2.5.1 Nguồn xung
Nguồn xung là một trong những bộ nguồn chuyển đổi từ nguồn điện xoay chiều sang 1 chiều. Nguyên tắc hoạt động được dựa trên dao động xung bằng các mạch điện tử cùng với sự kết hợp với 1 biến áp xung.
Hình 2.25 Nguồn tổ ong
Nguồn xung là bộ mạch có công dụng để biến đổi nguồn điện từ xoay chiều sang nguồn điện một chiều. Bằng chế độ dao động xung tạo bằng mạch điện tử kết hợp với một biến áp xung. Trên thực tế, có rất nhiều nguồn tuyến tính cổ điển sử dụng biến áp sắt từ giúp hạ áp, sau đó dùng chỉnh lưu kết hợp với IC nguồn tuyến tính. Nhiệm vụ chính là để tạo ra các cấp điện áp một chiều tùy theo mục đích sử dụng như: 3.3V, 5V, 6V…Để đáp ứng cho hệ thống chúng em sử dụng nguồn tổ ong 12V-5A.
− Nguyên lý hoạt động:
Khi công tắc điện mở, nguồn điện sẽ được đi qua nguồn xung. Khi đó, cuộn sơ cấp của biến áp được đóng cắt điện liên tục bằng sò công suất sẽ xuất hiện từ trường biến thiên. Dẫn đến cuộn thứ cấp của biến áp cũng xuất hiện một điện áp ra. Điện áp này được chỉnh lưu qua một vài diode rồi đưa ra tụ lọc (tụ điện) thứ cấp để san phẳng điện áp. Tiếp theo, các tụ IC quang và IC TL431 sẽ không chế dao động đóng cắt điện vào cuộn sơ cấp của biến áp xung sao cho điện áp ra bên thứ cấp đạt yêu cầu.
31 − Ứng dụng:
Trong công nghiệp, nguồn tổ ong được ứng dụng trong điều khiển thiết bị công nghiệp như relay, contactor, nguồn nuôi cho màn hình HMI, PLC, điều khiển động cơ, quạt làm mát, nguồn nuôi tín hiệu kích cho các driver điều khiển như servo, step driver…
2.5.2 Nguồn adapter 5V – 2A
Nguồn Adapter có vai trò chuyển đổi điện áp xoay chiều AC thành điện áp một chiều DC.
Hình 2.26 Nguồn Adapter 5V-2A
Nguồn Adapter 5V – 2A là một loại nguồn xung, có thể chuyển đổi từ 220VAC sang 5VDC, thường được sử dụng để cấp nguồn cho các thiết bị như: các bo mạch điều khiển, module điều khiển sử dụng nguồn bên ngoài…
Bảng 2.11 Thông số kỹ thuật nguồn xung 5V-2A
Điện áp đầu vào 100VAC – 240VAC
Tần số 50/60 Hz
Điện áp đầu ra 5VDC
32
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG BUỒNG PHUN KHỬ KHUẨN TỰ ĐỘNG
3.1 Thiết kế hệ thống cơ khí
3.1.1 Mô hình hệ thống cơ khí
Hệ thống được mô phỏng và thiết kế mô hình cơ khí bằng phần mềm thiết kế 3D SOLIDWORKS. Nhờ tính năng thiết kế 3D mạnh mẽ và danh mục các giải pháp hỗ trợ đa dạng, Solidworks đáp ứng các nhu cầu thiết kế 3D trong các ngành kỹ thuật công nghiệp.
33 Việc xây dựng mô hình hệ thống cơ khí trên phần mềm mô phỏng cho ta cái nhìn trực quan về hệ thống, giúp cho việc thiết kế mô hình thực sau này trở nên dễ dàng hơn.
Hình 3.2 Mô hình tổng quan hệ thống
3.1.2 Tính toán lựa chọn động cơ máy bơm phun sương
a. Chọn béc phun
Béc phun sương là thiết bị quan trọng trong hệ thống máy phun sương, nó quyết định độ phun sương dày mỏng, độ mịm hay độ rộng của phun sương. Chính vì chức năng đó mà béc phun sương có nhiều kích cỡ khác nhau (Bảng 3.1).
34
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật các loại béc phun
STT Loại béc Đường kính lỗ phun(mm)
Áp lực phun (Kg/cm2)
Lưu lượng nước
(ml/min) (l/h) 1 1010 0.1 20-70 13-35 0.78-2.1 2 1510 0.15 20-70 20-46 1.2-2.76 3 2010 0.2 20-70 49-89 2.94-5.34 4 3010 0.3 20-70 80-145 4.8-8.7 5 4010 0.4 20-70 95-178 5.7-10.68 6 5010 0.5 20-70 130-243 7.8-14.58 7 6010 0.6 20-70 175-320 10.5-19.2 8 7010 0.7 20-70 210-399 12.6-23.94
Đối với buồng khử khuẩn, yêu cầu đặt ra là sương phun ra phải mịn đồng thời lượng sương phun ra đủ dày và rộng để bao phủ hết thể tích của buồng trong thời gian ngắn nhất đảm bảo rút ngắn thời gian khử khuẩn.
Hình 3.3 Lượng phun sương của các loại béc phun
Căn cứ vào các điều kiện và các yêu cầu đã đặt ra, sau quá trình phân tích nhóm đã lựa chọn béc phun sương số 1 (1510) để làm béc phun sương cho buồng khử khuẩn với các thông số kỹ thuật như sau:
35
Hình 3.4 Béc phun sương số 1
+ Đường kính lỗ phun: 0.15mm. + Hạt phun: 1~7 micro.
+ Áp lực phun: 20-70 Kg/cm2. + Lưu lượng nước: 20-46 ml/min.
b. Tính chọn máy bơm phun sương
➢ Tính toán khối lượng dung dịch phun
Với mong muốn đảm bảo khả năng khử trùng của buồng đáp ứng được yêu cầu của bộ y tế, thuốc khử trùng bảo phủ trên 95% cơ thể người sử dụng. Chúng em đã thiết kế buồng khử khuẩn với các điều kiện như sau:
Với môi trường ngoài trời có nhiệt độ trung bình 270𝐶, mong muốn thuốc khử trùng phủ kín buồng thì độ ẩm không khí đạt 100%. Vì khối lượng của dung dịch khử trùng và nước khác nhau không đáng kể, ta coi dung dịch khử trùng là nước để tính.
Từ yêu cầu thiết kế buồng khử khuẩn có kích thước lần lượt là: 1x 1x 2m. • Thể tích của buồng là:
3
1 1 2 2(m )
V = = (1.1) Giả sử yêu cầu bài toán lượng sương phun ra kín toàn bộ thể tích của buồng:
• Ta có công thức tính độ ẩm tỉ đối: 100% f A = (1.2)
Trong đó: α: là độ ẩm tuyệt đối là khối lượng hơi nước m (gam) có trong 1 m3 thể tích.
36
A: độ ẩm cực đại của không khí, hay độ ẩm bão hòa là lượng hơi
nước bão hòa trong không khí tại một thời điểm và nhiệt độ nhất định tính bằng g/m3.
𝑓: độ ẩm tỷ đối cho biết mức độ ẩm của không khí.
Giả sử nhiệt độ ngoài trời là 27oC thì độ ẩm cực đại là A=25.81 (g/m3) [12] • Thay 𝑓 =100%, A=25.81 (g/m3) vào công thức (1.2) ta được:
100% 100% 25.81
=
=> =25.81( /g m3)
• Công thức tính khối lượng nước trong buồng khử khuẩn:
m= V g( ) (1.3)
Trong đó: m: Khối lượng nước trong không khí (g).
α: Độ ẩm tuyệt đối (khối lượng nước trong 1m3 không khí (g/m3). A: độ ẩm cực đại
𝑓: Độ ẩm của không khí (RH).
(Công thức áp dụng đối với áp suất không khí là 1atm)
Thay =25.81( /g m3); V=2(m3) vào (1.3) ta được: Khối lượng hơi nước có trong buồng là:
25.81 2 51.62( )
m= = g
➢ Tính toán lưu lượng phun
Nhằm mục đích đáp ứng sao cho trong thời gian ngắn nhất số lượng người được khử khuẩn nhiều nhất mà vẫn đạt được yêu cầu lượng dung dịch phun bao phủ 95% cơ thể của người sử dụng thì ta chọn thời gian phun sương là 15(s).
37 ( / ) t m M g s t = (1.4)
Trong đó:Mt: lượng sương phun ra trong thời gian 1 giây m: khối lượng dung dịch mỗi lần phun
t: thời gian mỗi lần phun
Thay m=51.62(g), t=15(s) vào (1.4) ta được:
51.62
3.44( / ) 15
t
M = = g s
Để thời gian cho mỗi lần phun là 15(s) thì số lượng vòi phun phải đáp ứng đủ được khối lượng dung dịch cần phun. Ở đây ta chọn số lượng béc phun là n=6.
− Lượng sương phun ra ở mỗi đầu béc phun trong thời gian 1 giây là:
3, 44 0,57( / ) 6 t t M M g s n = = = (1.5)
− Lưu lượng nước qua ống là:
t ( 3/ ) n M Q m s D = (1.6)
Trong đó:Mt: Lượng sương phun ra trong thời gian 1 giây
Dn: Khối lượng riêng của dung dịch (lấy gần bằng khối lượng riêng của nước Dn =997Kg m/ 3)
Vậy lưu lượng nước qua ống là: 3 6 3 3, 44 10 3, 45 10 ( / ) 0, 207(lít/ phút) 997 Q m s − − = = =
➢ Chọn máy bơm phun sương
Máy bơm kết hợp với béc phun sương là máy chuyên dùng cho hệ thống phun sương, là dạng máy bơm áp lực tạo lực nén cực đại tạo ra sức ép từ trong hệ thống dẫn nước, và được phun ra từ đầu béc phun sương. Không giống với những
38 máy bơm thông thường, máy bơm phun sương không phải dạng bơm nước mà chỉ thiết kế dành riêng cho phun sương, nên việc dùng máy bơm phun sương cho việc tưới cây, bơm nước thì không phù hợp, nó chỉ là phun sương.
Căn cứ vào điều kiện yêu cầu, lưu lượng phun sương cũng như áp lực mà động cơ bơm cần đáp ứng với béc phun số 1, ta chọn loại động cơ phun sương DC12V DP-521:
Hình 3.5 Máy bơm dung dịch khử khuẩn Thông số kỹ thuật:
+ Điện áp hoạt động: 12VDC + Dòng không tải: 0.9A
+ Trọng lượng: 480g
+ Kích thước (DàixRộngxCao): 15.5 x 9.6 x 6 cm + Áp suất buồng bơm: 0.48Mpa
+ Lưu lượng bơm: 3.5L/phút
3.1.3 Lựa chọn quạt hút trần
Mong muốn làm sạch không khí trong buồng sau khi phun sương khử trùng quạt hút trần cần có lưu lượng gió là:
3 ( / ) V L m s t = (1.7)
39
Trong đó:V là thể tích buồng khử khuẩn: V = =1 1 2 2(m3)
L là lưu lượng quạt.
Để rút ngắn thời gian khử khuẩn thì ta cũng cần phải chọn một quạt hút có lưu lượng gió đủ lớn. Giả sử với thời gian thông gió cho mỗi lần khử khuẩn là 10 giây ta có: Khi đó phương trình (1.7) trở thành: 3 2 0.2(m / s) 10 V L t = = =
Vậy ta chọn quạt hút âm trần hoạt động 10(s) đảm bảo buồng khử khuẩn được thông thoáng, sẵn sàng đón tiếp người sử dụng tiếp theo.
Ở đây ta chọn sử dụng quạt hút âm trần TC-12AV6 phù hợp với các thông số ở trên :
Hình 3.6 Quạt hút TC-12AV6 Thông số kỹ thuật:
+ Công suất: 13W. + Điện áp: 220V-50Hz. + Lưu lượng quạt: 0,2 m3/s
40 Khung là nơi chịu toàn bộ tải trọng của cơ cấu buồng. Khung phải có kết cấu phù hợp với không gian cho phép. Khung là tổ hợp các thanh sắt liên kết với nhau thông qua nguyên công hàn.
Hình 3.7 Mô phỏng khung buồng khử khuẩn
Sắt hộp là vật liệu được sử dụng rất phổ biến trong ngành sản xuất khung cửa. Ưu điểm của sắt hộp:
− Dễ tạo kiểu.
− Độ bền theo thời gian. − Giá thành rẻ.
− Thi công đơn giản, dễ dàng lắp ráp.
− Có khả năng tái chế cao, thân thiện với môi trường.
Do đặc thù người Việt Nam có chiều cao trung bình trong khoảng 160 – 175cm và có cân nặng từ 80Kg trở xuống nên ở đây chúng em thiết kế khung có kích thước 1000x1000x2000 mm. Chọn sắt hộp loại 40x40 để làm phần khung chính và loại 20x20 để làm phần trợ lực cho đế và trần.
41 Khung buồng sau khi ghép các thanh sắt lại đảm bảo độ chắc chắn, đúng yêu cầu kỹ thuật (Hình 3.9)
Hình 3.8 Thiết kế khung buồng khử khuẩn
3.1.5 Cơ cấu chuyển động
Hình 3.9 Mô phỏng bánh xe
Bánh xe được chế tạo bằng chất liệu nhựa cứng cao cấp có ma sát tốt, chống mài mòn, ổ bi trơn tru đã có sẵn mỡ bôi trơn, đai ốc chắc chắn. Gắn bánh xe giúp hệ thống dễ dàng di chuyển. Các bánh xe hãm được hàn trực tiếp vào khung của buồng khử khuẩn.
42 Sau khi tìm hiểu các loại bánh xe có trên thị trường thì nhóm đã lựa chọn bánh xe có hãm kẹp đảm bảo buồng không di chuyển khi đang khử khuẩn (Hình 3.11)
Hình 3.10 Bánh xe
3.1.6 Cửa buồng khử khuẩn
Hình 3.11 Mô phỏng cửa buồng
Thiết kế cửa buồng bằng nhựa PVC trong suốt có tác dụng chống ẩm, ngăn cản bụi bẩn, ngăn hơi sương thoát ra ngoài, có tính linh tinh hoạt cao trong trong việc đi lại của mọi người khi sử dụng buồng.
3.1.7 Vách ngăn buồng khử khuẩn
Vỏ là bộ phận che chắn cho buồng, sử dụng nhôm Alu đảm bảo tính thẩm mỹ và dễ dàng lắp ráp. Tấm nhôm Aluminium có cấu tạo nhiều lớp xếp chồng lên
43 nhau tạo ra độ cứng nhất định cho sản phẩm, giúp sản phẩm chống chịu được với những tác động ngoại lực lớn và ít bị biến dạng. Bên cạnh đó cấu tạo này cũng giúp cho việc thi công vật liệu trở nên dễ dàng, các thao tác bẻ góc, uốn cong, cắt… đều được thực hiện một cách dễ dàng. Vỏ được liên kết với khung thông qua phương pháp bắn vít.
Hình 3.12 Tấm nhôm aluminum
3.1.8 Bình chứa dung dịch
Hình 3.13 Bình chứa dung dịch khử khuẩn
Bình nước được làm từ nhựa cách nhiệt, có khả năng chống chọi với mọi thời tiết, kết cấu vững chắc, thích hợp với nhiều loại dung dịch. Kích thước bình phải phù hợp nhưng cũng phải đảm bảo khử khuẩn cho số lượng người nhiều nhất có thể. Để phù hợp với kích thước của buồng cũng như thuận tiện cho việc di chuyển nhóm chúng em đã chọn bình có dạng hình trụ với đường kính x chiều cao là 25x50 cm.
44 Thể tích của bình là: 2 3 0, 25 . .0, 5 0, 025( ) 4 b V = = m
Với kích thước bình như trên ta có thể thực hiện gần 500 lượt khử khuẩn.
3.1.9 Hệ thống phun sương khử khuẩn
Hệ thống phun dung dịch khử khuẩn được thiết kế bằng cách ống dẫn có đường kính 8mm nối đến các béc phun có đầu phun nhỏ cỡ 0,15mm bằng các khớp nối đảm bảo không rò rỉ dung dịch ra ngoài. Hệ thống gồm 6 đầu phun được lắ theo hình chữ U sao cho lượng sương phun ra bao phủ toàn bộ cơ thể người. Đồng thời sử dụng máy bơm áp lực để bơm dung dịch và đầu lọc để lọc cặn bẩn tránh gây tắc nghẽn béc phun.
Hình 3.14 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun dung dịch khử khuẩn
Dưới đây là bảng liệt kê các thành phần có trong hệ thống phun sương cũng như đặc điểm của chúng (Bảng 3.2)
Bảng 3.2 Thiết kế hệ thống phun sương
STT Tên chi tiết Thiết kế chi tiết Đặc điểm
1 Máy bơm dung dịch
Động cơ bơm DC với áp suất bơm 0,48 Mpa; lưu lượng nước tối đa 3,5 l/p
45 2 Ống dẫn
Ống dẫn được làm từ nhựa PVC dẻo với đường kính ngoài 8mm 3 Khớp góc vuông Khớp nối dùng để nối các đoạn ống dẫn lại với nhau với đường kính trong là 8mm 4 Khớp chữ T 5 Béc phun giữa Béc phun được làm từ đồng hợp kim nhôm với đường kính lỗ phun 0,15mm để các hạt phun ra mịn không gây ướt quần áo
6 Béc phun cuối
46
3.2 Thiết kế hệ thống điều khiển
Mạch điện tử được thiết kế trên máy tính bằng phần mềm chuyên dụng thiết kế Altium (trước đây là Protel). Phần mềm này hỗ trợ thiết kế từ lập sơ đồ mạch nguyên lý đến làm mạch in. Kết quả thiết kế được xuất thành các tập tin điều khiển thiết bị chuyên dụng thực hiện các công đoạn khoan lỗ, in mạch, ăn mòn, làm sạch, phủ sơn cách điện, lắp linh kiện và hàn,..
Nguyên tắc thiết kế:
+ Bố trí các linh kiện trên bảng mạch khoa học, hợp lý.
+ Vẽ ra các đường nối dây dẫn điện để nối các linh kiện với nhau theo sơ đồ nguyên lý.
+ Đảm bảo các dây dẫn không bị chồng chéo và là ngắn nhất.
Hình 3.15 Sơ đồ kết nối chân linh kiện
47
Hình 3.16 Mô phỏng lắp ráp mạch điều khiển
3.3 Thiết kế hệ thống điện
Nguyên tắc thiết kế:
+ Tìm hiểu yêu cầu của mạch thiết kế. + Chọn phương án hợp lý nhất.
+ Tính toán, chọn các linh kiện cho hợp lý.
48
a) Khối nguồn
Hình 3.18 Thiết kế khối nguồn
− Nguồn vào là 220V nối với công tắc đóng ngắt. − Hai cực của nguồn nối với tụ điện 2200uF – 630V.
− Nguồn xung adapter 5V-2A chuyển đổi nguồn từ 220V -> 5V.
b) Khối cảm biến
− Khối cảm biến hồng ngoại:
Hình 3.19 Thiết kế khối cảm biến hồng ngoại
+ Chân 1, 3 của cảm biến nối với GND và VCC. + Chân tín hiệu nối với chân PD6 của vi điều khiển.
+ Điện trở 10k nối chân 2 và VCC đảm bảo an toàn cho cảm biến. − Khối đo nhiệt độ: