Mối quan hệ giữa thời gian ổn định độ ẩm tuyệt đối t s trong ô tô như là một hàm của tổng trọng lượng w (kg) của người trong ô tô và tốc độ thay đổi không khí n (1h).
Từ một số thí nghiệm thực tế có thể xây dựng được phương trình độ ẩm thay đổi theo thời gian:
+ Vddt = Qn + Qg Trong đó :
(g/m3): là độ ẩm tuyệt đối
V (m3) : là thể tích của cabin xe t (h) : là thời gian
Qn (g/h) : là độ ẩm cung cấp từ bên ngoài hoặc từ ống dẫn khí
Qg (g/h) : là độ ẩm do người lái và hành khách tạo ra Độ ẩm cung cấp từ bên ngoài hoặc từ ống dẫn khí: + Qn = n × V × (a − )
Trong đó :
a (g/m3) : là độ ẩm tuyệt đối bên ngoài (g/m3) : là độ ẩm tuyệt đối bên trong ô tô
Độ ẩm do người lái và hành khách tạo ra được mô tả theo mối quan hệ sau:
+ Qg = m x qg Trong đó :
qg (g / (h × người)) : là độ ẩm do một hành khách sinh ra m : là số người
Phương trình cân bằng độ ẩm tuyệt đối: + Vddt = n × V × (a − ) + Qg (1)
Tích phân (1) ta thu được phương trình cân bằng độ ẩm tuyệt đối theo thời gian t:
+ num = a + Qgn × V + (t=0 - a - Qgn × V)e-n x t
Công thức trên có sai số tương đối là 9,7%, trong khi sai số tương đối trung bình là 1,5%
35
Độ ẩm do người lớn tạo ra trong khoảng nhiệt độ 21,75– 32,2 ° C tăng tuyến tính và tăng từ 28 đến 48 g / h; khi trên 32,2 ° C, có sự gia tăng đáng kể độ ẩm do người lớn tạo ra từ 48 g / h lên 180 g / h. Trẻ em dưới 6 tuổi tạo ra độ ẩm thấp hơn khoảng 4 lần so với người lớn.
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ MÔ PHỎNG
4.1. Công cụ mô phỏng
4.1.1. Phần mềm Proteus
Phần mềm vẽ Proteus là phần mềm của hãng Labcenter Electronics, nó mô phỏng được cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt có thể hỗ trợ cho các vi điều khiển (MCU) như PIC, 8051, AVR, Motorola.
Proteus đã được sử dụng rộng rãi trên 35 quốc gia và đã tự khẳng định thế mạnh của nó về mô phỏng các mạch nguyên lý sát với thực tế. Trên 12 năm hình thành và phát triển, Proteus ngày càng được hoàn thiện và phát triển mạnh hơn. Phần mềm này cung cấp cho người sử dụng hầu như toàn bộ các linh kiện điện tử để người dùng có thể tạo ra được các mạch nguyên lý và sau cùng là cho chạy thử và so sánh với kết quả thực tế. Chính vì Proteus có thể tạo và chạy thử được các mạch đơn giản cũng như phức tạp nên có thể dùng nó trong giảng dạy,nghiên cứu, trong các phòng thí nghiệm điện tử cũng như trong thực hành vi xử lý…
Hình 4.26. Giao diện phần mềm Proteus
Khả năng ứng dụng
Khả năng ứng dụng chính của Proteus là mô phỏng, phân tích các kết quả từ các mạch nguyên lý. Proteus giúp cho
37
người sử dụng có thể thấy trước mạch thiết kế chạy đúng hay sai trước khi thiết kế trên bo mạch.
Các công cụ phục vụ cho việc phân tích mạch có độ chính xác cao như đo Vôn, Ampe hay máy đo dao động.
Đối với sinh viên thì Proteus là một công cụ hỗ trợ đắc lực trong quá trình học tập. Nó tạo điều kiện cho các sinh viên tự học, tự nghiên cứu và thiết kế thử các sản phẩm của riêng mình dựa trên kiến thức đã học trên lớp. Ngoài ra, việc mô phỏng qua Proteus giúp tiết kiệm thời gian, công sức và tiền của cho sinh viên, đồng thời hạn chế các rủi ro về điện trong quá trình học tập, nghiên cứu.
Trong thực tế hiện nay, hầu như phòng thí nghiệm điện tử nào được xây dựng lên cũng phải tốn không ít ngân sách. Nếu Proteus được ứng dụng qua 1 máy tính thì các giảng viên có thể cung cấp cho sinh viên hầu như toàn bộ các mạch điện đơn giản, hơn nữa có thể tạo ra các KIT vi xử lý dùng phục vụ cho việc thực hành vi xử lý. Qua đó sinh viên có thể tự nghiên cứu các bài thực hành trước ở nhà, nâng cao hiệu quả các buổi thực hành trên mô hình thực tế.
Các tính năng của Proteus Vẽ sơ đồ nguyên lý
Hình 4.27. Mạch điều khiển tốc độ động cơ DC dùng Mosfet
Mô phỏng
Hình 4.28. Mô phỏng mạch hiển thị độ ẩm và nhiệt độ
39
Hình 4.29. Vẽ mạch in bằng Proteus
4.1.2. Phần mềm CodeVisionAVR
Hình 4.30. Phần mềm CodeVisionAVR (phiên bản 3.12)
CodevisionAVR là một trình biên dịch chéo C, môi trường phát triển tích hợp và bộ tạo chương trình tự động được thiết kế cho họ các vi điều khiển AVR của Atmel. Nó được thiết kế
để chạy trên các hệ điều hành Windows XP, Vista, 7, 8 và 10, 32 bit và 64 bit.
Môi trường phát triển tích hợp (IDE) tích hợp sẵn phần mềm AVR Chip In-System Programmer cho phép tự động chuyển chương trình sang chip vi điều khiển sau khi biên dịch / lắp ráp thành công. Phần mềm In-System Programmer được thiết kế để hoạt động cùng với Atmel STK500, STK600, AVRIPS, AVRIPS Mkll, AVR Dragon, JTAGICE Mkll, JTAGICE 3, Atmel-ICE, EDBG, mEDBG, AVRProg (ghi chú ứng dụng AVR910), USBASP, Bảng phát triển Kanda Systems STK200 + +, STK300, Arduino, Dontronics DT006, Vogel Elektronik VTEC-ISP, Futurlec JRAVR và MicroTronics 'ATCPU, Mega2000.
Bên cạnh các thư viện tiêu chuẩn C, CodevisionAVR còn có các thư viện dành riêng cho:
Alphanumeric LCD modules Philips I2C bus
National Semiconductor LM75 Temperature Sensor
Philips PCF8563, PCF8583, Maxim/Dallas Semiconductor DS1302 and DS1307 Real Time Clocks
Maxim/Dallas Semiconductor 1 Wire protocol
Maxim/Dallas Semiconductor DS1820, DS18S20 and DS18B20 Temperature Sensors
Maxim/Dallas Semiconductor DS1621
Thermometer/Thermostat
Maxim/Dallas Semiconductor DS2430 and DS2433 EEPROMs
SPI
TWI for ATxmega chips Power management
41 Delays
Gray code conversion
MMC/SD/SD HC FLASH memory cards low level access FAT acces on MMC/SD/SD HC FLASH memory cards.
CodevisionAVR cũng bao gồm bộ tạo chương trình tự động CodeWizardAVR, nơi cho phép bạn viết một chương trình đơn giản chi trong vài phút, gồm các hàm sau:
Thiết lập truy cập bộ nhớ ngoài Chip reset source identification Khởi tạo các cổng Output/Input
Khởi tạo các ngắt ngoài (External Interrputs) Khởi tạo Timers/Counters
Khởi tạo Watchdog Timer Khởi tạo USART (UART)
Khởi tạo Analog Comparator Khởi tạo ADC
Khởi tạo giao diện SPI Khởi tạo giao diện 2 Wire Khởi tạo giao diện CAN
I2C bus, sensor LM75, DS1621 nhiệt kế/nhiệt độ và PCF8563, PCF8583, DS1302, DS1307 khởi tạo đồng hồ thời gian thực.
Khởi tạo bus 1 dây và các cảm biến nhiệt độ DS1820/DS18S20
Hình 4.31. Giao diện làm việc của CodeVisionAVR
CodevisionAVR IDE bao gồm các cửa sổ: Code Navigator
Code Information Function Call Tree Cửa sổ lập trình chính Code templates
Clipboard History Messages
4.1.3. Phần mềm lập trình Arduino IDE
43
Hình 4.32. Arduino IDE
IDE (Integrated Development Environment) là viết tắt của "Môi trường phát triển tích hợp": nó là một phần mềm chính thức được giới thiệu bởi Arduino.cc, chủ yếu được sử dụng để chỉnh sửa, biên dịch và tải lên mã trong Thiết bị Arduino. Hầu hết tất cả các mô-đun Arduino đều tương thích với phần mềm này.
Định nghĩa Arduino IDE:
Arduino IDE là một phần mềm mã nguồn mở chủ yếu được sử dụng để viết và biên dịch mã vào Mô-đun Arduino. Nó là một phần mềm Arduino chính thức, làm cho việc biên dịch mã trở nên dễ dàng đến mức mà ngay cả một người bình thường không có kiến thức về kỹ thuật trước đó cũng có thể tự tìm hiểu và bắt đầu lập trình. Một số các mô-đun Arduino có sẵn bao gồm: Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Leonardo, Arduino Micro và nhiều mô-đun khác. Mỗi mô-đun trong số đó chứa một bộ vi điều khiển trên bo mạch được lập trình và tiếp nhận thông tin dưới dạng mã (code). Mã chính
(maincode), còn được gọi là “sketch” (bản phác thảo), được tạo trên nền tảng IDE sẽ tạo ra một tệp Hex, sau đó được chuyển và tải lên trong bộ điều khiển trên board. Môi trường IDE chủ yếu chứa hai phần cơ bản: Trình chỉnh sửa và Trình biên dịch, nơi trước đây được sử dụng để viết mã được yêu cầu và sau đó được sử dụng để biên dịch và tải mã lên Mô- đun Arduino nhất định. Môi trường này hỗ trợ cho cả ngôn ngữ C và C++.
Hình 4.33. Giao diện làm việc của Arduino IDE
4.2. Mô hình toán học
4.2.1. Cơ sở lý thuyết
o Công thức tính độ ẩm tuyệt đối : AH =
45
AH được xem là độ ẩm tuyệt đối của một lượng thể tích không khí được xét.
m là khối lượng nước chứa trong một lượng thể tích được xét. V là thể tích của hỗn hợp khí đang chứa lượng nước đó.
o Công thức tính độ ẩm tương đối: RH = . 100 %
Trong đó:
RH gọi là độ ẩm của không khí tương đương. ep là áp suất riêng của nước.
es là áp suất hơi nước đã được cân bằng.
Độ ẩm tương đối hoặc là của hỗn hợp nước–khí được định nghĩa là tỷ lệ giữa áp suất riêng phần của hơi nước và áp suất hơi bão hòa của nước ở cùng nhiệt độ, được thể hiện bằng tỷ lệ phần trăm:[2]
Độ ẩm tương đối thường được biểu thị bằng phần trăm; không khí càng ẩm, độ ẩm tương đối càng cao. Khi độ ẩm tương đối đạt 100%, không khí đã bão hòa hơi nước và đang ở điểm sương. Độ ẩm tương đối khác với độ ẩm
tuyệt đối – được định nghĩa là khối lượng của hơi nước có trong 1 m3 không
khí. Độ ẩm tuyệt đối chưa cho biết mức độ ẩm của không khí vì ở nhiệt độ càng thấp thì hơi nước trong không khí càng dễ đạt trạng thái bão hòa. Do vậy, để mô tả mức độ ẩm của không khí, người ta dùng độ ẩm tương đối. Độ ẩm tương đối có thể được đo bằng những thiết bị đo độ ẩm, gọi là ẩm kế.
Bài toán đặt ra :
Hãy tính nhiệt độ và độ ẩm thoải mái với "chỉ số khó chịu" Có "chỉ số khó chịu" là một trong những chỉ số thể hiện sự cân bằng giữa nhiệt độ và độ ẩm mà bạn cảm thấy thoải mái và Cơ quan Khí tượng sử dụng "chỉ số khó chịu" làm chỉ số nhiệt và độ ẩm được tính bằng nhiệt độ và độ ẩm .
Ngoài ra, Hiệp hội Khí tượng Nhật Bản đưa ra 5 mức độ "nhỏ hơn 70, 70-74, 75-79, 80-84, 85 hoặc hơn", và hầu hết
mọi người đều cảm thấy khó chịu khi chỉ số khó chịu từ 80 trở lên .
Công thức tính "chỉ số khó chịu"
Chỉ số khó chịu = 0,81 x nhiệt độ +0,01 x độ ẩm x (0,99 x nhiệt độ-14,3) +46,3
Theo công thức trên, nó là 80.387 khi nhiệt độ là 28 ° C và độ ẩm là 85%, và 80.610 khi nhiệt độ là 30 ° C và độ ẩm là 65%.
4.2.1.1. Chỉ số nhiệt độ và độ ẩm
Bảng 4.1 : Chỉ số nhiệt độ và độ ẩm
Bảng này sẽ cho chúng ta biết được với mức nhiệt độ và độ ẩm bao nhiêu thì chúng ta cảm thấy thoải mái. Đây là
bảng số liệu thống kê đánh giá sự thoải mái và oi bức của con người khi ở trong môi trường độ ẩm và nhiệt độ như vậy.
47
Giải quyết bài toán
Áp dụng công thức độ ẩm tỉ đối (độ ẩm tương đối): f=aAf=aA
Công thức tính độ ẩm tuyệt đối: a = f.A Khối lượng hơi nước: m = a.V = f.A.V (trong đó V là thể tích (m3))
Bảng 4.2. Bảng độ ẩm cực đại A của không khí
4.2.2. Sơ đồ khối
Nguyên lý làm việc chính là kết nối cảm biến độ ẩm với hệ thống Arduino, cũng được kết nối với các yêu cầu điện tử khác được liệt kê ở trên như trong hình trên. Đo độ ẩm trong xe đang được đo thông qua cảm biến và sau đó thông tin này từ
cảm biến đang được truyền cho hệ thống theo máy phun sương và ion được kết nối là được kiểm soát. Khi mức độ ẩm của xe nằm dưới giới hạn cài đặt, thì lệnh đang được truyền đến mô-đun rơle hoạt động một công tắc và bật máy bơm nước. Một khi độ ẩm vượt lên trên hoặc bằng để đặt giới hạn thì máy sẽ dừng hoạt động. Cung cấp năng lượng là cần thiết để cung cấp năng lượng cho hệ thống và điện áp nằm trong khoảng từ 7 đến 12 volt.
Hình 4.34. Sơ đồ khối hệ thống
49
Hình 4.35. Mạch mô phỏng Proteus