/h)
Vậy động cơ trên hoàn toàn phù hợp với yêu cầu
3.2.2.3 Mạch ổn định nguồn điện
Mạch ổn định nguồn điện đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn điện một chiều có điện áp 5V cho các thiết bị điện tử trong mạch điện
Sử dụng IC 7805 ổn áp dương đầu ra 5V:
Thiết kế mạch ổn áp 5V sử dụng IC 7805:
Hình 3.16: Mạch PCB ổn định điện áp sử dụng IC 7805Hình 3.15: Sơ đồ mạch ổn áp 5V sử dụng IC 7805
Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật mạch ổn định điện áp Điện áp vào 12V-24V (DC/AC) Điện áp ra 5VDC
3.2.2.4 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm
Hình 3.17: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11
Module Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 là cảm biến rất thông dụng hiện nay với chi phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1-wire (giao tiếp digital 1-wire truyền dữ liệu duy nhất)
Cảm biến được tích hợp bộ tiền xử lý tín hiệu giúp dữ liệu nhận về được chính xác mà không cần phải qua bất kỳ tính toán nào
Thông số kỹ thuật của Module Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11:
Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 Điện áp hoạt động 3V - 5V (DC) Dải nhiệt độ hoạt động
Dải độ ẩm hoạt động
Khoảng cách truyển tối đa 20m
Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật loa
Trở kháng 8Ω±15% Công suất thiết kế 1W Đường kính 20mm Công suất tối đa 1.5W
3.2.2.6 Cảm biến chất lượng không khí
Hình 3.19: Cảm biến chất lượng không khí
Cảm biến chất lượng không khí MQ-135 sử dụng để kiểm tra chất lượng không khí trong môi trường Cảm biến có độ nhạy cao khả năng phản hồi nhanh, độ nhạy có thể điều chỉnh được bằng biến trở
Cảm biến chất lượng không khí thường được dùng trong các thiết bị kiểm tra chất lượng không khí bên trong cao ốc, văn phòng, thích hợp để phát hiện NH3, NOx, Ancol, Benzen, khói, CO2,…
Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật cảm biến chất lượng không khí Điện áp nguồn ≤24VDC Công suất tiêu thụ của heater Ít hơn 800mW Điện áp của heater 5V±0.1 AC/DC Khoảng phát hiện
10 – 300 ppm NH3, 10 – 1000 ppm Benzene, 10 – 300 ppm Alcol Điện trở tải thay đổi được
(2kΩ-47kΩ) Kích thước 32mm x 20mm Điện trở của heater 33Ω±5%
3.2.2.7 Màn hình LCD kết hợp vi điều khiển
Hình 3.20: Màn hình LCD kết hợp vi điều khiển
Bảng 3.8: Thông số kỹ thuật màn hình LCD kết hợp vi điều khiển Điện áp sử dụng 3.3~5VDC Vi điêug khiển STM32F103C8T6 Điện áp giao tiếp TTL 3.3~5VDC Điện áp I/O 2.0~3.6 VDC
IC Driver hiển thị ST7735 Thạch anh 4~16MHz
Cỡ màn hình 5.0 inch Kích thước 5.3 x 2.2 cm Độ phân giải 128 x 160 pixels Bộ nhớ Flash 64Kb
Hình 3.21: Chương trình điều khiển
