Mục đích của đề tài nghiên cứu là có thể chế tạo thành công 1 chiếc quạt làm mát với công suất vừa phải, có thể làm mát trong môi trường sinh hoạt cũng như làm việc bình thường.Trong đề tài nghiên cứu này, ta tập trung nghiên cứu sâu vào việc tản nhiệt ra dàn tản nhiệt từ 2 “sò nóng lạnh”. Việc sử dụng “sò nóng lạnh” có thể làm lạnh nước 1 cách nhanh chóng và còn giúp giảm chất thải ra môi trường, giúp môi trường trong lành hơn.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA SƯ PHẠM KỸ THUẬT -o0o - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: CHẾ TẠO QUẠT ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ Chun ngành:Sƣ phạm Kỹ thuật Điện Hà Nội - Năm 2018 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG I – CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN 1.1 Các phƣơng pháp làm mát 1.1.1 Quạt gió a Quạt gió thổi cục b Quạt thơng gió truyền thống c Quạt thơng gió sử dụng làm lạnh 1.1.2 Điều hòa khơng khí a Hệ thống điều hoà khơng khí cục b Hệ thống ĐHKK trung tâm 11 c Hệ thống điều hồ khơng khí biến tần (VRV) 15 1.2 Các loại quạt làm mát có thị trƣờng 18 1.2.1 Quạt làm mát mao dẫn 18 1.2.2 Quạt làm mát dàn tản nhiệt không khí 20 a Dàn tản nhiệt đối lưu tự nhiên 20 b Dàn tản nhiệt đối lưu cưỡng 21 1.3 Lựa chọn phƣơng án làm mát 22 CHƢƠNG II – THIẾT KẾ CHẾ TẠO 23 2.1 Dàn trao đổi nhiệt 23 2.3 Mudole chuyển nhiệt 25 2.4 Hệ thống tuần hoàn dung dịch 28 2.5 Hệ thống cảm biến, chấp hành hiển thị 30 a Khối cảm biến nhiệt độ 30 b Khối chấp hành 33 c Khối hiển thị 35 2.6 Lập trình điều khiển Arduino 36 CHƢƠNG III - VẬN HÀNH CHẠY THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM 40 3.1 Sản phẩm sau hoàn thiện 40 3.2 Vận hành chạy thử nghiệm 41 3.3 Đánh giá sản phẩm 41 KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 Danh mục hình ảnh sử dụng báo cáo Hình 1 Hình ảnh quạt gió thổi cục Hình Hình ảnh mơ hình ứng dụng quạt thơng gió thường gặp Hình Hình ảnh hệ thống làm mát quạt thơng gió kết hợp làm lạnh Hình Hình ảnh sơ đồ hệ thống điều hòa khơng khí cục Hình Hình ảnh mơ hệ thống ĐHKK trung tâm 11 Hình Hình ảnh sơ đồ nguyên lí hệ thống ĐHKK biến tần VRV 15 Hình Hình ảnh nguyên lý hoạt động hệ thống làm mát tản nhiệt nước 18 Hình Hình ảnh dàn tản nhiệt khơng khí 20 Hình Hình ảnh dàn tản nhiệt sử dụng đề tài 23 Hình 2 Hình ảnh số loại nhơm định hình phổ biến 24 Hình Hình ảnh module chuyển nhiệt TEC1 - 12715 25 Hình Hình ảnh sau lắp thêm cánh tản nhiệt mặt module chuyển nhiệt 27 Hình Hình ảnh làm lạnh nước trước bơm vào dàn 28 Hình Hình ảnh máy bơm mini sử dụng đề tài 29 Hình Hình ảnh module cảm biến nhiệt độ DS18B20 30 Hình Hình ảnh module relay kênh 33 Hình Hình ảnh phần code lập trình sản phẩm 34 Hình 10 Hình ảnh hình LCD 16*2 35 Hình 11 Hình ảnh module giao tiếp I2C 36 Hình 12 Hình ảnh chi tiết Arduino Uno R3 37 Hình Hình ảnh mặt trước sản phẩm hoàn thiện 40 Hình Hình ảnh điều khiển ổn định hiển thị nhiệt độ 41 LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết nghiên cứu Trong năm gần đây, với phát triển kinh tế nước, ngành điều hòa khơng khí có bước phát triển vượt bậc, ngày trở nên quen thuộc đời sống sản xuất Điều hòa tiện nghi điều hòa cơng nghệ khơng thể thiếu tòa nhà, khách sạn, siêu thị, dịch vụ du lịch, văn hóa, y tế, thể thao, … Trong năm qua, ngành điều hòa khơng khí (ĐHKK) hỗ trợ đắc lực cho nhiều ngành kinh tế, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo quy trình cơng nghệ ngành chế biến thuốc lá, sản xuất chè, in ấn, điện tử, bưu điện, máy tính, khí xác, hóa học, … Ở ta thấy tầm quan trọng to lớn ĐHKK Tuy nhiên, loại ĐHKK có thị trường chủ yếu sử dụng khí gas gây ảnh hưởng đến tầng Ozon Nhận thức nguy hại ấy, em khơng sử dụng khí gas để làm mơi chất lạnh cho sản phẩm mà em sử dụng nước lanh Môi chất có giá thành rẻ hơn, dễ dàng thay q trình sử dụng quan trọng khơng gây ảnh hưởng xấu đến môi trường Mục tiêu, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Mục đích đề tài nghiên cứu chế tạo thành cơng quạt làm mát với công suất vừa phải, làm mát mơi trường sinh hoạt làm việc bình thường Trong đề tài nghiên cứu này, em tập trung nghiên cứu sâu vào việc tản nhiệt dàn tản nhiệt từ “sò nóng lạnh” Việc sử dụng “sò nóng lạnh” làm lạnh nước cách nhanh chóng giúp giảm chất thải môi trường, giúp môi trường lành Phạm vi nghiên cứu đề tài: Tìm hiều loại quạt làm mát thường sử dụng thực tế Tìm hiểu ứng dụng cặp nhiệt điện việc làm mát Chế tạo quạt làm mát sử dụng sò nóng lạnh Ứng dụng Hệ thống làm mát ứng dụng thường xuyên đời sống sinh hoạt sản xuất Theo đó, người ngày sử dụng nhiều thiết bị làm mát nhằm phục vụ tốt cho sống đại Ứng dụng hệ thống làm mát tích hợp thiết bị như: máy điều hòa nhiệt độ, tủ lạnh… hay hoạt động sản xuất hệ thống nhà xưởng cơng nghiệp Thậm chí lĩnh vực chăn ni trồng trọt điều hòa chuồng trại nhà kính giúp tăng xuất cao Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu sở lý thuyết: Nhằm xây dựng sở lý thuyết cho đề tài, thông qua việc phân tích, tổng hợp nguồn liệu, số liệu thực tiễn Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Nghiên cứu thực tiễn để đưa kết sản phẩm định hướng phát triển cho đề tài Phương pháp tự tìm hiểu: Tự tìm hiểu tài liệu, kiến thức có sẵn mạng sách hướng dẫn Từ đưa phương án thiết kế phù hợp Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến giáo viên hướng dẫn, thầy cơ, người có kinh nghiệm chun mơn lĩnh vực tính khả thi sản phẩm, cách thực hiện, đánh giá… Phương pháp chế tạo, kiểm nghiệm đánh giá: Tiến hành chế tạo sản phẩm, kiểm nghiệm, thống kê số liệu đánh giá hiệu quả, tính ổn định tính xác sản phẩm Kết đề tài nghiên cứu Đề tài sở quan trọng để phát triển hệ thống tiên tiến sở có nhu cầu sử dụng cao Sản phẩm đề tài nghiên cứu chạy ổn định làm mát cho phòng có diện tích khơng q lớn Đây nguồn tài liệu lớn cho bạn sinh nghiên tiếp tục nghiên cứu phát triển đề tài bậc cao CHƢƠNG I – CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN 1.1 Các phƣơng pháp làm mát 1.1.1 Quạt gió Đối với phương pháp làm mát quạt gió chia làm kiểu quạt gió: quạt thổi quạt hút Mỗi loại quạt gió có ưu, nhược điểm riêng Sau đây, em xin phân tích sơ số đặc điểm loại a Quạt gió thổi cục Hình 1 Hình ảnh quạt gió thổi cục Loại quạt loại phổ biến sống tại, bắt gặp nơi đâu Loại quạt có ưu điểm đa dạng kích thước, cách lắp đặt, tiện lợi sử dụng nơi đâu Chúng ta bắt gặp quạt thổi nhà, nhà máy hay trường học nào, … Về mặt hình dáng phần giá nói mạnh loại quạt Giá thành loại quạt thổi thường có giá bình dân, phù hợp với túi tiền người tiêu dùng Tuy nhiện, loại quạt lại có nhiều nhược điểm như: Khơng làm giảm nhiệt độ khơng khí nơi sử dụng Khơng khí bay lòng vòng từ nơi qua nơi khác, ta cảm thấy mát gió kích thích mồ bay qua da Điều làm cho da mau khô hơn, người cảm thấy nước không tốt đến sức khỏe điều kiện làm việc Không thổi trực tiếp vào người nhiệt độ mơi trường lớn 34 0C gió nóng làm ta có cảm giác mệt moi, hoa mắt chóng mặt gây ảnh hưởng đến sức khỏe người b Quạt thơng gió truyền thống Hình Hình ảnh mơ hình ứng dụng quạt thơng gió thường gặp tục chờ xung reset Lệnh sử dụng trường hợp có cảm biến dây, trường hợp có nhiều cảm biến dây SKIP ROM (CCh) Lệnh cho phép thiết bị điều khiển truy nhập thẳng đến lệnh nhớ DS1820 mà không cần gửi chuỗi mã 64 bit ROM Như tiết kiệm thời gian chờ đợi mang hiệu có cảm biến SEARCH ROM (F0h) Lệnh cho phép điều khiển bus dò tìm số lượng thành viên tớ đấu vào bus giá trị cụ thể 64 bit ROM chúng chu trình dò tìm ALARM SEARCH (ECh) Tiến trình lệnh giống hệt lệnh Search ROM, cảm biến DS1820 đáp ứng lệnh xuất điều kiện cảnh báo phép đo nhiệt độ cuối Điều kiện cảnh báo định nghĩa giá trị nhiệt độ đo lớn giá trị TH nhỏ giá trị TL hai giá trị nhiệt độ cao nhiệt độ thấp đặt ghi nhớ cảm biến 32 b Khối chấp hành Sử dụng module relay kênh để điều khiển hoạt động cặp “sò nóng lạnh” Mỗi đóng mở relay tương ứng với việc cặp sò hoạt động không hoạt động Module Relay với opto cách ly nhỏ gọn, có opto transistor cách ly giúp cho việc sử dụng trở nên an toàn với board mạch chính, mạch sử dụng để đóng ngắt nguồn điện cơng suất cao AC DC, chọn đóng kích mức cao mức thấp Jumper Hình Hình ảnh module relay kênh Tiếp điểm đóng ngắt gồm tiếp điểm NC (thường đóng), NO(thường mở) COM(chân chung) cách ly hồn tồn với board mạch chính, trạng thái bình thường chưa kích NC nối với COM, có trạng thái kích COM chuyển sang nối với NO kết nối với NC 33 Thông số ký thuật module: Sử dụng điện áp nuôi DC 5V Relay giây tiêu thụ dòng khoảng 80mA Điện đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A DC30V ~ 10A Có thể chọn mức tín hiệu kích qua jumper Kích thước: 1.97 in x 1.02 in x 0.75 in (5.0 cm x 2.6 cm x 1.9 cm) Để điều khiển relay em sử dụng phần mềm Arduino để lập trình cho sản phẩm Hình Hình ảnh phần code lập trình sản phẩm 34 c Khối hiển thị Hình 10 Hình ảnh hình LCD 16*2 Màn hình LCD 16*2 loại hình tinh thể lỏng, sử dụng driver HD44780, dùng để hiển thị chữ chữ số bảng mã ASCII Thông số kĩ thuật hình LCD: Điện áp hoạt động: 5V Kích thước: 80 x 36 x 12,5 mm Khoảng cách chân kết nối 0,1 inch, tiện lợi kết nối Breadboard Tên chân ghi mặt sau, tiện cho việc kết nối dây Có đèn led nền, sử dụng biến trở PWM để điều chỉnh độ sáng Có thể điều khiển với dây tín hiệu 35 Hình 11 Hình ảnh module giao tiếp I2C Module I2C có kích thước nhỏ gọn, dễ sử dụng Dùng với điện áp 5v nên thích hợp sử dụng chung với hình lcd Việc sử dụng module nhằm mục đích tránh khỏi nhầm lẫn khơng đáng có đấu nối dây với hình tiết kiệm nhiều chân vi điều khiển 2.6 Lập trình điều khiển Arduino Arduino bo mạch xử lý dùng để lập trình tương tác với thiết bị phần cứng cảm biến, động cơ,… Điểm hấp dẫn Arduino với anh em lập trình ngơn ngữ dễ học (giống C/C++), ngoại vi bo mạch chuẩn hóa, nên khơng cần biết nhiều điện tử, lập trình ứng dụng thú vị Thêm nữa, Arduino tảng chuẩn hóa, nên có nhiều bo mạch mở rộng (gọi shield) để cắm chồng lên bo mạch Arduino, hình dung nôm na “library” ngôn ngữ lập trình Ví dụ, muốn kết nối Internet có Ethernet shield, muốn điều khiển động có Motor shield, muốn kết nối nhận tin nhắn có GSM shield,… Rất đơn giản, ta phải tập trung vào việc “lắp ghép” thành phần sáng tạo ứng dụng cần thiết Có thể kể số ứng dụng Arduino: 36 Robot: Arduino dùng để làm xử lý trung tâm nhiều loại robot Đó nhờ vào khả đọc thiết bị cảm biến, điều khiển động cơ,… Arduino Game tương tác: dùng Arduino để tương tác với Joystick, hình,… để chơi trò Tetrix, phá gach, Mario… Máy bay không người lái Mô Ipod Như vậy, bo mạch nhỏ thế, Arduino dùng vào nhiều ứng dụng thú vị khác Vậy để phát triển ứng dụng dựa Arduino, cần kit phát triển, dây kết nối USB loại A-B, bo mạch Arduino bắt đầu Ngơn ngữ lập trình Arduino C/C++, so với lập trình lập trình trực tiếp với vi điều khiển, lập trình với Arduino đơn giản nhiều ta phải giao tiếp với phần cứng thông qua thư viện, xem lớp C++ lên giao tiếp với phần cứng Trên website, có nhiều library viết sẵn để điều khiển ngoại vi: LCD, sensor, motor… nên việc ta cần làm kết hợp chúng với để tạo ứng dụng cho riêng Hình 12 Hình ảnh chi tiết Arduino Uno R3 37 Đối với lập trình cho Arduino trước tiên quan tâm thành phần đánh số trên: - Cổng USB (loại B): cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điểu khiển Đồng thời giao tiếp serial để truyền liệu vi điểu khiển với máy tính - Jack nguồn: để chạy Arduino lấy nguồn từ cổng USB trên, lúc cắm với máy tính Lúc đó, ta cần nguồn 9V đến 12V - Hàng Header: đánh số từ đến 12 hàng digital pin, nhận vào xuất tín hiệu số Ngồi có pin đất (GND) pin điện áp tham chiếu (AREF) - Hàng header thứ hai: chủ yếu liên quan đến điện áp đất, nguồn - Hàng header thứ ba: chân để nhận vào xuất tín hiệu analog Ví dụ đọc thơng tin thiết bị cảm biến - Vi điều khiển AVR: xử lý trung tâm toàn bo mạch Với mẫu Arduino khác chip khác Ở Arduino Uno sử dụng ATMega328 Với chip ATMEGA 328 có số thơng số cần ý sau: Vi điều khiển Atmega 328P PU Điện áp hoạt động 5V Điện áp khuyên dùng 7-11V Điện áp vào giới hạn 12V Digital I/O chân 14 (trong có chân băm xung) 38 PWM Digital I/O chân Analog Input chân Cường độ dòng điện I/O chân 20mA Cường độ dòng điện 3,3V chân 50mA Flash memory 32KB (Atmega328P) 0,5KB sử bootloader SRAM 2KB (Atmega328P) EEPROM 1KB (Atmega328P) Chiều dài 68,6mm Chiều rộng 53,4mm Khối lượng 25g 39 dụng CHƢƠNG III - VẬN HÀNH CHẠY THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM 3.1 Sản phẩm sau hồn thiện Hình Hình ảnh mặt trước sản phẩm hoàn thiện 40 Hình Hình ảnh điều khiển ổn định hiển thị nhiệt độ 3.2 Vận hành chạy thử nghiệm Sau hoàn thiện sản phẩm, ta tiến hành kiểm tra hoạt động hệ thống theo bước sau: Bước 1: Cấp nguồn cho hệ thống Bước 2: Khởi động quạt gió lồng đảo gió Bước 3: Kiểm tra hoạt động module chuyển nhiệt Bước 4: Kiếm tra tính ổn định hệ thống khâu hiển thị nhiệt độ phòng tự làm lạnh nước nhiệt độ phòng mức đặt 3.3 Đánh giá sản phẩm Bộ sản phẩm hoạt động yêu cầu công nghệ đề 41 Bộ sản phẩm đảm bảo tính gọn nhẹ, dễ dàng di chuyển Đảm bảo tính thân thiện với môi trường Nhược điểm sản phẩm nhiều: Hiệu suất làm mát chưa cao tính tốn Thời gian làm mát q lâu so với tính tốn Chưa điều hồ nhiệt độ phòng mà tạo luồng gió mát Chưa tạo sản phẩm có tính thẩm mĩ cao 42 KẾT LUẬN Bước đầu nghiên cứu điều hòa khơng khí thực tiễn sở lý thuyết thiết kế chế tạo quạt điều hòa khơng khí sử dụng mơi chất khác khí Frezon Đã chế tạo thành cơng quạt điều hòa khơng khí hoạt động ổn định đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đề HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Nghiên cứu cải thiện công suất module chuyển nhiệt để tăng hiệu suất làm mát giảm thiểu tối đa lượng điện tiêu thụ Nghiên cứu cải tiến sản phẩm để tăng tính thẩm mỹ 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Minh Hà (2008), Kỹ thuật mạch điện tử, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật Hà Nội Nguyễn Thị Mai Lan (2015), Tập giảng Kĩ thuật tương tự, Khoa Sư phạm kĩ thuật, Đại học Sư phạm Hà Nội Trần Hữu Quế (1992), Vẽ kỹ thuật khí, Nhà xuất Đại học giáo dục chuyên nghiệp Trần Minh Sơ (2004), Kỹ thuật điện, Nhà xuất Đại học Sư phạm Tô Đằng, Nguyễn Xuân Phái (1978), Sử dụng sửa chữa khí cụ điện hạ thế, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 44 PHỤ LỤC Sơ đồ thiết kế phần cứng sản phẩm Lưu đồ thuật toán chương trình ... 1.1.1 Quạt gió a Quạt gió thổi cục b Quạt thơng gió truyền thống c Quạt thơng gió sử dụng làm lạnh 1.1.2 Điều hòa khơng khí a Hệ thống điều hồ khơng khí. .. sống sản xuất Điều hòa tiện nghi điều hòa cơng nghệ khơng thể thiếu tòa nhà, khách sạn, siêu thị, dịch vụ du lịch, văn hóa, y tế, thể thao, … Trong năm qua, ngành điều hòa khơng khí (ĐHKK) hỗ... 1.1.1 Quạt gió Đối với phương pháp làm mát quạt gió chia làm kiểu quạt gió: quạt thổi quạt hút Mỗi loại quạt gió có ưu, nhược điểm riêng Sau đây, em xin phân tích sơ số đặc điểm loại a Quạt gió