CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP 4.1 Thông số thiết kế
4.2 Phương hướng và giải pháp thực hiện
Phương án Cơ khí
Phương án phần khung
Phương án thanh ray
Hình 4.2: Phương án cơ khí
Hình 4.2 mô tả phàn cơ khí gồm có hai phương án phần khung là thanh ray
4.2.1.1 Phương án phần khung a. Phương án 1
Sử dụng hệ thống giàn phơi đồ có mái che tự động đi ra để che chắn cho vật dụng bên dưới.
Hình 4.2.1 a: hệ thống sử dụng mái che
ở hệ thống này ta nhận thấy hệ thống mái che được sử dụng trong một diện tích khá lớn, chi phí lắp đặt đặt gia công là khá cao, đối với đồ án thì việc thực hiện mái che tự động đi ra khá là phức tạp.
+ Nguyên lý của mái che : Hệ thống che mưa sẽ được kích hoạt bằng người điều khiển khi trời mưa, mái che sẽ tự động đi ra thông qua các thanh đở, che chắn mưa cho vật bên dưới.
+ ưu điểm :
- Che chắn được vùng không gian rộng lớn bên dưới
- Có độ thẩm mỹ cao
+ Nhược điểm
- Chi phí giá thành chế tạo cao.
- Việc thiết kế mái che đi rất khó khăn.
- Thời gian làm đồ chỉ có một học kỳ.
- Phải sử dụng trong không gian rộng lớn, như vậy không phù hợp với giới hạn của đề tài đưa ra.
b. Phương án 2
Giàn phơi đồ sẽ được gắn vào tường có thể song song hoặc vuông góc
Hình 4.2.2 a: phương án gắn vào tường + Nguyên Lí hoạt động:
khi cảm biến mưa có tính hiệu, bộ điều khiển sẽ làm cho động cơ quay nghịch, quần áo sẽ được kéo vào, khi đến cuối giới hạn làm đụng công tắc hành trình động cơ dừng, tương tự như vậy ở chiều quay thuận của động cơ.
+ Ưu điểm
- phương án này thuận lợi cho không gian hạn chế.
- chi phí giá thành thấp.
Tuy nhiên mô hình này không khả quan vì có những nhược điểm sau
+ nhược điểm
- không thể di chuyển mô hình.
- Đồ phơi và các thiết bị điện tử không được bao bọc khi có mưa, - Kết cấu phần cơ khí đơn giản không phù hợp với đề tài tốt nghiệp.
c. Phương án 3
Giàn phơi được thiết kế có mái che, có thể di chuyển được.
Với phương án này áo quần có thể được che chở bởi nhà chứa,kiểu dáng nhỏ ngọn thuận tiện cho không gian hẹp, có độ thẩm mỹ cao.
4.2.1.2 Phương án thanh ray a. Phương án 1:
- Sử dụng thanh trượt để làm phương tiện thu gom quần áo.
Thanh trượt gồm có một thanh ngang và một đầu trượt được gắn lên đó.
+ Nguyên lí hoạt động: động cơ được gắng trên đầu trượt, khi có tín hiệu động cơ quay, đầu trợt có chức năng chuyển đổi chuyển động quay của động cơ sang chuyển động tịnh tiến.
+ ưu điểm:
- Mẫu mã đẹp.
- Dể dàng điều khiển.
- Nhỏ gọn
+ Nhược điểm
- chi phí lắp đặt cao.
- thanh trượt cồng kềnh do mắc thêm động cơ trực tiếp vào đầu trượt
- Thanh trượt dể mất vệ sinh do hệ thống bôi trơi
b. Phương án 2:
- Sử dụng xilanh
+ Ưu Điểm
- Dể thiết kế mạch điện.
- Dể điều khiển.
+ Nhược điểm
- Khó khăn cho việc tìm kiếm xilanh có chiều dài 1.5m
- Chi phí rất cao
- Phải có hệ thống cấp khí cho xi-lanh, làm cho giàn phơi quá cồng kềnh.
- Rất khó khăn cho vấn đề thiết kế và lắp đặt.
c. Phương án 3:
- Sử dụng bánh đai, dây đai.
+ Nguyên lí hoạt động: Bộ truyền đai răng làm việc theo nguyên lý ăn khớp răng.
Bộ truyền đai gồm hai bánh đai, bánh dẫn và bánh bị dẫn được lắp đặt trên hai trục và dây đai bao quanh bánh đai, tải trọng được truyền đi nhờ vào lực ăn khớp răng sinh ra giữ bánh đai và dây đai.
+ Ưu Điểm
- Có thể truyền động giữa các trục xa nhau
- Đề phòng sự quá tải của động cơ nhờ vào hệ thống nối hai đầu đai
- Làm việc êm và ko ồn nhờ vào độ dẻo dai của đai và truyền với vận tốc lớn ,tránh.
cho các cơ cấu ko có sự dao động lớn sinh ra do tải trọng thay lớn
- Kết cấu vận hành đơn giản giá thành hạ.
+ Nhược Điểm
- Tải trọng tác dụng lên trục và ổ trục lớn
- Kích thước bộ truyền lớn .
- Tỷ số truyền làm việc thay đổi .
4.2.2 Phương án năng lượng cung cấp a. Phương án 1
- Đối với giàn phơi đồ tự động thì hệ thống cấp nguồn cho giàn phơi đồ khá là quan trọng, qua khảo sát thị trường em nhận thấy rằng pin năng lượng mặt trời là nguồn cung cấp năng lượng tốt đối với giàn phơi.
Hình 4.2.1 b: pin năng lượng mặt trời
+Nguyên lý hoạt động: Pin năng lượng mặt trời (pin mặt trời/pin quang điện) là thiết bị giúp chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành năng lượng điện (điện năng) dựa trên hiệu ứng quang điện Hiệu ứng quang điện là khả năng phát ra điện tử (electron) khi được ánh sáng chiếu vào của vật chất.
Tấm pin mặt trời, những tấm có bề mặt lớn thu thập ánh nắng mặt trời và biến nó thành điện năng, được làm bằng nhiều tế bào quang điện có nhiệm vụ thực hiện quá trình tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời.
+ Ưu điểm
- nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường.
- Nguồn năng lượng luôn có sẳn
- Giúp tiết kiệm tiền
+ nhược điểm
- chi phí cho một tấm pin mặt trời 110W-130W để phù hợp với động cơ và các thiết bị điện trong đồ án là rất cao, chi phí từ 2.000.000 - 3.000.000 VND. Do đó sẽ đẩy giá thành giàn phơi đồ lên cao.
- Diện tích cho một tấm pin mặt trời từ 110W-130W khá lớn, làm mất tính cân đối so với mô hình.
b. Phương án 2
Sử dụng lưới điện ở nhà bằng cách sử dụng ngồn tổ ong chuyển đổi từ điện áp 220VAC-24VDC
Hình 4.2.3a: Nguồn tổ ong
Nguồn Tổ Ong 24V/5a là bộ nguồn thường được sử dụng để lắp đặt cho đèn, camera giám sát, loa đài, máy tính, . . . và những thiết bị tiêu thụ điện thấp nên cần cấp nguồn một chiều thông số như trên. Cấu tạo bộ nguồn khá đơn giản, bao gồm vỏ kim loại, bề mặt dạng tổ ong và các linh kiện nguồn bên trong.
+ Ưu điểm
- Nguồn điện ở nhà luôn có sẳn, dồi dào.
- Giá thành thấp.
- Năng lượng tiêu thụ thấp.
- Nguồn điện sử dụng 24V an toàn cho người sử dụng Nhược điểm
- Không thể hoạt động khi bị cúp điện
- Phải đi dây điện trong nhà trong giàn phơi gây mất thẩm mỹ
- Khổng thể sử dụng ở những hành lang nhà cao tầng 4.2.3 Phương pháp điều khiển
a. Phương án 1 Sử dụng PLC S7-200
Hình 4.2.1 c: thiết bị PLC S-200
PLC, viết tắt của programable logic controler là thiết bị điều khiển logic lập trình được, hay thiết bị logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Như vậy với chương trình điều khiển trong PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn có thể dễ dàng thay đổi thuật toán điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài ( PLC khác hoặc máy tính ).
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng Siemens ( CHLB Đức ), có cấu trúc kiểu module và có các module mở rộng. Các module này được sử dụng với những mục đích khác nhau. Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp dung lượng bộ nhớ không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ liệu (Catridge ). Dòng PLC S7-200 có hai họ là 21X ( loại cũ ) và 22X ( loại mới ), trong đó họ 21X không còn sản xuất nữa. Họ 21X có các đời sau: 210, 212, 214, 215-2DP, 216; họ 22X có các đời sau: 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM.
+ Ưu điểm: Đối với phần điều khiển thì PLC đáp ứng được những yêu cầu của đề tài.
+ Nhược điểm: giá thành của PLC khá cao, so với đề tài thì hình dáng của PLC làm cho tủ điện khá cồng kềnh.
b. Phương án 2
Sử dụng hệ thống điện gồm transistor và role để điều khiển động cơ.
Cấu tạo của transistor
4.2.2b cấu tạo của transistor
Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N , nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận , nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược. về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu
ngược chiều nhau. Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực , lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B ( Base ), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp. Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát ( Emitter ) viết tắt là E, và cực thu hay cực góp ( Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được..
Rơle
4.2.2b Rơle
Role là loại khí cụ tự động dùng để khởi động một thiết bị nào đó hoặc điều khiển một quá trình nào đó khi tác động vào nó một công suất tương đối nhỏ.nó là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện. Nói là một công tắc vì rơ le có 2 trạng thái ON và OFF.
Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không.
+ Nguyên lí hoạt động
Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong và tạo ra một từ trường hút. Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện và như thế sẽ làm thay đổi trạng thái của rơ le. Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tùy vào thiết kế.
Rơ le có 2 mạch độc lập nhau họạt động. Một mạch là để điều khiển cuộn dây của rơ le: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay không, hay có nghĩa là điều khiển rơ le ở trạng thái ON hay OFF. Một mạch điều khiển dòng điện ta cần kiểm soát có qua được rơ le hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF của rơ le
Khi hệ thống nhận dạng thời thời tiết có tín hiệu, hệ thống này sẽ kích hoạt transistor, transistor sẽ kích hoạt role, từ đó động cơ sẽ quay thuận hay nghịch theo tín hiệu điều khiển.
+ Nhược điểm:
- Vì giàn phơi có hai cảm biến nhận diện thời tiết, để điều khiển được động cơ giàn phơi rất khó khăn, phức tạp.
- Hơn nữa hệ thống này hoạt động không ổn định nên không đáp ứng được yêu cầu.
c. Phương án 3
Xử dụng vi điều khiển. So với PLC thì vi điều khiển cũng có thể đáp ứng tương đối tốt yêu cầu trên và đặc biệt là giá thành thấp hơn rất nhiều so với PLC, kiểu dáng nhỏ gọn rất phù hợp với yêu cầu của đề tài.