CHƯƠNG 2: CÁCH THỨC TIẾN HÀNH
2. Sử dụng năng lƣợng sạch kết hợp IoT trong tự động hóa các thiết bị công cộng
2.2. Nguyên lý hoạt động của các khối chức năng 2.2.1. Khối thu và tích trữ năng lượng
2.2.1.1. Cây mặt trời: Sử dụng những tấm pin năng lƣợng mặt trời hình vuông và thiết kế cây mặt trời để lƣợng bức xạ mặt trời đƣợc thu là nhiều nhất.
Công nghệ hiện đại cho phép tạo ra những cây pin năng lƣợng mặt trời, thực chất là các tấm pin năng lƣợng mặt trời đƣợc xây dựng cách điệu mô phỏng những thân cây, có khả năng chuyển đổi trực tiếp năng lƣợng mặt trời thành điện năng, đem lại nhiều lợi ích cho cộng đồng. Có thể kể đến nhƣ cung cấp bóng râm, tích trữ năng lƣợng mặt trời, cung cấp điện năng xanh, cho phép sạc các thiết bị nhƣ smartphone, tablet qua cổng usb, làm mát nước cho các vòi nước công cộng vốn rất phổ biến ở nước ngoài, trở thành một điểm phát wifi, trở thành đèn chiếu sáng vào ban đêm hay
các bảng biển quảng cáo... và nhiều công năng hữu dụng khác vừa giúp nâng cao nhận thức bảo vệ môi trường, thân thiện với môi trường.
2.2.1.2. Turbine gió hình lá: điểm mới, chƣa đƣợc nghiên cứu và đƣa vào ứng dụng ở VN, để thu lƣợng gió nhiều nhất, turbine đƣợc thiết kế theo chiều dọc có thể quay đƣợc với tốc độ gió thấp hơn 1,9 m/s, lợi hơn rất nhiều so với turbine truyền thống.
Ngoài ra, turbine đƣợc làm từ nhựa siêu nhẹ nên có thể không bị tác động bởi khí hậu nhiệt đới ẩm làm hƣ nhƣ độ ẩm hay lƣợng muối. Những turbine gió đƣợc mắc song song nên nếu 1 turbine bị hư sẽ không ảnh hưởng đến những turbine còn lại.
o Công suất lắp đặt: 4,1kW o Chiều cao: 10m
o Đường kính: 8m o Khối lƣợng: 4 tấn
o 63 turbine gió Aeroleafs
o Năng lƣợng trung bình ƣớc tính: 2400kW o Ngƣỡng gió kích hoạt: 1,3m/s
o Năng lƣợng sinh ra ngƣỡng gió ở 2m/s
Năng lượng sinh ra cung cấp 15 đèn đường 50W hoạt động
2.2.2. Khối tự động hóa các thiết bị công cộng
2.2.2.1. Cảm biến ánh sáng BH1750 và điều khiển tự động sáng đèn thông qua relay kích ở mức thấp
Cảm biến sử dụng quang trở có khả năng thay đổi điện trở theo bức xạ ánh sáng chiếu vào. Cảm biến nhỏ gọn và cho dữ liệu có độ chính xác cao.
Ưu điểm:
Nhận tín hiệu trong phạm vi rộng với độ phân giải cao: Từ 1 đến 65535 lux
Tiêu thụ điện năng thấp
Giao diện I2C bus
BH1750 dễ sử dụng, đơn giản hơn so với cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở
Dữ liệu đo ra không cần phải tính toán chuyển đổi thông qua chuẩn truyền I2C
Cường độ ánh sáng được tính toán như sau:
Ánh sáng cần cho đọc sách: 50-60 lx
Ban đêm: 0.001-0.02 lx Nguyên lý:
BH1750 nhận tín hiệu ánh sáng và chuyển trực tiếp thành tín hiệu kỹ thuật số (digital signal) và đƣa ra dữ liệu với dạng đơn vị là LUX. Khối xử lý dữ liệu cảm biến là Arduino UNO R3 sẽ nhận tín hiệu và so sánh với ngƣỡng ánh sáng chuẩn. Khi tín hiệu vượt quá ngưỡng chuẩn (mức logic cao) thì relay sẽ nhảy qua thường hở và làm tắt đèn LED. Khi tín hiệu thấp hơn so với ngƣỡng chuẩn (mức logic thấp) thì relay sẽ kích làm đèn LED sáng.
2.2.2.2. Cảm biến độ ẩm đất và điều khiển tự động tưới nước thông qua relay Cảm biến độ ẩm đất rất nhạy cảm với độ ẩm môi
trường xung quanh và được sử dụng để phát hiện độ ẩm của đất. Đầu ra AO có thể đƣợc kết nối với bộ chuyển đổi ADC, qua đó có thể nhận đƣợc giá trị chính xác hơn về độ ẩm của đất.
Nguyên lý:
Khi cảm biến đƣợc kích hoạt, điện áp đầu vào của
IC LM393 thay đổi, từ đó đƣa ra tín hiệu. Đầu ra DO kết nối trực tiếp với khối xử lý dữ liệu cảm biến là Arduino UNO R3. Khi độ ẩm của đất vƣợt quá giá trị ngƣỡng đƣợc thiết lập, đầu ra DO ở mức thấp, relay sẽ kích động cơ bơm. Khi độ ẩm đất thấp hơn giá trị ngƣỡng thiết lập, đầu ra DO ở mức cao, động cơ bơm tự động ngắt.
2.2.2.3. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí DHT11 DHT11 là cảm biến nhiệt độ, độ ẩm rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1-wire ( giao tiếp digital 1-wire truyền dữ liệu duy nhất). Cảm biến đƣợc tích hợp bộ tiền xử lý tín hiệu giúp dữ liệu nhận về đƣợc chính xác mà không cần phải qua bất kỳ tính toán nào.
Đặc điểm:
o Điện áp hoạt động : 3V - 5V (DC)
o Dải độ ẩm hoạt động : 20% - 90% RH, sai số ±5%RH
o Dải nhiệt độ hoạt động : 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C
o Tần số lấy mẫu tối đa: 1 Hz
o Khoảng cách truyển tối đa: 20m Nguyên lý:
DHT11 gửi và nhận dữ liệu với một dây tín hiệu DATA, với chuẩn dữ liệu truyền 1 dây này, chúng ta phải đảm bảo sao cho ở chế độ chờ (idle) dây DATA có giá trị ở mức cao, nên trong mạch sử dụng DHT11, dây DATA phải đƣợc mắc với một trở kéo bên ngoài(thông thường giá trị là 4.7kΩ). Dữ liệu truyền về của DHT11 gồm 40bit dữ liệu theo thứ tự: 8 bit biểu thị phần nguyên của độ ẩm + 8 bit biểu thị phần thập phân của độ ẩm + 8 bit biểu thị phần nguyên của nhiệt độ + 8 bit biểu thị phần thập phân của nhiệt độ + 8 bit check sum. Cảm biến DHT11 có thể đo đƣợc độ ẩm từ 20-80% ± 5% và nhiệt độ từ 0-50oC ± 2oC. Cảm biến cho độ chính xác cao và dễ lấy dữ liệu
2.2.2.4. Cảm biến khí CO
Cảm biến khí CO MQ-7 có thể phát hiện khí CO tập trung ở những nơi khác nhau từ 10 đến 1000 ppm.
Cảm biến có độ nhạy cao và thời gian đáp ứng nhanh, cho tín hiệu đầu ra ở dạng Analog và Digital.
Thông số kỹ thuật:
o Điện áp cung cấp: 3 ~ 5V DC
o Sử dụng chip so sánh LM393 và MQ-7
o Hai dạng tín hiệu đầu ra (digital và analog) Tín hiệu analog từ 0~5V o Dải phát hiện từ 20 đến 2000ppm
o Công suất tiêu thụ: khoảng 350mW Nguyên lý:
Biến trở trên Module có chức năng điều chỉnh điện áp tham chiếu (ngƣỡng), khi cảm biến MQ-7 phát hiện khí CO đến ngƣỡng thì chân DOUT sẽ đảo trạng thái.