Yêu cầu đề ra của bài toán là điều khiển tốc độ quạt và tốc độ máy bơm dựa theo đầu vào là lệnh thao tác từ con người qua App hoặc nút nhấn trực tiếp cùng với điều khiển tự động dựa trên các tác động đầu vào là nhiệt độ và độ ẩm từ môi trường. Chuyển đổi giữa 2 chế độ dùng tín hiệu phát qua Wifi tiện dụng. Vì vậy, nhóm sẽ thiết kế một bộ điều khiển tự động cho quạt điều hòa kết hợp với bộ điều khiển bằng nút nhấn có sẵn trên quạt. Sau đây là sơ đồ khối của bộ điều khiển:
38
Hình 3.8 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
Sơ đồ khối hệ thống điều khiển của hệ thống quạt điều hòa bao gồm 4 bộ phận chính:
- Khối nguồn: Cung cấp nguồn 5V DC, 12VDC và 220V AC cho hệ thống
- Khối đầu vào: Là các giá trị cảm biến, tín hiệu xung từ mạch phát hiện điểm 0, tín
hiệu điều khiển từ bên ngoài hệ thống
- Khối vi xử lí: Gồm 2 vi xử lí trung tâm là Arduino UNO R3 và Esp8266
- Khối trung gian: Là các mạch công suất điều khiển đóng mở bằng tín hiệu vi xử lí
- Khối đầu ra: Động cơ quạt và động cơ bơm nước
Hệ thống điều khiển sử dụng 3 nguồn đó là 220V AC để cung cấp cho động cơ bơm nước và động cơ máy bơm hoạt động, nguồn 9V DC cung cấp cho Arduino và nguồn 5V DC cấp cho Kit Wifi Esp8266.
Mô hình quạt thông minh vẫn giữ cách điều khiển cũ đã được thiết kế trên mô hình quạt tham khảo. Tín hiệu điện đi qua trở hãm dòng sẽ được cấp xuống động cơ. Khi tín hiệu chuyển chế độ được thay đổi và được đưa ra qua app blutooth điều khiển, vi xử lí
39
Arduino UNO R3 sẽ nhận tín hiệu này và xác định chạy chương trình điều khiển tự động hoặc chuyển chế độ relay, chạy theo chương trình điều khiển thủ công.
a, Hệ thống điện đầu vào
Hệ thống nút nhấn có các chế độ quạt tùy chỉnh theo 3 cấp độ và các chế độ hoạt động khác như phun ẩm, đèn báo chế độ và led hiển thị.
Các nút và phím cơ bản trên quạt: - Nút Stop: Nút tạm ngắt.
- Nút Speed: Điều chỉnh chế độ (3 cấp). - Nút Cool: Bật chế độ phun ẩm.
- Nút điều gió: Bật chế độ cho tuốc năng hoạt động.
Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm kết nối với Arduino để cung cấp thông tin về nhiệt độ và độ ẩm liên tục cho vi xử lí, kết hợp với các luật điều khiển mờ mà nhóm đồ án xây dựng, sẽ thu được đầu ra là tín hiệu điện điều khiển đóng mở triac, điều khiển tự động tốc độ động cơ quạt và động cơ bơm nước.
b, Hệ thống điện đầu ra
Mạch công suất đầu ra sử dụng các triac đóng ngắt để điều khiển cấp nguồn cho động cơ quạt và động cơ máy bơm. Từ tín hiệu điều khiển vi điều khiển, từng triac được dẫn dòng tương ứng với các cấp tốc độ khác nhau được áp dụng. Các tín hiệu từ môi trường cũng được hiển thị trên led hiển thị, báo rõ tốc độ động cơ và chế độ quạt đang áp dụng.
Đầu nối động cơ quạt có các cuộn trở giảm dòng tương ứng với các triac đóng ngắt, tùy giá trị điện trở mà chúng ta có các tốc độ khác nhau. Dòng điện đi qua triac vào động cơ là dòng 220V AC theo 4 dây màu là đen- vàng- xanh- trắng, đây là 3 cấp tốc độ và 1 dây nối đất.
Từ vi xử lí Esp8266 thông qua mạch điều khiển triac để cấp dòng đến được động cơ. Arduino điều khiển dựa trên luật hợp thành mờ và điều khiển thời gian đóng mở T, trong khi nút nhấn điều khiển giảm áp dựa trên các cuộn dây giảm dòng.
Để cấp xung tín hiệu mở triac, ta cần cấp xung từ đầu ra vi xử lí trung tâm, qua Moc3020 để xử lí tín hiệu rồi đóng mở triac dựa trên nguồn xung đầu ra.
40
Đầu nối động cơ máy bơm sử dụng tín hiệu bật tắt khi ở chế độ chạy bằng tay và sử dụng tín hiệu dao động khi chuyển qua chế độ chạy tự động nhờ luật mờ và mạch điều khiển thời gian đóng mở triac T.
c, Hệ thống vi xử lí tín hiệu Hệ thống sử dụng 2 vi xử lí:
- Vi xử lí Arduino UNO R3:
Nhận tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11, giải mã và kết hợp với luật hợp thành mờ đã được cài sẵn, đưa ra các tín hiệu rời rạc theo miền thời gian T, điều khiển đóng mở triac cấp nguồn cho cả động cơ quạt và động cơ máy bơm.
- Kit Wifi Esp8266:
o Nhận tín hiệu chuyển mạch qua App và điều khiển chế độ hoạt động của relay cấp
nguồn cho từng loại điều khiển.
o Giao tiếp với Arduino bằng phương thức giao tiếp UART và hiển thị thông tin
nhiệt độ và độ ẩm qua lcd hiển thị.
Các vi điều khiển đều được cấp nguồn qua các bo mạch biến áp, cấp nguồn 5V DC, 9V DC để đạt được tối ưu về chất lượng cũng như tuổi thọ của vi điều khiển. d, Hệ thống cảm biến
Hệ thống sử dụng 1 loại cảm biến thu thập 2 loại tín hiệu khác nhau. Cảm biến DHT11 thu thập thông tin nhiệt độ và độ ẩm từ môi trường. Hệ thống cảm biến được đấu nối trực tiếp với vi xử lí Arduino UNO R3, nhận nguồn và trả về thông tin xử lí theo 2 dạng:
- Tín hiệu digital: Tín hiệu cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11
- Từ nguyên lí làm việc và tín hiệu trả về của 2 giá trị trong cảm biến, nhóm đã thiết kế sơ đồ nối chân cảm biến như sau:
o Chân Vcc và Gnd nối với nguồn và Gnd của arduino
o Chân Data truyền tải thông tin về nhiệt độ và độ ẩm của cảm biến DHT11 nối chân
41