Báo 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 trong
nhiều 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 quan
trọng 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 cả
những máy móc đó điều được điều khiển bởi bộ xử lí trung tâm, ở những hệ thống lớn
thì bộ xử lí trung tâm là PLC, máy tính công nghiệp.., ở những hệ thống xử lý nhỏ hơn
thì người ta dùng vi điều khiển.
Ngày nay, điện năng - nguồn tài nguyên vô giá của đất nước đang bị sử dụng một
cách lãng phí. Ngành điện đã và đang tiến hành nhiều giải pháp để đối phó với tình
trạng 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 thực
hiện lâu dài trong suốt quá tình tiêu thụ điện, chứ không phải chỉ thực hiện vào lúc
thiếu điện. Ngành điện đã và đang tiến hành nhiều giải pháp để đối phó với tình trạng
trên, 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
CHƯƠNG I:
I. DẪN NHẬP.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay xã hội ngày càng phát triển, nguồn năng lượng cần để cung cấp cho
hoạt động sản xuất và sinh hoạt ngày càng tăng trong khi đó nguồn năng lượng lại có
hạn và đang cạn kiệt.
Ngày 14 tháng 4 năm 2006, Thủ tướng chính phủ đã ký Quyết định số
79/2006/QĐ-TTg phê duyệt Chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng
tiết kiệm và hiệu quả nhằm từng bước đạt được mục tiêu tiết kiệm 5-8% tổng mức tiêu
thụ năng lượng vào năm 2015, giảm một phần mức đầu tư phát triển hệ thống cung
ứng năng lượng, mang lại lợi ích về kinh tế - xã hội, đồng thời góp phần bảo vệ môi
trường, 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 dụng
năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, Bộ Công thương dự báo, đến cuối thế kỷ này, các
nguồn năng lượng của VN sẽ trở nên khan hiếm, các mỏ dầu và khí đốt sẽ dần cạn
kiệt. Trong khi đó, tình trạng lãng phí năng lượng trong sản xuất công nghiệp, xây
dựng 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 chỉ
đạt được từ 28-32%, thấp hơn so với các nước phát triển khoảng 10% hiệu suất các lò
hơi công nghiệp chỉ đạt khoảng 60%, thấp hơn mức trung bình của thế giới khoảng
20%. Năng lượng tiêu hao cho một đơn vị sản phẩm các ngành công nghiệp chính của
nước 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 tổn
năng 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 Sử
dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả do Ủy
ban 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 năng

lượng truyền thống và năng lượng tái tạo cũng
có nhiều hạn chế thì việc sử dụng tiết kiệm
năng lượng có ý nghĩa rất quan trọng. Bên cạnh


-3Hình 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 để
chống hiện tượng ấm lên toàn cầu, sự nóng lên
của trái đất. Việt Nam là một trong những nước
sẽ phải chịu tác động rất ghê gớm do tác động
này 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
Tây Ninh) [5]. Có thể nói vấn đề tiết kiệm năng lượng đã trở lên rất cấp thiết trong
toàn xã hội hiện nay.


Xuất phát từ vấn đề thực tế về tiết kiệm năng lượng của toàn xã hội và yêu cầu về
tiết 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.
1. Năng lượng.
Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công. Có nhiều dạng năng
lượng 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 mặt

trời, năng lượng gió, năng lượng nước, vv…
Ngày nay, con người không thể sống thiếu năng lượng. Nhưng do nguồn năng
lượng là hữu hạn nên nhân loại phải sử dụng năng lượng một cách hiệu quả không
lãng 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 tại
những vị trí sinh hoạt, cần chiếu sáng và bật vừa đủ, dùng xong thì tắt ngay hay với
0
0
máy điều hòa không khí, chỉ nên cài nhiệt độ từ 24 C đến 26 C khi sử dụng.
Sử dụng hiệu quả là sử dụng một lượng năng lượng ít nhất mà vẫn thỏa mãn nhu
cầu 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 lợi
ích cho xã hội.
™ Góp phần hạn chế cắt điện luân phiên tại khu vực bạn ở và các khu vực khác trên
cả nước.
™ Góp phần bảo vệ sự trong lành của môi trường – chính là bảo vệ sức khỏe cho bạn
và cả gia đình.
™ Chỉ cần mỗi hộ dân (của Tiền Giang) giảm bớt một bóng đèn 40 W thì sẽ tiết kiệm
được khoảng 15,4 MW/ ngày đêm và như thế thì gần như không cần phải cắt điện
nữa (phát biểu của ông Nguyễn Trung Trí, phó giám đốc Công ty Điện lực Tiền
Giang). [5]
™ Mỗi gia đình của Việt Nam chỉ cần tắt bớt một bóng đèn vào giờ cao điểm (từ 8h22h) sẽ tiết kiệm được hàng ngàn tỉ đồng chi phí ngân sách đầu tư cho việc bổ
sung nguồn điện, lưới điện.

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 lãng
phí.[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, phải
thực hiện lâu dài trong suốt quá tình tiêu thụ điện, chứ không phải chỉ thực hiện vào
lúc 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 cơ
quan, 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 dụng
tối đa ánh sáng tự nhiên.
™ Thay tất cả các bóng đèn tròn sợi đốt (nếu có) bằng đèn compact hoặc đèn ống
huỳnh quang để tiết kiệm điện.
™ Thay bóng đèn ống neon thế hệ cũ 40W, 20W bằng bóng đèn ống neon thế hệ mới
36W, 18W và thay chấn lưu sắt từ bằng chấn lưu điện tử để tiết kiệm điện (khi
thay một chấn lưu sắt từ bằng chấn lưu điện tử của đèn 40W, ta tiết kiệm được
mỗi giờ 4Wh và cho lưới điện 12,9Wh do không phải chuyên chở điện phản
kháng).
™ Lắp máng, chảo chụp ở các đèn còn thiếu để tăng độ phản chiếu ánh sáng và điều
chỉnh lắp đèn ở độ cao thích hợp để có độ phản chiếu ánh sáng cao. Thực hiện mỗi
đèn một công tắc đóng, mở.
™ Với các phòng làm việc: Thực hiện hai chế độ ánh sáng trong phòng: Ánh sáng đi

lại 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:
™ Củng cố lại độ kín của các cửa sổ.
™ Lắp bộ tự động đóng lại cho cửa ra vào.


™ 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.
™ Trong thời tiết quá nóng hoặc quá lạnh, nhiều gia đình đã trang bị máy điều hoà
nhiệt độ. Trước khi lắp máy, bảo đảm gian phòng thật kín, cách nhiệt tốt. Tuỳ
theo nhiệt độ trong ngày và thói quen chịu nóng (lạnh) của bạn mà điều chỉnh
0
nhiệt độ cho thích hợp. Nên nhớ cứ tăng 2 C bạn giảm được việc xả khoảng
200kg khí cacbonic mỗi năm.
0

0

™ Nếu đã đặt sẵn 23 C trở lên thì cứ tăng 0,5 C giảm được 3% năng lượng. Một
cách tiết kiệm năng lượng chẳng mấy ai lưu ý đến là các tấm lọc và các bộ phận
bên trong bị bẩn vì bám bụi là nguyên nhân tăng tiêu thụ điện nên bạn cần lưu ý
làm 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 chế
hoặc 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 được
quan 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, tủ
lạnh, 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
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.
Qua khảo sát thực tế: vấn đề tiết kiệm điện nước ở trường ĐH Lạc Hồng đã
mang lại hiệu quả nhưng hiệu quả mang lại chưa cao.
™ Đối với phòng học: Các phòng học khi không có sinh viên học nhưng quạt và

bóng điện vẫn được “mở”. Hay thậm chí vẫn còn nhiều phòng học sau khi buổi
học kết thúc nhưng các thiết bị điện như: quạt và bóng đèn điện trong phòng vẫn
hoạt động.
™ Đối với các phòng ban: Trong giờ nghỉ trưa nhưng các thiết bị điện trong văn
phòng 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 bừa
bãi, 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 Lạc
Hồng.
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
quang

PLC

Thiết bị
đóng cắt

Hình 2: Sơ đồ khối phương án 1.
Cảm biến quang thường dùng cảm biến quang loại phản xạ khuếch tán mà đặc
điểm 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 có
tính 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:


Camera
hồng ngoại

Máy tính

Thiết bị
đóng cắt

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
siêu âm

PLC

Thiết bị

đóng cắt

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:

PIR

Vi xử lý

Thiết bị
đóng cắt

Hình 5: Sơ đồ khối phương án 4.
Ưu điểm:
™ 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.
5. Phương án 5.

Dùng Real time định thời gian kết hợp với vi xử lý đóng cắt thiết bị cấp nguồn
điện cho thiết bị đúng thời gian qui định.
Sơ đồ khối của hệ thống:

Real Rime

Vi xử lý

Thiết bị
đóng cắt


Hình 6: Sơ đồ khối phương án 5.
Ưu điểm:
™ Có thể hiển thị thời gian, ngày, tháng, năm và thông báo tình trạng hoạt động của
thiết bị thông qua màn hình LCD.
™ Real time sử dụng DALLAS DS 12C887 có khả năng đọc thời gian và cho phép
xuất 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 đặt
hoặc sử dụng vào ngày chủ nhật và các ngày lễ bằng các phím chỉnh có ở trên hệ
thống.
™ Chi phí thấp, hiệu quả, chính xác và tiết kiệm.
Nhược điểm:
Còn phải phụ thuộc vào ý thức của người sử dụng.
Phương án khắc phục:
Lắp thêm thiết bị đóng mở bằng tay (đóng CB) để điều khiển thiết bị nếu muốn sử
dụng thêm ngoài thời gian cài đặt.
III. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN.
Sau khi đã tham khảo và nhận xét các phương án thiết kế, nhóm thực hiện lựa
chọn phương án 4: Dùng cảm biến chuyển động PIR kết hợp vi xử lý để thực hiện tiết

kiệm 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 kiệm
điện và nước một cách tối ưu nhằm: hạn chế đến mức thấp nhất việc sử dụng thiết bị
lãng phí, mang lại hiệu quả cao hơn trong việc tiết kiệm năng lượng điện, nước cho
trường 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 cao
hơn 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 bị
trường ĐH Lạc Hồng. Với bộ tiết kiệm điện dùng để đóng mở nguồn điện máy điều
hòa 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 và
thi công bộ tiết kiệm nước dùng để đóng mở nguồn nước tự động và bộ thiết bị tiết
kiệm điện dùng để đóng mở nguồn điện cấp cho máy điều hòa nhiệt độ tự động theo
thời gian cài đặt. Nhóm thực hiện mong muốn các bộ tiết kiệm này có thể được ứng
dụng 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 những
hạn chế về kiến thức, kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những nhầm lẫn và sai
sót. 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
CHƯƠNG I :

HỆ THỐNG TIẾT KIỆM NƯỚC

I. SƠ ĐỒ KHỒI VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG.
1. Sơ đồ khối.


Người Đối tượng

Module
PIR

Bộ
điều khiển

Thiết bị
đóng cắt

Nguồn cung cấp
Hình 7: Sơ đồ khối của hệ thống tiết kiệm nước.
Với:
™ Tín hiệu đầu vào là người hoặc các đối tượng phát ra tia hồng ngoại mà PIR có thể
thu 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 chắc
chắn có người, PIR xuất tín hiệu ở ngõ ra đưa vào bộ điều khiển xuất tín hiệu để đóng
các thiết bị đóng cắt. Khi người không còn trong phòng nữa thì chương trình sẽ tạo
một khoảng thời gian trễ phù hợp. Nếu sau thời gian cài đặt mà không có sự hiện diện
của người bộ điều khiển sẽ nhận tín hiệu của PIR kiểm tra chắc chắn còn người hay
không, 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 nguồn
nước.


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 sóng
của ánh sáng có thể nhìn thấy được. Tia hồng ngoại không thể nhìn thấy nhưng có
thể phát hiện được nhờ vào những trang thiết bị chuyên dụng. Những vật sinh ra
nhiệt năng đều sinh ra tia hồng ngoại, bao gồm cả động vật và con người, bước sóng
của 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 hoạt
động ổn định trong khoảng 1,2 mét.
Trong đầu thu PIR có 2 phiến cảm ứng hồng ngoại, khi có tia hồng ngoại được
hấp thụ không đồng thời trên hai phiến thu, 2 phiến này tạo ra 1 áp rất nhỏ gần như tín
hiệu nhiễu và có độ lệch nhau, tín hiệu này được đưa vào chân FET như hình 9.


Như chúng ta đã biết ánh sáng hồng
ngoại thường bị nhiễu, điều đó làm cho PIR
tác động nhầm lẫn. Vì vậy người ta thiết kế
thêm bộ khuếch đại và bộ so sánh cho PIR.
Đồng thời để tăng khoảng cách phát hiện của
PIR thì người ta dùng thêm một gương cầu có
nhiệm vụ tập trung tất cả ánh sáng hồng ngoại
vào đầu thu của PIR. Đó là gương cầu (thấu
kính) Fresnel.

Hình 9: Cấu trúc PIR.

Gương cầu Fresnel là loại thấu kính do
Augustin-Jean Fresnel chế tạo. Đó là loại
thấu kính hội tụ, có 2 loại thấu kính: một loại
có mặt trước lồi, nhẵn bóng. Loại thứ 2, mặt
trước phẳng, mặt sau có hình răng cưa. Thấu
kính 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 trọng
lượng 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 mặt
trời, 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 nhất
của bộ khuếch đại tín hiệu được khuếch đại 100 lần, ở tầng 2 khuếch đại 100 lần, sau
khi khuếch đại tín hiệu đi vào mạch so sánh, tại đây tín hiệu được lọc nhiễu và cho tín
hiệu 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

Tín hiệu
Khuếch đại

So sánh

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.
™ Cách bố trí: Tùy theo từng địa điểm mà có cách bố trí hợp lý.

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 PIR D203B-e

PIR D203S-e

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

™ Thông số kỹ thuật của PIR D203B:
™
™
™
™
™
™
™
™
™
™
™
™
™
™
™
™

Mẫu giới thiệu (Recommended Model)
Loại đóng gói (Encapsulation Type)
IR Nhận Kiềm (IR Receiving Electrode)
Kích thước cửa sổ (Window Size)
Quang phổ đáp (Spectral Response)

Hệ số truyền (Transmittance)
Tín hiệu đầu ra (Signal Output [Vp-p])
Độ nhạy (Sensitivity)
Tách sóng (Detectivity (D*))
Tiếng ồn (Noise[Vp-p])
Sản lượng dư (Output Balance)
Điện áp Offset (Offset Voltage)
Điện áp cung cấp (Supply Voltage)
Nhiệt độ hoạt động (Operating Temp)
Nhiệt độ lưu trữ (Storage Temp)
Góc quét của PIR:

: D203 B
: TO-5
: 2×1mm, 2 elements
: 5×3.8 mm
: 5-14 µm
: ≥ 75 %
: ≥ 3500 mV
: ≥ 3300 V/W
8
1/2
: ≥ 1.4 ×10 cmHz /W
: < 70 mV
: < 10 %
: 0.3-1.2 V
: 3-15 V
: -30-70 ºC
: -40-80 ºC

Hình 18: Góc quét của PIR D203B-e.


- 16 -

™ Thông số kỹ thuật của PIR D203S-e:
™
™
™
™
™
™
™
™
™
™
™
™
™
™
™
™

Mẫu giới thiệu (Recommended Model)
Loại đóng gói (Encapsulation Type)
IR Nhận Kiềm (IR Receiving Electrode)
Kích thước cửa sổ (Window Size)
Quang phổ đáp Spectral Response
Hệ số truyền (Transmittance)
Tín hiệu đầu ra (Signal Output [Vp-p])

Độ nhạy (Sensitivity)
Tách sóng (Detectivity (D*))
Tiếng ồn (Noise[Vp-p])
Sản lượng dư (Output Balance)
Điện áp Offset (Offset Voltage)
Điện áp cung cấp (Supply Voltage)
Nhiệt độ hoạt động (Operating Temp)
Nhiệt độ lưu trữ (Storage Temp)
Góc quét của PIR:

: D203B
: TO-5
: 2×1mm, 2 elements
: 5×3.8 mm
: 5-14 µm
: ≥75 %
: ≥3500 mV
: ≥3300 V/W
8
1/2
: ≥1.4 ×10 cmHz /W
: <70 mV
: <10 %
: 0.3-1.2 V
: 3-15 V
: -30-70 ºC
: -40-80 ºC


- 16 Hình 19: Góc quét của PIR D203S-e.

3. Bộ điều khiển . [5]
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.