phân tích nhiệm vụ thiết kế
yêu cầu thị trường, công ty, môi trường
Rác thải hiện nay là một vấn đề toàn cầu nghiêm trọng, đặc biệt ở các đô thị, ảnh hưởng lớn đến môi trường sống Tại Việt Nam, với tốc độ đô thị hóa nhanh và sự phát triển dân số đô thị mạnh mẽ, rác thải đang trở thành vấn đề cấp bách, thu hút sự quan tâm từ Chính phủ, các Bộ, ngành, chính quyền địa phương và toàn xã hội.
Hiện nay, Việt Nam đang đối mặt với vấn đề rác thải lớn, với tổng lượng rác thải khoảng 50.000 tấn mỗi ngày Trong đó, các đô thị đóng góp khoảng 35.000 tấn/ngày, trong khi phần còn lại đến từ các khu vực nông thôn.
Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh mỗi ngày thải ra khoảng 7.000 – 8.000 tấn, trong đó trên 80% được xử lý chủ yếu bằng công nghệ chôn lấp.
Hình 1 Phân bố lượng rác cả nước trong một ngày
Việt Nam hiện có khoảng 858 đô thị với tỷ lệ đô thị hóa đạt 39,3% Mỗi năm, tổng lượng chất thải rắn phát sinh lên tới 15 triệu tấn, trong đó rác thải sinh hoạt đô thị chiếm khoảng 34.500 tấn mỗi ngày, và rác thải công nghiệp khoảng 3,2 triệu tấn Đặc biệt, tốc độ gia tăng rác thải hàng năm dao động từ 10 đến 12%.
Ô nhiễm môi trường tại các đô thị, đặc biệt là ở những thành phố lớn, đang phải đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng, trong đó rác thải là một trong những vấn đề cấp bách cần được giải quyết.
Hiện nay, công nghệ xử lý chất thải rắn sinh hoạt chủ yếu vẫn là chôn lấp, trong đó công nghệ đốt chỉ chiếm 14%, công nghệ ủ phân hữu cơ chiếm 34%, và công nghệ xử lý liên hợp kết hợp ủ hữu cơ và đốt chiếm 52%.
Hình 2 Biện pháp xử lý rác thải
Việc phát sinh lượng rác thải rắn lớn hàng ngày đang đặt ra thách thức cho hệ thống thu gom và công nghệ xử lý hiện tại Đồng thời, công tác phân loại và kiểm soát chất thải tại nguồn vẫn còn hạn chế, khiến cho các dự án phân loại rác chưa đạt được hiệu quả mong muốn.
Chôn lấp, ủ phân hữu cơ, đốt rác phát điện, và công nghệ tái chế là những phương pháp xử lý rác thải phổ biến, mỗi loại hình sẽ phụ thuộc vào quy mô và lượng rác thu gom cũng như công suất của lò đốt Việc lựa chọn phương pháp phù hợp cần cân nhắc đến chi phí vốn, khả năng tiêu thụ của địa phương và đặc biệt là bảo vệ môi trường.
Để cải thiện công nghệ xử lý chất thải đô thị tại Việt Nam, cần thực hiện nhiều biện pháp quyết liệt, bao gồm việc phân loại rác tại nguồn, lập quy hoạch cho các điểm tập kết và trung chuyển rác thải, cũng như cơ giới hóa các thiết bị phục vụ thu gom và vận chuyển rác.
Lựa chọn công nghệ xử lý chất thải rắn cần đảm bảo hiệu quả về kinh tế, kỹ thuật và môi trường, đồng thời phù hợp với điều kiện cụ thể của từng vùng miền và địa phương.
1.1.3 Tìm kiếm và hình thành ý tưởng.
Thị trường quản lý chất thải thông minh có giá trị 1,77 tỷ USD vào năm 2020 và dự kiến sẽ tăng lên 6,52 tỷ USD vào năm 2026, với tốc độ tăng trưởng hàng năm (CAGR) đạt 25,68% trong giai đoạn 2021-2026 Theo Ngân hàng Thế giới, khoảng 1,3 tỷ tấn chất thải được tạo ra toàn cầu mỗi năm, và con số này dự kiến sẽ tăng lên 2,3 tỷ tấn vào năm 2020, chủ yếu do quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa nhanh chóng ở nhiều khu vực.
Quản lý rác thải thông minh đóng vai trò quan trọng trong phát triển thành phố thông minh, cùng với các lĩnh vực như quản lý nước, năng lượng và giao thông, nhằm nâng cao chất lượng sống tại các khu đô thị Sự gia tăng áp dụng các sáng kiến thành phố thông minh đã thúc đẩy sự phát triển của thị trường quản lý chất thải thông minh.
Ngành quản lý chất thải bao gồm các hoạt động như thu gom, vận chuyển, xử lý và tái chế Tuy nhiên, ngành này đang gặp phải những thách thức về hiệu quả trong từng giai đoạn, đặc biệt là chi phí vận hành liên quan đến thu gom và vận chuyển chất thải Do đó, việc áp dụng quản lý chất thải thông minh ngày càng trở nên cần thiết để tối ưu hóa quy trình và giảm thiểu chi phí.
Sự phức tạp trong quản lý chất thải và yêu cầu tuân thủ quy định đang thúc đẩy nhu cầu về các giải pháp quản lý chất thải hiệu quả hơn, thông qua việc áp dụng công nghệ như cảm biến IoT, RFID và GPS Thị trường quản lý chất thải hiện đang ở giai đoạn phát triển ban đầu, với triển vọng tăng trưởng mạnh mẽ nhờ vào sự sẵn có của các công nghệ thương mại khả thi và những lợi ích hoạt động mà chúng mang lại.
1.1.3.2 Xu hướng chính của thị trường
Thu gom rác thông minh thông qua IoT để góp phần tăng trưởng thị trường
Trong lĩnh vực thu gom thông minh, IoT đã cách mạng hóa quy trình và giảm chi phí vận hành cho các công ty xử lý chất thải Các nhà cung cấp giải pháp thông minh tập trung vào ba lĩnh vực chính: giám sát thông minh, tối ưu hóa tuyến đường và phân tích dữ liệu.
Bằng việc sử dụng cảm biến, hạ tầng mạng và nền tảng trực quan hóa dữ liệu, các công ty quản lý chất thải đã thu thập được những hiểu biết có giá trị, giúp họ đưa ra những quyết định thông minh và hiệu quả hơn.
Cấu tạo chung của hệ thống phân loại sản phẩm
Hệ thống phân loại sản phẩm cần có những bộ phận sau:
Bộ phận điều hướng rác thải
Cụm thiết bị điều khiển
Cụm thiết bị xử lý
Các thành phần trong hệ thống được bố trí một cách đồng bộ, mỗi thành phần đảm nhiệm một chức năng và nhiệm vụ nhất định, nhằm đạt hiệu suất tối ưu Sự phân chia này giúp chúng ta dễ dàng hình dung về sản phẩm.
Hình 7 Sơ đồ tổng quát hoạt động của máy phân loại rác sử dụng công nghệ RFID
Phễu nguyên liệu được thiết kế để chứa và dự trữ túi rác trước khi xử lý, đồng thời có vai trò quan trọng trong việc định hướng nguyên liệu, cung cấp cho bộ phận phân loại rác một cách hiệu quả.
Hình 8 Phễu cấp nguyên liệu
Phễu là nơi chứa túi rác trước khi xử lý Túi rác được cung cấp từ bên ngoài bởi người dùng.
1.2.2 Bộ phận điều hướng rác thải
Với bộ phận này, rác thải sẽ được chuyển đến thùng rác tương ứng với loại vật liệu chứa trong túi.
Hình 9 Bộ phận điều hướng rác thải
Vỏ thùng rác được thiết kế hài hòa với môi trường đô thị, mang hình dáng quen thuộc và hấp dẫn Sản phẩm dễ dàng lắp ráp và có thể vận chuyển trong bao bì, giúp giảm chi phí vận chuyển và bảo trì, đồng thời vẫn giữ được các yếu tố thẩm mỹ và giao tiếp.
Có thể chịu những tác nhân từ môi trường như thời tiết, va đập.
RFID, viết tắt của Radio Frequency Identification, có nghĩa là "nhận dạng qua tần số vô tuyến" Công nghệ này cho phép hai thiết bị thu phát sóng trong cùng một tần số, thường là 125Khz hoặc 900Mhz, để nhận diện và theo dõi đối tượng một cách hiệu quả.
Thẻ RFID là công nghệ không sử dụng tia sáng như mã vạch, không tiếp xúc trực tiếp.
Thông tin có thể được truyền qua những khoảng cách nhỏ mà không cần một tiếp xúc vật lý nào.
Một số loại thẻ có khả năng đọc xuyên qua các môi trường vật lý khắc nghiệt như bê tông, tuyết, sương mù, băng đá, sơn và nhiều điều kiện môi trường thách thức khác.
Các tần số thường được sử dụng trong hệ thống RFID là 125Khz hoặc
Hình 11 UHF RFID Short Range Reader 0-30CM
1.2.2 Cụm thiết bị điều khiển.
Thiết bị điều khiển bao gồm các cổng kết nối truyền thông giữa vi điều khiển với các thiết bị ngoại vi như động cơ
1.2.6 Thiết bị xử lý trung tâm.
STM32 là dòng vi điều khiển phổ biến của ST với giá thành hợp lý và nhiều tính năng tương tự các loại vi điều khiển khác Mạch nạp và công cụ lập trình của STM32 đa dạng, dễ sử dụng, mang lại sự tiện lợi cho người dùng Với cấu hình mạnh mẽ, giá cả phải chăng cùng sự hỗ trợ lớn từ nhà sản xuất và cộng đồng nghiên cứu, STM32 trở thành lựa chọn hàng đầu cho các dự án phát triển.
Các ngoại vi của STM32, bao gồm bộ chuyển đổi ADC, timer, I2C, SPI, CAN, USB và RTC, có nhiều đặc điểm nổi bật Bộ ADC 12-bit tích hợp cảm biến nhiệt độ cho phép tự động hiệu chỉnh khi nhiệt độ thay đổi và hỗ trợ nhiều chế độ chuyển đổi Mỗi bộ định thời có 4 khối capture compare, cho phép bắt sự kiện và tạo dạng sóng đầu ra, và có khả năng liên kết với các khối định thời khác để tạo ra các cấu hình định thời phức tạp hơn.
STM32 hỗ trợ tối đa 12 kênh DMA (Direct Memory Access), cho phép truyền dữ liệu đến và từ các thanh ghi ngoại vi với kích thước dữ liệu 8, 16 hoặc 32-bit Mỗi thiết bị ngoại vi có thể đi kèm với một bộ điều khiển DMA, giúp gửi và yêu cầu dữ liệu theo nhu cầu.
STM32 là vi điều khiển tiết kiệm năng lượng với hiệu suất cao, hoạt động ở điện áp 2V và tần số 72MHz Đặc biệt, nó chỉ tiêu thụ 36mA khi tất cả các khối bên trong đều hoạt động.
Trong bối cảnh hiện nay, các ứng dụng hiện đại cần hoạt động hiệu quả trong môi trường khắc nghiệt, yêu cầu tính an toàn cao và khả năng xử lý mạnh mẽ cùng với nhiều thiết bị ngoại vi tinh vi Để đáp ứng những yêu cầu này, STM32 cung cấp nhiều tính năng phần cứng hỗ trợ tối ưu cho các ứng dụng.
Thiết kế hiện đại đòi hỏi phải có bảo mật mã chương trình để ngăn chặn việc sao chép trái phép phần mềm Để đảm bảo an toàn, bộ nhớ Flash của STM32 có thể được khóa nhằm ngăn chặn truy cập đọc thông qua cổng Debug.
Lập kế hoạch và làm rõ nhiệm vụ
Dưới đây là bảng kế hoạch chi tiết, nêu rõ nhiệm vụ và thời gian hoàn thành của nhóm, nhằm tối ưu hóa hiệu quả công việc.
STT Thời Gian Nhiệm Vụ
1 15/03/2021-01/04/2021 Tìm hiểu và phân tích thị trường
3 08/04/2021-15/04/2021 Lên kế hoạch và làm rõ nhiệm vụ
6 29/04/2021-30/05/2021 Thử nghiệm tại công ty
7 30/05/2021-30/08/2021 Đưa ra vận hành thử nghiệm dòng sản phẩm alpha
8 30/08/20210- 15/09/2021 Thu thập thông tin phản hồi từ người dùng thử nghiệm
9 15/09/2021- 15/02/2022 Sửa chữa, khắc phục lỗi, cải tiến
10 15/02/2022- 15/05/2022 Đưa ra thị trường dòng sản phẩm beta
11 15/05/2022- 30/11/2022 Thu thập thông tin phản hồi và sửa chữa lỗi, tối ưu hóa thiết bị
12 01/02/2023- 01/03/2023 Sản xuất số lượng lớn và các chiến dịch marketing
13 Từ 01/03/2023 Đưa ra thị trường dòng sản phẩm hoàn thiện và liên tục cập nhật thông tin phản hồi
Bảng 1 Kế hoạch phát triển thùng rác phân loại rác
thiết lập danh sách yêu cầu
Nhóm 1 Danh sách yêu cầu
Hệ thống phân loại rác sử dụng công nghệ RFID
Yêu cầu trách thay đổi W nhiệm
Thông số kích thước o Thể tích:1000-1200L (Chứa được 2 thùng rác có bánh xe tiêu chuẩn) o Kích thước:
Cao: 0,95 – 1,1m o Độ dày vỏ máy: 1-2mm
Vật liệu o Không rỉ sét o Chống ăn mòn o Độ bền:
Ứng suất bền > 400 MPa o Vật liệu có sẵn trên thị trường
An toàn o Không có góc cạnh sắc o An toàn với điện 350V
Sản xuất o Dễ gia công dạng tấm, dạng khung
Giá thành o Giá thành vật liệu và chi phí gia công hợp lý (Tổng dưới 4 triệu)
Công thái học: o Kiểu dáng phù hợp với môi trường đô thị
2 Phần phễu o Thể tích 10-15 lít
Sử dụng nguồn điện lưới 220-250V/50Hz
Pin năng lượng mặt trời o 50-150W o Tích hợp 2 – 3 pin
Công nghệ RFID được áp dụng để nhận diện nhãn dán trên túi chứa rác thải, giúp tự động mở và đóng cửa thùng rác Hệ thống hoạt động trong dải tần số dưới 1 feet và sử dụng thẻ RFID thụ động, có khả năng nhận diện hai loại mã cần thiết.
2 Cơ cấu phân loại rác
Động học o Chuyển động đến vị trí thùng rác tương ứng với sai số < 0.5 cm o Thời gian chuyển động vừa phải:
