Hệ thống có chức năng khi người dùng mở van khóa nước để lấy nước và xác định mức nước cần lấy ở vật dụng đựng nước (xoong, nồi, âm đun nước, ca đựng nước... : Gọi chung là bình hứng nước). Khi nước trong bình đạt ngang mức cần lấy thì hệ thống sẽ tự động điều khiển khóa nước lại (không cho nước chảy vào bình nữa), đồng thời còi sẽ kêu để báo hiệu cho người dùng biết nước đã đủ theo yêu cầu.Khi phát hiện không có nước hoặc mực nước trong bình hứng đang thấp hơn yêu cầu thì hệ thống sẽ tự động điều khiểu mở nước trở lại, còi không kêu nữa và người dùng có thể mở van khóa nước để lấy nước bình thường.
Trang 1MỤC LỤC
A PHẦN CHUNG 3
I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 3
II Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 4
III MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 4
III.1 Mục tiêu chung 4
III.2 Mục tiêu cụ thể 4
IV GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4
V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4
V.1 Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết 4
V.2 Phương pháp thực nghiệm, bao gồm: 5
V.2.1 Thực nghiệm thăm dò, tìm hiểu các nghiên cứu có liên quan đến đề tài 5
V.2.2 Thực nghiệm định lượng 5
VI NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 6
VI.1 Tìm hiểu máy lọc nước RO sử dụng cho hộ gia định 6
VI.1.1 Sơ đồ hoạt động của máy lọc nước RO 6
VI.1.2 Sơ đồ điện máy lọc nước 7
VI.2 Nghiên cứu mạch hệ thống điều khiển nước tự động tắt theo yêu cầu áp dụng cho máy lọc nước gia đình 8
VI.2.1 Sơ đồ khối Máy lọc nước hộ gia đình 8
VI.2.2 Sơ đồ khối Máy lọc nước hộ gia đình có gắn Hệ thống điều khiển nước tự động tắt theo yêu cầu 9
VI.2.4 Sử dụng cảm biến mức nước 10
VI.2.5 Mạch hạ áp 24V sang 12V một chiều 13
VI.4 Thực nghiệm 15
B KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, NHỮNG ƯU ĐIỂM CỦA SẢM PHẨM 16
I KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 16
II NHỮNG ƯU ĐIỂM CỦA SẢM PHẨM 17
C KẾT LUẬN KHOA HỌC 17
D TÀI LIỆU THAM KHẢO 17
1
Trang 2A PHẦN CHUNG
I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong xã hội hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường chính là vấn đề nóng hổi
và nhức nhối trên toàn thế giới Ô nhiễm môi trường tác động trực tiếp tới đời sống và sức khỏe con người
Môi trường bị biến đổi như hiện nay nguyên nhân chính là do các hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người Xã hội ngày càng tiến bộ, đời sống con người ngày một nâng cao thì con người lại sử dụng một cách bừa bãi các nguồn tài nguyên mà chẳng nghĩ tới hậu quả sau này
Việc ô nhiễm môi trường cũng diễn ra ở Việt Nam, có những biểu hiện rõ rệt như: Không khí ở các thành phố, các trung tâm xí nghiệp ngày càng ô nhiễm; thiếu nguồn đất và đặc biệt là vấn đề về nước sạch cho người dân Ở Việt Nam
có tới 20% dân số chưa được tiếp cận với nước sạch và 30% người dân chưa nhận thức được tầm quan trọng của nước sạch.Thực trạng khan hiếm nước sạch cũng như ý thức bảo vệ nguồn tài nguyên nước của người dân Việt Nam chưa cao
Nguồn nước ô nhiễm, không đảm bảo chất lượng là nguyên nhân hàng đầu dẫn đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như ung thư, bệnh đường tiêu hóa, xương khớp, lão hóa da, … Để có nguồn nước sạch phục vụ sinh hoạt hàng ngày, hiện nay hầu hết các hộ gia đình đều sử dụng máy lọc nước công nghệ lọc
RO Máy lọc nước RO chính là giải pháp hoàn hảo, cung cấp nguồn nước sạch
khuẩn, giàu khoáng chất, an toàn, tiện lợi, phù hợp uống trực tiếp và sử dụng trong nấu nướng hàng ngày tại gia đình
Máy lọc nước thường được sử dụng
nhiều khi các bà nội trợ vào bếp Và một
vấn đề thường xảy ra đó là khi đang lấy
nước từ máy lọc nước, do tốc độ nước chảy
rất chậm nên họ thường để máy chạy như
vậy còn tranh thủ làm việc khác của quá
trình nấu nướng Do bận rộn nấu nướng họ
quên mất việc tắt máy lọc nước và tình
trạng tràn nước thường xảy ra Vấn đề này,
thứ nhất là gây lãng phí nguồn nước sạch,
tăng chi phí sinh hoạt Theo cơ chế hoạt
động của máy lọc nước thì chỉ có khoảng
25% đến 50% nước được lọc tinh khiết còn
50% đến 75% nước bị thải ra ngoài Thử
hình dung, nếu một lần nấu nướng bạn để
tràn ra ngoài hết 1(lít) nước lọc thì sẽ có
khoảng 2(lít) đến 3(lít) nước bị thải ra
ngoài, như vậy bạn đã lãng phí hết gần 4(lít) nước Nếu 100 người (hay 1000 người) cũng quên như bạn thì lượng nước bị lãng phí là rất lớn Thứ hai là cảm
Trang 3giác bực bội khi phải mất thời gian để lau dọn vũng nước ấy, tâm lý bực bội chắc chắn sẽ ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng sản phẩm của các bà nội trợ
Vậy làm thế nào để ta có thể lấy được đúng lượng nước ta cần từ các máy lọc nước mà không cần đứng canh từng phút và không gây lãng phí nguồn nước?
Để giải quyết vấn đề trên đội chúng em đã lựa chọn nghiên cứu đề tài “Hệ thống điều khiển nước tự động tắt theo yêu cầu, áp dụng cho máy lọc nước gia đình”
II Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI.
Nếu đề tài được nghiên cứu và chế tạo thành công sẽ góp phần bảo vệ nguồn nước sạch, tiết kiệm được chi phí hóa đơn tiền điện, tiền nước và kéo dài tuổi thọ cho máy lọc nước Đồng thời tiết kiệm điện năng, nhiệt năng sử dụng cho máy bơm và vận hành xử lý nước Sản phẩm có thể được áp dụng rộng rãi ở các máy lọc nước hộ gia đình
III MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU.
III.1 Mục tiêu chung.
Nghiên cứu chế tạo hệ thống mạch điện tử có khả năng điều khiển tự động tắt nước theo yêu cầu của người dùng
Nghiên cứu chế tạo mạch điện đơn giản, có kích thước nhỏ gọn, dễ sử dụng,
dễ lắp đặt trong các máy lọc nước của tất cả các hãng
III.2 Mục tiêu cụ thể.
Hệ thống phải có chức năng khi người dùng mở van khóa nước để lấy nước
và xác định mức nước cần lấy ở vật dụng đựng nước (xoong, nồi, âm đun nước,
ca đựng nước : Gọi chung là bình hứng nước) Khi nước trong bình đạt ngang mức cần lấy thì hệ thống sẽ tự động điều khiển khóa nước lại (không cho nước chảy vào bình nữa), đồng thời còi sẽ kêu để báo hiệu cho người dùng biết nước
đã đủ theo yêu cầu
Khi phát hiện không có nước hoặc mực nước trong bình hứng đang thấp hơn yêu cầu thì hệ thống sẽ tự động điều khiểu mở nước trở lại, còi không kêu nữa và người dùng có thể mở van khóa nước để lấy nước bình thường
IV GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU.
- Đề tài được nghiên cứu trong phạm vi kiến thức của học sinh ở cấp trung học phổ thông
V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
V.1 Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết.
Thông qua sách tham khảo và hệ thống Intener, đội đã tìm hiểu, nghiên cứu
về các loại linh kiện điện tử và các loại mạch điện tử có liên quan đến đề tài Nghiên cứu về các loại cảm biến mức nước tiếp xúc và không tiếp xúc
3
Trang 4Nghiên cứu các van nước khóa tự động bằng điện thường đóng và thường mở
Nghiên cứu, tìm hiểu về mạch chuyển đổi nguồn điện 1 chiều 24v sang 12v Nghiên cứu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy lọc nước hộ gia đình
V.2 Phương pháp thực nghiệm, bao gồm:
V.2.1 Thực nghiệm thăm dò, tìm hiểu các nghiên cứu có liên quan đến đề tài.
Thông qua hệ thống internet chúng tôi đã tìm hiểu một số sản phẩm có liên quan đến đề tài như:
Máy lọc nước Sunhouse 9 lõi SHR8669B
Hãng sản xuấtSunhouseXuất xứĐài LoanBảo
hành24 thángCông nghệ lọcROTổng lõi lọc9 lõi
lọcCách sử dụngLắp trực tiếp vào nguồn nước sinh
hoạtCông suất lọc (lít/giờ)10-15L/ giờThể tích bình
chứa (L)10L Giá bán 4.800.000đ
Máy lọc nước Sanaky SNK-108NS.
Hệ thống 9 cấp lọc cho nguồn nước tinh khiết,
đảm bảo sức khỏe người sử dụng
Trang bị đèn báo, công tắc áp thấp báo
hiệu khi áp lực nước đầu vào yếu
Bộ hẹn giờ xả sục màng RO nâng cao
chất lượng nước và kéo dài tuổi thọ màng lọc
đến 3 năm Van điều tiết nước thải kết hợp với
xả màng RO
Màng lọc RO Toray Nhật Bản có khả
năng lọc sạch, loại bỏ hoàn toàn các tạp chất
gây hại có trong nước như Chì, Asen,
Mangan,…
Vỏ tủ inox không nhiễm từ, tăng khả năng chống oxy hóa, giữ độ sáng bóng của vỏ theo thời gian Giá bán 6.200.0000đ …
Qua tìm hiểu, hiện tại trên thị trường vẫn chưa có sản phẩm nào có chức năng giống với sản phẩm của đề tài mà nhóm đang nghiên cứu
V.2.2 Thực nghiệm định lượng
Nhóm đã tiến hành nghiên cứu cấu tạo của máy lọc nước hộ gia đình Xác định vị trí đặt hệ thống điều khiển nước tự động tắt trong máy lọc nước
Tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch
Lắp ráp phần cứng trên bo mạch thử nghiệm
Trang 5Xây dựng mô hình sản phẩm, lắp ráp mạch, chạy thử nghiệm sản phẩm trên
mô hình
VI NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.
VI.1 Tìm hiểu máy lọc nước RO sử dụng cho hộ gia định
Máy lọc nước RO là công nghệ lọc thẩm thấu ngược tiên tiến nhất hiện nay Đặc điểm của công nghệ RO chính là sử dụng màng lọc siêu thẩm thấu ngược
RO Dựa vào sự chênh lệch áp suất giữa đầu vào và đầu ra, công nghệ RO (Reverse Osmosis) là quá trình đẩy nước qua các lõi lọc, theo các cấp độ từ thô đến tinh Trong quá trình dòng chảy qua các màng lọc trong các lõi lọc, nước sẽ được loại bỏ hoàn toàn cặn bẩn, ion kim loại nặng, vi sinh vật, vi khuẩn… Nước
đã qua hệ thống lọc này đều trở nên tinh khiết, uống có vị ngon, ngọt
VI.1.1 Sơ đồ hoạt động của máy lọc nước RO.
Sơ đồ hoạt động của máy lọc nước RO (Nguồn: i.ytimg.com)
Nước nguồn được đi vào máy qua bộ khóa Nước sẽ vào cột lọc số 1, lõi lọc của cột này có cấu tạo từ sợi thô PP, các khe hở có kích thước 5 Micromet, giúp ngăn chặn tạp chất > 5 Micromet đi qua
Tiếp theo nước đã được lọc qua cột 1 sẽ được hút sang cột 2 Lõi lọc cột 2
có chứa than hoạt tính giúp loại bỏ ion kim loại nặng, tạp chất hữu cơ, chất tẩy, thuốc trừ sâu, và các chất độc hại khác Lõi lọc này có chứa Cation - chất khử độ cứng của nước nhằm bảo vệ màng R.O và làm nước có vị ngọt tự nhiên
Khi nước được hút sang cột lọc số 3 Lõi lọc tại đây được cấu tạo bởi sợi PP
có khe hở 1 micron sẽ giúp thanh lọc nốt những tạp chất có kích thước > 1 micron
5
Trang 6Sau khi qua 3 cột lọc nước sẽ được đẩy sang màng lọc RO Màng lọc này được sản xuất tại Mỹ hoạt động theo cơ chế thẩm thấu ngược, chịu được áp lực cao và có khe hở cực nhỏ 0.0001 Micron Tại đây, 2 phần nước được tách chia gồm nước tinh khiết sẽ được đi qua màng RO còn lại sẽ được dẫn qua van thải
và thải ra ngoài Bộ phận này có công dụng loại bỏ hoàn toàn các chất rắn, khí hòa tan trong nước, các ion kim loại, vi sinh vật, vi khuẩn, các chất hữu cơ làm cho nước trở lên hoàn toàn tinh khiết, đây là bộ phận quan trọng nhất của cả hệ thống và cũng là phụ kiện quan trọng của máy lọc nước
Cuối cùng sau khi qua màng lọc RO nước sẽ được dẫn tới lõi lọc Cacbon
CL T33 Lõi lọc chứa thành phần Cacbon này sẽ diệt khuẩn, loại bỏ màu, làm mềm và cân bằng độ PH trong nước
VI.1.2 Sơ đồ điện máy lọc nước.
Nhìn chung các máy lọc nước sẽ có sơ đồ điện tương tự nhau, hình ảnh dưới đây sẽ là sơ đồ mạch điện của máy lọc nước RO Hệ thống điện sẽ giúp máy lọc nước RO hoạt động 1 cách tự động, tạo lưu lượng và áp suất đủ lớn để đưa nước đi qua các lõi lọc
Sơ đồ điện máy lọc nước RO (Nguồn: blogspot.com)
Cấu tạo của sơ đồ điện máy lọc nước:
Bơm để hút nước từ nguồn lên hệ thống
Biến áp 24V DC cấp nguồn cho máy bơm và các van
Van điện từ 24V DC để bật mở hệ thống
Trang 7 Van cao áp 24V DC để đẩy nước vào bộ lọc nước RO.
Van áp thấp 24V DC để hỗ trợ tạo áp suất đẩy nước trong hệ thống
VI.2 Nghiên cứu mạch hệ thống điều khiển nước tự động tắt theo yêu cầu, áp dụng cho máy lọc nước gia đình.
VI.2.1 Sơ đồ khối Máy lọc nước hộ gia đình.
Nguyên tắc hoạt động: Khi mở van khóa nước bằng tay, dưới áp lực của nước máy nước sẽ chảy qua các lõi lọc (nước được lọc sạch), chảy qua van khóa bằng tay và ra ngoài để sử dụng
VI.2.2 Sơ đồ khối Máy lọc nước hộ gia đình có gắn Hệ thống điều khiển nước tự động tắt theo yêu cầu, áp dụng cho máy lọc nước gia đình.
7
Đường nước vào
Sơ đồ khối Máy lọc nước hộ gia đình có gắn hệ thống điều khiển
nước tự động tắt theo yêu cầu, áp dụng cho máy lọc nước gia đình.
Cảm biến mức nước
Còi chíp
Đường nước ra để sử dụng
Van điện từ thường mở
Các lõi lọc nước
Van khóa bằng tay
Bo mạch điều khiển
Vật chứa nước
Sơ đồ khối Máy lọc nước hộ gia đình
Vật chứa nước
Đường nước vào
Đường nước ra để sử dụng
Các lõi lọc nước
Van khóa bằng tay
Trang 8Hệ thống điều khiển nước tự động tắt theo yêu cầu được đặt ở đoạn nước chảy ra từ sau các lõi lọc đến van khóa bằng tay Với thiết kế này thì hệ thống điều khiển nước tự động tắt sẽ không can thiệp vào hoạt động lọc nước của máy lọc Cơ chế lọc nước của máy vẫn được thực hiện hoàn toàn theo thiết kế của nhà sản xuất
Van điện từ sử dụng trong hệ thống là loại van điện từ thường mở Khi chưa cấp điện cho van thì van luôn ở trạng thái mở Khi cấp điện cho van thì van sẽ khóa lại
* Nguyên tắc hoạt động:
Người dùng đặt cảm biến mức nước áp sát vào thành ngoài của vật dụng chứa nước ở độ cao ngang vơi lượng nước mình muốn lấy
Ban đầu khi vật dụng chứa nước chưa có nước (hoặc có nước nhưng vẫn còn ít chưa đủ theo yêu cầu), cảm biến mức nước sẽ báo về tín hiệu mức thấp, bo mạch điều khiển sẽ không tác động đến van điện từ, van điện từ sẽ ở trạng thái
mở Lúc này, khi mở van khóa nước bằng tay, dưới áp lực của nước máy nước sẽ chảy qua các lõi lọc (nước được lọc sạch), chảy qua van điện từ, chảy qua van khóa bằng tay và ra ngoài để sử dụng
Khi nước trong vật dụng chứa nước đã ngang với mức nước muốn lấy (ngang với vị trí đặt cảm biến mức nước) thì cảm biến mức nước sẽ báo về tín hiệu mức cao, bo mạch điều khiển sẽ điều khiển khóa van điện từ lại, nước sẽ không chảy ra ngoài nữa đồng thời còi chíp sẽ kêu báo hiệu cho người dùng biết
là nước đã đầy theo ý muốn Người dùng sẽ khóa van nước bằng tay lại, lấy lượng nước của mình để sử dụng Lúc này trạng thái của mạch sẽ trở về như ban đầu, van điện từ sẽ ở trạng thái thường mở, còi chíp không kêu nữa
Trang 9VI.2.4 Sử dụng cảm biến mức nước.
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại cảm biến phát hiện mức nước do các hãng khác nhau sản xuất Xét về cơ chế phát hiện mức nước được phân thành hai loại: Cảm biến phát hiện mức nước tiếp xúc và không tiếp xúc
Cảm biến phát hiện mức nước tiếp xúc trên thị trường hiện nay có như Cảm Biến Phát Hiện Nước Tiếp Xúc PHN-IR03-NPN, cảm biến mức nước bằng phao MH83I
Đặc điểm của những cảm biến mức nước loại này là cảm biến phải chạm trực tiếp vào nước mới phát hiện có nước Cơ chế này hơi bất tiện và với tiêu chí của đề tài thì cơ chế này không hợp vệ sinh (bỏ vào, lấy ra như vậy chất lượng nước sẽ không đảm bảo) Do vậy trong đề tài chúng em không sử dụng loại cảm biến này
Cảm biến phát hiện mức nước không tiếp xúc là loại cảm biến không cần chạm trực tiếp vào nước, chỉ cần áp sát cảm biến ở thành bình, khi nước trong bình đạt ở mức thấp hơn vị trí đặt cảm biến thì cảm biến không phát hiện ra nước, nhưng khi nước đạt ngang mức vị trí đặt cảm biến thì cảm biếm sẽ báo có nước Cơ chế hoạt động này thuận tiên, cảm biến không cần tiếp xúc trực tiếp vào nước nên đảm bảo vệ sinh do vậy trong đề tài chúng em lựa chọn loại cảm biến không tiếp xúc
Trong cảm biến không tiếp xúc chia làm hai loại: Cảm biến phát hiện mức nước không tiếp xúc dạng điện dung và Cảm biến phát hiện mức nước không tiếp xúc dạng siêu âm
9
Trang 10Cảm biến phát hiện mức nước không tiếp xúc dạng điện dung có độ nhạy cao (cỡ 0,5s), tuy nhiên chỉ phát hiện được nước đựng trong các bình chứa làm bằng phi kim như nhựa, thủy tinh
Cảm biến phát hiện mức nước không tiếp xúc dạng siêu âm có độ nhạy thấp hơn (cỡ 2s), nhưng có thể phát hiện được nước đựng trong các bình chứa làm bằng cả phi kim và kim loại như nhôm, inoc, nhựa, thủy tinh… Do vậy trong đề tài chúng em đã chọn loại cảm biến mức nước không tiếp xúc dạng siêu âm Thông số kỹ thuật của cảm biến mức nước không tiếp xúc dạng siêu âm Điện áp: 12V DC
Dòng điện: 10mA
Nhiệt độ làm việc: -250C đến
+85 0C
Phát hiện nước với độ dầy của
thành bể lên tới 5 mm
Kích thước:
Đường kính 27mm
Độ dầy 20mm
Sơ đồ đấu nối:
- Màu đỏ: Chân dương
- Màu đen: Chân âm (GND)
- Màu xanh: Chân OUT (Tín hiệu ra)
- Màu trắng: chân MODE
+ MODE nối với GND thì: Phát hiện có nước OUT mức thấp 0(V), không
có nước mức cao (12V)
+ MODE không nối với GND thì: Phát hiện có nước OUT ở mức cao (12V), không có nước mức thấp 0(V)
Trong đề tài chúng em thiết kế thì chân MODE không nối với GND
Để thuận tiện trong việc sử dụng cảm biến chúng em đã thay dây tín hiệu của cảm biến bằng dây điện dạng lò xo của điện thoại bàn Với cải tiến này khi
sử dụng cảm biến để đo mức nước sẽ dễ dàng hơn, dây điện gọn gàng hơn
Để áp sát cảm biến vào thành bình đội chúng em đã sử dụng loại miếng dán hai mặt siêu dính đa năng Fixate gel pad Đây là loại miếng dán có thể dính trên mọi bề mặt được làm bằng các vật liệu khác nhau, chất liệu co giãn, bền bỉ cao,
có thể tái sử dụng bằng cách rửa sạch bụi bẩn dưới vòi nước