Báo cáo nghiên cứu khoa học về tiết kiệm năng lượng

Báo cáo nghiên cứu khoa học về tiết kiệm năng lượngBáo cáo nghiên cứu khoa học về tiết kiệm năng lượngBáo cáo nghiên cứu khoa học về tiết kiệm năng lượngBáo cáo nghiên cứu khoa học về tiết kiệm năng lượngBáo cáo nghiên cứu khoa học về tiết kiệm năng lượngBáo cáo nghiên cứu khoa học về tiết kiệm năng lượngBáo cáo nghiên cứu khoa học về tiết kiệm năng lượngBáo cáo nghiên cứu khoa học về tiết kiệm năng lượngBáo cáo nghiên cứu khoa học về tiết kiệm năng lượngBáo cáo nghiên cứu khoa học về tiết kiệm năng lượngBáo cáo nghiên cứu khoa học về tiết kiệm năng lượngBáo cáo nghiên cứu khoa học về tiết kiệm năng lượng

1

-LỜI MỞ ĐẦU

Trong xã hội ngày nay kỹ thuật điện tử đã và đang ứng dụng mạnh mẽ trongnhiều lĩnh vực và ngày càng trở nên phổ biến hơn là lĩnh vực “Điều Khiển Tự Động”.Trong những công trình lớn như nhà máy, xí nghiệp chúng ta thấy rõ hơn vai trò quantrọng của điều khiển tự động hoặc những ứng dụng tự động trong lĩnh vực dân dụng,

có những máy thông minh phục vụ cho những nhu cầu sinh hoạt cho con người Tất cảnhững máy móc đó điều được điều khiển bởi bộ xử lí trung tâm, ở những hệ thống lớnthì bộ xử lí trung tâm là PLC, máy tính công nghiệp , ở những hệ thống xử lý nhỏ hơnthì người ta dùng vi điều khiển

Ngày nay, điện năng - nguồn tài nguyên vô giá của đất nước đang bị sử dụng mộtcách lãng phí Ngành điện đã và đang tiến hành nhiều giải pháp để đối phó với tìnhtrạng trên, trong đó việc sử dụng điện một cách hợp lý là một biện pháp rất quan trọng.Tiết kiệm nói chung và tiết kiệm điện nói riêng là vấn đề Quốc sách, phải thựchiện lâu dài trong suốt quá tình tiêu thụ điện, chứ không phải chỉ thực hiện vào lúcthiếu điện Ngành điện đã và đang tiến hành nhiều giải pháp để đối phó với tình trạngtrên, trong đó việc sử dụng điện một cách hợp lý là một biện pháp rất quan trọng.Dựa trên những cơ sở đó và xuất phát từ yêu cầu thực tế về tiết kiệm năng lượng

ở trường Đại Học Lạc Hồng, nhóm sinh viên thực hiện đã chọn đề tài: “ THIẾT KẾ

VÀ THI CÔNG CÁC THIẾT BỊ TIẾT KIỆM ĐIỆN NƯỚC CHO TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG” cho đề tài nghiên cứu của mình.

2

-PHẦN I GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT ĐỀ TÀI

Ngày nay xã hội ngày càng phát triển, nguồn năng lượng cần để cung cấp chohoạt động sản xuất và sinh hoạt ngày càng tăng trong khi đó nguồn năng lượng lại cóhạn và đang cạn kiệt

Ngày 14 tháng 4 năm 2006, Thủ tướng chính phủ đã ký Quyết định số79/2006/QĐ-TTg phê duyệt Chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượngtiết kiệm và hiệu quả nhằm từng bước đạt được mục tiêu tiết kiệm 5-8% tổng mức tiêuthụ năng lượng vào năm 2015, giảm một phần mức đầu tư phát triển hệ thống cungứng năng lượng, mang lại lợi ích về kinh tế - xã hội, đồng thời góp phần bảo vệ môitrường, khai thác hợp lý các nguồn tài nguyên năng lượng, thực hiện phát triển kinh tế

- xã hội bền vững Tháng 9 vừa qua, trong tờ trình Chính phủ về dự án Luật Sử dụngnăng lượng tiết kiệm và hiệu quả, Bộ Công thương dự báo, đến cuối thế kỷ này, cácnguồn năng lượng của VN sẽ trở nên khan hiếm, các mỏ dầu và khí đốt sẽ dần cạnkiệt Trong khi đó, tình trạng lãng phí năng lượng trong sản xuất công nghiệp, xâydựng dân dụng và giao thông vận tải (GTVT) của nước ta hiện nay là rất lớn Hiệu suất

sử dụng nguồn năng lượng trong các nhà máy nhiệt điện đốt than, dầu của nước ta chỉđạt được từ 28-32%, thấp hơn so với các nước phát triển khoảng 10% hiệu suất các lòhơi công nghiệp chỉ đạt khoảng 60%, thấp hơn mức trung bình của thế giới khoảng20% Năng lượng tiêu hao cho một đơn vị sản phẩm các ngành công nghiệp chính củanước ta cao hơn nhiều so với các nước phát triển

Sử dụng hiệu quả năng lượng đã trở thành vấn đề đặc biệt quan trọng khi hao tổnnăng lượng trong sản xuất, giao thông của nước ta đang quá cao và Việt Nam đang trở

thành nước nhập khẩu năng lượng Đó là vấn

đề được nêu ra tại hội thảo về dự án Luật Sửdụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả do Ủyban Khoa học - Công nghệ và Môi trường của

Quốc hội tổ chức ngày 26.8 ở TP.HCM (theo báo Thanh Niên) Trong bối cảnh thế giới phải

đối mặt với sự khan hiếm các nguồn nănglượng truyền thống và năng lượng tái tạo cũng

có nhiều hạn chế thì việc sử dụng tiết kiệmnăng lượng có ý nghĩa rất quan trọng Bên cạnh

3

-Hình 1: Hoạt động tuyên truyền

về tiết kiệm năng lượng tại công

viên Lê Văn Tám, TP.HCM

đó, chúng ta cần phải tiết kiệm năng lượng đểchống hiện tượng ấm lên toàn cầu, sự nóng lêncủa trái đất Việt Nam là một trong những nước

sẽ phải chịu tác động rất ghê gớm do tác độngnày nên chúng ta cần phải có trách nhiệm đối với chính tương lai của hành tinh cũng

như đất nước của chúng ta ( ý kiến của đại biểu Nguyễn Đình Xuân , ĐBQH tỉnh

toàn xã hội hiện nay

Xuất phát từ vấn đề thực tế về tiết kiệm năng lượng của toàn xã hội và yêu cầu vềtiết kiệm năng lượng trong trường Đại Học Lạc Hồng; và nhất là niềm đam mê học

hỏi và nghiên cứu Nhóm thực hiện chúng em đã lựa chọn đề tài: “Thiết kế và thi

công các thiết bị tiết kiệm điện, nước cho trường Đại học Lạc Hồng” sao cho đề tài

gần gũi với thực tế và có thể góp phần vào việc tiết kiệm năng lượng của nhà trường

II KHÁI QUÁT VỀ NĂNG LƯỢNG, TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG VÀ NHỮNG LỢI ÍCH MÀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG MANG LẠI.

Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công Có nhiều dạng nănglượng khác nhau như: điện năng, quang năng, cơ năng, hoá năng, nhiệt năng, vv…Dựa vào nguồn cung cấp năng lượng thiên nhiên ta có thể phân biệt năng lượng mặttrời, năng lượng gió, năng lượng nước, vv…

Ngày nay, con người không thể sống thiếu năng lượng Nhưng do nguồn nănglượng là hữu hạn nên nhân loại phải sử dụng năng lượng một cách hiệu quả khônglãng phí Trong đó điện và nước là nhu cầu thiết yếu hơn hẳn cho cuộc sống

Tiết kiệm năng lượng là sử dụng năng lượng hợp lý và hiệu quả Sử dụng tiết

kiệm là sử dụng đúng lúc, đúng chỗ không dùng nữa thì tắt ngay Ví dụ: chỉ bật đèn tạinhững vị trí sinh hoạt, cần chiếu sáng và bật vừa đủ, dùng xong thì tắt ngay hay vớimáy điều hòa không khí, chỉ nên cài nhiệt độ từ 240C đến 260C khi sử dụng

Sử dụng hiệu quả là sử dụng một lượng năng lượng ít nhất mà vẫn thỏa mãn nhucầu sử dụng Ví dụ: sử dụng các loại đèn tiết kiệm như đèn huỳnh quang, đèn compact

có điện năng tiêu thụ thấp hơn loại đèn dây tóc mặc dù cho độ sáng như nhau

2 Những lợi ích của tiết kiệm năng lượng.

Tiết kiệm năng lượng sẽ mang lại một số lợi ích sau:

™ Tiết kiệm tiền cho bạn, cho gia đình và cho đất nước

™ Góp phần đảm bảo nhu cầu điện, gas, xăng, vv… cho gia đình bạn và mang lại lợiích cho xã hội

™ Góp phần hạn chế cắt điện luân phiên tại khu vực bạn ở và các khu vực khác trên

8h-CHƯƠNG II: CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG

TRONG CƠ QUAN, CÔNG SỞ VÀ GIA ĐÌNH

Điện năng - Nguồn tài nguyên vô giá của đất nước đang bị sử dụng một cách lãngphí.[5] Ngành điện đã và đang tiến hành nhiều giải pháp để đối phó với tình trạng trên;trong đó việc sử dụng điện, nước một cách hợp lý là một biện pháp rất quan trọng

I CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG ĐIỆN NƯỚC TẠI CÁC CƠ QUAN, CÔNG SỞ

Tiết kiệm nói chung và tiết kiệm điện, nước nói riêng là vấn đề Quốc sách, phảithực hiện lâu dài trong suốt quá tình tiêu thụ điện, chứ không phải chỉ thực hiện vàolúc thiếu điện Để cho việc thực hiện tiết kiệm điện, nước trong các cơ quan, công sở

có hiệu quả lâu dài và ổn định, ta cần tiến hành có bài bản trên 2 giải pháp: giải pháp

kỹ thuật và giải pháp hành chính

1 Giải pháp kỹ thuật.

Giải pháp kỹ thuật về tiết kiệm điện phải vừa đảm bảo tiết kiệm điện có hiệu quả,lại vừa đảm bảo môi trường làm việc có hiệu quả của cán bộ công nhân viên trong cơquan, công sở, các bước tiến hành như sau:

™ Mở rộng hoặc mở thêm các cửa sổ và lắp kính kể cả trần (nếu có thể) để tận dụngtối đa ánh sáng tự nhiên

™ Thay tất cả các bóng đèn tròn sợi đốt (nếu có) bằng đèn compact hoặc đèn ốnghuỳnh quang để tiết kiệm điện

™ Thay bóng đèn ống neon thế hệ cũ 40W, 20W bằng bóng đèn ống neon thế hệ mới36W, 18W và thay chấn lưu sắt từ bằng chấn lưu điện tử để tiết kiệm điện (khithay một chấn lưu sắt từ bằng chấn lưu điện tử của đèn 40W, ta tiết kiệm đượcmỗi giờ 4Wh và cho lưới điện 12,9Wh do không phải chuyên chở điện phảnkháng)

™ Lắp máng, chảo chụp ở các đèn còn thiếu để tăng độ phản chiếu ánh sáng và điềuchỉnh lắp đèn ở độ cao thích hợp để có độ phản chiếu ánh sáng cao Thực hiện mỗiđèn một công tắc đóng, mở

™ Với các phòng làm việc: Thực hiện hai chế độ ánh sáng trong phòng: Ánh sáng đilại sinh hoạt và ánh sáng làm việc Dùng đèn ống neon treo trên tường đủ ánh sáng

đi lại cho sinh hoạt và đèn bàn compact cho mỗi bàn làm việc của cán bộ (chỉ bật

khi làm việc) Với cách bố trí chiếu sáng này chúng ta sẽ tiết kiệm được rất nhiều

điện năng lạng phí

™ Với các phòng có đặt máy điều hoà nhiệt độ cần:

ƒ Củng cố lại độ kín của các cửa sổ

ƒ Lắp bộ tự động đóng lại cho cửa ra vào

ƒ Bố trí lại máy điều hoà nhiệt độ (nếu cần) để lợi dụng tối đa luồng không khí mát bên ngoài các máy dư thừa được tháo đi.

ƒ Trong thời tiết quá nóng hoặc quá lạnh, nhiều gia đình đã trang bị máy điều hoànhiệt độ Trước khi lắp máy, bảo đảm gian phòng thật kín, cách nhiệt tốt Tuỳtheo nhiệt độ trong ngày và thói quen chịu nóng (lạnh) của bạn mà điều chỉnhnhiệt độ cho thích hợp Nên nhớ cứ tăng 2 0C bạn giảm được việc xả khoảng200kg khí cacbonic mỗi năm

ƒ Nếu đã đặt sẵn 23 0C trở lên thì cứ tăng 0,5 0C giảm được 3% năng lượng Một cách tiết kiệm năng lượng chẳng mấy ai lưu ý đến là các tấm lọc và các bộ phậnbên trong bị bẩn vì bám bụi là nguyên nhân tăng tiêu thụ điện nên bạn cần lưu ýlàm vệ sinh thường xuyên

™ Giảm 50% độ chiếu sáng ở các hành lang, nhà vệ sinh và thay vào đó các đèn compact 9W

™ Kiểm tra hệ thống điện trong cơ quan

™ Thay các đoạn dây bị quá tải (nếu có) bằng dây có tiết diện lớn hơn

™ Thay các đoạn dây cũ, nát, rò điện bằng dây mới cùng tiết điện

™ Sửa chữa các mối nối, các chỗ tiếp xúc ở cầu dao, cầu chì, phích cắm bị phát nóng quá mức

™ Treo công tơ phụ cho từng phòng để giao chỉ tiêu điện năng tiêu thụ hàng tháng cho từng phòng ban

2 Giải pháp hành chính, quản lý.

Giải pháp hành chính là xây dựng một nội quy sử dụng đến trong cơ quan, công

sở, nhằm buộc CBCNV trong cơ quan phải có ý thức, nhiệm vụ và trách nhiệm tiết

kiệm đến, đảm bảo cho việc tiết kiệm điện vào nề nếp, ổn định và lâu dài như:

™ Quy định các chế độ và thời gian sử dụng các trang thiết bị trong cơ quan hạn chếhoặc cấm sử dụng điện ngoàii mục đích công việc

™ Thường xuyên kiểm tra theo dõi việc sử dụng các trang thiết bị điện theo qui định

™ Tiết kiệm điện thông qua các biệp pháp chế tài: Có chế độ thưởng, phạt và động viên thi đua

II CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG TRONG GIA ĐÌNH.

Hiện tại trong hầu hết các gia đình vấn đề tiết kiệm điện, nước vẫn chưa đượcquan tâm đúng mức Hai nguồn năng lượng này vẫn đang sử dụng một cách không hợp

lý và tiết kiệm, đặc biệt là tiết kiệm điện và nước

Để tiết kiệm điện, nước trong gia đình cần tuân thủ một số biện pháp sau:

™ Lựa chọn thiết bị tiết kiệm điện và nước

™ Lắp đặt thiết bị hợp lý, khoa học

™ Điều chỉnh thói quen sử dụng đồ điện trong gia đình như máy điều hòa nhiệt độ, tủlạnh, quạt, máy tính, các thiết bị khác có sử dụng nguồn điện

CHƯƠNG III: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ PHẠM VI NGHIÊN

CỨU CỦA ĐỀ TÀI

™ Đối với các phòng ban: Trong giờ nghỉ trưa nhưng các thiết bị điện trong vănphòng vẫn không được tắt như: máy lạnh, máy tính, quạt, đèn, vv…

™ Đối với toilet: Nước vẫn chưa được sử dụng tiết kiệm cụ thể là nước vẫn xả bừabãi, vv…

Chính vì vậy đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CÁC THIẾT BỊ TIẾT KIỆM ĐIỆN NƯỚC CHO TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG” được nhóm thực hiện lựa chọn để

có thể góp phần tiết kiệm tiết kiệm nguồn năng lượng điện nước ở trường Đại Học LạcHồng

II CÁC PHƯƠNG ÁN ĐỂ THỰC HIỆN TIẾT KIỆM ĐIỆN NƯỚC MỘT

CÁCH TỰ ĐỘNG.

Dưới đây là một số phương án thiết kế phục vụ cho việc tiết kiệm điện, nước:

1 Phương án 1.

Dùng cảm biến quang kết hợp với PLC để điều khiển

Sơ đồ khối của phương án này như sau:

Cảm biến

Hình 2: Sơ đồ khối phương án 1.

Cảm biến quang thường dùng cảm biến quang loại phản xạ khuếch tán mà đặcđiểm của cảm biến quang là chỉ phát hiện được những vật sáng và có khả năng phản

xạ, bên cạnh đó giá thành cảm biến quang và PLC khá cao Do đó, phương án này cótính khả thi không cao

2 Phương án 2.

Dùng Camera hồng ngoại kết nối với máy tính

Sơ đồ khối của phương án này như sau:

Hình 3: Sơ đồ khối phương án 2.

Ưu điểm: Camera hồng ngoại có thể phát hiện được hầu hết các vật kể cả ban đêm Nhược điểm: mạch điều khiển phức tạp và giá thành Camera cao Yêu cầu khả năng

lập trình tốt

3 Phương án 3.

Dùng cảm biến siêu âm kết hợp với PLC

Sơ đồ khối của phương án này như sau:

Cảm biến

Hình 4: Sơ đồ khối phương án 3.

Ưu điểm: Cảm biến siêu âm có khoảng cách phát hiện lên đến 6m, có thể điều chỉnh

được, không bị ảnh hưởng bởi màu sắc, tính chất bề mặt vật thể, độ chính xác cao

Nhược điểm: Đắt tiền, chi phí đầu tư lớn.

4 Phương án 4.

Dùng cảm biến chuyển động PIR kết hợp với vi xử lý

Sơ đồ khối của hệ thống:

đóng cắt

Ưu điểm:

Hình 5: Sơ đồ khối phương án 4.

™ PIR có khả năng thu bức xạ hồng ngoại do con người hay đối tượng tạo ra, khi đối tương đó di chuyển trong vùng hoạt động của cảm biến

™ Không phát hiện thú nuôi dưới 15kg như mèo, chó, côn trùng, chuột hoặc chim,…

™ Chi phí thấp, khoảng cách phát hiện lên đến 12m, có vùng bao phủ tối đa 9mx9m

Nhược điểm:

™ Không phát hiện được con người hay đối tượng đứng yên

™ Dễ tác động sai nếu như có nguồn nhiệt với bước sóng phù hợp nằm trong vùng phát hiện của cảm biến

Dùng Real time định thời gian kết hợp với vi xử lý đóng cắt thiết bị cấp nguồnđiện cho thiết bị đúng thời gian qui định

Sơ đồ khối của hệ thống:

đóng cắt

Ưu điểm:

Hình 6: Sơ đồ khối phương án 5.

™ Có thể hiển thị thời gian, ngày, tháng, năm và thông báo tình trạng hoạt động củathiết bị thông qua màn hình LCD

™ Real time sử dụng DALLAS DS 12C887 có khả năng đọc thời gian và cho phépxuất tín hiệu ngõ ra tại thời điểm cài đặt trong chương trình để đóng cắt thiết bị

™ Có thể chỉnh được thời gian đóng mở thiết bị khi sử dụng ngoài thời gian cài đặthoặc sử dụng vào ngày chủ nhật và các ngày lễ bằng các phím chỉnh có ở trên hệthống

™ Chi phí thấp, hiệu quả, chính xác và tiết kiệm

III LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN.

Sau khi đã tham khảo và nhận xét các phương án thiết kế, nhóm thực hiện lựachọn phương án 4: Dùng cảm biến chuyển động PIR kết hợp vi xử lý để thực hiện tiếtkiệm nước cho toilet và phương án 5: Dùng Real time định thời gian kết hợp với vi xử

lý để thực hiện tiết kiệm điện cho các máy điều hòa nhiệt độ của các văn phòng khoa

và các phòng ban có sử dụng máy điều hòa nhiệt độ

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI.

Xuất phát từ vấn đề thực tế về tiết kiệm năng lượng ở trường Đại Học Lạc Hồng;

và trên cơ sở tham khảo một số phương pháp và mô hình tiết kiệm của một số công ty

và trường học: như trường ĐH SP kỹ thuật T.P HCM, công ty Fujitsu Việt Nam,… Từ

đó nhóm nghiên cứu đã lên phương án xây dựng và thiết kế các thiết bị nhằm tiết kiệmđiện và nước một cách tối ưu nhằm: hạn chế đến mức thấp nhất việc sử dụng thiết bịlãng phí, mang lại hiệu quả cao hơn trong việc tiết kiệm năng lượng điện, nước chotrường Đại Học Lạc Hồng Các thiết bị đã thực sự mang lại hiệu quả về công nghệ

V TẦM QUAN TRỌNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI.

Hạn chế đến mức thấp nhất việc sử dụng thiết bị lãng phí, mang lại hiệu quả caohơn trong việc tiết kiệm năng lượng điện, nước

Đề tài đã được thiết kế và thi công theo yêu cầu của phòng quản trị thiết bịtrường ĐH Lạc Hồng Với bộ tiết kiệm điện dùng để đóng mở nguồn điện máy điềuhòa nhiệt độ theo thời gian cài đặt và bộ tiết kiệm nước dùng để đóng mở nguồn nước

tự động

VI HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI.

Do thời gian thực hiện của đề tài còn hạn nên nhóm chỉ tập trung nghiên cứu vàthi công bộ tiết kiệm nước dùng để đóng mở nguồn nước tự động và bộ thiết bị tiếtkiệm điện dùng để đóng mở nguồn điện cấp cho máy điều hòa nhiệt độ tự động theothời gian cài đặt Nhóm thực hiện mong muốn các bộ tiết kiệm này có thể được ứngdụng ở rộng ở trường Đại Học Lạc Hồng Và có thể được ứng dụng trong các công ty,

xí nghiệp,…

Mặc dù có nhiều cố gắng trong quá trình tìm hiểu và thực hiện nhưng vì nhữnghạn chế về kiến thức, kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những nhầm lẫn và saisót Nhóm thực hiện chúng em rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo

và các bạn sinh viên để đề tài của chúng em có thể hoàn thiện hơn

PHẦN II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

I SƠ ĐỒ KHỒI VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG.

1 Sơ đồ khối.

Người

-Đối tượng ModulePIR điều khiểnBộ đóng cắtThiết bị

Nguồn cung cấp

Với:

Hình 7: Sơ đồ khối của hệ thống tiết kiệm nước.

™ Tín hiệu đầu vào là người hoặc các đối tượng phát ra tia hồng ngoại mà PIR có thểthu được

™ PIR là bộ thu các tia hồng ngoại do người hoặc các đối tượng phát ra tín hiệu hồng ngoại để xuất tín hiệu ngõ ra của PIR đưa vào vi xử lý

™ Bộ điều khiển sử dụng vi xử lý nhận tín hiệu từ ngõ ra của bộ thu tín hiệu hồng ngoại để tác động ngõ ra điều khiển đóng mở thiết bị ( van điện, chuông điện…)

™ Thiết bị đóng cắt là khối động lực sử dụng Relay để đóng mở thiết bị

™ Nguồn cung cấp là điện áp 220 VAC qua biến áp để cấp điện áp 5 VDC cho bộ điều khiển

2 Nguyên lý hoạt động.

Khi PIR nhận biết có sự hiện diện của người di chuyển, khi đã xác nhận chắcchắn có người, PIR xuất tín hiệu ở ngõ ra đưa vào bộ điều khiển xuất tín hiệu để đóngcác thiết bị đóng cắt Khi người không còn trong phòng nữa thì chương trình sẽ tạomột khoảng thời gian trễ phù hợp Nếu sau thời gian cài đặt mà không có sự hiện diệncủa người bộ điều khiển sẽ nhận tín hiệu của PIR kiểm tra chắc chắn còn người haykhông, nếu không còn thì sẽ xuất tín hiệu ngắt các thiết bị đóng cắt

3 Khu vực lắp đặt.

Khu vực lắp đặt là các phòng toilet, các khu vệ sinh công cộng có sử dụng nguồnnước

Hình 8: Sơ đồ khối lắp đặt thực tế hệ thống đóng mở nước tự động.

II GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ CÓ TRONG HỆ THỐNG.

1 Cảm biến chuyển động PIR.

a Giới thiệu về hồng ngoại.

Tia hồng ngoại tồn tại trong phổ trường điện từ, có bước sóng dài hơn bước sóngcủa ánh sáng có thể nhìn thấy được Tia hồng ngoại không thể nhìn thấy nhưng cóthể phát hiện được nhờ vào những trang thiết bị chuyên dụng Những vật sinh ranhiệt năng đều sinh ra tia hồng ngoại, bao gồm cả động vật và con người, bước sóngcủa con người sinh ra vào khoảng 9.4 µm.[5]

b Cấu trúc và hoạt động của PIR.

PIR (Pryelectric Infrared Radial sensor) tức cảm biến phát hiện tia hồng ngoại Nguyên lý hoạt động và cách bố trí:

Nguyên tắc chung của PIR là thu tia hồng ngoại do con người hay đối tượng tạo

ra hồng ngoại khi đối tượng đó di chuyển trong vùng hoạt động của cảm biến Hiện có

3 loại PIR là: PIR D203S-e, D203B-e và PIR 325 Mỗi PIR có khoảng cách phát hiện(vùng hoạt động) khác nhau

Ví dụ: vùng hoạt động của cảm biến PIR325 vào khoảng 1,3 mét, nhưng hoạtđộng ổn định trong khoảng 1,2 mét

Trong đầu thu PIR có 2 phiến cảm ứng hồng ngoại, khi có tia hồng ngoại đượchấp thụ không đồng thời trên hai phiến thu, 2 phiến này tạo ra 1 áp rất nhỏ gần như tínhiệu nhiễu và có độ lệch nhau, tín hiệu này được đưa vào chân FET như hình 9

Hình 9: Cấu trúc PIR.

Như chúng ta đã biết ánh sáng hồngngoại thường bị nhiễu, điều đó làm cho PIRtác động nhầm lẫn Vì vậy người ta thiết kếthêm bộ khuếch đại và bộ so sánh cho PIR.Đồng thời để tăng khoảng cách phát hiện củaPIR thì người ta dùng thêm một gương cầu cónhiệm vụ tập trung tất cả ánh sáng hồng ngoạivào đầu thu của PIR Đó là gương cầu (thấu

kính) Fresnel.

Gương cầu Fresnel là loại thấu kính do

thấu kính hội tụ, có 2 loại thấu kính: một loại

có mặt trước lồi, nhẵn bóng Loại thứ 2, mặttrước phẳng, mặt sau có hình răng cưa Thấukính Fresnel là một loại thấu kính có bề mặt

ghép lại từ các phần của mặt cầu, làm giảm độ dày của thấu kính và do đó giảm trọnglượng và giảm độ tiêu hao ánh sáng do sự hấp thụ của thủy tinh làm kính.

Hình 10: Một số hình ảnh của thấu kính Fresnel.

Gương lồi Gương Fresnel

Bức xạ

hồng ngoại

Hình 11: cấu tạo của thấu kính Fresnel.

Thấu kính Fresnel có khả năng thu ánh sáng hồng ngoại có bước sóng trong

khoảng từ 8 đến 14 µm và có độ nhạy cao với bước sóng hồng ngoại do con người

tạo ra (khoảng 9,4 µm) Ánh sáng hồng ngoại đi qua gương cầu Fresnel sẽ hội tụ tại

một điểm, đó là đầu thu của PIR

Do môi trường có rất nhiều nguồn hồng ngoại như nguồn nhiệt, ánh sáng mặttrời, máy tính, vv Nên việc nhận biết sự hiện diện của người trong vùng làm việc chỉ

ở mức tương đối cho nên ngõ ra của PIR được nối với bộ khuếch đại Ở tầng thứ nhấtcủa bộ khuếch đại tín hiệu được khuếch đại 100 lần, ở tầng 2 khuếch đại 100 lần, saukhi khuếch đại tín hiệu đi vào mạch so sánh, tại đây tín hiệu được lọc nhiễu và cho tínhiệu ra ở 3,5 đến 3,9 VDC Tất cả được tích hợp trong khối module.

Để tăng độ nhạy và khoảng cách của PIR nhóm thực hiện dùng module PIR.

™ Sơ đồ khối module PIR:

Thấu kính

Kính lọc hồng ngoại

Khuếch đại So sánh

Tín hiệu

Tia hồng

ngoại

Hình 12: Sơ đồ khối của module PIR.

™ Dưới đây là hình ảnh thực tế khối module PIR:

Hình 13: Hình ảnh thực tế module PIR.

Hình 14: Cách bố trí và góc quét của module PIR theo phương ngang trên tường.

™ Vùng quét của PIR:

Hình 15: Vùng quét của PIR.

™ Vùng phát hiện của PIR:

Hình 16: Vùng phát hiện của PIR.

15

-2 Hình ảnh và thông số kỹ thuật của một số loại PIR [5]

15

Hình 17: Hình ảnh thực tế của PIR D203B-e và PIR D203S-e.

™ Thông số kỹ thuật của PIR D203B:

ƒ Mẫu giới thiệu (Recommended Model) : D203 B

ƒ Loại đóng gói (Encapsulation Type) : TO-5

ƒ IR Nhận Kiềm (IR Receiving Electrode) : 2×1mm, 2 elements

ƒ Kích thước cửa sổ (Window Size) : 5×3.8 mm

ƒ Quang phổ đáp (Spectral Response) : 5-14 µm

ƒ Sản lượng dư (Output Balance) : < 10 %

ƒ Điện áp Offset (Offset Voltage) : 0.3-1.2 V

ƒ Điện áp cung cấp (Supply Voltage) : 3-15 V

ƒ Nhiệt độ hoạt động (Operating Temp) : -30-70 ºC

ƒ Nhiệt độ lưu trữ (Storage Temp) : -40-80 ºC

ƒ Góc quét của PIR:

Hình 18: Góc quét của PIR D203B-e.

16

-™ Thông số kỹ thuật của PIR D203S-e:

ƒ Mẫu giới thiệu (Recommended Model) : D203B

ƒ Loại đóng gói (Encapsulation Type) : TO-5

ƒ IR Nhận Kiềm (IR Receiving Electrode) : 2×1mm, 2 elements ƒ Kích thước cửa sổ (Window Size) : 5×3.8 mm

ƒ Quang phổ đáp Spectral Response : 5-14 µm

ƒ Hệ số truyền (Transmittance) : ≥75 %

ƒ Tín hiệu đầu ra (Signal Output [Vp-p]) : ≥3500 mV

ƒ Độ nhạy (Sensitivity) : ≥3300 V/W

ƒ Tách sóng (Detectivity (D*)) : ≥1.4 ×108 cmHz1/2/W ƒ Tiếng ồn (Noise[Vp-p]) : <70 mV

ƒ Sản lượng dư (Output Balance) : <10 %

ƒ Điện áp Offset (Offset Voltage) : 0.3-1.2 V

ƒ Điện áp cung cấp (Supply Voltage) : 3-15 V

ƒ Nhiệt độ hoạt động (Operating Temp) : -30-70 ºC

ƒ Nhiệt độ lưu trữ (Storage Temp) : -40-80 ºC

ƒ Góc quét của PIR:

16

-3 Bộ điều khiển [5]

Hình 19: Góc quét của PIR D203S-e.

Bộ điều khiển dùng vi xử lý để điều khiển, có nhiều loại vi xử lý có thể dùng như:

Họ 8051, 89Sxx, 89V5x,… trong đồ án này nhóm thực hiện dùng loại vi xử lý 89S52,

vì giá thành của vi xử lý 89S52 rẻ

Sơ đồ chân của 89S52 như sau:

Hình 20: Hình ảnh và sơ đồ chân vi xử lý 89S52.

Thông số kỹ thuật của một loại SSR: [5]

™ SSR một pha (Single Phase AC SSR)

™ Dòng điện tải (Load current) : 10 – 120 A.

™ Độ bền cách điện (Dielectric strength) : 2500 VAC.

™ Dòng điện điều khiển (Control current) : DC: 3 – 25 mA, AC: 12 mA.

™ Điện trở cách điện (Insulation resistance) : 1000 MΩ/500 VDC

™ Điện áp rơi (On voltage drop) : ≤1.5 VAC.

™ Dòng rò rỉ (Off leakage current) : ≤2 mA, ≤4 mA.

™ Tần số làm việc (Frequency Range) : 50/60 Hz.

™ Thời gian đóng mở (On-off time) : < 10 mS.

™ Nhiệt độ môi trường (Ambient temperature): - 30 0C đến +75 0C

™ Trọng lượng (Weight) : 132 g.

18

-5 Valve đóng mở nước điều khiền bằng điện.

Chọn valve đóng mở nước điều khiền bằng điện là

valve điện từ (thường gọi là valve điện)

Valve điện từ sử dụng rộng rãi trong các hệ

thống đường ống nước của các trạm cấp nước, xử lý

nước thải, hệ thống đường ống dẫn khí ga, khí hóa

lỏng, hệ thống ống dẫn xăng dầu, hệ thống phòng

cháy chữa cháy, hệ thống cứu hỏa,…

Vật liệu : gang, thép, đồng,

Kích thước van từ DN15 đến DN100, kiểu nối

bích hoặc nối ren theo tiêu chuẩn DIN, API, ANSI,

JIS, BS, AWWA, ISO, GB,

III CÁCH PHÁT HIỆN VẬT ĐỨNG YÊN.

Hình 22: Valve đóng mở nước điều

khiển bằng điện.

19 Như chúng ta đã biết, một nhược điểm lớn nhất của PIR là không phát hiện vậtđứng yên Dưới đây là một số phương án để PIR có thể phát hiện được vật đứng yên:

-1 Phương án 1: Dùng một động cơ DC nhỏ gắn vào module PIR để làm module PIR

di chuyển thay vì vật di chuyển

2 Phương án 2: Dùng một rơle nhỏ bên trong con chuột đèn huỳnh quang của hãng

Philips Một đầu tiếp điểm của rơle được nối với một sợi dây nhỏ, đầu còn lại nối vàomodule PIR Khi cuộn dây của rơle có điện, tiếp điểm của rơle sẽ đóng và kéo modulePIR di chuyển theo Như vậy, thay vì vật di chuyển thì module PIR sẽ di chuyển đểkiểm tra vật

IV THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN.

a Sơ đồ khối phần cứng của hệ thống tự động đóng mở nước.

Hình 23: Sơ đồ khối phần cứng hệ thống tự độngđóng mở nước.

20

-b Sơ đồ nguyên lý của hệ thống.

9VAC

D1

D6 J5

U2 LM7824

VCC_24V R3 4,7K 1

24VAC

C8 2200_uF-35V

C9 104

VIN VOUT

C5

104 C62200uF_35V

D5 LED

P3.2

IN VDK Q1 C1815

9 RST

40 VCC 39 P0.0/AD0 38 P0.1/AD1 37 P0.2/AD2 36 P0.3/AD3 35 P0.4/AD4 34 P0.5/AD5 33 P0.6/AD6 32 P0.7/AD7

31 EA/ VPP 30 ALE/PR OG 29

9 8

6 5 4 3

1

10 P3.0/RXD

11 P3.1/TXD

12 P3.2/IN T0

14 P3.3/INT1

15 P3.4/T0

16 P3.5/T1

17 P3.6/WR P3.7/RD

PSEN 28 R P2.7/A15 27 P2.6/A14 26 P2.5/A13 25 P2.4/A12 24 P2.3/A11 23 P2.2/A10 22 P2.1/A9 21 P2.0/A8

CON9

Y1 GND 20

ISO1 PC817

C828

D4 DIODE

LS2 5 3 4 1 2

J2 1 2

2 Khối nguồn.

C2 104

1 VIN VOUT 3

C3

104 2200uF-16VC4

D2 LED

C9 104

1 VIN VOUT 3

C5

104 C62200uF_35V

D5 LED

VCC_5V

40 39

VCC_5V

SW1

RESET C7

10uF

J13 9 8 7 6 5 4 3 2 1 R4

2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 P3.2 12 13 14 15 16 P3.7 17 VCC_5V

P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7

RST P3.0/RXD P3.1/T X D P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T 1 P3.6/W R P3.7/RD

P0.0/AD0 38P0.1/AD1 37 P0.2/AD2 36 P0.3/AD3 35 P0.4/AD4 34 P0.5/AD5 33 P0.6/AD6 32 P0.7/AD7 EA/ VP P 31 R2ALE/PR OG 29 PSEN 28 R P2.7/A15 27 P2.6/A14 26 P2.5/A13 25 P2.4/A12 24 P2.3/A11 23 P2.2/A10 22 P2.1/A9 21 P2.0/A8 GND 20

J12

Hình 26: Sơ đồ mạch vi xử lý điều khiển thiết bị.

4 Mạch kết nối PIR vào vi xử lý.

VCC_5V

J7 1 2

R6 1K P3.2 NGO RA PIR

Q1 C1815

Hình 27: Sơ đồ kết nối PIR với vi xử lý.

1 4

5 Mạch động lực.

VCC_5V VCC_24V

Vale

Q2 C828

LS2 5 3 4 1 2

J12 1 2

VI CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN.

1 Lưu đồ giải thuật.

Bắt đầu

Khóa van nước

Kiểm tra

có người hay không

Không có người

Có người

Mở van nước

Tạo thời gian trễ

Hình 30: Sơ đồ giải thuật hệ thống tiết kiệm nước.

2 Phần lập trình

Phần lập trình điều khiển thiết bị đóng mở nước tự động Dùng phần mềmPinnacle 52 Professional Development System; viết bằng ngôn ngữ Asm (Assembler)

2.1 Giới thiệu phần mềm Pinnacle 52 Professional Development System.

Hình 31: Viết chương trình trên giao diện phần mềm Pinnacle 52 Professional

Development System.

23

-2.2 Chương trình điều khiển.

Chương trình điều khiển hệ thống xem ở phần mục lục chương trình điều khiển

tự động khi ắc quy hết điện thì điện áp trên nó luôn luôn <12V (khoảng 10V) lúc đó

UBE của 2N3055 = 13,5V - 10V = 3,5V transitor dẫn cấp dòng nạp cho acquy khiắcquy đầy điện thì điện áp của nó tăng cao (khoãng 13V chẳng hạn ) lúc đó UBE của2N3055 = 13,5 - 13 = 0,5 V điện áp này không đủ phân cực cho transitor làm việc ->transitor ngắt cắt dòng để bảo vệ ắcquy, bóng đèn có tác dụng hạn dòng và chỉ thị khibình đang nạp bóng đèn sáng mạnh, khi bình nạp đầy bóng đèn sẽ tắt

24

-CHƯƠNG II : HỆ THỐNG TIẾT KIỆM ĐIỆN

I SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TIẾT KIỆM ĐIỆN.

1 Sơ đồ khối.

BỘ ĐIỀU KHIỂN

25 NGUỒN

Hình 34: Sơ đồ khối của hệ thống tiết kiệm điện.

™ Nguồn cung cấp: cấp nguồn 220 VAC qua biến áp cung cấp điện DC cho bộ điều khiển và SSR để đóng mở thiết bị đúng thời gian cài đặt

™ Điều khiển (ĐK): sử dụng vi xử lý kết hợp Real time đọc thời gian thực so sánh với thời gian cài đặt để đóng mở thiết bị đúng thời gian đã cài đặt

™ SSR: là thiết bị bán dẫn dùng để đóng mở thiết bị; có dòng tải lớn, không gây tiếng ồn

™ CB (Circurt bracker): là thiết bị đóng cắt dự phòng bằng tay khi cần sử dụng thiết

bị dùng điện ngoài thời gian cài đặt trước

™ Thiết bị dùng điện (TB): là máy điều hoà, bóng đèn, vv…

2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống tiết kiệm

điện.

Nguyên lý hoạt động của bộ tiết kiệm điện

như sau: Máy biến áp dùng để cung cấp nguồn 5

VDC cho bộ điều khiển Bộ điều khiển sử dụng

real time kết hợp vi xử lý có thể hiển thị thời gian

thực và xuất tín hiệu để điều khiển đóng mở thiết

bị đóng cắt đúng thời gian định trước Khi cuộn

dây của thiết bị đóng cắt được cấp nguồn điện

(DC), tiếp điểm động lực (NO: thường hở) của

thiết bị đóng cắt đóng lại cấp nguồn điện cho thiết

bị dùng điện Thời gian thực và thời gian cài đặt

đóng mở thiết bị có thể thay đổi được bằng các

phím chỉnh ở trên bộ điều khiển Hình 35: Sơ đồ kết nối hệ thống với máy lạnh.

3 Phạm vi sử dụng.

Các văn phòng khoa và các phòng ban có gắn máy lạnh

VCC_5V