Thiết kế thi công thiết bị tiết kiệm điện nước cho trường Đại học Lạc Hồng phần 2

Thiết kế thi công thiết bị tiết kiệm điện nước cho trường Đại học Lạc Hồng

Trang 1

LỜI MỞ ĐẦU

Trong xã hội ngày nay kỹ thuật điện tử đã và đang ứng dụng mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực và ngày càng trở nên phổ biến hơn là lĩnh vực “Điều Khiển Tự Động” Trong những công trình lớn như nhà máy, xí nghiệp chúng ta thấy rõ hơn vai trò quan trọng của điều khiển tự động hoặc những ứng dụng tự động trong lĩnh vực dân dụng, có những máy thông minh phục vụ cho những nhu cầu sinh hoạt cho con người Tất cả những máy móc đó điều được điều khiển bởi bộ xử lí trung tâm, ở những hệ thống lớn thì bộ xử lí trung tâm là PLC, máy tính công nghiệp , ở những hệ thống xử lý nhỏ hơn thì người ta dùng vi điều khiển

Ngày nay, điện năng - nguồn tài nguyên vô giá của đất nước đang bị sử dụng một cách lãng phí Ngành điện đã và đang tiến hành nhiều giải pháp để đối phó với tình trạng trên, trong đó việc sử dụng điện một cách hợp lý là một biện pháp rất quan trọng

Tiết kiệm nói chung và tiết kiệm điện nói riêng là vấn đề Quốc sách, phải thực hiện lâu dài trong suốt quá tình tiêu thụ điện, chứ không phải chỉ thực hiện vào lúc thiếu điện Ngành điện đã và đang tiến hành nhiều giải pháp để đối phó với tình trạng trên, trong đó việc sử dụng điện một cách hợp lý là một biện pháp rất quan trọng

Dựa trên những cơ sở đó và xuất phát từ yêu cầu thực tế về tiết kiệm năng lượng ở trường Đại Học Lạc Hồng, nhóm sinh viên thực hiện đã chọn đề tài: “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CÁC THIẾT BỊ TIẾT KIỆM ĐIỆN NƯỚC CHO TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG” cho đề tài nghiên cứu của mình

Trang 2

Ngày 14 tháng 4 năm 2006, Thủ tướng chính phủ đã ký Quyết định số 79/2006/QĐ-TTg phê duyệt Chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả nhằm từng bước đạt được mục tiêu tiết kiệm 5-8% tổng mức tiêu thụ năng lượng vào năm 2015, giảm một phần mức đầu tư phát triển hệ thống cung ứng năng lượng, mang lại lợi ích về kinh tế - xã hội, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường, khai thác hợp lý các nguồn tài nguyên năng lượng, thực hiện phát triển kinh tế - xã hội bền vững Tháng 9 vừa qua, trong tờ trình Chính phủ về dự án Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, Bộ Công thương dự báo, đến cuối thế kỷ này, các nguồn năng lượng của VN sẽ trở nên khan hiếm, các mỏ dầu và khí đốt sẽ dần cạn kiệt Trong khi đó, tình trạng lãng phí năng lượng trong sản xuất công nghiệp, xây dựng dân dụng và giao thông vận tải (GTVT) của nước ta hiện nay là rất lớn Hiệu suất sử dụng nguồn năng lượng trong các nhà máy nhiệt điện đốt than, dầu của nước ta chỉ đạt được từ 28-32%, thấp hơn so với các nước phát triển khoảng 10% hiệu suất các lò hơi công nghiệp chỉ đạt khoảng 60%, thấp hơn mức trung bình của thế giới khoảng 20% Năng lượng tiêu hao cho một đơn vị sản phẩm các ngành công nghiệp chính của nước ta cao hơn nhiều so với các nước phát triển

Sử dụng hiệu quả năng lượng đã trở thành vấn đề đặc biệt quan trọng khi hao tổn năng lượng trong sản xuất, giao thông của nước ta đang quá cao và Việt Nam đang trở thành nước nhập khẩu năng lượng Đó là vấn đề được nêu ra tại hội thảo về dự án Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả do Ủy ban Khoa học - Công nghệ và Môi trường của

Quốc hội tổ chức ngày 26.8 ở TP.HCM (theo

báo Thanh Niên) Trong bối cảnh thế giới phải

đối mặt với sự khan hiếm các nguồn năng lượng truyền thống và năng lượng tái tạo cũng có nhiều hạn chế thì việc sử dụng tiết kiệm năng lượng có ý nghĩa rất quan trọng Bên cạnh đó, chúng ta cần phải tiết kiệm năng lượng để chống hiện tượng ấm lên toàn cầu, sự nóng lên của trái đất Việt Nam là một trong những nước sẽ phải chịu tác động rất ghê gớm do tác động này nên chúng ta cần phải có trách nhiệm đối với chính tương lai của hành tinh cũng

như đất nước của chúng ta ( ý kiến của đại biểu Nguyễn Đình Xuân , ĐBQH tỉnh

toàn xã hội hiện nay

Hình 1: Hoạt động tuyên truyền về tiết kiệm năng lượng tại công

viên Lê Văn Tám, TP.HCM

Trang 3

Xuất phát từ vấn đề thực tế về tiết kiệm năng lượng của toàn xã hội và yêu cầu về tiết kiệm năng lượng trong trường Đại Học Lạc Hồng; và nhất là niềm đam mê học

hỏi và nghiên cứu Nhóm thực hiện chúng em đã lựa chọn đề tài: “Thiết kế và thi

công các thiết bị tiết kiệm điện, nước cho trường Đại học Lạc Hồng” sao cho đề tài

gần gũi với thực tế và có thể góp phần vào việc tiết kiệm năng lượng của nhà trường

II KHÁI QUÁT VỀ NĂNG LƯỢNG, TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG VÀ NHỮNG LỢI ÍCH MÀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG MANG LẠI

1 Năng lượng

Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công Có nhiều dạng năng lượng khác nhau như: điện năng, quang năng, cơ năng, hoá năng, nhiệt năng, vv… Dựa vào nguồn cung cấp năng lượng thiên nhiên ta có thể phân biệt năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng nước, vv…

Ngày nay, con người không thể sống thiếu năng lượng Nhưng do nguồn năng lượng là hữu hạn nên nhân loại phải sử dụng năng lượng một cách hiệu quả không lãng phí Trong đó điện và nước là nhu cầu thiết yếu hơn hẳn cho cuộc sống

Tiết kiệm năng lượng là sử dụng năng lượng hợp lý và hiệu quả Sử dụng tiết

kiệm là sử dụng đúng lúc, đúng chỗ không dùng nữa thì tắt ngay Ví dụ: chỉ bật đèn tại những vị trí sinh hoạt, cần chiếu sáng và bật vừa đủ, dùng xong thì tắt ngay hay với máy điều hòa không khí, chỉ nên cài nhiệt độ từ 240C đến 260C khi sử dụng

Sử dụng hiệu quả là sử dụng một lượng năng lượng ít nhất mà vẫn thỏa mãn nhu cầu sử dụng Ví dụ: sử dụng các loại đèn tiết kiệm như đèn huỳnh quang, đèn compact có điện năng tiêu thụ thấp hơn loại đèn dây tóc mặc dù cho độ sáng như nhau

2 Những lợi ích của tiết kiệm năng lượng

Tiết kiệm năng lượng sẽ mang lại một số lợi ích sau:

Tiết kiệm tiền cho bạn, cho gia đình và cho đất nước

Góp phần đảm bảo nhu cầu điện, gas, xăng, vv… cho gia đình bạn và mang lại lợi ích cho xã hội

Góp phần hạn chế cắt điện luân phiên tại khu vực bạn ở và các khu vực khác trên cả nước

Góp phần bảo vệ sự trong lành của môi trường – chính là bảo vệ sức khỏe cho bạn và cả gia đình

Chỉ cần mỗi hộ dân (của Tiền Giang) giảm bớt một bóng đèn 40 W thì sẽ tiết kiệm được khoảng 15,4 MW/ ngày đêm và như thế thì gần như không cần phải cắt điện

nữa (phát biểu của ông Nguyễn Trung Trí, phó giám đốc Công ty Điện lực Tiền

Giang) [5]

Mỗi gia đình của Việt Nam chỉ cần tắt bớt một bóng đèn vào giờ cao điểm (từ 22h) sẽ tiết kiệm được hàng ngàn tỉ đồng chi phí ngân sách đầu tư cho việc bổ sung nguồn điện, lưới điện

Trang 4

8h-CHƯƠNG II: CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG CƠ QUAN, CÔNG SỞ VÀ GIA ĐÌNH

Điện năng - Nguồn tài nguyên vô giá của đất nước đang bị sử dụng một cách lãng phí.[5] Ngành điện đã và đang tiến hành nhiều giải pháp để đối phó với tình trạng trên; trong đó việc sử dụng điện, nước một cách hợp lý là một biện pháp rất quan trọng

I CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG ĐIỆN NƯỚC TẠI CÁC CƠ QUAN, CÔNG SỞ

Tiết kiệm nói chung và tiết kiệm điện, nước nói riêng là vấn đề Quốc sách, phải thực hiện lâu dài trong suốt quá tình tiêu thụ điện, chứ không phải chỉ thực hiện vào lúc thiếu điện Để cho việc thực hiện tiết kiệm điện, nước trong các cơ quan, công sở có hiệu quả lâu dài và ổn định, ta cần tiến hành có bài bản trên 2 giải pháp: giải pháp kỹ thuật và giải pháp hành chính

1 Giải pháp kỹ thuật

Giải pháp kỹ thuật về tiết kiệm điện phải vừa đảm bảo tiết kiệm điện có hiệu quả, lại vừa đảm bảo môi trường làm việc có hiệu quả của cán bộ công nhân viên trong cơ

quan, công sở, các bước tiến hành như sau:

 Mở rộng hoặc mở thêm các cửa sổ và lắp kính kể cả trần (nếu có thể) để tận dụng tối đa ánh sáng tự nhiên

Thay tất cả các bóng đèn tròn sợi đốt (nếu có) bằng đèn compact hoặc đèn ống huỳnh quang để tiết kiệm điện

Thay bóng đèn ống neon thế hệ cũ 40W, 20W bằng bóng đèn ống neon thế hệ mới 36W, 18W và thay chấn lưu sắt từ bằng chấn lưu điện tử để tiết kiệm điện (khi thay một chấn lưu sắt từ bằng chấn lưu điện tử của đèn 40W, ta tiết kiệm được mỗi giờ 4Wh và cho lưới điện 12,9Wh do không phải chuyên chở điện phản kháng)

Lắp máng, chảo chụp ở các đèn còn thiếu để tăng độ phản chiếu ánh sáng và điều chỉnh lắp đèn ở độ cao thích hợp để có độ phản chiếu ánh sáng cao Thực hiện mỗi đèn một công tắc đóng, mở

 Với các phòng làm việc: Thực hiện hai chế độ ánh sáng trong phòng: Ánh sáng đi

lại sinh hoạt và ánh sáng làm việc Dùng đèn ống neon treo trên tường đủ ánh sáng đi lại cho sinh hoạt và đèn bàn compact cho mỗi bàn làm việc của cán bộ (chỉ bật

khi làm việc) Với cách bố trí chiếu sáng này chúng ta sẽ tiết kiệm được rất nhiều

điện năng lạng phí

Với các phòng có đặt máy điều hoà nhiệt độ cần:

 Củng cố lại độ kín của các cửa sổ

Lắp bộ tự động đóng lại cho cửa ra vào

Trang 5

 Bố trí lại máy điều hoà nhiệt độ (nếu cần) để lợi dụng tối đa luồng không khí

mát bên ngoài các máy dư thừa được tháo đi

Trong thời tiết quá nóng hoặc quá lạnh, nhiều gia đình đã trang bị máy điều hoà nhiệt độ Trước khi lắp máy, bảo đảm gian phòng thật kín, cách nhiệt tốt Tuỳ theo nhiệt độ trong ngày và thói quen chịu nóng (lạnh) của bạn mà điều chỉnh nhiệt độ cho thích hợp Nên nhớ cứ tăng 2 0C bạn giảm được việc xả khoảng 200kg khí cacbonic mỗi năm

Nếu đã đặt sẵn 23 0C trở lên thì cứ tăng 0,5 0C giảm được 3% năng lượng Một cách tiết kiệm năng lượng chẳng mấy ai lưu ý đến là các tấm lọc và các bộ phận bên trong bị bẩn vì bám bụi là nguyên nhân tăng tiêu thụ điện nên bạn cần lưu ý làm vệ sinh thường xuyên

Giảm 50% độ chiếu sáng ở các hành lang, nhà vệ sinh và thay vào đó các đèn compact 9W

Kiểm tra hệ thống điện trong cơ quan

 Thay các đoạn dây bị quá tải (nếu có) bằng dây có tiết diện lớn hơn

Thay các đoạn dây cũ, nát, rò điện bằng dây mới cùng tiết điện

Sửa chữa các mối nối, các chỗ tiếp xúc ở cầu dao, cầu chì, phích cắm bị phát nóng quá mức

Treo công tơ phụ cho từng phòng để giao chỉ tiêu điện năng tiêu thụ hàng tháng cho từng phòng ban

2 Giải pháp hành chính, quản lý

Giải pháp hành chính là xây dựng một nội quy sử dụng đến trong cơ quan, công

sở, nhằm buộc CBCNV trong cơ quan phải có ý thức, nhiệm vụ và trách nhiệm tiết

kiệm đến, đảm bảo cho việc tiết kiệm điện vào nề nếp, ổn định và lâu dài như:

Quy định các chế độ và thời gian sử dụng các trang thiết bị trong cơ quan hạn chế hoặc cấm sử dụng điện ngoàii mục đích công việc

Thường xuyên kiểm tra theo dõi việc sử dụng các trang thiết bị điện theo qui định Tiết kiệm điện thông qua các biệp pháp chế tài: Có chế độ thưởng, phạt và động

viên thi đua

II CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG TRONG GIA ĐÌNH

Hiện tại trong hầu hết các gia đình vấn đề tiết kiệm điện, nước vẫn chưa được quan tâm đúng mức Hai nguồn năng lượng này vẫn đang sử dụng một cách không hợp lý và tiết kiệm, đặc biệt là tiết kiệm điện và nước

Để tiết kiệm điện, nước trong gia đình cần tuân thủ một số biện pháp sau: Lựa chọn thiết bị tiết kiệm điện và nước

Lắp đặt thiết bị hợp lý, khoa học

Điều chỉnh thói quen sử dụng đồ điện trong gia đình như máy điều hòa nhiệt độ, tủ lạnh, quạt, máy tính, các thiết bị khác có sử dụng nguồn điện

Trang 6

CHƯƠNG III: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Đối với các phòng ban: Trong giờ nghỉ trưa nhưng các thiết bị điện trong văn phòng vẫn không được tắt như: máy lạnh, máy tính, quạt, đèn, vv…

Đối với toilet: Nước vẫn chưa được sử dụng tiết kiệm cụ thể là nước vẫn xả bừa bãi, vv…

ĐIỆN NƯỚC CHO TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG” được nhóm thực hiện lựa chọn để

có thể góp phần tiết kiệm tiết kiệm nguồn năng lượng điện nước ở trường Đại Học Lạc Hồng

II CÁC PHƯƠNG ÁN ĐỂ THỰC HIỆN TIẾT KIỆM ĐIỆN NƯỚC MỘT CÁCH TỰ ĐỘNG

Dưới đây là một số phương án thiết kế phục vụ cho việc tiết kiệm điện, nước:

1 Phương án 1

Dùng cảm biến quang kết hợp với PLC để điều khiển Sơ đồ khối của phương án này như sau:

Hình 2: Sơ đồ khối phương án 1

Cảm biến quang thường dùng cảm biến quang loại phản xạ khuếch tán mà đặc điểm của cảm biến quang là chỉ phát hiện được những vật sáng và có khả năng phản xạ, bên cạnh đó giá thành cảm biến quang và PLC khá cao Do đó, phương án này có tính khả thi không cao

Cảm biến

Trang 7

Dùng Camera hồng ngoại kết nối với máy tính Sơ đồ khối của phương án này như sau:

Ưu điểm: Camera hồng ngoại có thể phát hiện được hầu hết các vật kể cả ban đêm Nhược điểm: mạch điều khiển phức tạp và giá thành Camera cao Yêu cầu khả năng

lập trình tốt

Dùng cảm biến siêu âm kết hợp với PLC.Sơ đồ khối của phương án này như sau:

Ưu điểm: Cảm biến siêu âm có khoảng cách phát hiện lên đến 6m, có thể điều chỉnh

được, không bị ảnh hưởng bởi màu sắc, tính chất bề mặt vật thể, độ chính xác cao

Nhược điểm: Đắt tiền, chi phí đầu tư lớn 4 Phương án 4

Dùng cảm biến chuyển động PIR kết hợp với vi xử lý Sơ đồ khối của hệ thống:

Trang 8

Nhược điểm:

Không phát hiện được con người hay đối tượng đứng yên

Dễ tác động sai nếu như có nguồn nhiệt với bước sóng phù hợp nằm trong vùng phát hiện của cảm biến

5 Phương án 5.

Dùng Real time định thời gian kết hợp với vi xử lý đóng cắt thiết bị cấp nguồn điện cho thiết bị đúng thời gian qui định

Sơ đồ khối của hệ thống:

hoặc sử dụng vào ngày chủ nhật và các ngày lễ bằng các phím chỉnh có ở trên hệ thống

Chi phí thấp, hiệu quả, chính xác và tiết kiệm

Nhược điểm:

Còn phải phụ thuộc vào ý thức của người sử dụng

Phương án khắc phục:

Lắp thêm thiết bị đóng mở bằng tay (đóng CB) để điều khiển thiết bị nếu muốn sử

dụng thêm ngoài thời gian cài đặt

III LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN.

Sau khi đã tham khảo và nhận xét các phương án thiết kế, nhóm thực hiện lựa chọn phương án 4: Dùng cảm biến chuyển động PIR kết hợp vi xử lý để thực hiện tiết kiệm nước cho toilet và phương án 5: Dùng Real time định thời gian kết hợp với vi xử lý để thực hiện tiết kiệm điện cho các máy điều hòa nhiệt độ của các văn phòng khoa và các phòng ban có sử dụng máy điều hòa nhiệt độ

đóng cắt

Trang 9

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Xuất phát từ vấn đề thực tế về tiết kiệm năng lượng ở trường Đại Học Lạc Hồng; và trên cơ sở tham khảo một số phương pháp và mô hình tiết kiệm của một số công ty và trường học: như trường ĐH SP kỹ thuật T.P HCM, công ty Fujitsu Việt Nam,… Từ đó nhóm nghiên cứu đã lên phương án xây dựng và thiết kế các thiết bị nhằm tiết kiệm điện và nước một cách tối ưu nhằm: hạn chế đến mức thấp nhất việc sử dụng thiết bị lãng phí, mang lại hiệu quả cao hơn trong việc tiết kiệm năng lượng điện, nước cho trường Đại Học Lạc Hồng Các thiết bị đã thực sự mang lại hiệu quả về công nghệ

V TẦM QUAN TRỌNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI

Hạn chế đến mức thấp nhất việc sử dụng thiết bị lãng phí, mang lại hiệu quả cao hơn trong việc tiết kiệm năng lượng điện, nước

Đề tài đã được thiết kế và thi công theo yêu cầu của phòng quản trị thiết bị trường ĐH Lạc Hồng Với bộ tiết kiệm điện dùng để đóng mở nguồn điện máy điều hòa nhiệt độ theo thời gian cài đặt và bộ tiết kiệm nước dùng để đóng mở nguồn nước tự động

VI HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

Do thời gian thực hiện của đề tài còn hạn nên nhóm chỉ tập trung nghiên cứu và thi công bộ tiết kiệm nước dùng để đóng mở nguồn nước tự động và bộ thiết bị tiết kiệm điện dùng để đóng mở nguồn điện cấp cho máy điều hòa nhiệt độ tự động theo thời gian cài đặt Nhóm thực hiện mong muốn các bộ tiết kiệm này có thể được ứng dụng ở rộng ở trường Đại Học Lạc Hồng Và có thể được ứng dụng trong các công ty, xí nghiệp,…

Mặc dù có nhiều cố gắng trong quá trình tìm hiểu và thực hiện nhưng vì những hạn chế về kiến thức, kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những nhầm lẫn và sai sót Nhóm thực hiện chúng em rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo và các bạn sinh viên để đề tài của chúng em có thể hoàn thiện hơn

Trang 10

PHẦN II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

CHƯƠNG I : HỆ THỐNG TIẾT KIỆM NƯỚC I SƠ ĐỒ KHỒI VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG

Nguồn cung cấp là điện áp 220 VAC qua biến áp để cấp điện áp 5 VDC cho bộ điều khiển

2 Nguyên lý hoạt động

Khi PIR nhận biết có sự hiện diện của người di chuyển, khi đã xác nhận chắc chắn có người, PIR xuất tín hiệu ở ngõ ra đưa vào bộ điều khiển xuất tín hiệu để đóng các thiết bị đóng cắt Khi người không còn trong phòng nữa thì chương trình sẽ tạo một khoảng thời gian trễ phù hợp Nếu sau thời gian cài đặt mà không có sự hiện diện của người bộ điều khiển sẽ nhận tín hiệu của PIR kiểm tra chắc chắn còn người hay không, nếu không còn thì sẽ xuất tín hiệu ngắt các thiết bị đóng cắt

3 Khu vực lắp đặt

Khu vực lắp đặt là các phòng toilet, các khu vệ sinh công cộng có sử dụng nguồn nước

Người - Đối tượng

Nguồn cung cấp

Module PIR

Bộ điều khiển

Thiết bị đóng cắt

Trang 11

Hình 8: Sơ đồ khối lắp đặt thực tế hệ thống đóng mở nước tự động

II GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ CÓ TRONG HỆ THỐNG 1 Cảm biến chuyển động PIR

a Giới thiệu về hồng ngoại

Tia hồng ngoại tồn tại trong phổ trường điện từ, có bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng có thể nhìn thấy được Tia hồng ngoại không thể nhìn thấy nhưng có thể phát hiện được nhờ vào những trang thiết bị chuyên dụng Những vật sinh ra nhiệt năng đều sinh ra tia hồng ngoại, bao gồm cả động vật và con người, bước sóng của con người sinh ra vào khoảng 9.4 µm.[5]

b Cấu trúc và hoạt động của PIR

PIR (Pryelectric Infrared Radial sensor) tức cảm biến phát hiện tia hồng ngoại Nguyên lý hoạt động và cách bố trí:

Nguyên tắc chung của PIR là thu tia hồng ngoại do con người hay đối tượng tạo ra hồng ngoại khi đối tượng đó di chuyển trong vùng hoạt động của cảmbiến Hiện có 3 loại PIR là: PIR D203S-e, D203B-e và PIR 325 Mỗi PIR có khoảng cách phát hiện (vùng hoạt động) khác nhau

Ví dụ: vùng hoạt động của cảm biến PIR325 vào khoảng 1,3 mét, nhưng hoạt động ổn định trong khoảng 1,2 mét

Trong đầu thu PIR có 2 phiến cảm ứng hồng ngoại, khi có tia hồng ngoại được hấp thụ không đồng thời trên hai phiến thu, 2 phiến này tạo ra 1 áp rất nhỏ gần như tín hiệu nhiễu và có độ lệch nhau, tín hiệu này được đưa vào chân FET như hình 9

Trang 12

Như chúng ta đã biết ánh sáng hồng ngoại thường bị nhiễu, điều đó làm cho PIR tác động nhầm lẫn Vì vậy người ta thiết kế thêm bộ khuếch đại và bộ so sánh cho PIR Đồng thời để tăng khoảng cách phát hiện của PIR thì người ta dùng thêm một gương cầu có nhiệm vụ tập trung tất cả ánh sáng hồng ngoại vào đầu thu của PIR Đó là gương cầu (thấu

kính) Fresnel

Gương cầu Fresnel là loại thấu kính do Augustin-Jean Fresnel chế tạo Đó là loại thấu kính hội tụ, có 2 loại thấu kính: một loại có mặt trước lồi, nhẵn bóng Loại thứ 2, mặt trước phẳng, mặt sau có hình răng cưa Thấu kính Fresnel là một loại thấu kính có bề mặt ghép lại từ các phần của mặt cầu, làm giảm độ dày của thấu kính và do đó giảm trọng lượng và giảm độ tiêu hao ánh sáng do sự hấp thụ của thủy tinh làm kính

Hình 10: Một số hình ảnh của thấu kính Fresnel

Hình 11: cấu tạo của thấu kính Fresnel

Thấu kính Fresnel có khả năng thu ánh sáng hồng ngoại có bước sóng trong

khoảng từ 8 đến 14 µm và có độ nhạy cao với bước sóng hồng ngoại do con người

tạo ra (khoảng 9,4 µm) Ánh sáng hồng ngoại đi qua gương cầu Fresnel sẽ hội tụ tại

một điểm, đó là đầu thu của PIR

Do môi trường có rất nhiều nguồn hồng ngoại như nguồn nhiệt, ánh sáng mặt trời, máy tính, vv Nên việc nhận biết sự hiện diện của người trong vùng làm việc chỉ

Hình 9: Cấu trúc PIR

Bức xạ hồng ngoại

Gương lồi Gương Fresnel

Trang 13

ở mức tương đối cho nên ngõ ra của PIR được nối với bộ khuếch đại Ở tầng thứ nhất của bộ khuếch đại tín hiệu được khuếch đại 100 lần, ở tầng 2 khuếch đại 100 lần, sau khi khuếch đại tín hiệu đi vào mạch so sánh, tại đây tín hiệu được lọc nhiễu và cho tín hiệu ra ở 3,5 đến 3,9 VDC Tất cả được tích hợp trong khối module

Để tăng độ nhạy và khoảng cách của PIR nhóm thực hiện dùng module PIR

Sơ đồ khối module PIR:

Hình 12: Sơ đồ khối của module PIR

Dưới đây là hình ảnh thực tế khối module PIR:

Hình 13: Hình ảnh thực tế module PIR

Cách bố trí: Tùy theo từng địa điểm mà có cách bố trí hợp lý

Hình 14: Cách bố trí và góc quét của module PIR theo phương ngang trên tường

So sánh

Khuếch đại

Tia hồng ngoại Thấu kính

Tín hiệu

Kính lọc hồng ngoại

Trang 14

 Vùng quét của PIR:

Hình 15: Vùng quét của PIR

 Vùng phát hiện của PIR:

Hình 16: Vùng phát hiện của PIR

Trang 15

2 Hình ảnh và thông số kỹ thuật của một số loại PIR [5]

Hình 17: Hình ảnh thực tế của PIR D203B-e và PIR D203S-e

 Thông số kỹ thuật của PIR D203B:

Mẫu giới thiệu (Recommended Model) : D203 B Loại đóng gói (Encapsulation Type) : TO-5

IR Nhận Kiềm (IR Receiving Electrode) : 2×1mm, 2 elements

Quang phổ đáp (Spectral Response) : 5-14 µm

Điện áp cung cấp (Supply Voltage) : 3-15 V Nhiệt độ hoạt động (Operating Temp) : -30-70 ºC Nhiệt độ lưu trữ (Storage Temp) : -40-80 ºC Góc quét của PIR:

Hình 18: Góc quét của PIR D203B-e

PIR D203S-e PIR D203B-e

Trang 16

 Thông số kỹ thuật của PIR D203S-e:

Mẫu giới thiệu (Recommended Model) : D203B Loại đóng gói (Encapsulation Type) : TO-5

IR Nhận Kiềm (IR Receiving Electrode) : 2×1mm, 2 elements Kích thước cửa sổ (Window Size) : 5×3.8 mm

Quang phổ đáp Spectral Response : 5-14 µm

Hình 19: Góc quét của PIR D203S-e.

3 Bộ điều khiển [5]

Bộ điều khiển dùng vi xử lý để điều khiển, có nhiều loại vi xử lý có thể dùng như: Họ 8051, 89Sxx, 89V5x,… trong đồ án này nhóm thực hiện dùng loại vi xử lý 89S52, vì giá thành của vi xử lý 89S52 rẻ

Sơ đồ chân của 89S52 như sau:

Hình 20: Hình ảnh và sơ đồ chân vi xử lý 89S52

Trang 17

Thông số kỹ thuật của một loại SSR: [5]

SSR một pha (Single Phase AC SSR)

Độ bền cách điện (Dielectric strength) : 2500 VAC

Dòng điện điều khiển (Control current) : DC: 3 – 25 mA, AC: 12 mA Điện trở cách điện (Insulation resistance) : 1000 MΩ/500 VDC

Dòng rò rỉ (Off leakage current) : ≤2 mA, ≤4 mA Tần số làm việc (Frequency Range) : 50/60 Hz Thời gian đóng mở (On-off time) : < 10 mS

Nhiệt độ môi trường (Ambient temperature): - 30 0C đến +75 0C

Trang 18

5 Valve đóng mở nước điều khiền bằng điện

Chọn valve đóng mở nước điều khiền bằng điện là

valve điện từ (thường gọi là valve điện)

Valve điện từ sử dụng rộng rãi trong các hệ thống đường ống nước của các trạm cấp nước, xử lý nước thải, hệ thống đường ống dẫn khí ga, khí hóa lỏng, hệ thống ống dẫn xăng dầu, hệ thống phòng cháy chữa cháy, hệ thống cứu hỏa,…

III CÁCH PHÁT HIỆN VẬT ĐỨNG YÊN

Như chúng ta đã biết, một nhược điểm lớn nhất của PIR là không phát hiện vật đứng yên Dưới đây là một số phương án để PIR có thể phát hiện được vật đứng yên:

1 Phương án 1: Dùng một động cơ DC nhỏ gắn vào module PIR để làm module PIR

di chuyển thay vì vật di chuyển

2 Phương án 2: Dùng một rơle nhỏ bên trong con chuột đèn huỳnh quang của hãng

Philips Một đầu tiếp điểm của rơle được nối với một sợi dây nhỏ, đầu còn lại nối vào module PIR Khi cuộn dây của rơle có điện, tiếp điểm của rơle sẽ đóng và kéo module PIR di chuyển theo Như vậy, thay vì vật di chuyển thì module PIR sẽ di chuyển để kiểm tra vật

IV THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN 1 Mạch điều khiển chính

a Sơ đồ khối phần cứng của hệ thống tự động đóng mở nước

Hình 22: Valve đóng mở nước điều khiển bằng điện

Hình 23: Sơ đồ khối phần cứng hệ thống tự độngđóng mở nước

Trang 19

b Sơ đồ nguyên lý của hệ thống.

OUT VDK

Y 1

VCC_5VU1 LM78051

D VOUT

VALE DONG MONUOC DIEUKHIEN BANGDIEN

D VOUT

0 VAC12

IN VDK

CON9123456789

Trang 20

0 VAC

Hình 26: Sơ đồ mạch vi xử lý điều khiển thiết bị

4 Mạch kết nối PIR vào vi xử lý

NGO RA PIR

Hình 27: Sơ đồ kết nối PIR với vi xử lý

Trang 21

5 Mạch động lực

RELAY 5 CHAN3

D4 DIODER8

220 VAC12VCC_5V

ISO1PC817

Trang 22

VI CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 1 Lưu đồ giải thuật

Hình 30: Sơ đồ giải thuật hệ thống tiết kiệm nước

2 Phần lập trình

Phần lập trình điều khiển thiết bị đóng mở nước tự động Dùng phần mềm Pinnacle 52 Professional Development System; viết bằng ngôn ngữ Asm (Assembler)

2.1 Giới thiệu phần mềm Pinnacle 52 Professional Development System

Hình 31: Viết chương trình trên giao diện phần mềm Pinnacle 52 Professional Development System

Có người

Không có người

Mở van nước Kiểm tra

có người hay không

Tạo thời gian trễ

Bắt đầu

Khóa van nước

Trang 23

2.2 Chương trình điều khiển

Chương trình điều khiển hệ thống xem ở phần mục lục chương trình điều khiển

Trang 24

CHƯƠNG II : HỆ THỐNG TIẾT KIỆM ĐIỆN

I SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TIẾT KIỆM ĐIỆN

Thiết bị dùng điện (TB): là máy điều hoà, bóng đèn, vv…

2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống tiết kiệm điện

Nguyên lý hoạt động của bộ tiết kiệm điện như sau: Máy biến áp dùng để cung cấp nguồn 5 VDC cho bộ điều khiển Bộ điều khiển sử dụng real time kết hợp vi xử lý có thể hiển thị thời gian thực và xuất tín hiệu để điều khiển đóng mở thiết bị đóng cắt đúng thời gian định trước Khi cuộn dây của thiết bị đóng cắt được cấp nguồn điện (DC), tiếp điểm động lực (NO: thường hở) của thiết bị đóng cắt đóng lại cấp nguồn điện cho thiết bị dùng điện Thời gian thực và thời gian cài đặt đóng mở thiết bị có thể thay đổi được bằng các phím chỉnh ở trên bộ điều khiển

SSR 2CB

NGUỒN ĐIỆN

BỘ ĐIỀU KHIỂN

Máy lạnh

Hình 35: Sơ đồ kết nối hệ thống với máy lạnh

Trang 25

3 Phạm vi sử dụng

Các văn phòng khoa và các phòng ban có gắn máy lạnh

II THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN 1 Mạch điều khiển chính

Y 111.059

RELAY SPDT

3 541

Y 1Y 3Y 5Y 7

16K LCD

CR17RESISTOR SIP 5

R6 1K

SPI PROGRAM

R13 100C3

R15R THANH 4K7

MAX 232

J5INT 1

R4 4K7

Hình 36: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống tiết kiệm điện

Trang 26

2 Khối Nguồn

U6 LM7812

D VOUT

Y 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8

Hình 39: Sơ đồ nạp chương trình thông qua IC 74 HC541

Đây là sơ đồ mạch nạp đi kèm với phần mền SPI Programmer 3.7, cho phép chúng ta nạp chương trình cho các chip MCU của hãng Atmel Chương trình được nạp thông qua các chân MOSI, MISO, SCK và RESET

Hình 38: Hình ảnh thực tế của IC 74 HC541.

Trang 27

4 Khối MCU [4]

Hình 40: Sơ đồ vi xử lý kết nối với các thiết bị khác (a), chip AT89V51RD2 (b)

Khối MCU bao gồm chip AT89V51RD2 , khối Reset, khối Real time, khối mạch điều khiển động lực và các header dùng để kết nối với khối hiển thị LED 7 đoạn và khối hiển thị LCD

Port 0 của chip AT89V51RD2 là port đa hợp được kết nối với các chân từ AD0 - AD7 để truy xuất IC Real time Port 1 kết nối với header để trở thành Port xuất dữ liệu cho khối hiển thị LCD hoặc LED 7 đoạn

Header LCD control/LED control được kết nối với các chân RS, RW, E, Back Light để điều khiển LCD hoặc kết nối với các chân LED1, LED2, LED3, LED 4 để điều khiển quét LED 7 đoạn

Khối Real time được kết nối với chip AT89V51RD2 giống như bộ nhớ dữ liệu ngoài, việc đọc và ghi dữ liệu lên Real time được cho phép bởi các tín hiệu RD và WR ở các chân P3.7 và P3.6 Ngoài ra chúng ta còn phải kết nối chân ALE với chân AS để giải đa hợp bus dữ liệu và bus địa chỉ Chân P2.7 kết nối với chân CS để cho phép Real time hoạt động Chúng ta sử dụng lệnh MOVX và thanh ghi R0/R1 làm thanh ghi chứa địa chỉ để truy xuất IC Real time

Chip 89V51RD2 sẽ giúp điều khiển DS12887 xử lý báo giờ như mong muốn [4]

P2.2R2 1K

Y 1

R15R THANH 4K7

(a)

(b)

Trang 28

5 Bộ định thời gian Real Time DS12887.

DS12C887 là 1 vi mạch phổ biến trong việc sử dụng làm đồng hồ thời gian thực

Hình 41: Sơ đồ Real time DS12C887 kết nối với vi xử lý

 Hình ảnh và cấu trúc bên trong:

AD6

Trang 29

 Cấu trúc bên trong Real Time Clock DS12C887:

Sơ đồ địa chỉ của DS12C887 được trình bày ở hình 33 Sơ đồ địa chỉ bao gồm 113 bytes RAM thông dụng, 11 bytes RAM mà thành phần bao gồm đồng hồ thời gian thực, lịch, dữ liệu báo giờ và 4 bytes được sử dụng cho việc điều khiển và thông báo tình trạng Tất cả 128 bytes có thể được ghi hoặc đọc trực tiếp trừ những trường hợp sau :

Thanh ghi C and D là hai thanh ghi chỉ đọc Bit thứ 7 của thanh ghi A là bit chỉ đọc Bit cao của byte thứ 2 là bit chỉ đọc

Hình 43: Sơ đồ địa chỉ của Real time DS12C887

Thời gian và lịch đã có bằng cách đọc các bytes bộ nhớ hiện có Thời gian, lịch và báo giờ được đặt hoặc gán giá trị bằng cách ghi giá trị bytes RAM thích hợp Nội dung của 10 bytes chứa thời gian, lịch và báo giờ đều có thể hiển thị ở cả 2 dạng nhị phân (Binary) hoặc BCD (Binary-Coded Decimal) Trước khi ghi lên các thanh ghi thời gian, lịch, và các thanh ghi báo giờ bên trong, bit SET ở thanh ghi B phải được đặt ở mức logic 1 để ngăn ngừa sự cập nhật có thể xảy ra trong quá trình ghi đè Thêm vào nữa để ghi lên 10 thanh ghi chỉ thời gian, lịch, và thanh ghi báo giờ ở một định dạng đã lựa chọn (BCD hay nhị phân), bit chọn kiểu dữ liệu (Data mode (DM)) của thanh ghi B phải được đặt ở mức logic thích hợp Tất cả 10 bytes thời gian, lịch và báo giờ phải sử dụng cùng kiểu dữ liệu Bit được đặt ở thanh ghi B nên được xoá sau khi bit kiểu dữ liệu đã được ghi để cho phép đồng hồ thời gian thực cập nhật bytes thời gian và lịch Vào lúc đầu, đồng hồ thời gian thực cập nhật ở một kiểu đã được lựa chọn Kiểu dữ liệu không thể thay đổi mà không khởi động lại 10 bytes dữ liệu Bảng 1 trình bày định dạng nhị phân và BCD của cả thời gian , lịch, và báo giờ Bit lựa chọn kiểu hiển thị 24/12 không thiể thay đổi mà không khởi động lại thanh ghi giờ Khi định dạng 12 giờ được lựa chọn, bit cao của bytes giờ tương ứng với PM khi nó được đặt ở mức logic 1 Bytes thời gian, lịch, và bytes báo giờ luôn được truy cập bởi vì chúng được đệm gấp đôi Mỗi giây một lần, 11 bytes được nâng cấp và được kiểm tra tình

Trang 30

trạng báo giờ Nếu lệnh đọc dữ liệu thời gian và lịch diễn ra trong quá trình cập nhật, một vấn đề phát sinh là giờ, phút, giây, … có thể không chính xác Xác xuất đọc không chính xác dữ liệu thời gian và lịch là rất thấp 3 bytes báo giờ có thể sử dụng bằng 2 cách Cách thứ nhất, khi thời gian báo giờ được ghi vào vị trí của các thanh ghi giờ, phút, giây, tác động báo giờ được bắt đầu tại thời gian chính xác trong ngày khi bit cho phép báo chuông được đặt ở mức cao Cách thứ hai sử dụng để đặt trạng thái bất chấp vào một hoặc nhiều bytes báo chuông Mã bất chấp là bất kỳ mã số hex nào nằm trong giá trị từ C0 đến FF Hai bit có trọng số lớn nhất của những byte trên đặt vào trạng thái bất chấp khi ở mức logic 1 Báo giờ sẽ được sinh ra mỗi giờ khi bit bất chấp được đặt vào bytes giờ Tương tự, báo giờ sẽ sinh ra mỗi phút nếu mã bất chấp có ở bytes giờ và bytes phút Nếu mã bất chấp có ở trong cả 3 bytes báo giờ thì nó sẽ tạo ra tín hiệu ngắt mỗi giây [4], [5]

Kiểu dữ liệu thời gian, lịch và báo giờ :

RANGE ADDRESS

LOCATION FUNTION

DECIMAL

RANGE BINARY DATA MADO

BCD DATA MADO

1 – 12 01-0C AM, 8C PM

01-12 AM, 92 PM 4

81-Hours-24-hr mode

Hours hr

Alarm-12-1 – Alarm-12-12 01-0C AM, 8C PM

01-12 AM, 92 PM 5

81-Hours 24hr

6 Day of the week Sunday = 1 1 – 7 01 – 07 01 – 07

Bảng2 1 : Bảng dữ liệu thời gian, ngày, tháng, năm

 Địa chỉ thanh ghi A và thanh ghi B: [4] Thanh ghi A

MSB LSB

BIT 7 BIT 6 BIT 5 BIT 4 BIT 3 BIT 2 BIT 1 BIT 0 UP DV2 DV1 DV0 RS3 RS2 RS1 RS0

Trang 31

Thanh ghi B

MSB LSB

BIT 7 BIT 6 BIT 5 BIT 4 BIT 3 BIT 2 BIT 1 BIT 0

Bảng 2.2: Địa chỉ thanh ghi A và thanh ghi B

Thanh ghi A và B là hai thanh ghi điều khiển, để mở, tắt bộ dao động và chọn chế độ hiển thị 24/12 giờ chúng ta phải nạp các giá trị vào thanh ghi A và B như sau :

Mở bộ dao động : A = 00100000 Hiển thị 24h/ngày : B = 00000010

6 Khối Nút Nhấn.

Hình 44: Sơ đồ khối và hình ảnh thực tế của nút nhấn

Các nút nhấn đơn được kết nối vào các chân P2.0, P2.1, P2.2 và tích cực ở mức thấp

7 Khối Hiển Thị LCD a Giới Thiệu Về LCD1602

Là một thiết bị thông dụng dùng để hiển thị thông tin đặc biệt là hiển thị các chữ cái LCD1602A có 16 cột và hai hàng, nó có thể hiển thị tối đa 32 kí tự cùng lúc (16 ở hàng trên, 16 ở hàng dưới)

MODE

Trang 32

 Bố trí chân và ý nghĩa các chân:

Hình 46: Bố trí chân thự tế của LCD

Chân 1: GND – chân cấp nguồn âm Chân 2: VCC – chân cấp nguồn dương

Chân 3: VEE – chân điều khiển độ tương phản

Chân 4: RS (Register Select) cho phép chọn đến thanh ghi lệnh hoặc thanh ghi dữ liệu Khi RS = 0, 1 byte dữ liệu nào đó gửi đến LCD sẽ được đặt vào thanh ghi lệnh để điều khiển LCD Khi RS = 1, thì 1 byte dữ liệu nào đó gửi đến LCD sẽ được đặt vào thanh ghi dữ liệu và được hiển thị ra ngoài

Chân 5: R/W quy định thao tác là đọc hay ghi Khi R/W = 0 thao tác được xác lập là ghi Khi đó có thể gửi dữ liệu đến LCD để hiển thị hoặc điều khiển LCD Khi R/W = 1 thao tác được xác lập là thao tác đọc Khi đó có thể đọc về trạng thái của LCD

Chân 6: EN (LCD enable) chân cho phép LCD làm việc Muốn LCD làm việc thì chân này phải được đặt ở mức cao (EN =1 → cho phép hoạt động, EN = 0 → cấm hoạt động)

Chân 7 → 16: Là 8 chân dữ liệu song song của LCD từ D0 đến D7 Dữ liệu có thể được gửi đến LCD theo chế độ giao tiếp 8 bít dữ liệu hoặc 4 bít dữ liệu Trong chế độ giao tiếp 4 bít dữ liệu thì chỉ có 4 đường dữ liệu bít cao liệu Trong chế độ giao tiếp 4 bít dữ liệu thì chỉ có 4 đường dữ liệu bít cao (D4 → D7) được sử dụng Chân 15: Cực Anot của đèn nền Backlight

Chân 16: Cực Katot của đèn nền Backlight

 Các lệnh điều khiển LCD 1602A: Các lệnh điều khiển LCD được trình bày trong bảng 2.3 [4]

Xoá màn hình hiển thị 1H

Dịch con trỏ sang phải 6H Dịch hiển thị sang phải 5H

Tắt hiển thị, tắt con trỏ 8H Tắt hiển thị, bật con trỏ 0AH Bật hiển thị ,tắt con trỏ 0CH

KẾT NỐI CÁC CHÂN TRÊN LCD

Trang 33

Mô tả hoạt động của lệnh Mã lệnh

Nhấp nháy con trỏ 0DH Bật hiển thị, bật con trỏ 0EH

Dịch vị trí con trỏ sang phải 14H

Dịch toàn bộ hiển thị sang phải 1CH Đưa con trỏ về đầu dòng thứ nhất 80H

Trang 35

b Kết nối LCD1602A với vi điều khiển AT89S52 [4]

Căn cứ vào chức năng các chân của LCD1602, kết nối LCD1602 với AT89S52 như sau: Chân 1 và chân 3 nối GND

Chân 2 nối +5V

Chân RS, RW, EN nối với 3 chân của AT89S52 8 Chân dữ liệu nối với 1 port của AT89S52 2 Chân của đèn nền Backlight kết nối như hình vẽ

VCC_5VVCC_5V

Trang 36

Hình 50: Sơ đồ khối động lực điều khiển bằng Relay

Hình 51: Hình ảnh thực tế của Opto (a) và Relay (b)

Khối Relay dùng để điều khiển thiết bị 220V AC bên ngoài thông qua mạch mở rộng, chân điều khiển được kết nối vào chân P3.4 và tích cực ở mức thấp

Nếu sử dụng contactor, hay relay để đóng cắt thì sẽ phát ra tiếng ồn và khi thực hiện đóng cắt nhiều lần tiếp điểm của rơ le và contactor sẽ bị mòn Để khắc phục nhược điểm đó nhóm thực hiện chúng em chọn thiết bị đóng cắt là SSR

SSR (Solid State Relay) là loại rơle bán dẫn, chi phí cao hơn rơle nhưng khả năng đóng tốt hơn mà không gây ra tiếng ồn Dùng áp DC từ 3 đến 32VDC để điều khiển đóng tải AC từ 90 đến 480VAC với dòng lớn lên đến 400A

(a) (b)

Trang 37

Hình 52: Hình ảnh SSR (a) và circuit breaker(CB) (b)

Một số thông số của CB (circuit breaker)

Loại: 2P1E-15A

Số cực: 2 hoặc 3

Dòng điện định mức: 15 A Điện áp định mức: AC 230V

AC 400V Dòng ngắn mạch: 2.5kA

9 Khối giao tiếp RS232

P3.1/TXDP3.0/RXD

Trang 38

Hình 56: Hình ảnh boar mạch (b) và hình ảnh của hệ thốnghoàn chỉnh (b)