TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
Ý nghĩa thực tiễn
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.1 Giới thiệu chung về quạt thông minh
2.2 Luật điều khiển mờ và ứng dụng
2.3 Hệ thống cảm biến và điều khiển
Chương 3: Tính toán, thiết kế mô hình hệ thống
3.1 Tính toán, thiết kế hệ thống
3.2 Thiết kế hệ thống điện - điều khiển
MỤC LỤC I DANH MỤC HÌNH ẢNH III DANH MỤC BẢNG BIỂU V LỜI NÓI ĐẦU VI
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1
1.2 Các vấn đề đặt ra 2
1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu 3
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5
2.1 Giới thiệu chung về quạt thông minh 5
2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý chung của các loại quạt 5
2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý của quạt điều hòa 8
2.2 Luật điều khiển mờ và ứng dụng 11
2.2.2 Ứng dụng của điều khiển mờ 17
2.3 Hệ thống cảm biến và điều khiển 17
2.3.3 Mối tương quan giữa nhiệt độ và độ ẩm 26
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG 30
3.1 Tính toán, thiết kế hệ thống 30
3.2 Thiết kế hệ thống điện – điều khiển 34
3.2.1 Thiết kế hệ thống điều khiển 34
3.2.2 Thiết kế luật điều khiển mờ 38 3.2.3 Mô phỏng trên proteus và matlab simulink 42 KẾT LUẬN 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO VII PHỤ LỤC VIII
Hình 2.3 Tấm làm mát cooling pad 8
Hình 2.5 Hệ thống bơm nước trong quạt điều hòa 9
Hình 2.6 Cánh quạt điều hòa 9
Hình 2.7 Tấm chắn bụi của quạt điều hòa 10
Hình 2.9 Bánh xe di chuyển quạt điều hòa 10
Hình 2.10 Miền xác định và miền tin cậy của tập mờ 12
Hình 2.11 Giải mờ theo nguyên lý trung bình 15
Hình 2.12 Giải mờ theo nguyên lý cận trái 15
Hình 2.13 Giải mờ theo nguyên lý cận phải 15
Hình 2.14 Giải mờ theo phương pháp trọng tâm 16
Hình 2.15 Các khối chức năng của điều khiển mờ 16
Hình 2.16 Module cảm biến DHT22 17
Hình 2.17 Arduino Uno R3 ngoài thực tế 19
Hình 2.18 Các phương án điều áp một pha 20
Hình 2.19 Mạch phát hiện điểm không 21
Hình 2.20 Xung đầu ra, vào của mạch xác định điểm 0 22
Hình 2.22 Dạng xung mở triac 23
Hình 2.23 Giao diện phần mềm Matlab 24
Hình 2.24 Giao diện cửa sổ thư viện Simulink 25
Hình 2.25: Giao diện Fuzzy Logic Toolbox 26
Hình 2.26: Mối tương quan giữa nhiệt độ và độ ẩm 28
Hình 3.1 Quạt điều hòa hơi nước Sunhouse SHD 7714 30
Hình 3.2 Tổng quan quạt điều hòa SHD 7714 30
Hình 3.3 Động cơ quạt điều hòa model YD-100 32
Hình 3.4 Động cơ máy bơm nước module DHY-16 33
Hình 3.5 Cánh quạt điều hòa 34
Hình 3.6 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 35
Hình 3.7: Sơ đồ khối đầu vào - ra của bộ nhớ 38
Hình 3.8 Hàm thuộc nhiệt độ 39
Hình 3.9 Hàm thuộc độ ẩm 39
Hình 3.10 Luật mờ được định nghĩa trên matlab 40
Hình 3.11 Luật hợp thành dạng hình học 40
Hình 3.12: Khảo sát thời gian trễ đầu ra trên Matlab simulink 42
Hình 3.13 Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống 43
Hình 3.14 Lưu đồ thuật toán chuyển đổi chế độ hoạt động 44
Hình 3.15 Lưu đồ con mô tả luật mờ 45
Hình 3.16 Mạch nguyên lý được vẽ trên altium 46
Hình 3.17 Mô phỏng hệ thống trên phầm mềm protues 46
Hình 3.18 Mô phỏng hệ thống trên protues khi chạy tự động 47
Hình 3.19 Mô phỏng protues khi hệ thống chạy bằng tay 47
Hình 3.20 Giao diện app điều khiển bằng bluetooth 48
Hình 3.21 Code chương trình điều khiển trên app bluetooth 49
Bảng 2.1 Sự tương quan giữa nhiệt độ và độ ẩm môi trường 27
Bảng 3.1 Phạm vi biến ngôn ngữ cho các biến 39
Bảng 3.2 Giá trị điện áp ra với từng thời gian trễ 41
Bảng 3.3 Luật hợp thành đối với động cơ quạt và máy bơm 41
Sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ đã dẫn đến sự xuất hiện của các đối tượng phức tạp khó điều khiển, yêu cầu các phương pháp mới để quản lý Điều khiển thông minh, bao gồm các kỹ thuật như điều khiển mờ, mạng nơ ron và thuật toán di chuyển, đang ngày càng trở nên phổ biến Nhằm đóng góp vào sự phát triển này, nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu và nhận được sự tư vấn từ các thầy cô trong bộ môn, quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế mô hình quạt điện thông minh” Đồ án này không chỉ giúp hoàn thành môn học cơ điện tử mà còn mang lại kiến thức bổ ích và ứng dụng thực tiễn trong cuộc sống.
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm đã nhận được sự hướng dẫn tận tình từ thầy Ths Nhữ Qúy Thơ, điều này giúp nhóm hoàn thiện đề tài một cách tốt nhất Bên cạnh đó, nhóm cũng nhận được sự hỗ trợ từ các thầy cô trong bộ môn, cũng như từ bạn bè và anh chị Tuy nhiên, không tránh khỏi những sai sót và thiếu sót trong nghiên cứu, thiết kế và đánh giá Do đó, nhóm rất mong nhận được ý kiến đánh giá, nhận xét và phê bình từ các thầy cô để cải thiện đề tài một cách tối ưu và hiệu quả nhất.
Xin chân thành cảm ơn!
Nhóm sinh viên thực hiên
Nguyễn Ngọc Hiệu Nguyễn Khắc Bắc Nguyễn Hữu Đức
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
Quạt điện có nguồn gốc từ cơ chế hoạt động của quạt kéo ở vùng Trung Đông vào thế kỷ XIX, với cấu trúc khung vải bạt và sợi dây dẫn để tạo ra luồng gió Sau cuộc cách mạng công nghiệp cuối thế kỷ XIX, quạt dẫn động bằng đai đã được phát triển nhờ vào các nhà máy thủy lực.
Họ thực hiện thay trục giữa của quạt bằng máy móc động Từ đó, quạt điện được cải tiến dần dần.
Omar-Rajeen Jumala là một trong những người đầu tiên chế tạo ra chiếc quạt máy vào năm 1832, với phát minh gọi là máy quạt ly tâm, hoạt động như một máy bơm không khí Đến cuối thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX, khi Thomas Edison và Nikola Tesla phát hiện ra nguồn năng lượng điện, quạt cơ học đã được cải tiến thành quạt điện.
Năm 1882, Philip Diehl đã giới thiệu quạt điện trần, được công nhận là cha đẻ của quạt điện hiện đại Ngày nay, quạt điện đã trở thành thiết bị thiết yếu trong mỗi gia đình.
Hiện nay, sự phát triển của quạt điện đã mang đến nhiều mẫu quạt thông minh như quạt thông gió, quạt làm mát, quạt phun sương, quạt điều hòa hơi nước và quạt không cánh Các loại quạt này có cấu tạo tương tự nhau, bao gồm động cơ tạo gió, bộ điều khiển cung cấp năng lượng và một số mẫu còn tích hợp bộ tạo sương để tăng độ ẩm Bộ điều khiển thường có thể điều chỉnh bằng tay hoặc remote với các mức tốc độ khác nhau, nhưng vẫn gặp một số vấn đề khi nhiệt độ môi trường thay đổi.
Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế mô hình quạt điện thông minh” nhằm mang lại sự tiện lợi và đổi mới trong cuộc sống Mô hình này sử dụng luật mờ để tự động điều khiển quạt với các mức tốc độ khác nhau, dựa trên hai đầu vào là nhiệt độ và độ ẩm, cùng với hai đầu ra là motor quạt và motor máy bơm nước.
1.2 Các vấn đề đặt ra
Hệ thống cơ khí: Sử dụng hệ thống cơ khí sẵn trong quạt:
Hệ thống động cơ quạt xoay chiều không đồng bộ 1 pha, bao gồm rotor và stator, hoạt động nhờ vào xung và nguồn từ bộ điều khiển, giúp tạo ra momen quay cho cánh quạt di chuyển.
Hệ thống máy bơm nước 1 pha xoay chiều hoạt động bằng cách lấy điện từ đầu ra của mạch điều khiển Nó được sử dụng để bơm nước từ đáy quạt lên, nhằm cung cấp nước cho dàn mát.
Hệ thống cánh quạt hoạt động bằng cách nhận momen quay từ trục, tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa hai bên cánh quạt Sự chênh lệch này dẫn đến các dòng khí đối lưu, di chuyển từ phía sau ra phía trước hoặc ngược lại.
- Hệ thống bể nước mini cung cấp cho máy bơm
Hệ thống điện sử dụng điện xoay chiều 1 pha 220V⁓ - 50Hz, với mạch nhận biết điểm 0V và mạch công suất để điều khiển quạt và máy bơm thông qua triac Bộ điều khiển trung tâm được xây dựng trên nền tảng Arduino Uno R3, có chức năng xử lý tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ và độ ẩm để xuất tín hiệu cho mạch công suất.
Chương trình điều khiển sử dụng luật điều khiển mờ với 4 cấp độ, được phát triển trên các phần mềm lập trình và mô phỏng như Arduino IDE và Matlab Ngoài ra, chương trình còn có khả năng xây dựng một ứng dụng di động đơn giản, dễ sử dụng để giao tiếp.
Thử nghiệm đánh giá: Sau khi hoàn thành thử nghiệm trên phần mềm
Matlab/Simulink để kiểm tra tính ổn định, chất lượng, đảm bảo an toàn và đánh giá.
Hệ thống phải đảm bảo hoạt động ổn định ở các cấp tốc độ.
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
Nghiên cứu các ứng dụng của điều khiển mờ trong việc điều chỉnh tốc độ động cơ và quạt điện thông qua việc khai thác thông tin từ internet và các bài viết trong nước và quốc tế.
- Tìm hiểu cách tạo gió của quạt, các loại quạt điện trên thị trường.
- Tìm hiểu bộ chuyển đổi giữa ADC, các thiết bị thành phần có trong hệ thống.
- Tìm hiểu về vi xử lý và vi điều khiển, các cảm biến nhiệt độ và cảm biến độ ẩm.
- Nghiên cứu sự ảnh hưởng nhiệt độ và độ ẩm đến cơ thể con người thông qua các bài báo đánh giá của nước ta và nước ngoài.
- Tìm hiểu cách sử dụng các phần mềm lập trình (Matlab và Arduino IDE) và các phầm thiết kế mô phỏng trên máy tính.
- Tìm hiểu về cách mô hình hóa, giúp cho việc tính toán và chọn các trang thiết bị điện vào mạch để điều khiển thiết bị.
Phương pháp nghiên cứu mô hình hóa mô phỏng:
Kết quả xây dựng đã được thử nghiệm và đánh giá thông qua phần mềm mô phỏng Đồ án này sử dụng phần mềm Matlab/Simulink và Proteus để mô phỏng, nhằm đánh giá chất lượng điều khiển.
1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu các loại quạt điện có sẵn sử dụng điện áp AC 220V công suất nhỏ (
