Khi cấp nguồn điện bằng giá trị điện áp định mức của Contactor vào hai đầu của cuộn dây quấn trên phần lõi từ cố định thì lực từ tạo ra hút phần lõi từ di động hình thành mạch kín (lực từ lớn hơn phản lực của lị xo), Contactor ở trạng thái hoạt động. Lúc này nhờ vào bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điểm làm cho tiếp điểm chính đóng lại, tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (thường đóng sẽ mở ra, thường hở sẽ đóng lại) và duy trì trạng thái này. Khi ngưng cấp nguồn cho cuộn dây thì Contactor ở trạng thái nghỉ, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu (xem Hình 2.17).
Điện áp định mức: có các điện áp định mức: 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V,380V, 500V xoay chiều.
Dòng điện định mức: dòng điện điện định mức của Contactor hạ áp thông dụng ccos các cấp là: 10A, 20A, 25A, 40A, 60A, 75A, 100A, 150A, 250A, 300A, 600A.
Tuổi thọ của Contactor: tuổi thọ của Contactor được tính bằng số lần đóng mở, sau số lần đóng mở ấu thì Contactor sẽ bị hỏng và không sử dụng được nữa.
Tần số thao tác: Là tần số đóng cắt Contactor trong một giờ: có các cấp: 30, 100, 120, 150, 300, 600, 1200, 1500 lần/ giờ
Tính ổn định lực điện động: Tiếp điểm điểm chính của Contactor cho phép một dòng dòng điện lớn đi qua (khoảng 10 lần dịng điện định mức) mà lực điện động khơng làm tách rời tiếp điểm thì Contactor có tính ổn định lực điện động
Tính ổn định nhiệt: Contactor có tính ổn định nhiệt nghĩa là khi có dịng điện ngắn mạch chạy qua trong một khoảng thời gian cho phép, các tiếp điểm bị nó chảy và hàn dính lại
2.2.9 Aptomat
Aptomat là tên thường gọi của thiết bị đóng cắt tự động (cầu dao tự động). Trong tiếng anh thiết bị cắt là Circuit Breaker (viết tắt là CB). Aptomat có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch trong hệ thống điện. Một số dịng Aptomat có thêm chức năng bảo vệ chống dòng rò được gọi là aptomat chống rị hay aptomat chống giật. Aptomat đơi khi còn gọi là Át theo một cách ngắn gọn (xem Hình 2.18).
- Cấu tạo Aptomat
Cấu tạo Aptomat (MCB hay MCCB) thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang) hoặc ba tiếp điểm phụ, sau cùng là tiếp điểm chính. Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, sau đó tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang. Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, do đóa bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện. Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính.
Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống tưới rau thơng minh
Hình 2.18: Aptomat ngồi thực tế - Phân loại.
Phân loại theo cấu tạo
+ Aptomat dạng tép MCB (Miniature Circuit Breaker): bảo vệ quá tải và ngắn mạch.
+ Aptomat dạng khối MCCB (Moulded Case Circuit Breaker): bảo vệ quá tải và ngắn mạch.
Phân loại theo chức năng
+ Aptomat thường (bảo vệ quá tải, ngắn mạch): MCB, MCCB.
+ Aptomat chống rò: aptomat chống dòng rò dạng tép, aptomat chống dòng rò và bảo vệ quá tải dạng tép, aptomat chống dòng rò và bảo vệ quá tải dạng khối.
Phân loại theo số pha, số cực: + Aptomat 1 pha: 1 cực
+ Aptomat 1 pha + trung tính (1P+N): 2 cực + Aptomat 2 pha: 2 cực
+ Aptomat 3 pha: 3 cực
Phân loại theo dòng cắt ngắn mạch
+ Dòng cắt thấp: thường dùng trong dân dụng.
+ Dòng cắt tiêu chuẩn: thường dùng trong công nghiệp.
+ Dịng cắt cao: thường dùng trong cơng nghiệp và các ứng dụng đặc biệt... Phân loại theo khả năng chỉnh dòng
+ Aptomat có dịng định mức khơng đổi.
+ Aptomat chỉnh dòng định mức. - Nguyên lý hoạt động:
Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, aptomat được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một tiếp điểm động. Bật aptomat ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút. Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút ở nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm bật nhả móc 3 và móc 5 được thả tự do, lị xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của aptomat được mở ra, mạch điện bị ngắt (xem Hình 2.19)
Hình 2.19: Nguyên lý hoạt động Aptomat.
2.2.10 Cơng tắc xoay ba vị trí
- Cấu tạo:
Phần đầu xoay: đây là phần quyết định màu sắc và vị trí xoay cũng như chế độ tự trả hay duy trì.
Phần Holder: đây là phần bắt chặt đầu xoay vào tủ điện, phần này thường có hai dạng chính đó là dạng siết bằng tay và dạng siết bằng vít.
Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống tưới rau thông minh
Bộ phận đầu đèn: bộ phận này được gắn sau Holder.
Phần tiếp điểm: đây là phần gắn sau đầu đèn, mỗi khối tiếp điểm sẽ có tối đa 2 tiếp điểm. Nếu muốn gắn thêm tiếp điểm thì ta gắn chồng thêm khối tiếp điểm thứ 2, và có thể gắn số tiếp điểm vô hạn.
Ngồi cơng tắc xoay 3 vị trí có đèn ra thì cịn có các sản phẩm cùng loại với cơng tắc 3 vị trí, 2 vị trí có đèn như nút nhấn kín nước, nút nhấn khẩn cấp, tiệm cận, cảm biến siêu âm.
- Nguyên lý hoạt động
Khi có điện vào cuộn dây thì luồng từ thơng sẽ được sinh ra trong nam châm điện, luồng từ thơng này có khả năng sinh ra một lực điện từ. Khi lực điện từ này có giá trị lớn hơn lực cơ thì nắp mạch được hút về phía từ tĩnh. Trên mạch từ tĩnh được gắn vòng ngắn mạch để chống rung. Vòng này sẽ khiến cho các tiếp diểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh. Tiếp điểm tĩnh được gắn lên thanh dẫn, đầu kia của thanh dẫn có vít bắt dây điện vào ra. Các lị xo tiếp điểm phụ cũng được đóng vào đối với tiếp điểm phụ thường mở và mở ra đối với các tiếp điểm thường đóng. Lị xo nhả sẽ bị nén lại.
Khi ngắt điện vào cuộn dây, luồng thông sẽ giảm xuống về giá trị không đồng thời lực điện từ do nó sinh ra cũng giảm về khơng. Khi đó, lị xo nhả sẽ đẩy tồn bộ phần động của cơng tắc tơ lên và tiến hành cắt dịng điện tải ra (xem Hình 2.20). Khi tiếp điểm động được tách khỏi tiếp điểm tĩnh của mạch từ chính thì lúc này hồ quang sẽ xuất hiện giữa hai tiếp điểm. Nhờ các vách ngăn được thế kế sẵn trong buồn dập hồ quang, hồ quang sẽ được dập tắt.
- Ứng dụng của cơng tắc xoay 3 vị trí:
Cơng tắc 3 vị trí được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực máy móc hoạt động có độ nguy hiểm cao như:
Máy sản xuất công cụ Lĩnh vực sản xuất oto Người máy
Hình 2.20: Cơng tắc 3 vị trí
2.2.11 Adapter chuyển đổi nguồn 220V thành 12V
Adapter là bộ phận chuyển đổi điện áp cho phù hợp với nhu cầu của các thiết bị điện. Thông thường, adapter được sử dụng để chuyển nguồn điện 220V xuống nguồn một nguồn điện áp thấp hơn (xem hình 2.21).
Hình 2.21: Adapter - Chức năng chính của Adapter - Chức năng chính của Adapter
Cung cấp nguồn điện thích hợp để cho các thiết bị điện tử hoạt động ổn định. Ngồi ra adapter cịn có thể sạc pin cho các thiết bị điện khác như sạc pin
Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống tưới rau thông minh - Thông số kỹ thuật Điện áp ngõ vào : 100V-240V Output : DC 12V 2A Jack ngõ ra : 5.5mm x 2.1 mm Kích thước : 7.6 x 7.5 x 2.6 cm Chiều dài cáp : 100cm
Adapter kết nối bên trong cực dương (+) bên ngoài âm (-)
2.2.12 Đèn báo tín hiệu
Đèn báo pha được thiết kế dạng led, theo chuẩn Châu Âu có nhiều loại màu sắc, điện áp, đáp ứng được các nhu cầu làm tủ điện (xem Hình 2.22). Được sử dụng trong báo có điện từng pha trong điện 3 pha hoặc điện 1 pha, báo cáo tín hiệu On, Off của các thiết bị như: biến tần, động cơ…
Đèn báo pha, đèn báo tủ điện phi 22, đèn báo pha 380vac, 380V xanh, đỏ, vàng, trắng và đèn báo màu cam, đèn pha gắn trên tủ điện kiểu led, phi 22, phi 25, phi 30mm, điện áp 24VDC, 24VAC, 110VDC, 110VAC, 220VDC, 220VAC.
Hình 2.22: Đèn báo tín hiệu
- Thông số kỹ thuật của đèn báo pha: phi 22, phi 25mm và phi 30 mm
Điện áp: 220VAC,220VDC, 380vac, nguồn cấp 24VDC, 24VAC, 110VDC, 110VAC (12VAC, bộ nguồn 12VDC, 48VDC, 48VAC, 6VAC/DC).
Dòng điện tiêu thụ: nhỏ hơn 18mA Tuổi thọ: trên 100 000 giờ sáng liên tục Nhiệt độ hoạt động: -25 – 700C
2.2.13 Máy bơm chìm
Máy bơm điện chìm là loại máy bơm nước thường hoạt động trong mơi trường dưới nước, tuy vẫn có những loại máy hoạt động ở trên cạn, nhưng chủ yếu các dịng máy bơm nước chìm đúng như tên gọi của nó đều được đặt chìm sâu dưới nguồn nước (xem Hình 2.23).
Hình 2.23: Máy bơm chìm - Nguyên lý hoạt động: - Nguyên lý hoạt động:
Máy bơm chìm là loại máy bơm ly tâm kết hợp. Điện năng truyền qua dây dẫn làm mô-tơ quay. Nước được hút từ miệng hút nhờ lực hút từ cánh quạt của bơm ly tâm, sau khi vận chuyển qua thân bơm, nước được đưa qua ống đẩy bơm lên.
- Ứng dụng của máy bơm chìm:
Hút nước, hút bùn thải bẩn, làm sạch cho môi trường xung quanh Bơm nước lên các đài phun
Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống tưới rau thơng minh
Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH 3.1 Sơ đồ khối trong hệ thống 3.1 Sơ đồ khối trong hệ thống
Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống - Nguyên lý hoạt động: - Nguyên lý hoạt động:
Khi có tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ và cảm biến độ ẩm đất thấp hơn hoặc vượt quá mức cho phép thì vi điều khiển sẽ xuất ra 1 tín hiệu đến Rơ-le, khi Rơ-le nhận được tín hiệu từ arduino thì lúc này mạch động lực sẽ được tác động đóng/mở máy bơm. Cảm biến mưa dùng để kiểm tra mực nước của hệ thống có cịn nước hay khơng hoặc là báo hệ thống bị lỗi. LCD có chức năng là dùng để hiện thị các giá trị đọc được từ cảm biến nhiệt độ, độ ẩm của nhà kính. Điện thoại dùng để giao tiếp với mạch điều khiển để giám sát trạng thái và các giá trị nhiệt độ, độ ẩm của nhà kính. Mơ–đun 2596 dùng để ổn định điện áp phù hợp cho mơ-đun sim800L (xem Hình 3.1).
3.2 Thiết kế các khối trong hệ thống.
Việc tính tốn thiết kế là cơng việc khơng thể thiếu khi thực hiện bất cứ đề tài nào. Chính cơng việc này sẽ quyết định phần lớn đến kết quả của đề tài. Mọi thiết bị, linh kiện cần được tính tốn kỹ lưỡng mới đem đến kết quả tốt nhất cho đề tài.
Theo sơ đồ nguyên lý, nhóm chúng em sẽ thiết kế theo sơ đồ nguyên lý gồm có các phần:
Khối xử lý trung tâm : 1 Arduino Uno R3.
Khối hiển thị : LCD. Khối chấp hành : Rơ-le.
Khối chuyển đổi : Mô-đun hạ áp LM2596 Khối nguồn : Nguồn 12V lấy từ Adapter Smartphone : 1 điện thoại thông minh
- Khối xử lý trung tâm : gồm có 1 vi điều khiển được lập trình để (xem Hình 3.2):
Giao tiếp với LCD
Nhận dữ liệu từ các mô-đun cảm biến. Điều khiển hệ thống qua mô-đun sim800L. Điều khiển Rơ-le.
Hình 3.2: Khối xử lý trung tâm. - Khối cảm biến - Khối cảm biến
Cảm biến độ ẩm đất:
Dựa vào yêu cầu thiết kế, nhóm chúng em cần một loại cảm biến có khả năng đo độ ẩm đất 4W49, cảm biến độ ẩm đất điện dung… Trong q trình nghiên cứu các loại cảm biến thì nhóm em đã quyết định chọn cảm biến độ ẩm đất E2000115 với ưu điểm
Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống tưới rau thơng minh
nhỏ gọn, giá thành thấp và dễ sử dụng. Trong sơ đồ nguyên lý Hình 3.3, cảm biến độ ẩm đất kết nối chân tín hiệu vào A2 của Arduino Uno R3.
Hình 3.3 Mơ-đun cảm biến độ ẩm đất kết nối với Arduino Uno R3. Cảm biến mưa:
Dựa vào yêu cầu thiết kế, nhóm chúng em cần một loại cảm biến có khả năng phát hiện được hệ thống có cịn nước hay khơng. Và sau khi tìm hiểu thì chúng em quyết định chọn cảm biến mưa. Vì giá thành rẽ, nhỏ gọn và dễ sử dụng (xem Hình 3.4).
Hình 3.4: Cảm biến mưa kết nối với Arduino Uno R3. Cảm biến nhiệt độ:
Dựa vào yêu cầu thiết kế, nhóm chúng em cần một loại cảm biến có khả năng đo nhiệt độ mơi trường. Hiện nay trên thị trường có khá nhiều loại cảm biến như: Mô-đun cảm biến nhiệt độ DHT12, cảm biến nhiệt độ LM35 … Trong quá trình nghiên cứu các loại cảm biến thì nhóm đồ án chúng em đã quyết định chọn cảm biến nhiệt độ DS18B20 (xem Hình 3.5) với ưu điểm nhỏ gọn, giá thành thấp và dễ sử dụng. Trong sơ đồ nguyên lý (xem Hình 3.6), cảm biến nhiệt độ kết nối chân tín hiệu vào D9 của Arduino Uno R3.
Hình 3.5: Cảm biến nhiệt độ
Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống tưới rau thơng minh
- Khối hiển thị:
Dựa theo yêu cầu thiết kế, đề tài của chúng em cần một thiết bị có khả năng hiển thị được nhiệt độ, độ ẩm đất. Với u cầu đó thì chúng em quyết định sử dụng LCD 16x2 là lựa chọn tối ưu nhất vì có đủ số dòng yêu cầu và đã được thư viện hỗ trợ giao tiếp.
Trong sơ đồ nguyên lý (xem Hình 3.7) thì LCD được kết nối 2 chân SCL và SDA vào chân A4 và A5 của Arduino Uno R3 để truyền dữ liệu qua giao thức I2C.
Hình 3.7: LCD kết nối với Arduino Uno R3. - Khối chấp hành: - Khối chấp hành:
Sau khi nhận được tín hiệu từ Aruino truyền tới thì sẽ có một thiết bị chấp hành để đóng cắt dịng điện mà và giữ được an tồn cho thiết bị phần điều khiển tránh trường hợp xảy ra sự cố hoặc ngược lại. Với yêu cầu đó chúng em sẽ sử dụng rơ-le 12V (xem Hình 3.8) là lựa chọn tối ưu và hợp lý nhất với nhiều ưu điểm sẵn có như: nhỏ gọn, giá thành thấp, dễ sử dụng …
- Khối chuyển đổi:
Để cấp nguồn được cho mơ-đun Sim800L thì phải hạ áp cho mơ-đun bởi vì nguồn vào của mơ-đun Sim chỉ là 4.2V vì thế nên chúng em sẽ sử dụng mô-đun hạ áp LM2596 để cấp nguồn vào cho mơ-đun Sim (xem Hình 3.9).
Hình 3.9: Mơ-đun hạ áp LM2596 - Khối nguồn :
Nguồn cấp cho Arduino Uno R3, Rơ-le 12VDC
Nguồn cấp cho cảm biến nhiệt độ, độ ẩm và LCD lấy từ chân 5V Arduino Nguồn cấp cho mô-đun Sim800L được cấp từ LM2596 với điện áp 4.2V/2A Nguồn cấp cho động cơ bơm là 220VAC
3.3 Các phần trong hệ thống
3.3.1 Mạch in
Hình 3.10 là hình ảnh mạch in mà chúng em đã thiết kế và vẽ trên phần mềm Altium
Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống tưới rau thơng minh
3.3.2 Phần mạch điều khiển
- Nguyên lý hoạt động:
Mạch điều khiển nhận giá trị từ cảm biến độ ẩm, nhiệt độ (độ ẩm < 60 % và nhiệt độ > 240C) làm cho rơ-le đóng tiếp điểm cấp điện áp cho Contactor và máy bơm bật đồng thời gửi về 1 tin nhắn về điện thoại “May bom bat” (Khi máy bơm đã bật nhưng cảm biến mưa khơng có tín hiệu thì hệ thống sẽ gửi một tin nhắn về số điện thoại đã được thiết đặt là “He thong het nuoc” và tắt máy bơm sẽ tắt). Khi hệ thống đọc giá trị của cảm biến nhiệt độ và độ ẩm một lần nữa. Nếu độ ẩm > 70 % và nhiệt độ < 200C thì lúc này