KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU KHKT Mái che tự động - Mái che thông minh

KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU KHKT Mái che tự động - Mái che thông minh - Tự động kéo ra khi trời mưa, trời tối - thu vào khi trời nắng - có nút bấm điều khiển kéo ra khi trời nắng để khi gia đình có công việc cỗ bàn lúc trời nắng - sản phẩm thông minh - tiện ích -

KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU

DỰ ÁN: MÁI CHE THÔNG MINH

A LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

- Nhiệt độ trái đất ngày càng nóng lên, khí hậu, thời tiết có những diễn biến phức tạp, nắng mưa thất thường Và đặc biệt là khu vực miền núi phía Bắc thì sự bất thường về thời tiết lại càng rõ rệt Đa số người dân ở miền núi là làm nông nghiệp, khi đến mùa vụ việc phơi nông sản (lúa, ngô, sắn…) là điều cần thiết hay đơn giản là phơi đồ sinh hoạt gia đình (quần, áo…) Thông thường người dân phơi đồ ngoài sân cần phải có người túc trực ở nhà để trông nắng trông mưa (bỏ công việc khác để ở nhà trông), đôi khi cơn mưa đến bất chợt, với lượng mưa lớn thì việc thu gom lại đồ để tránh bị ướt là điều khó khăn Thậm chí nông sản phơi ở sân còn bị trôi đi phần nào Hơn thế nữa việc thu gom đồ khi mưa rồi lại phơi ra khi nắng thực sự là rất mất thời gian, công sức hiệu quả không cao

- Từ những khó khăn thực tế đó ở gia đình cũng như địa phương nhóm học sinh chúng em đã hình thành ý tưởng sáng tạo một hệ thống thông minh có thể giúp cho người dân phơi đồ được đảm bảo, tiện lợi giảm bớt thời gian và công sức cho người dân

- Mô tả ý tưởng: Đây là một thiết bị với cấu tạo khá là đơn giản, sử dụng cảm biến mưa và cảm biến ánh sáng, mô tơ nhỏ và ròng rọc, cảm biến mưa nhận được tín hiệu xác nhận là có mưa thì motor sẽ kéo mái che ra, khi nắng thì sẽ kéo mái che vào Cảm biến ánh sáng nhận tín hiệu trời tối thì sẽ kéo mái che ra

để tránh sương vào ban đêm Sử dụng song song 2 nguồn điện (điện sinh hoạt và nguồn năng lượng mặt trời để đề phòng khi mất điện, có bộ chuyển nguồn tự động) Hệ thống đơn giản, thuận tiện, linh hoạt với diện tích sử dụng

- Một số ưu điểm của ý tưởng so với các hệ thống trên thị trường:

+ Về yếu tố tự động: Tất cả hệ thống hoạt động theo hình thức tự động + Về tính năng: Hệ thống nhận tín hiệu từ cảm biến để điều khiển motor quay, kéo mái ra khi mưa để che đồ phơi bên dưới, kéo mái vào khi nắng để ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp vào đồ phơi bên dưới, khi trời tối sẽ kéo mái che ra

để tránh sương xuống, có bộ chuyển nguồn tự động đề phòng khi mất điện thì vẫn có nguồn pin năng lượng mặt trời dự phòng để hoạt động) không cần sự can thiệp của con người Hệ thống sử dụng nguồn điện 12V, công suất nhỏ nên rất tiết kiệm điện

+ Về giá thành: Hệ thống có giá thành thấp hơn các hệ thống khác trên thị trường vì hệ thống chỉ cần sử dụng những dụng cụ đơn giản và giá thành hợp lí,

có tính linh hoạt cao, tùy vào điều kiện kinh tế của từng gia đình

+ Về tính ứng dụng: Có thể ứng dụng trên nhiều lĩnh vực (mái che tự động

để phơi đồ, che nắng, dùng cho hộ gia đình hay các khu vực kinh doanh ngoài trời… có khả năng áp dụng linh hoạt ở nhiều khu vực tùy vào mục đích sử dụng

1

- Với ý tưởng trên sẽ góp phần giảm thiểu công sức, tiết kiệm thời gian lao động của người dân, từ đó giúp nâng cao đời sống của người dân, góp phần phát triển kinh tế xã hội của địa phương, xóa đói giảm nghèo

B CÂU HỎI NGHIÊN CỨU, VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU, GIẢ THUYẾT KHOA HỌC:

- Với tình trạng sử dụng sức người là chủ yếu trong việc phơi đồ chúng ta phải bỏ nhiều công sức và thời gian Và với thực trạng là hiện nay trên thị trường có nhiều hệ thống phơi đồ thông minh

- Vậy để thực hiện dự án này chúng em băn khoăn về hệ thống tạo ra có

ổn định không? Có linh hoạt và phù hợp với địa phương, không gian hay không?

1 Câu hỏi nghiên cứu

- Làm thế nào để thiết kế được hệ thống thực hiện được đầy đủ các chức năng (Kéo mái che khi trời mưa, thu vào khi trời nắng, trời tối thì kéo mái che

ra, sáng thu vào ) ?

- Việc liên kết các phần ra sao để hệ thống hoạt động được ổn định?

2 Vấn đề nghiên cứu

- Chúng em đã tìm hiểu qua thực tế và qua mạng internet, chúng em thấy

để giải quyết vấn đề trên, thực tế đã có một số giải pháp, sáng chế, một số hệ thống đã có trên thị trường Tuy nhiên mỗi giải pháp sáng chế, hệ thống khác nhau còn tồn tại những hạn chế nhất định

- Hiện nay qua tìm hiểu trên thị trường cũng đã có một số hệ thống mái che, có thể chia làm 3 loại chính như sau:

2.1 Loại thứ nhất: Loại này có ưu điểm nhỏ gọn tiết kiệm chi phí nhưng

hạn chế là phải quay bằng tay để kéo ra và thu vào như hình dưới:

2.2 Loại thứ hai: Loại này có động cơ riêng có ưu điểm gọn gàng, vừa

kéo ra thu vào được, nhưng hạn chế là giá thành cao mà lại không có tự động kéo ra thu vào được Phải nhấn nút thì mới kéo ra thu vào

2

2.3 Loại thứ ba: Loại này được tích hợp đầy đủ nhiều tính năng, có thể

làm được nhiều việc thích hợp với những ngôi nhà ở thành phố không gian hẹp,

sử dụng với giếng trời ở những nhà cao tầng nhưng có hạn chế là hệ thống tốn nhiều chi phí, không thích hợp dùng ở miền núi, với những người làm nông

Từ những ưu điểm và hạn chế của các hệ thống trên với mong muốn khắc phục những nhược điểm nêu trên chúng em đã tìm tòi nghiên cứu và đặt ra mục tiêu của dự án này

C THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Từ mục tiêu nghiên cứu, chúng em đã trình bày và nhận được sự hướng dẫn từ thầy giáo, chúng em đã lên kế hoạch thực hiện nghiên cứu cho dự án này như sau:

1 Giai đoạn 1.

Nghiên cứu lí thuyết và lựa chọn phương án tối ưu

Phương pháp: Nghiên cứu lí thuyết, tập hợp thông tin

Nội dung công việc, phân công nhiệm vụ và các mốc thời gian dự kiến:

Nội dung công việc thời gian Các mốc Người thực hiện

1 Tìm hiểu thông tin về các hệ thống

trên thị trường Phân tích ưu nhược điểm

của từng loại đó

25/9-10/10 Học sinh

Giáo viên hướng dẫn

2 Tìm hiểu tài liệu liên quan đến việc vận

hành hệ thống, tính toán đến các bước kéo

ra thu vào và chất liệu sử dụng

11/10-23/10 Giáo viên hướng dẫnHọc sinh

3 Tìm hiểu phương án thiết kế các phần

của hệ thống mái che thông minh phù hợp

với địa phương

24/10- 03/11 Giáo viên hướng dẫnHọc sinh

4 Trình bày và nhận phản biện, góp ý cho

Học sinh Giáo viên hướng dẫn

2 Giai đoạn 2:

3

Chế tạo thử nghiệm và cải tiến thiết bị.

Phương pháp: Thực nghiệm

Nội dung công việc, phân công nhiệm vụ và các mốc thời gian dự kiến:

Nội dung công việc Các mốc thời

gian Người thực hiện

1 Khảo sát tình trạng sử dụng các loại

2 Thiết kế, chế tạo “Mái che thông

Học sinh Giáo viên hướng dẫn

3 Thử nghiệm “Mái che thông minh”

so sánh kết quả với các loại mái che

trên thị trường Hoàn thiện hồ sơ dự án,

sản phẩm thi cấp huyện

07/11 – 23/11 Học sinh

Giáo viên hướng dẫn

D TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU:

1 Cơ sở lí luận

- Chế tạo “ Mái che thông minh” ( kéo mái che ra khi trời mưa, kéo mái che vào khi hết mưa, kéo mái che ra khi trời tối, che nắng mùa hè)

- Thiết kế các bộ phận có thể vận hành linh hoạt, đảm bảo tính khả thi

2 Cơ sở thực tiễn

- Việc sử dụng các sân phơi không mái che, sân phơi có mái che bằng tay

ở địa phương thường theo cách truyền thống Nếu trời nắng thì không sao còn trời mưa thì phải nhanh chóng chạy đến thu đồ, không thu kịp là bị ướt thậm chí

là trôi mất đồ hoặc trời tối nếu không cất thì khi đêm xuống sương đêm sẽ đọng vào gây ẩm ướt

- Chế tạo hệ thống mái che thông minh kéo mái che ra khi trời mưa, kéo mái che vào khi hết mưa, kéo mái che ra khi trời tối, che nắng mùa hè) giúp cho công việc phơi đồ ( nông sản, đồ dùng sinh hoạt) được tiến hành gọn hơn, tốn ít công và thời gian hơn, chi phí giảm đáng kể

4

3 Khảo sát thực tế

3.1 Thực tế cách phơi nông sản, đồ dùng sinh hoạt tại địa phương

Hầu hết tại địa phương thực hiện việc phơi nông sản hay bất kì thứ gì cũng sử dụng toàn bộ bằng sức người Phải thu gom thường xuyên nên rất tốn công sức Hoặc sử dụng loại mái che bằng nilon cố định tại sân phơi làm giảm bớt nhiệt lượng ánh sáng mặt trời chiếu xuống nông sản, đồ phơi dẫn đến lâu khô hơn

3.2 Tìm hiểu về những loại mái che đã có trên thị trường.

Qua tìm hiểu 3 loại mái che đã có trên thị trường tại mục B (vấn đề nghiên cứu trang 2,3) Tuy nhiên, chúng em nhận thấy các sản phẩm mái che đó vẫn có những hạn chế: Vẫn cần hoạt động điều khiển của con người ( quay bằng tay, bấm nút) như vậy vẫn cần có người ở nhà để thực hiện khi trời mưa

5

4 Sơ đồ mạch điện:

Cảm biến

Ánh sáng

Cảm biến Mưa

Motor DC Giảm tốc

DC 12V

Công tắc hành trình

Công tắc hành trình

5 Thi công, chế tạo sản phầm:

Theo mô hình thiết kế, chúng em kết hợp với các thầy giáo, cùng nhau thi công thực hiện các bộ phận và hoàn thiện sản phẩm

Lắp mạch điện điều khiển

Mái che hoàn chỉnh

* Cấu tạo tổng thể: Mái che thông minh sử dụng 2 loại cảm biến (Cảm

biến mưa và cảm biến ánh sáng)

Mái che thông minh gồm:

- Cảm biến ánh sáng, cảm biến mưa kèm relay

- Rơ le đóng ngắt

- Motor giảm tốc

- Ròng rọc, buli

- Công tắc hành trình

- Bộ chuyển nguồn, nguồn 12V

- Khung gỗ (sắt) ống sắt, bạt ( vải dù chống thấm)

* Cấu tạo chi tiết và nguyên tắc hoạt động:

Hệ thống mạch điện điều khiển hệ thống:

- Sử dụng 2 rơle 5 chân, sử dụng 2 cảm biến (Cảm biến mưa và cảm biến ánh sáng) để thực hiện điều khiển hoạt động của motor giảm tốc, để đảo chiều được động cơ

- Sử dụng 2 công tắc hành trình để đóng ngắt nguồn dẫn điện tới motor giảm tốc khi mái che đã kéo ra hết hoặc đã thu vào hết

- Nguồn điện 12v DC (ắc quy, nguồn tổ ong 12v).

- Ròng rọc, buli để thực hiện kéo ra, thu vào của mái che

- Mái che bằng bạt hoặc vải dù chống mưa, kèm khung bao cho mái che (có thể sử dụng gỗ hoặc ống kẽm)

Với đề tài này cơ cấu chính là cách hoạt động của relay 5 chân giúp nhận tín hiệu từ 2 loại cảm biến để thực hiện đảo chiều cho động cơ DC

6 Thử nghiệm: Sau khi nghiên cứu dưới sự trợ giúp của thầy hướng

dẫn, chúng em cùng thầy đã chế tạo ra mái che thông minh theo yêu cầu thiết kế đặt ra Thử nghiệm để lấy kết quả cụ thể

7 Phân tích

- Để kéo được mái che ra khi trời mưa thì khi cảm biến mưa nhận được

tín hiệu mưa khi đó sẽ kích hoạt mạch điều khiển cấp điện cho rơle 5 chân và dẫn nguồn điện tới cho motor giảm tốc quay theo chiều kéo mái che ra Khi hết khung mái thì sẽ ngắt công tắc hành trình và dừng kéo mái ra Cũng tương tự như vậy khi trời tối nhận tín hiệu từ cảm biến ánh sáng

- Tiếp theo khi hết mưa thì sẽ mất tín hiệu từ cảm biến mưa sẽ ngắt nguồn kéo chiều ra dẫn đến motor và motor thực hiện kéo theo chiều ngược lại

để thu mái che vào và khi kéo hết khung mái che thì sẽ ngắt công tắc hành trình

và motor ngừng kéo

- Vậy để thực hiện được những điều đó thì cần phải có sự kết nối phù hợp giữa các cảm biến với 2 rơle 5 chân và với công tắc hành trình để đảo cực của nguồn giúp đảo chiều động cơ DC

Sử dụng 2 rơle 5 chân

Rơle 5 chân là loại linh kiện đóng ngắt điện cơ đơn giản

* Gồm 2 phần chính là cuộn hút và các tiếp điểm

* Các tiếp điểm là : 1, 2 và 1’, 2’

1

’

2

’

3

’

4

’

5

’

* Vị trí 3 và ( 3’) cấp nguồn (-) cho cuộn hút Vị trí 5 và (5’) nhận nguồn (+) từ cảm biến vào cuộn hút Khi có điện vào cuộn hút sẽ hút tiếp điểm chuyển tiếp điểm từ vị trí 1 sang 2 và chuyển tiếp điểm từ vị trí 1’ sang 2’

* Vị trí 4 và (4’): là chân ra dẫn tới motor

Khi trời không mưa:

- Dây (+) tại vị trí tiếp điểm 1’ thông với vị trí số 4’ trên rơle từ đó cấp dây (+) cho motor

- Dây (-) từ công tắc hành trình nối vào tiếp điểm 1 tiếp điểm này thông với vị trí số 4 trên rơle, từ đó cấp nguồn âm cho motor

- Lúc này motor có đủ nguồn (-) và (+) sẽ quay theo chiều kéo mái che vào trong

- Khi mái che được kéo vào hết thì công tắc hành trình sẽ được ngắt Motor ngừng quay

Khi trời mưa (hoặc trời tối):

- Cảm biến mưa, cảm biến ánh sáng nhận tín hiệu và cấp nguồn (+) dẫn

tới vị trí 5 và 5’ trên rơle Lúc này cuộn hút trong rơle hoạt động sẽ chuyển từ tiếp điểm 1 sang 2 và 1’ sang 2’ Lúc này tiếp điểm 2 sẽ thông tới vị trí 4 (Nguồn +), và tiếp điểm 2’ sẽ thông tới vị trí 4’ (Nguồn -)

- Lúc này nguồn dẫn tới motor sẽ bị đảo cực thì motor sẽ quay theo chiều ngược lại và kéo mái che ra Khi kéo mái ra hết thì công tắc hành trình ngắt sẽ ngừng cấp nguồn cho motor

E KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ĐỀ XUẤT

1 Kết luận.

- Mái che thông minh sử dụng cảm biến mưa và cảm biến ánh này thể hiện được nhiều ưu điểm so với các loại mái che có trên thị trường hiện nay Mái che giúp các hộ gia đình làm nông nghiệp thực hiện phơi nông sản, hay các

hộ kinh doanh ngoài trời thực hiện kéo mái che ra và thu vào không còn cần đến sức người, tất cả đều tự động, không cần phải có người túc trực tại nhà

- Tính linh hoạt cúa loại mái che thông minh này đó là tất cả đều tự động (Kéo mái che ra khi trời mưa, thu vào khi trời nắng, kéo ra khi trời tối) sử dụng tín hiệu từ cảm biến mưa và cảm biến ánh sáng kích hoạt hoạt động của relay từ

đó điều khiển chiều quay của motor giảm tốc để thực hiện kéo mái che ra hoặc thu mái che vào

- Về giá thành mái che thông minh này sử dụng bộ linh kiện điện tử tốn ít chi phí Còn chất liệu mái che, khung thì người dân có thể tự lựa chọn để cho phù hợp với kinh tế, phù hợp với loại nguyên liệu có ở địa phương (gỗ, tre, mái bạt, vải dù, nilon…)

- Về tính ứng dụng: Loại mái che này có tính ứng dụng cao: Dành cho các

hộ gia đình làm nông nghiệp để phơi nông sản, hay bất cứ gia định hay khu vực kinh doanh nào cần đến mái che để che nắng, mưa, phơi đồ

- Về mặt môi trường: máy không sử dụng động cơ nên không sản sinh ra khí thải ảnh hưởng tới môi trường, sử dụng ít năng lượng, hoặc có thể sử dụng nguồn pin năng lượng mặt trời

2 Kiến nghị, đề xuất.

- Nên sản xuất áp dụng rộng rãi “Mái che thông minh” vì loại mái che này phù hợp với tất các các hộ gia đình hay với các gia đình kinh doanh ngoài trời

- Khi sử dụng mái che thông minh này sẽ giúp người dân giảm bớt được nhiều nhân công trong việc gieo trồng việc phơi nông sản, phơi đồ được linh hoạt hơn (không cần phải có người túc trực tại nhà để thu nông sản… giảm thiểu công sức, đỡ tốn nhân công)

Xin được sự hỗ trợ bổ sung ý tưởng của các thầy cô, nhà khoa học, các ban ngành, tổ chức, cá nhân để ý tưởng của chúng em được hoàn thiện hơn về tính hiệu quả và phù hợp với kinh tế

F TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 https://maixepluonsong.com/bao-gia-mai-che-gia-re-nhat-2018.html

2 https://dichvutannha.org/san-pham/bat-tu-cuon

3 https://www.cungcapmaybom.vn/ro-le-la-gi

4 https://claber.vn/he-thong-tuoi-cay-tu-dong/nguyen-ly-cam-bien-mua/

5 http://linhkienhanoi.com/tin-tuc/co-che-hoat-dong-va-cac-ung-dung-cua-cam-bien-anh-sang

6 Sách giáo khoa môn Vật lí 8, công nghệ 8

MỤC LỤC

B Câu hỏi nghiên cứu, vấn đề nghiên cứu, giả thuyết khoa học 2