Chương 1: Tổng quan. Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu của đề tài, phạm vi nghiên cứu, giới hạn nghiên cứu và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Trình bày về lý thuyết cơ bản của hệ thống.
Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống Giới thiệu về hệ thống: giới thiệu về từng khối, thiết kế và giao tiếp với hệ thống. Chương 4: Thi công hệ thống. Trình bày các bước trong quá trình thi công hoàn thiệt phần cứng, phần mềm hệ thống. Chương 5: Kết quả, nhận xét, đánh giá.
Chương này trình bày kết quả đạt được và đánh giá, nhận xét. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. Trình bày kết luận và nêu ra hướng phát triển của đề tài trong tương lại. 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nội dung chương này trình bày về các tìm hiểu liên quan đến thiết kế chăn điện sưởi ấm.
Tổng quan về các phương pháp tạo nhiệt và điều khiển nhiệt. Khái quát về bộ điều khiển trung tâm, phần mềm điều khiển và phần mềm giao tiếp được thể hiển sau đây. Chăn điện sưởi ấm Chăn điện là thiết bị sưởi thường được sử dụng trong mùa đông. Thiết bị có thiết kế tương tự như những chiếc chăn mỏng đắp vào mùa thu, cùng với một bảng điều khiển và một bộ kết nối nguồn điện.
Khi sử dụng, kết nối chăn với nguồn điện và dùng bảng điều khiển để bật và điều chỉnh thiết bị tới mức nhiệt phù hợp [3]. Cấu tạo của chăn điện sưởi ấm Hiện nay trên thị trường có nhiều sản phẩm chăn điện sưởi ấm, với các mẫu mã khác nhau như chăn điện đơn, chăn điện đôi, chăn điện thảo mộc, đệm điện … Nhưng hầu như đều có chung cấu tạo và cốt lõi hướng đến việc điều chỉnh nhiệt độ một cách nhanh chóng. Điển hình như sản phẩm đệm điện Mega life, với cấu tạo vô cùng đơn giản gồm: đệm vải, bộ điều khiển và dây kết nối. Đệm vải có chất liệu là vả không dệt mềm mịn, có cổng kết nối với bộ điều khiển.
Bên trong lớp chăn có lớp tản nhiệt gồm các dây dẫn nhiệt. Bộ điều khiển tích hợp adapter có 5 mức điều khiển nhiệt- chế độ tự động ngắt, thiết bị chống quá nhiệt, chống quá tải điện [4]. Bộ điều khiển có 2 dây kết nối, một dây kết nối với chăn điện, một dây kết nối với nguồn điện 220V AC.1, sau khi kết nối bộ điều khiển với chăn điện và nguồn điện, Điều khiển chăn điện bằng cách thao tác trên bộ điều khiển, với các chức năng bật tắt và điểu chỉnh nhiệt độ. Tuy nhiên, với cấu tạo như trên, chăn điện không thể được sử dụng khi lớp chăn điện ở trạng thái ẩm ước, phần chăn vải không được làm rách, tránh làm lộ phần dây dẫn nhiệt ra ngoài [4].
Bên cạnh đó, việc vệ sinh chăn điện cũng có các hạn chế, không vắt mạnh, giặt nhẹ tay, hạn chế giặt bằng máy để không làm hỏng cấu tạo bên trong chăn điện. Điều này đem lại một số bất tiện không nhỏ cho người sử dụng, đặc 4 biệt là vào thời điểm thời tiết trở lạnh gây khó khăn trong việc vệ sinh, trong khí đó là thời điểm chăn cần được sử dụng và vệ sinh nhất. 1 Đệm điện Mega life và tổng quan kết nối Bên cạnh đó, một loại chăn điện khác là chăn điện đôi, với ví dụ điển hình là chăn điện đôi Beurer UB68XXL. Chăn điện Beurer được trang bị bộ phận an toàn (BSS), bộ phận cảm ứng điện này đảm báo độ ổn định của nhiệt đọ trên toàn bộ bề mặt chăn (đệm) bằng cách tự động ngắt khi nhiệt độ quá cao hoặc khi có lỗi kỹ thuật [5].
Về tổng quan, chăn điện đôi Beurer cũng có cấu tạo tương tự với chăn điện Mega life, điểm khác biệt lớn nhất ở đây là bộ chăn điện Beurer có 2 bộ điều khiển nhiệt để điều khiển 2 khu vực trên chăn được mô tả ở hình 2. Bộ điều khiển có chức năng điều khiển nhiệt độ, chế độ tự động ngắt, có thể tháo rời. Chăn điện Beurer cũng có những hạn chế như chăn điện Mega life vì chúng có cấu tạo gần như là giống nhau. 2 Chăn điện Beurer UB68XXL 2.
Nguyên lý hoạt động của chăn điện Nguyên lý hoạt động cơ bản của chăn điện là sự chuyển hóa điện năng thành nhiệt năng. Mỗi khi cắm điện, điện năng sẽ theo các dây dẫn đốt nóng sợi thủy tinh, từ đó khuếch tán nhiệt lượng tản ra khắp chăn, đem lại cảm giác ấm áp và thoải mái tối đa [3,6].3 dưới đây thể hiện sự lan tản nhiệt lượng của chăn điện theo nguyên lý hoạt động. Đây là nguyên lý hoạt động của phần lớn chăn điện trên thị trường hiện nay, tuy nhiên, vì sợi tản nhiệt nằm ngay bên trong chăn, nên có một số rủi ro nhất định trong quá trình sử dụng. 3 Nguyên lý tỏa nhiệt của chăn điện Hình 2.
4 Mô hình chăn điện đối lưu khí Bên cạch việc sử dụng hệ thống điện cảm ứng, có một loại chăn điện sử dụng nguyên lý truyền nhiệt khác để điều chỉnh nhiệt độ, hệ thống sử dụng quạt và một bộ tạo nhiệt để thổi khí nóng vào trong chăn như hình 2. Phương pháp này có phần đáng chú ý và nổi bật hơn đối với phương pháp điện cảm ứng là bên trong thân chăn không chứa bất kỳ thành phần tạo nhiệt trực tiếp nào. Điều này đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người sử dụng và giảm thiểu các rủi ro về an toàn điện cũng như nguy cơ cháy nổ có thể gây ra. Ngoài ra, việc thân chăn không chứa bắt kỳ linh kiện kim loại hay linh kiện nào giúp cho việc vệ sinh và bảo quản trở nên dễ dàng hơn.
Dựa trên các đặc điểm trên, nhóm thực hiện lựa chọn phương pháp truyền nhiệt bằng đối lưu khí để áp dụng vào đề tài. Phương pháp điều khiển nhiệt độ On/Off Phương pháp điều khiển on/off còn được gọi là phương pháp đóng ngắt hay dùng khâu rờ le có trễ. Cơ cấu chấp hành sẽ đóng nguồn điện để cung cấp cho năng lượng ở mức tối đa cho thiết bị tiêu thụ nhiệt nếu nhiệt độ cài đặt lớn hơn nhiệt độ mà hệ thống phản hồi, ngược lại mạch điều khiển sẽ ngắt mạch cung cấp năng lượng khi 7 nhiệt đô cài đặt nhỏ hơn nhiệt độ phản hồi. Một vùng trễ được đưa vào để hạn chế tần số đóng ngắt như mô tả ở hình 2.
5 Nguyên lý hoạt động của phương pháp điều khiển on/off Có thể nói đây là chế độ điều khiển đơn giả nhất. Phương pháp được sử dụng từ khá lâu và hiện nay vẫn còn được ứng dụng khá nhiều trong các ngành khác nhau [7]. Ưu điểm của chế độ này là điểu khiển nhiệt khá đơn giản, dễ hiểu. Tuy nhiên, nó lại có nhược điểm là độ chính xác không cao, độ quá nhiệt lớn gây tổn thất năng lượng.
Với các đặc điểm ấy, chế độ điều khiển on/off phù hợp với yêu cầu của đề tài. Có thể nói, cơ chế hoạt động đơn giản, dễ triển khai nên ít yêu cầu phức tạp về phần cứng và phần mềm hỗ trợ. Việc này cũng giúp cho việc thay thế linh kiện trong quá trình thiết kế, thử nghiệm và chỉnh sửa trở nên dễ dàng hơn. Nếu sử dụng phương pháp phức tạp hơn, đòi hỏi việc phải tính toán lại toàn bộ quá trình nếu phải thay đổi linh kiên hay thiết kế.
Điều này không phù hợp với giới hạn của đề tài. Giới thiệu phần cứng 2. Bộ điều khiển Arduino Arduino là một board mạch vi điều khiển được phát triển bởi Arduino.cc, một nền tảng điện tử mã nguồn mở, chủ yếu dựa trên vi chip điều khiển AVR Atmega328P. Arduino được giới thiệu vào năm 2005, các nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và cả những người chuyên nghiệp sử dụng để tạo ra những thiết bị hay hệ thống có 8 khả năng khác nhau.
Với Arduino chúng ta có thể xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau thông qua phần mềm và phần cứng hỗ trợ. Arduino không yêu cầu một phần cứng riêng biết để lập trình mã mới lên board mà có thể được kết nối trực tiếp với máy tính thông qua USB để giao tiếp với phần mềm lập trình IDE, đồ tương thích với hệ điều hành Windows, MAC hoặc Linux Systems, tuy nhiên Windows thích hợp hơn để sử dụng. Các ngôn ngữ lập trình như C và C++ là ngôn ngữ được sử dụng trong IDE [10]. Hiện nay, Arduino rất phổ biến ở Việt Nam.
Đây thường xuyên trở thành lựa chọn hàng đầu của sinh viên trong các đề tài nghiên cứu. Bên cạnh đó, Arduino có rất nhiều phiên bản được phát triển với nhiều mục đích khác nhau, từ các phiên bản vi điều khiển mạnh mẽ hơn, tích hợp nhiều tính năng hơn cho đến các board mạch nhỏ gọn hơn, nhẹ hơn. Một số phiên bản có thể kể đến như Arduino Uno, Arduino Micro, Arduino Nano, Arduino Mega, Arduino Pro, … như hình 2. Arduino Nano là bo mạch sử dụng vi điều khiển ATmega328P hoặc ATmega168 tích hợp các chân I/O, các chuẩn giao tiếp I2C, SPI, UART; có lợi thế lớn về kích thước so với các phiên bản là Arduino Uno hay Arduino Mega.
Arduino Nano có thể hoạt động độc lập với tương tác hiệu quả với các thiết bị điện tử, IC, cảm biến khác thông qua các chuẩn kết nối. Người sử dụng có thể lập trình trực tiếp Arduino Nano trên phần mềm Arduino IDE và nạp code cho vi điều khiển thông qua cổng USB có trên máy tính [10]. a) Arduino Uno b) Arduino Mega c) Arduino Nano 9 Hình 2. 6 Một số phiên bản của Arduino 2.
Bộ điểu khiển ESP8266 ESP8266 là một hệ thống trên chip (SoC), được sản xuất bởi công ty Espressif Systems ở Thượng Hải, Trung Quốc. Nó bao gồm một bộ vi điều khiển vi mô 32-bit Tensilica L106 (MCU) và bộ thu phát Wifi. Nó có 11 chân GPIO và chân Analog. Một điểm mạnh của ESP8266 là nó có thể được lập trình và điều khiển trên phần mềm Arduino IDE.
Điều này cho phép việc lập trình và kết nối với Arduino được thuận tiện hơn, dễ dàng hơn. Với ESP8266, người lập trình có thể kết nối với Internet thông qua mạng Wifi, do đó ta có thể sử dụng nó để kết nối Internet, lưu trữ máy chủ web với các trang web thực, cho phép điện thoại thông minh kết nối với nó, … [12]. Điều này cho phép ESP được ứng dụng vào các sản phẩm, thiết bị có thể điều khiển từ xa, các thiết bị thông minh IoTs. ESP8266 có rất nhiều phiên bản khác nhau như các phiên bản ESP-01 cho đến ESP-09.