Thiết kế, chế tạo mô hình tàu gom rác cỡ nhỏ

1 HỘI NGHỊ TỔNG KẾT HOẠT ĐỘNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHÓA HỌC VÀ NHÓM SRT NĂM HỌC 2019-2020

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH TÀU GOM RÁC CỠ NHỎ
SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

DESIGNING, MANUFACTURING SMALL GARBAGE COLLECTION BOATS
USING SOLAR ENERGY

SVTH: Lê Văn Nguyên1, Lê Văn Thuận1, Ngơ Thành Nhân2
1Lớp 17OTO1, Khoa Cơ khí, 2Lớp 19DL2, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng

GVHD: ThS.GVC. Nguyễn Lê Châu Thành
Khoa Cơ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt - Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu, thiết kế Abstract - This report represents the result of a study on
và chế tạo “Mơ hình tàu gom rác cỡ nhỏ sử dụng năng lượng mặt design and manufacture of " Model of a small garbage collection
trời” nhằm giải quyết vấn đề về tiết kiệm thời gian, công sức, chi vessel using solar energy " with the purpose of dealing with the
phí th nhân cơng cho người sử dụng và có thể hoạt động ở issues about saving time, energy, spending on paying a rent for
môi trường trên bề mặt nước. Mơ hình được thiết kế theo hình staffs and being able to operate in the enviroment on the surface
dáng chữ U ngược, có túi đựng rác đặt phía trong có thể dễ dàng water. The model is designed in the shape of an inverted U, with
thay thế. Kết hợp với hai mô tơ DC12V (18000RPM DC-775), tạo an inside garbage bag that can be easily replaced. Combined with
lực đẩy giúp thiết bị có thể di chuyển dễ dàng trên mặt nước, two 12VDC (18000RPM DC-775) motors to create thrust, the
cùng với camera quan sát đặt phía trước mơ hình giúp người device can be easily moved on the surface water , with the
điều khiển có thể đễ dàng quan sát khi khuất tầm nhìn và hệ camera placed in front of the model to help the operator easily
thống đèn cánh báo va chạm để tránh các phương tiện dưới observe when out of sight and a collision warning light system to
nước khác. avoid other underwater vehicles.

Từ khóa - Thuyền thu gom rác thải; mơ hình thu gom rác Key words - Boat of collecting garbage; a model of collecting
thải; thu gom rác thải nổi trên nước; tàu gom rác trên mặt nước; garbage; collecting garbage on the surface water; garbage
mô hình tàu gom rác cỡ nhỏ … collection vessel on the water; garbage collection boat model …

1. Đặt vấn đề

Trên các tuyến đường làng hay xã, huyện, thành thị có
nhiều đoạn hai bên đường có vơ số những đống rác thải
do những người dân sinh sống gần đây đổ ra và tạo thành
từng đống, các kênh mương cũng không ngoại lệ, nhiều
nơi rác thải được đổ trôi lềnh bềnh trên mặt nước với mật
độ càng ngày càng nhiều.

Hình 1: Tình trạng rác thải sinh hoạt tràn ngập nhưng chưa Hình 2: Thu gom rác thải trên biển ở Ninh Thuận
có biện pháp xử lý hiệu quả.
Về tình trạng ơ nhiễm nước ở vùng nông thôn và các
Những bãi rác như thế này chủ yếu là do người dân tự khu vực sản xuất nông nghiệp ngày càng cao. Điều đó là
tạo ra vì do ý thức của người dân vẫn còn hạn chế, họ do cơ sở hạ tầng ở vùng nơng thơn cịn lạc hậu, đa phần
chưa ý thức rõ được tác hại của việc mình làm. Ở nhiều chất thải của gia súc và con người đều không được xử lý
vùng nơng thơn cịn vẫn chưa có bãi rác tập trung và cũng làm cho tình trạng ơ nhiễm nguồn nước ngày càng tái
khơng có người đi thu gom rác. diễn. [1]

Rác thải được vứt ở mọi nơi, thậm chí là ngay ở đầu 2. Thiết kế và chế tạo
nguồn nước. Đối với thành phố, đơ thị thì lượng rác thải
hàng ngày khá lớn, do đã có hệ thống thu gom và xử lý “Mơ hình tàu gom rác cỡ nhỏ sử dụng năng lượng mặt
rác cho nên tình trạng ơ nhiễm do rác thải có phần được trời” được thiết kế, chế tạo nhằm tiết kiệm thời gian, giảm
cải thiện song vẫn còn gây ô nhiễm môi trường. chi phí nhân cơng vệ sinh thu gom rác trên bề mặt ao hồ,
kênh, rạch có các chức năng sau:

 Có thể di chuyển dễ dàng trên bề mặt nước (tiến,
lùi, rẽ phải, rẽ trái) và vừa thu gom rác.
 Có thể điều khiển mơ hình từ xa bằng một bộ thu-
phát sóng dùng tần số 2.4GHz cùng với một camera
quan sát đặt phía trước mơ hình và có thể truyền hình

ảnh trực tiếp về điện thoại thông qua phần mềm
SYMA-FPV.

Lê Văn Nguyên, Lê Văn Thuận, Ngô Thành Nhân 2

 Có túi dựng rác có thể dễ dàng thay thế; nhất. Đồng thời bộ sạc còn bảo vệ tấm pin mặt trời và
 Có đèn cảnh báo để các phương tiện trên mặt nước Acquy trong quá trình sử dụng.
khác có thể dễ dàng thấy và tránh ra.
 Có sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời, có thể  Điện áp định mức: 12V/24V.
làm việc trong thời gian dài không sợ hết điện.  Dòng nạp/xả: 30A
 Đâu ra USB: 5V/2A Max
Sơ đồ khối của “Mơ hình tàu gom rác cỡ nhỏ sử dụng  Công suất: 390W (12V) – 780W (24V).
năng lượng mặt trời” được trình bày trong hình 3:  Kích thước: 150mm x 78mm x 35mm.
 Trọng lượng: 150g
 Màn hình hiển thị: LCD.

2.3. Tấm pin năng lượng mặt trời (Solar Panel-PTTYN)

Hình 3: Sơ đồ khối “Mơ hình tàu gom rác cỡ nhỏ sử dụng
năng lượng mặt trời”

2.1. Bộ thu - phát sóng (TX-RX)

Hình 4: Bộ thu – phát sóng điêu khiển độc lập 3 kênh Hình 6: Tấm Pin năng lượng mặt trời 20W

Bộ Bộ thu – phát sóng điều khiển độc lập 3 kênh có 1 Tấm pin năng lượng mặt trời là thiết bị sử dụng nguồn
tay điều khiển (TX) với các thông số kỹ thuật như sau: chiếu sáng của mặt trời để tạo ra nguồn điện, có khả năng
cung cấp điện cho các thiết bị khác.
 Sử dụng điện áp 1.5V.
 Có thể điều khiển độc lập 3 kênh dùng sóng  Công suất (Pmax): 20W

2.4GHz.  Điện áp (Amp): 18V
 Tầm xa: 50-100m.  Điện áp hở mạch (Voc): 21.6V
 Kích thước nhỏ gọn: 155mm x130mm.  Dòng ngắn mạch (Isc): 1.16A
 Cùng với mạch nhận sóng (RX):  Dòng danh định (Isc): 1.16A
 Kích thước: 55mm x 36.5mm  Kích thước: 450mm x 350mm x 17mm.
 sử dụng điện áp 6-15V  Trọng lượng: 1,7kg
 Dòng điện ra ba kênh đều là 5V-150mAh
2.4. Module điều khiển động cơ L298N
2.2. Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời (Solar
Charge Controller)

Hình 5: Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời 30A Hình 7: Module L298N

Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời được sử dụng Module điều khiển động cơ (Motor Driver) sử dụng
để điều khiển tối ưu quá trình sạc Acquy từ Pin năng chip cầu H L298N giúp điều khiển tốc độ và chiều quay
lượng mặt trời, giúp q trình sạc ln đạt hiệu suất cao của động cơ DC một cách dễ dàng, ngoài ra module
L298N còn điều khiển được 1 động cơ bước lưỡng cực.
Mạch cầu H của IC L298N có thể hoạt động ở điện áp từ
5V đến 35V.

Module L298N có tích hợp một IC nguồn 78M05 để
tạo ra nguồn 5V để cung cấp cho các thiết bị khác.

1 HỘI NGHỊ TỔNG KẾT HOẠT ĐỘNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHÓA HỌC VÀ NHÓM SRT NĂM HỌC 2019-2020

 Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H
 Điện áp điều khiển: +5 V ~ +35 V
 Dòng tối đa cho mỗi cầu H: 2A
 Điện áp tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V
 Dịng tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA

 Cơng suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃))
 Nhiệt độ vận hành: -25 ℃) ~ +130 ℃)

2.5. Động cơ DC (DC motor) Hình 10: Phần mềm SYMA-FPV

Động cơ điện 1 chiều là loại biến đổi điện năng dòng  Tầm xa 50-100m;
một chiều thành cơ năng.  Kích thước 40 x 30 x 20mm.

2.7. Mạch đèn cảnh báo va chạm

Xuất phát từ mục đích làm cho mơ hình nổi bật hơn,
dễ gây chú ý, giúp cho các phương tiện đang lưu thông
trên mặt nước dễ dàng nhận biêt để khỏi va chạm. Nhờ
cụm đèn led đỏ trước và sau nhấp nháy luân phiên khi
phát hiện rung động, nên tạo được sự nổi bật, từ đó có thể
giúp dễ dàng nhận biết.

Hình 8: Nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều Hình 11: Sơ đồ nguyên lý mạch đèn nhấp nháy [3]
Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều
cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện, rotor có các Các linh kiện gồm có:
cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều, một
phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận  2 tranzico c828;
chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dịng điện trong  2 tụ 50v 4µF;
khi chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thường  4 đèn led đỏ và 4 đèn led xanh;
bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than  2 điện trở 1kΩ và 2 điện trở 100kΩ.
tiếp xúc với cổ góp. [2]
2.8. Nguyên lý hoạt động của mơ hình
Hình 9: Động cơ một chiều DC điện áp 12-24V tốc độ tối
đa 18.000 vòng/phút (12V) được sử dụng trong mơ hình
2.6. Camera quan sát

Hình 9: Camera quan sát của mơ hình Hình 12: Sơ đồ nguyên lý hoạt động

Thông số chi tiết của camera quan sát: Nguyên lý hoạt động của mơ hình:

 Sử dụng điện áp 3-7V;  Dòng điện pin năng lượng mặt trời  Bộ điều
 Độ phân giải 1 MPX; khiển sạc  Sạc vào Acquy.
 Truyền trực tiếp hình ảnh về điện thoại thơng qua  Khi khố K1, K2 mở mơ hình khơng hoạt động
phần mềm SYMA-FPV, (Hình 8); được.
 Khi khoá K1, K2 đóng thì dịng điện chạy từ + Ắc

Lê Văn Nguyên, Lê Văn Thuận, Ngô Thành Nhân 4

quy  Bộ điều khiển sạc  Module L298N  Mạch năng hoạt động trong khoảng thời gian dài mà không lo
nhận sóng  Đến các động cơ, làm cho mơ hình hoạt hết điện. Cùng với tấm chứa rác gọn nhẹ dễ dàng thay thế
động  - Ắc quy. khi chứa đầy rác.
 Khi khố K1 đóng thì dịng điện chạy từ + Pin 
Mạch đèn cảnh báo va chạm, làm các cụm đèn led đỏ Theo số liệu nhóm em tính được, nếu mơ hình làm
nhấp nháy liên tục, cảnh báo cho các phương tiện dưới việc trong môi trường tệ nhất (tức là trên bề mặt nước
nước khác để tránh va vào - Pin. tồn là rác) thì mơ hình sẽ thu gom hết một túi đựng rác
 Khi khố K1 đóng thì dịng điện chạy từ + Pin 
Camera, rồi chúng ta kết nối camera với điện thoại (dài x rộng x cao: 0,61 x 0,42 x 0,23m =0,06m3) trong 3
thơng qua phần mềm SYMA-FPV, hình ảnh được phút, tương ứng với 1,5m2. Không những vậy mô hình
truyền trực tiếp từ camera về điện thoại  - Pin.
3. Kết quả cịn có thể hoạt động, thu gom rác ở những nơi xa tầm với
của con người. Từ đó cho thấy được hiệu quả mơ hình
Hình 13: Mơ hình tàu gom rác cỡ nhỏ sử dụng năng lượng mặt mang lại, đã hỗ cho con người chúng ta trong việc vệ sinh
trời môi trường nước.

Chúng em đã hoàn thành được các mục tiêu đề ra ban 4. Kết luận

đầu và mơ hình cũng đã hoạt động ổn định nhờ vào thiết
kế gọn nhẹ hình chữ U ngược. Đặc biệt với việc ứng dụng Bài báo cáo đã trình bày kết quả nghiên cứu, thiết kế
công nghệ pin năng lượng mặt trời, giúp cho mơ hình vừa và chế tạo mơ hình hồn chỉnh “Mơ hình tàu gom rác cỡ
hoạt động vừa có thể sạc năng lượng và làm tăng khả nhỏ sử dụng năng lượng mặt trời”. Nhóm đã thi cơng
được hoàn tất các mục tiêu đã đề ra, cơ cấu hoạt động ổn
định, mơ hình di chuyển linh hoạt. Đây là sản phẩm hữu
ích để nhóm tiếp tục nghiên cứu và cải tiến hồn thiện
hơn trong tương lai.

Tuy nhiên, sản phẩm đề tài là mơ hình nên khi đưa ra
áp dụng vào thực tế cần thay thế vật liệu làm vỏ thuyền,
keo dán vỏ thuyền, camera có độ phân giải và truyền hình
ảnh tốt hơn.

Tài liệu tham khảo

[1] /> bien-ninh-chu-sau-phan-anh-cua-bao-nguoi-dua-tin-
a431197.html

[2] /> [3] />
nhap-nhay