Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển van lưu lượng gió ứng dụng vào hệ thống điều hòa không khí
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (24.23 MB, 227 trang )
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN VAN LƯU LƯỢNG GIĨ
ỨNG DỤNG VÀO HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA
KHƠNG KHÍ.
GVHD: Hà A Thồi
SVTH: Nguyễn Hồi Phong
MSSV: 12141168
Tp. Hồ Chí Minh - 08/2020
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG HỆ
THỐNG ĐIỀU KHIỂN VAN LƯU
LƯỢNG GIĨ ỨNG DỤNG VÀO HỆ
THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ.
GVHD: Hà A Thồi
SVTH: Nguyễn Hồi Phong
MSSV: 12141168
Tp. Hồ Chí Minh – 08/2020
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 18 tháng 04 năm 2020
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chun ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:
Nguyễn Hồi Phong
MSSV: 12141168
Kỹ thuật Điện - Điện tử
Đại học chính quy
2012
MSSV:
Mã ngành:
Mã hệ:
Lớp:
01
1
12141DT2A
I. TÊN ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN VAN LƯU LƯỢNG GIÓ ỨNG DỤNG VÀO
HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ.
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
PGS.TS Trần Thu Hà, TS. Trương Thị Bích Ngà, ThS. Nguyễn Thị Lưỡng, ThS.
Bùi Thị Tuyết Đan, ThS. Phù Thị Ngọc Hiếu, ThS. Dương Thị Cẩm Tú, “Giáo
trình điện tử cơ bản”, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, 2013.
Trần Tùng Giang, Lê Thị Thanh Hoàng, “Mạch điện”, Đại Học Sư Phạm Kỹ
Thuật Tp.HCM, 2013.
Nguyễn Đình Phú, Nguyễn Trường Duy, “Giáo trình kỹ thuật số”, Đại Học Sư
Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, 2013.
Phạm Quang Huy, Lê Cảnh Trung, “Lập trình điều khiển với Arduino”, NXB
khoa học và Kỹ thuật, 2014.
Lê Trung Hiếu, “Giáo Trình Lập Trình Windows Form Với C# .NET” Tập 1,
NXB Thông Tin, 2012.
2. Nội dung thực hiện:
- Viết chương trình điều khiển cho máy tính
- Thiết kế, thi cơng và lập trình điều khiển bằng điện áp,
- Lấy dữ liệu từ cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT22
ii
- Thiết kế, thi cơng và lập trình khối ESP32
- Thi cơng và lập trình nút nhấn, led 7 đoạn, buzzer
- Lập trình đưa dữ liệu lên web server
- Lắp ráp các khối điều khiển vào mơ hình
- Chạy thử nghiệm hệ thống
- Cân chỉnh hệ thống.
- Viết luận văn
- Báo cáo đề tài tốt nghiệp
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 09/03/2020
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 28/06/2020
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
Thầy Hà A Thồi
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
iii
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM
Khoa Điện - Điện Tử
Bộ Môn Điện Tử Cơng Nghiệp
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 03 năm 2020
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Bản lịch trình này được đóng vào cuốn báo cáo)
Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Hoài Phong
Lớp: 12141DT2A
MSSV: 12141168
Họ tên sinh viên 2:
MSSV:
Lớp:
Tên đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển van lưu lượng gió ứng dụng vào hệ thống điều hịa
khơng khí.
Tuần/ngày
Tuần 1
(9/3 – 15/03)
Tuần 2
Nội dung
- Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án,
tiến hành chọn đồ án.
- GVHD tiến hành xét duyệt đề tài.
- Viết tóm tắt yêu cầu đề tài đã chọn: đề tài làm cái
(16/3 – 22/03)
gì, nội dung thiết kế, các thơng số giới hạn của đề
tài
Tuần 3
- Viết tóm tắt yêu cầu đề tài đã chọn: đề tài làm cái
gì, nội dung thiết kế, các thông số giới hạn của đề
tài
(23/3 – 29/03)
Tuần 4
(30/3 – 05/04)
Tuần 5
- Tìm tài liệu tham khảo các đề tài liên quan.
- Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức
(06/04 – 12/04)
năng các khối
Tuần 6
(13/04 – 19/04)
- Làm phần cứng hệ thống trên test board.
Tuần 7
Xác nhận
GVHD
- Thiết kế sơ đồ mạch, giải thích nguyên lý hoạt
(20/04 – 26/04)
động của mạch
Tuần 8
(27/04 – 03/05)
- Tiến hành tính toán để lựa chọn linh kiện, vẽ PCB
- Tiến hành thi công mạch.
Tuần 9
(04/05 – 10/05)
- Kiểm tra mạch thi công.
Tuần 10
(11/05 – 17/05)
- Viết app giao diện điều khiển bằng PC
iv
Tuần 11
- Viết chương trình giao tiếp giữa PC và ESP32
(18/05 – 24/05)
Tuần 12
(25/05 – 31/05)
- Viết chương trình ESP32 điều khiển động cơ
Tuần 13
(01/06 – 07/06)
- Chạy thử mạch và sửa lỗi
Tuần 14
(08/06 – 14/06)
- Chạy hệ thống hoàn thiện.
- Viết báo cáo
Tuần 15
(15/06 – 21/06)
-Hoàn thiện báo cáo, theo góp ý của GVHD
Tuần 16
(22/06 – 28/06)
Làm slide, báo cáo với GVHD
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)
v
LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và khơng sao chép
từ tài liệu hay cơng trình đã có trước đó.
Người thực hiện đề tài
Nguyễn Hồi Phong
vi
LỜI CẢM ƠN
Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Hà A Thồi - Giảng viên bộ môn Điện tử
Công nghiệp – Y sinh, đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hồn
thành tốt đề tài. Trong q trình thực hiện đề tài này, Thầy luôn là người đồng hành cùng
chúng em với sự chỉ dẫn tận tình đã góp ý và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu cho em
thực hiện tốt đề tài.
Em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã tạo
những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài.
Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn học đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng
như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài.
Cảm ơn đến cha mẹ đã tạo điều kiện tốt nhất, là nguồn động lực mạnh mẽ để con
hồn thành khóa luận này.
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện đề tài
Nguyễn Hoài Phong
vii
MỤC LỤC
Trang bìa...................................................................................................................................................... i
Nhiệm vụ đồ án........................................................................................................................................ ii
Lịch trình................................................................................................................................................... iv
Cam đoan................................................................................................................................................... vi
Lời cảm ơn............................................................................................................................................... vii
Mục lục.................................................................................................................................................... viii
Liệt kê hình vẽ......................................................................................................................................... xi
Liệt kê bảng............................................................................................................................................. xv
Tóm tắt..................................................................................................................................................... xvi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN....................................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề.................................................................................................................................. 1
1.2. Mục tiêu...................................................................................................................................... 2
1.3. Nội dung nghiên cứu.............................................................................................................. 2
1.4. Giới hạn...................................................................................................................................... 3
1.5. Bố cục.......................................................................................................................................... 3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT....................................................................................... 4
2.1
Giới thiệu về máy điều hịa khơng khí............................................................................ 4
2.1.1 Khái niệm, cấu tạo và phân loại......................................................................................... 4
2.1.2 Hệ thống kiểu cục bộ.............................................................................................................. 5
2.1.3 Hệ thống kiểu phân tán.......................................................................................................... 7
2.1.4 Hệ thống kiểu trung tâm..................................................................................................... 19
2.2
Giới thiệu về hệ thống vận chuyển khơng khí........................................................... 21
2.2.1 Đường ống gió....................................................................................................................... 21
2.2.2 Một số hệ thống điển hình có sử dụng ống gió......................................................... 29
2.3
Điều khiển tự động trong điều hịa khơng khí giải nhiệt bằng nước.................30
2.3.1 Sơ đồ điều khiển của hệ thống......................................................................................... 30
2.3.2 Các phương pháp điều khiển............................................................................................ 32
2.4
Giới thiệu phần cứng........................................................................................................... 34
2.4.1 Chip ESP-32 ESP-WROOM-32...................................................................................... 34
viii
2.4.2 Động cơ BILIMO basic LG-24-SR................................................................................ 35
2.4.3 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT22............................................................................. 36
2.4.4 IC ổn áp LM2576.................................................................................................................. 37
2.4.5 IC ổn áp ASM1117............................................................................................................... 38
2.4.6 CH304 - IC chuyển đổi USB – UART.......................................................................... 39
2.4.7 IC LM358................................................................................................................................. 39
CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ................................................................... 41
3.1
Giới thiệu................................................................................................................................. 41
3.2
Tính tốn và thiết kế hệ thống......................................................................................... 41
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống............................................................................................. 41
3.2.2 Tính tốn và thiết kế mạch................................................................................................ 44
3.2.3 Sơ đồ ngun lý của tồn mạch....................................................................................... 66
CHƯƠNG 4. THI CƠNG HỆ THỐNG........................................................................... 67
4.1
Giới thiệu................................................................................................................................... 67
4.2
Thi công hệ thống những kết quả khác.......................................................................... 67
4.2.1 Thi công bo mạch.................................................................................................................. 67
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra............................................................................................................... 70
4.3
Đóng gói và thi cơng mơ hình........................................................................................... 72
4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển....................................................................................................... 72
4.3.2 Thi cơng mơ hình................................................................................................................... 74
4.4
Lập trình hệ thống.................................................................................................................. 76
4.4.1 Lưu đồ giải thuật.................................................................................................................... 76
4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển........................................................................... 80
4.4.3 Phần mềm lập trình cho phần mềm máy tính........................................................... 101
4.5
Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng thao tác.................................................................... 122
4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng..................................................................................... 122
4.5.2 Quy trình thao tác................................................................................................................ 123
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ............................................ 127
5.1
Sản phẩm sau khi hồn thiện........................................................................................... 127
5.1.1 Mơ hình sản phẩm.............................................................................................................. 127
5.1.2 Phần mềm điều khiển........................................................................................................ 127
5.2
Kết quả chạy hệ thống....................................................................................................... 128
ix
5.2.1 Mạch điều khiển ........................................................................................... 128
5.2.2 Chương trình điều khiển ............................................................................... 129
5.3
Kiến thức có được trong q trình làm đề tài ............................................... 130
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. ......................... 131
6.1 Kết luận . ........................................................................................................... 131
6.2 Hướng phát triển ............................................................................................... 131
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................... 133
PHU LỤC
........................................................................................................
134
x
LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình
Trang
Hình 2.1: Cấu tạo hệ thống điều hịa khơng khí điển hình...................................................... ..4
Hình 2.2: Máy điều hịa khơng khí dạng cửa sổ.......................................................................... ..5
Hình 2.3: Sơ đồ ngun lý máy điều hịa khơng khí dạng rời................................................ ..6
Hình 2.4: Máy điều hịa khơng khí kiểu ghép.............................................................................. ..6
Hình 2.5: Máy điều hịa dạng tủ thổi trực tiếp.............................................................................. ..7
Hình 2.6: Sơ đồ ngun lý hệ thống điều hịa khơng kí kiểu VRV...................................... ..9
Hình 2.7: Dàn nóng hệ thống điều hịa khơng kí kiểu VRV.................................................... ..10
Hình 2.8: Dàn lạnh treo tường............................................................................................................ ..10
Hình 2.9: Dàn lạnh cassette âm trần................................................................................................. ..11
Hình 2.10: Dàn lạnh giấu trần nối ống gió..................................................................................... ..11
Hình 2.11: Sơ đồ ngun lý của hệ thống điều hòa làm lạnh bằng nước........................... ..12
Hình 2.12: Cụm máy làm lạnh chiller thương hiệu Carrier..................................................... ..13
Hình 2.13: Cấu tạo một FCU dạng giấu trần nối ống gió hãng Bosch................................ ..14
Hình 2.14: Hình ảnh bên ngồi AHU điển hình........................................................................... ..16
Hình 2.15: Cụm ống trao đổi nhiệt bên trong AHU................................................................... ..16
Hình 2.16: Lắp đặt cụm bơm cho chiller........................................................................................ ..17
Hình 2.17: Thermostat Honeywell TF428WN............................................................................. ..18
Hình 2.18: So sánh độ ổn định của FCU hãng Bosch và máy lạnh kiểu rời..................... ..18
Hình 2.19: So sánh điện năng tiêu thụ của FCU hãng Bosch và máy lạnh kiểu rời........19
Hình 2.20: Sơ đồ ngun lý hệ thống điều hồ dạng tủ
........................20
Hình 2.21: Cách gắn lớp cách nhiệt bông thuỷ tinh cho ống gió.......................................... ..22
Hình 2.22: Chi tiết bích TDC – TDF nối đường ống................................................................. ..24
Hình 2.23: Van điều chỉnh kiểu lá sách gập đối xứng............................................................... ..27
Hình 2.24: Lắp đặt van điều chỉnh trên đường ống.................................................................... ..28
Hình 2.25: Van chặn lửa chữ nhật dùng cầu chì.......................................................................... ..28
Hình 2.27: Van một chiều..................................................................................................................... ..29
Hình 2.28: Sơ đồ nguyên lý tăng áp thang bộ thoát hiểm........................................................ ..30
Hình 2.29: Sơ đồ hệ thống điều khiển............................................................................................. ..31
Hình 2.30: Chip ESP-32 ESP-WROOM-32.................................................................................. ..32
Hình 2.31: Động cơ BILIMO basic LG-24-SR............................................................................ ..35
Hình 2.32: Cảm biến DHT22.............................................................................................................. ..36
xi
Hình 2.33: Cấu tạo cảm biến DHT22.............................................................................................. ..37
Hình 2.34: IC ổn áp LM2576.............................................................................................................. ..38
Hình 2.35: IC ổn áp ASM1117........................................................................................................... ..38
Hình 2.36: IC CH 304............................................................................................................................ ..39
Hình 2.37: IC LM358............................................................................................................................ ..39
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống............................................................................................................ ..42
Hình 3.2: Ứng dụng thực tế của van điều khiển lưu lượng gió.............................................. ..43
Hình 3.3: Hình ảnh VAV ngồi thực tế............................................................................................ ..44
Hình 3.4: Cách đấu dây cho DHT22................................................................................................ ..45
Hình 3.5:Mơ phỏng khối cảm biến trên Altium........................................................................... ..46
Hình 3.6: Cấu tạo Van chỉnh lưu lượng gió................................................................................... ..47
Hình 3.7: Mặt cắt đứng của van gió ở chế độ mở 0%............................................................... ..48
Hình 3.8: Mặt cắt đứng của van gió ở chế độ mở 25%............................................................. ..49
Hình 3.9: Mặt cắt đứng của van gió ở chế độ mở 50%............................................................... 50
Hình 3.10: Mặt cắt đứng của van gió ở chế độ mở 75%.......................................................... ..51
Hình 3.11: Mặt cắt đứng của van gió ở chế độ mở 100%........................................................ ..52
Hình 3.12: Mơ tả các chân điều khiển động cơ............................................................................ ..55
Hình 3.13: Mạch khuếch đại tín hiệu khơng đảo dùng Op-Amp.......................................... ..55
Hình 3.14: Mơ phỏng khối điều khiển động cơ trên Altium................................................... ..57
Hình 3.15: Layout hộp điều khiển mở van.................................................................................... ..58
Hình 3.16: Cấu tạo LED 7 đoạn 3 số anode chung..................................................................... ..59
Hình 3.17: Sơ đồ chân LED 7 đoạn 3 số anode chung.............................................................. ..59
Hình 3.18: Chế độ điều khiển xoay vịng của nút nhấn............................................................... 61
Hình 3.19: Giao diện phần mềm điều khiển van............................................................................ 62
Hình 3.20: GPIO vi điều khiển ESP32............................................................................................... 64
Hình 3.21: Adapter nguồn 19V............................................................................................................. 65
Hình 3.22: Mơ phỏng nguồn điện trên Altium................................................................................ 65
Hình 3.23: Sơ đồ ngun lí tồn mạch............................................................................................... 66
Hình 4.1: Thiết kế sơ đồ mạch bằng Altium..................................................................................... 67
Hình 4.2: PCB mạch lớp trên................................................................................................................. 68
Hình 4.3: PCB mạch lớp dưới............................................................................................................... 68
Hình 4.4: Bo mạch ở chế độ 3D............................................................................................................ 69
Hình 4.5: PCB mạch điều khiển thực tế............................................................................................. 71
Hình 4.6: Mạch điều khiển hồn thành.............................................................................................. 72
xii
Hình 4.7: Hộp kỹ thuật điện 110x110x50mm.................................................................................. 73
Hình 4.8: Mặt ngồi của hộp điều khiển............................................................................................ 73
Hình 4.9: Hộp điều khiển hồn chỉnh................................................................................................. 74
Hình 4.10: Van điều khiển lưu lượng.................................................................................................. 74
Hình 4.11: Máy cắt CNC Plasma.......................................................................................................... 75
Hình 4.12: Giao diện phần mềm CAM Duct 2014........................................................................ 75
Hình 4.13: Lưu đồ chính của chương trình....................................................................................... 77
Hình 4.14: Lưu đồ chế độ Auto............................................................................................................. 79
Hình 4.15: Lưu đồ chế độ Manual....................................................................................................... 80
Hình 4.16: Trang download phần mềm Arduino IDE................................................................... 81
Hình 4.17: Trang qun góp phát triển Arduino IDE................................................................... 82
Hình 4.18: Cài Arduino IDE hệ điều hành Windows 10............................................................. 82
Hình 4.19: Giao diện Arduino IDE...................................................................................................... 83
Hình 4.20: Chọn Board ESP32.............................................................................................................. 84
Hình 4.21: Chọn COM kết nối.............................................................................................................. 85
Hình 4.22: Thơng báo biên dịch thành cơng chương trình......................................................... 85
Hình 4.23: Thơng báo nạp thành cơng chương trình..................................................................... 86
Hình 4.24: Trang download phần mềm Visual Studio 2019.................................................... 101
Hình 4.25: Tên file cài đặt Visual Studio 2019............................................................................. 101
Hình 4.26: Giao diện Visual Studio 2019....................................................................................... 102
Hình 4.27: Tạo dự án mới với Visual Studio 2019...................................................................... 102
Hình 4.28: Lựa chọn thuộc tính cho dự án mới............................................................................ 103
Hình 4.29: Ví dụ chọn thuộc tính cho dự án.................................................................................. 103
Hình 4.30: Configue your new Project............................................................................................ 104
Hình 4.31: Giao diện soạn thảo của Visual Studio 2019........................................................... 104
Hình 4.32: Form của chương trình điều khiển Van..................................................................... 105
Hình 4.33: Chọn chế độ trên chương trình điều khiển............................................................... 122
Hình 4.34: Điều chỉnh nhiệt độ trên chương trình điều khiển................................................ 123
Hình 4.35: Điều chỉnh nhiệt độ trên chương trình điều khiển................................................ 123
Hình 4.36: Chế độ hiển thị trên chương trình điều khiển......................................................... 124
Hình 4.37: Lưu đồ vận hành hệ thống.............................................................................................. 125
Hình 5.1: Mơ hình sản phẩm............................................................................................................... 127
Hình 5.2: Phần mềm điều khiển......................................................................................................... 128
Hình 5.3: Sai số của DHT22................................................................................................................ 129
xiii
Hình 5.4: Phần mềm chạy sai giải thuật.......................................................................................... 130
Hình 6.1: Hệ thống tăng áp thang bộ thoát hiểm......................................................................... 132
xiv
LIỆT KÊ BẢNG
Bảng
Trang
Bảng 2.1: Đặc tính kỹ thuật FCU của hãng Bosch……………………….….…………14
Bảng 2.2: Bảng phân loại đường ống theo tốc độ gió................................................................ ..21
Bảng 2.3: Quy định về bọc cách nhiệt............................................................................................. ..22
Bảng 2.4: Tốc độ gió trên đường ống gió....................................................................................... ..26
Bảng 2.5: Các thơng số của van điều chỉnh gió kiểu lá sách cánh gập đối xứng..............27
Bảng 3.1: So sánh tính năng của cảm biến DHT11 và DHT22.............................................. ..45
Bảng 3.2: Quy ước chân kết nối giữa DHT22 và ESP32.......................................................... ..46
Bảng 3.3: Tổng hợp góc mở động cơ với lưu lượng tương ứng............................................. ..52
Bảng 3.4: Quy ước chân kết nối giữa LM358 và ESP32............................................................ 56
Bảng 3.5: Tổng hợp điện áp điều khiển với lưu lượng tương ứng........................................ ..57
Bảng 3.6: Trạng thái hiển thị trên led 7 đoạn anode chung........................................................ 59
Bảng 3.7: Trạng thái chọn led 7 đoạn hoạt động............................................................................ 60
Bảng 3.8: Quy ước chân kết nối giữa led 7 đoạn và ESP32....................................................... 60
Bảng 3.9: Quy ước chân kết nối giữa nút nhấn và ESP32.......................................................... 61
Bảng 3.10: Quy ước chân kết nối giữa buzzer và ESP32............................................................ 61
Bảng 3.11: Bảng tổng hợp nguồn hoạt động cho các linh kiện................................................. 64
Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện....................................................................................................... 69
Bảng 4.2: Độ mở van ứng với giá trị so sánh.................................................................................. 78
Bảng 4.3: Chức năng các icon trong Arduino IDE........................................................................ 83
Bảng 4.4: Tổng hợp giá trị điều khiển DAC1.................................................................................. 86
xv
TĨM TẮT
Cơng nghệ 4.0 đã trở thành một phần khơng thể thiếu trong cuộc sống hiện đại.
Nó đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghệ và điện – điện tử … đã
làm cho đời sống của con người ngày càng hồn thiện hơn. Do đó nhu cầu điều khiển
và giám sát các thiết bị đã khơng cịn xa lạ với chúng ta nữa, mà ngày càng thiết thực
hơn. Từ các phương pháp điều khiển và giám sát thơ sơ thì ngày nay việc điều khiển và
giám sát thiết bị bằng máy tính thơng qua wifi là phương pháp điều khiển mang lại
nhiều lợi ích và tiện lợi cho con người.
Với mục đích tiếp cận xu hướng trên và mong muốn nắm bắt những công nghệ
mới nên nhóm chúng tơi quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống
điều khiển van lưu lượng gió ứng dụng vào hệ thống điều hịa khơng khí”. Đề tài này
sẽ là một hệ thống hồn thiện bao gồm phần cứng phần mềm, và có thể đáp ứng được
việc điều khiển hệ thống điều hồ khơng khí cho các văn phòng, bệnh viện, trường
học…
xvi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1.
ĐẶT VẤN ĐỀ
Nước ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa hè nóng, độ ẩm khơng khí cao.
Cùng với sự phát triển của khoa học, đời sống nhân dân dần được cải thiện và nâng
cao. Vì vậy, tạo ra mơi trường dịu mát, thuận lợi cho công việc, học tập, vui chơi ở
các văn phòng, trường học hoặc trung tâm thương mại đã trở nên rất phổ biến. Có
thể nói thiết bị điều hịa khơng khí đang dần trở thành một thiết bị quan trọng hàng
ngày mà con người trực tiếp sử dụng.
Cùng với sự phát triển công nghiệp 4.0 và hệ thống điều khiển ứng dụng cơng
nghệ đã khơng cịn xa lạ với con người hiện đại. Những ứng dụng của nó đã giúp
thay đổi những phương thức điều khiển hệ thống bằng cơ khí truyền thống, giúp tiết
kiệm thời gian và ngày càng khẳng định vị trí của mình trong tương lai. Ở những
văn phòng lớn hay trung tâm thương mại, việc thơng gió và điều hịa nhiệt độ bằng
hệ thống máy lạnh công nghiệp, tháp giải nhiệt nước (water chiller), dùng ống dẫn
gió lạnh… là hệ thống được đặc lên hàng đầu. Vì các khu vực sử dụng chung một
hệ thống, nên điểm làm lạnh ở vị trí người dùng thường không được diều khiển như
ý.
Hệ thống điều khiển van lưu lượng gió ứng dụng vào hệ thống điều hịa khơng
khí được sử dụng ở các trung tâm thương mại, các văn phòng nơi mà sử dụng hệ
thống máy lạnh công nghiệp, tháp giải nhiệt nước (water chiller) hoặc hệ thống
thơng gió sự cố phịng cháy chữa cháy.
Đa số các hệ thống phần tinh chỉnh gió bằng tay vặn, nên độ chính xác chưa
cao, sau khi hệ thống hồn thiện thì khó có thể chỉnh được vì thường VCD sẽ được
giấu trong trần, rất bất tiện trong quá trình sử dụng. Một số hệ thống lớn như trung
tâm thương mại thì chỉnh bằng hệ thống BMS (Building Management System) phức
tạp tinh chỉnh tồn bộ hệ thống, địi hỏi người vận hành phải có kiến thức và đơi khi
khơng làm hài lịng người sử dụng.
Với tính ứng dụng cao, cơng nghệ mới và chưa có nhóm sinh viên nào nghiên
cứu, nhóm quyết định làm đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển van lưu
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
lượng gió ứng dụng vào hệ thống điều hịa khơng khí”. Hệ thống này sử dụng vi
điều khiển trung tâm là ESP32,… Đồng bộ dữ liệu qua wifi người dùng có thể điều
khiển qua máy tính, Smart Phone…
1.2.
-
MỤC TIÊU
Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển động cơ đóng mở van điều khiển
lưu lượng gió.
-
Lấy được dữ liệu lưu lượng gió, nhiệt độ độ ẩm gió…
-
Hệ thống sẽ tính tốn điều khiển lá xách van gió đóng mở để đạt một nhiệt
độ thích hợp (chế độ auto). Hoặc có thể tinh chỉnh theo ý muốn thơng qua website.
-
Điều khiển hệ thống qua máy tính (PC).
-
Điều khiển qua điện thoại Smart phone...
1.3.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Thiết kế và thi cơng hệ thống điều khiển van lưu lượng gió ứng dụng vào hệ
thống điều hịa khơng khí. Cụ thể gió lạnh từ máy lạnh trung tâm, sẽ được dẫn đến
vị trí người sử dụng thơng qua các hệ thống ống thơng gió, gió lạnh sẽ được chia ra
vào phịng từng phịng cho người sử dụng, người sử dụng có thể điều chỉnh lưu
lượng nhiều ít thơng qua các van được điều khiển bằng hệ thống.
NỘI DUNG 1: Nghiên cứu đặc điểm từng phương pháp điều hịa khơng khí.
NỘI DUNG 2: Thu thập được dự liệu nhiệt độ, độ ẩm.
NỘI DUNG 3: Các giải pháp tính tốn thiết kế hệ thống.
NỘI DUNG 4: Thiết kế hệ thống điều khiển.
NỘI DUNG 5: Thiết kế mơ hình.
NỘI DUNG 6: Chạy thử kiểm tra, điều chỉnh tối ưu hệ thống.
NỘI DUNG 7: Đánh giá kết quả thực hiện.
NỘI DUNG 8: Viết báo cáo.
1.4.
GIỚI HẠN
Sai số cảm biến DHT22
Khoảng đo độ ẩm: 100%RH sai số ± 2-5%RH
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Khoảng đo nhiệt độ:-40 đến 80 °C sai số ± 0.5°C
Tần số lấy mẫu tối đa 0.5Hz (2 giây / lần)
Chỉ can thiệp được lưu lượng gió tại điểm người sử dụng, không can thiệp
vào thiết bị.
Số lượng van được điều khiển chưa nhiều chỉ 01 cái
Mô hình có kích thước nhỏ: 200x200mm
Mơ hình ứng dụng ở hệ thống làm lạnh bằng nước (water chiller), hoặc hệ
thông máy VRV hệ thống lớn có sử dụng ống dẫn gió, khơng sử dụng cho hệ
thống máy lạnh cục bộ thông thường.
1.5.
BỐ CỤC
Chương 1: Tổng Quan
Trong chương này nêu ra lý do và mục tiêu chọn đề tài, tìm đối tượng và đề ra
phạm vi nghiên cứu của đề tài, phương pháp nghiên cứu và giới hạn của đề tài.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Nêu các cơ sở lý thuyết chính liên quan đến các thành phần phần cứng và
phần mềm cả hệ thống.
Chương 3: Thiết Kế và Tính Tốn
Tính tốn thiết kế, đưa ra sơ đồ ngun lí của hệ thống.
Chương 4: Thi Cơng Hệ Thống
Thi công board mạch, thiết kế lưu đồ, giải thuật, chương trình. Thi cơng mơ
hình hồn chỉnh.
Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Đưa ra kết quả đề tài, nhận xét, đánh giá
Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Đưa ra các kết luận về những vấn đề mà trong quá trình nghiên cứu đã đạt
được và chưa đạt được. Đưa ra hướng phát triển đề tài trong tương lai.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.
GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN KHƠNG KHÍ
2.1.1 Khái niệm, cấu tạo và phân loại
Khái niệm: Hệ thống điều hịa khơng khí là hệ thống mà thiết bị xử lí nhiệt,
trao đổi nhiệt kiểu bề mặt. Trong thiết bị điều hịa khơng khí, khơng khí chuyển động
ngang qua bên ngoài vật thể cần trao đổi nhiệt và thực hiện q trình trao đổi nhiệt.
Cấu tạo chính gồm: dàn nóng, dàn lạnh, hệ thống đường ống.
Hầu hết các dàn lạnh, dàn nóng của các máy điều hịa khơng khí điều sử
dụng đường ống (thường sử dụng ống đồng) có cánh nhằm nâng cao hiệu quả trao
đổi nhiệt. Bên trong đường ống dẫn môi chất lạnh hoặc tác nhân lạnh, phổ biến là
nước hoặc glycol (thường được gọi là gas máy lạnh).
Hình 2.1. Cấu tạo hệ thống điều hịa khơng khí điển hình.
Phân loại: Có nhiều cách phân loại hệ thống điều khơng khí, dựa trên các tiêu chí
khác nhau, cụ thể như sau:
Theo đặc điểm của thiết bị xử lý nhiệt ẩm:
- Hệ thống điều hòa cục bộ.
- Hệ thống điều hòa kiểu phân tán
- Hệ thống điều hòa trung tâm
Theo đặc điểm môi chất giải nhiệt dàn ngưng:
- Hệ thống điều hịa giải nhiệt bằng nước (water cooled).
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
4
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- Hệ thống điều hòa giải nhiệt bằng khơng khí (air cooled).
Theo khả năng xử lý khơng khí:
- Máy điều hịa một chiều lạnh.
- Máy điều hịa hai chiều nóng lạnh.
2.1.2 Hệ thống kiểu cục bộ.
Hệ thống điều hịa khơng khí kiểu cục bộ là hệ thống chỉ điều hịa khơng khí
trong phạm vi hẹp, thường chỉ là một hoặc một vài phòng riêng độc lập.
Trên thực tế loại máy điều hòa kiểu này gồm bốn loại phổ biến như sau:
-
Máy đều hòa dạng của sổ (window type): Dàn nóng và dàn lạnh cùng
một khối, thường được lắp đặt trên các tường nhà trông giống các cửa
sổ nên được gọi là máy điều hịa khơng khí dạng cửa sổ.
Hình 2.2. Máy điều hịa khơng khí dạng cửa sổ.
-
Máy điều hòa kiểu rời (split type): Để khắc phục cho nhược điểm của
máy điều hòa cửa sổ là khơng thể lắp đặt cho các phịng nằm sâu bên
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
5
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
trong hoặc khơng có mặt tường tiếp giáp bên ngồi. Nên máy điều hịa
kiểu rời được ra đời để làm nhiệm vụ trên.
Hình 2.3. Sơ đồ ngun lý máy điều hịa khơng khí dạng rời.
- Máy điều hòa kiểu ghép (multi-splip type): Máy điều hòa kiểu ghép
thực chất là máy điều hịa rời nhưng có 2 đến 4 dàn lạnh đấu chung một
dàn nóng. Mỗi cụm dàn lạnh được gọi là một hệ thống và độc lập với
cụm dàn lạnh khác. Hoạt động như máy điều hịa rời, nhưng tiết kiệm
diện tích lắp đặt dàn nóng hơn.
Hình 2.4. Máy điều hịa khơng khí kiểu ghép.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
6
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
-
Máy điều hòa dạng tủ thổi trực tiếp: Máy điều hòa dạng tủ thổi trực
tiếp là máy điều hịa có cơng suất trung bình. Đây là chủng máy rất hay
được lắp đặt ở các nhà hàng hoặc sảnh hội trường. Về cấu tạo nguyên lý
cũng giống như máy điều hịa rời gồm một dàn nóng và một dàn lạnh.
Hình 2.5. Máy điều hịa dạng tủ thổi trực tiếp.
2.1.3 Hệ thống kiểu phân tán.
Máy điều hòa khơng khí dạng phân tán là máy điều hịa ở đó khâu xử lý
khơng khí phân tán tại nhiều nơi, tại nhiều khu vực, nghĩa là hệ thống có nhiều dàn
lạnh.
Trên thực tế có hai dạng phổ biến như sau:
-
Hệ thống điều hịa khơng khí kiểu VRV (Variable Refrigerant Volume)
Hệ thống điều hịa khơng khí làm lạnh bằng nước (Water chiller) a.
Hệ thống điều hịa khơng khí VRV (Variable Refrigerant Volume).
Máy điều hịa khơng khí VRV ra đời từ những năm 70 của thế kỷ XX, do
hãng Daikin (Nhật Bản) phát minh ra trước yêu cầu về tiết kiệm năng lượng và u
cầu về điều hịa khơng khí cho các nhà cao tầng.
Tên gọi VRV xuất phát từ các chữ đầu trong tiếng Anh: Variable Refrigerant
Volume, nghĩa là hệ điều hịa khơng khí có khả năng điều chỉnh lưu lượng mơi chất
tuần hồn, qua đó sẽ thay đổi được cơng suất làm lạnh của hệ thống.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
7
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Từ công suất máy lạnh được xác định năng suất lạnh máy nén:
(2.1)
2
= .
.0
4
Trong đó:
– hệ số cấp máy nén.
– chiều dài quét của pittông, m.
z – số xylanh của máy nén.
n – tốc độ quay của máy nén, vg/gy
0
– năng suất lạnh của máy nén, kJ/kg.
Từ công thức (2.1), khi muốn thay đổi , thì một trong những biện pháp là
thay đổi tốc độ quay của máy nén. Để thay đổi tốc độ quay của máy nén trong hệ
thống VRV, người ta sử dụng biến tần để thay đổi tần số nguồn điện, qua đó sẽ thay
đổi tốc độ quay của máy nén một cách tỷ lệ.
Máy điều hịa khơng khí VRV khắc phục được nhược điểm của máy điều
hịa khơng khí dạng rời, là độ dài đường ống dẫn gas, mở rộng công suất lạnh v.v…
Trên hình 2.6 là sơ đồ nguyên lý của một hệ thống điều hịa khơng khí kiểu
VRV, gồm dàn nóng, dàn lạnh hệ thống đường ống và phụ kiên.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
8
