Thiết kế hệ thống đo và điều khiển tự động độ ẩm không khí trong gia đình

Chương Thiết kế phần mềm BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự - Hạnh phúc *** - NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ tên: Trần Thị Hiên Khóa: 54 Viện: Điện Ngành: Mã số sinh viên: 20091012 Kỹ thuật đo tin học công nghiệp Đầu đề thiết kế/Tên đề tài ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Các số liệu ban đầu ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Các nội dung tính toán, thiết kế ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Chương Thiết kế phần mềm Cán hướng dẫn ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Ngày giao nhiệm vụ thiết kế …………………………………………………………………………………………………………… Ngày hoàn thành nhiệm vụ ………………………………………………………………………………………………… Ngày tháng năm CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký, ghi rõ họ tên) MỤC LỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng việt Chương Thiết kế phần mềm ACK ADC Third-generation technology Acknowledgement Analog- to-Digital Converter AES AH CD CID CLH CLK CS CSMA-CA Advanced Encryption Standard Absolute Humidity Compact Disc Cluster Identifier Custer Head Clock Xung đồng hồ Clock Chip Select Carrier sense multiple access with Phương pháp tránh xung đột da collision avoidance truy cập nhờ cảm biến sóng mang Digital- to- Analog Converter Chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự Enable Cho phép Full Function Devide Guarantee Time Slot First In First Out Inter-Integrated Circuit Chuẩn giao tiếp nối tiếp dây Integrated Circuit Vi mạch Institute of Electrical and Tổ chức IEEE Electronics Engineers Infrared Data Association Local Area Network Mạng cục Liquid-Crystal Display Màn hình hiển thị tinh thể lỏng Light-Emitting Diode Low-rate Wireless Local Area Mạng cá nhân không dây tốc độ Network thấp Least Significant Bit Bit có trọng số thấp Media Access Control Tầng điều khiển liệu Master Clear Multipoint Control Unit Đơn vị điều khiển đa điểm Most Significant Bit Bit có trọng số cao National Aeronautics and Space Cơ quan Hàng không Vũ trụ Administration Mỹ Open Systems Interconnection Cấu trúc mô hình hệ thống kết nối mở Personal Area Network Mạng cá nhân Printed Circuit Board Mạch in Physical Lớp vật lý Programmable Logic Controller Bộ điều khiển Logic khả trình Pulse-Width Modulation Điều chế độ rộng xung Relative Humidity Độ ẩm tương đối Read/Write Đọc/Ghi Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên Radio Frequence Tấn số Radio Reduced Function Devide Serial Data Input Ngõ vào liệu dạng nối tiếp DAC EN FFD GTS FIFO I2C IC IEEE IrDA LAN LCD LED LR-WPAN LSB MAC MCLR MCU MSB NASA OSI PAN PCB PHY PLC PWM RH R/W RAM RF RFD SDI Công nghệ hệ thứ ba Tín hiệu yêu cầu Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Chuẩn mã hóa cao Độ ẩm tuyệt đối Chương Thiết kế phần mềm SDO SS SPI SSP UART USB UWB WLAN WPAN WSN ZC ZED ZR Serial Data Output Serial Select Serial Peripheral Interface Synchronous Serial Port Universal Asynchronous Receiver/Transmitter Universal Serial Bus Ultra-Wideband Wireless Local Area Network Wireless Personal Area Network Wireless Sensors Network Zigbee Coordinator Zigbee End Device Zigbee Router Ngõ liệu dạng nối tiếp Chọn đối tượng giao tiếp Giao tiếp ngoại vi nối tiếp Chuẩn giao tiếp nối tiếp Bộ truyền nhận nối tiếp đồng không đồng Mạng cục không dây Mạng cá nhân không dây Mạng cảm biến không dây Thiết bị Zigbee điều phối viên Thiết bị Zigbee cuối Thiết bị Zigbee trung gian DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại kinh tế xã hội phát triển mạnh mẽ, dân trí ngày tăng cao việc đảm bảo sức khỏe đặt lên hàng đầu Xã hội ngày phát triển chất lượng sống ngày nâng cao Các thiết bị gia dụng điều hòa, tủ lạnh, máy giặt ngày phổ biến gia đình Với đất nước khí hậu nhiệt đới Việt Nam nhu cầu sử dụng điều hòa lại tăng cao, vào mùa hè Điều hòa giúp tránh nóng, rét mặt khác lại làm độ ẩm không khí giảm mạnh Điều có hại cho sức khỏe, trẻ nhỏ Trên thị trường có bán máy phun sương để trì độ ẩm phòng Nhưng điều bất tiện hầu hết loại máy phun sương có giá phù hợp lại có công suất nhỏ chức điều khiển, giám sát độ ẩm cách tự động Còn loại máy phun sương có chức lại có giá đắt Chính mà loại máy phun sương chức theo dõi, giám sát độ ẩm người dân ưu tiên số để sử dụng, điều đồng nghĩa với việc người sử dụng độ ẩm đủ phù hợp với sức khỏe Độ ẩm thấp cao gây ảnh hưởng đến sức khỏe người sử dụng mà ảnh hưởng đến thiết bị điện - điện tử nhiều vật dụng khác phòng Xuất phát từ yêu cầu thực tế nhóm em định chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống đo điều khiển tự động độ ẩm không khí gia đình” Dưới hướng dẫn TS Nguyễn Việt Sơn, nhằm giải toán đo lường - giám sát - điều khiển độ ẩm phòng có diện tích nhỏ, khép kín, có sử dụng máy điều hòa không khí, cách điều khiển máy phun sương công suất nhỏ, để bảo vệ sức khỏe cho thành viên gia đình thiết bị điện phòng Chương Thiết kế phần mềm Sinh viên thực Trần Thị Hiên Nguyễn Gia Long CHƯƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ, MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Như nói trên, độ ẩm có ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người vật dụng Độ ẩm thấp hay cao không tốt người Độ ẩm cao tạo điều kiện tốt cho virus, vi khuẩn, nấm mốc, bọ bụi nhà… phát triển, dẫn đến tăng nguy mắc bệnh nhiễm trùng đường hô hấp (bệnh viêm mũi họng cấp tính, viêm phế quản cấp, viêm phổi, kích thích trực tiếp niêm mạc đường thở dẫn đến viêm, tăng tiết co thắt phế quản dẫn đến có triệu chứng ho, hắt hơi, khó thở…), nhiễm trùng đường tiêu hóa, số bệnh da gia tăng tình trạng dị ứng, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng Độ ẩm cao làm khả thoát mồ hôi kém, thể cảm thấy nặng nề, mệt mỏi thân người dễ bị lạnh, gây cảm cúm Không kích thích xuất đợt bùng phát làm tăng mức độ trầm trọng số bệnh đường hô hấp mạn tính bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính, hen phế quản,… Ngoài độ ẩm cao gây ẩm mốc hàng hóa kho làm hư hỏng máy móc, dụng cụ điện tử, khí, khí tài quân dễ gây chập cháy hư hỏng trang thiết bị y tế Để bảo quản chúng, ta phải thực nhiều biện pháp chống ẩm dùng chất hút ẩm, sấy nóng, thông gió, bôi dầu mỡ lên chi tiết máy Khi độ ẩm thấp, mồ hôi bay nhanh làm da khô, gây nứt nẻ chân tay, môi Như độ ẩm thấp không tốt cho thể người Độ ẩm tương đối thích hợp với thể người nằm khoảng từ 35% đến 70%, người cảm thấy thoải mái nhất, độ ẩm tương đối (RH) khoảng 50% Trên trái đất nhiều nơi có độ ẩm thấp (vùng cực, sa mạc, núi cao) nhiều nơi có độ ẩm cao (rừng mưa nhiệt đới) Ở nơi có độ ẩm thấp cần bổ sung độ ẩm cho không khí để bảo đảm có độ ẩm thích hợp cho người cảm thấy thoải mái Điều thực cách phun nước dạng sương vào dòng không khí cung cấp, sử dụng thiết bị tạo ẩm Còn nơi có độ ẩm cao ta cần phải kiểm soát độ ẩm cách chặt chẽ điều khiển nó, cách dùng biện pháp hút bớt lượng ẩm dư thừa Chính thế, gia đình có sử dụng điều hòa không khí phòng cần phải sử dụng máy tạo ẩm để bù vào lượng ẩm bị sử dụng máy điều hòa nhiệt độ Các loại máy có bán nhiều thị trường, phổ biến loại máy phun sương tạo ẩm mini có công suất nhỏ bán rộng rãi thị trường với giá phải Nhưng loại máy phun sương mini lại chức điều khiển, giám sát độ ẩm cách tự động Vì vậy, chúng em thiết kế hệ thống điều khiển độ ẩm phòng có diện tích nhỏ có sử dụng máy điều hòa không khí Chương Thiết kế phần mềm Để điều khiển độ ẩm phòng cần phải giám sát độ ẩm phòng Vì vậy, ta sử dụng đầu đo đặt vị trí khác trong phòng để đo giá trị độ ẩm phòng Có thể cần sử dụng điểm đo độ xác không cao Vì vậy, ta nên dùng nhiều điểm đo để nâng cao độ xác Sau điểm đo đo độ ẩm truyền liệu độ ẩm đo mạch điều khiển để tính toán đưa tín hiệu điều khiển độ ẩm cách điều khiển máy phun sương Việc truyền tín hiệu điểm đo mạch điều khiển ta sử dụng công nghệ truyền không dây Vì công nghệ truyền không dây có khả di động tự do, cho phép kết nối từ đâu, không bị hạn chế không gian vị trí kết nối, dễ lắp đặt triển khai, không cần cáp, dễ dàng mở rộng Với phát triền mạnh mẽ công nghệ không dây mối quan tâm nhiều nhà khoa học giới để phát triển đưa vào ứng dụng thực tế Hiện có nhiều chuẩn không dây để truyền liệu với tốc độ cao thiết bị với Bluetooth, Wifi Nhưng số trường hợp không đòi hỏi truyền tin tốc độ cao yêu cầu tiêu hao lượng thấp dùng chuẩn Chúng có nhiều khuyết điểm sử dụng băng thông rộng làm tiêu hao nhiều điện không cần thiết, sử dụng nguồn điện trực tiếp, sử dụng Pin, phạm vi kết nối nhỏ hẹp, độ trễ cao, chế bảo mật đơn giản (Bluetooth), yêu cầu thiết bị phần cứng cao, chi phí lớn Và để giải khuyết điểm đó, Zigbee đời - Một công nghệ không dây quan tâm rộng rãi Đối tượng mà Zigbee nhắm vào mạng điều khiển dành cho nhà thông minh, tự động hóa trình, hoạt động theo dõi, tiếp nhận xử lý thông tin, quản lý lượng cho hiệu hơn… Và sử dụng hệ thống này, Zigbee phát huy tất điểm mạnh như: - Độ trễ truyền tin thấp, độ tin cậy cao, có tính bảo mật cao - Sử dụng công suất thấp, tiêu hao lượng - Chi phí đầu tư thấp, lỗi, cài đặt bảo trì dễ dàng - Dễ mở rộng mở rộng đến 65000 node Bảng 1.1 Bảng so sánh chuẩn không dây Đặc điểm Zigbee Tốc độ truyền liệu Khoảng cách hoạt động Tần số hoạt động Tiêu thụ lượng Mức độ bảo mật Wireless IR USB Wireless 20÷115 62,5 Kbits/s, Kbits/s 16 Mbits/s Bluetooth UWB 20, 40 11 54 250 Kbits/s Mbits/s Mbits/s 100÷500 Mbits/s 10÷100m 50÷100m 10m