Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống cơ Điện tử quạt thông minh

báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống cơ điện tử_đề tài thiết kế quạt thông minh. Thiết kế chế tạo quạt thông minh

Trang 1

THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẠT THÔNG MINH

Sinh viên: Nguyễn Thị Bích Ngọc - 2020605704 Hoàng Văn Hùng - 2020604744 Nguyễn Phúc Lâm - 2020604810 Khóa:15

Hà Nội - 2023

Trang 2

1

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại công nghệ 4.0, sự phát triển của trí tuệ nhân tạo và Internet of Things (IoT) đã mở ra không gian cho sự kết nối thông minh giữa con người và thiết bị Trong lĩnh vực gia đình, việc ứng dụng công nghệ vào thiết kế quạt điện thông minh mang lại những tiện ích và trải nghiệm tuyệt vời cho người dùng

Do vậy, để theo kịp sự phát triển của của các thiết bị thông minh nhóm chúng em đã chọn chủ đề “Thiết kế quạt thông minh” - một ứng dụng đáng chú ý của công nghệ trong lĩnh vực công nghiệp và gia đình Quạt điện thông minh có tiềm năng mang đến nhiều lợi ích và tiện ích đáng kể Đầu tiên, nó mang lại sự thoải mái và làm mát cho người dùng với các chế độ làm mát linh hoạt và điều chỉnh tốc độ gió thông minh Quạt điện thông minh cũng có khả năng tương tác với các thiết bị thông minh khác trong gia đình, chẳng hạn như điều khiển qua giọng nói hoặc ứng dụng di động, tạo ra một hệ thống tự động hoàn chỉnh

Một trong những ưu điểm nổi bật của quạt điện thông minh là khả năng tiết kiệm năng lượng Nhờ tích hợp các cảm biến và trí tuệ nhân tạo, quạt điện thông minh có thể phát hiện và điều chỉnh hoạt động dựa trên sự hiện diện của người dùng và điều kiện môi trường xung quanh Điều này giúp giảm lượng năng lượng tiêu thụ không cần thiết và đồng thời giúp tối ưu hóa hiệu suất làm mát

Trong bài tiểu luận này nhóm chúng em sẽ đi sâu vào quá trình thiết kế quạt điện thông minh từ khâu nghiên cứu, phân tích yêu cầu, đến thiết kế và triển khai Nhóm em sẽ nghiên cứu về các thành phần cần có trong một quạt điện thông minh, bao gồm cả cảm biến, vi xử lý, giao thức kết nối và giao diện người dùng Hơn nữa là khám phá các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo, máy học để cải thiện tính năng và hiệu suất của quạt điện thông minh

Đề tài này không chỉ nhằm mục đích tìm hiểu về thiết kế quạt điện thông minh mà còn hy vọng mở ra những triển vọng và tiềm năng mới trong lĩnh vực công nghiệp và gia đình Chúng em tin rằng sự kết hợp giữa công nghệ và thiết kế sáng tạo sẽ tạo ra những sản phẩm đột phá và mang lại lợi ích cho cộng đồng

Trang 3

1.4 Thiết lập danh sách yêu cầu 10

NỘI DUNG 2 TÓM TẮT XÁC ĐỊNH CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN 15

3.1.4 Xác lập các layout thô, xác định các bộ thực hiện chức năng chính 35

3.1.5 Bản vẽ lắp kết cấu cơ khí của quạt thông minh 37

Trang 4

3.2.7 Khối tạo Ion âm và Hơi Nước 44

3.2.8 Cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm 45

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 1 Quạt sạc điện kangaroo KG739 6

Hình 1 2 Quạt thông minh Dreamer DHA-SSF136B 7

Hình 2 1 Khối chuyển đổi của động cơ 21

Hình 2 2 Sơ đồ cấu trúc chức năng của Quạt thông minh 22

Hình 2 3 Chức năng con: Lưu trữ điện 22

Hình 2 4 Chức năng con: Chuyển đổi điện- cơ 23

Hình 2 5 Chức năng con: Điều chỉnh tốc độ 23

Hình 2 6 Chức năng con: Quay xung quanh 23

Hình 2 7 Chức năng điều khiển từ xa 24

Hình 2 8 Chức năng con điều khiển bằng nút nhấn 24

Hình 2 9 Chức năng con: Xử lý tín hiệu điều khiển 24

Hình 2 10 Chức năng con: Bảo vệ hệ thống 24

Hình 2 11 Chức năng con: Tạo Ion âm 25

Hình 2 12 Chức năng con: Tạo độ ẩm 25

Hình 2 13 Chức năng con: Đo độ ẩm 25

Hình 2 14 Chức năng con: Đo nhiệt độ 26

Hình 2 15 Chức năng con: Chức năng hẹn giờ 26

Trang 5

4

Hình 2 16 Chức năng con: Chứa nước 26

Hình 2 17 Chức năng con: Hiện thị trạng thái trên quạt 27

Hình 2 18 Chức năng con: Hiện thị trạng thái trên điện thoại 27

Hình 3 8 Nguồn cấp cho quạt 39

Hình 3 9 Pin dùng cho quạt 40

Hình 3 10 Kiểu nút nhấn điều khiển 42

Hình 3 11 Mạch điều khiển cho quạt 41

Hình 3 12 Dạng bóng Led hiện thị 42

Hình 3 13 Chất liệu vỏ quạt 43

Hình 3 14 Chất liệu vật liệu lồng quạt 43

Hình 3 15 Bộ tạo Ion- Âm 44

Hình 3 16 Bộ tạo hơi nước 45

Hình 3 17 Cảm biến đo độ ẩm nhiệt độ 46

DANH MỤC BẢNG Bảng 1 1 Danh sách yêu cầu 14

Bảng 2 1 Giải pháp làm việc cho từng chức năng trong quạt điện thông minh 29

Bảng 2 2 Đánh giá các biến thể 31

Bảng 3 1 Bảng nhiệm vụ các nhóm 37

Trang 6

5

NỘI DUNG 1 NỘI DUNG THIẾT KẾ

1.1 Quạt điện

1.1.1 Nhu cầu thị trường

Hiện nay, thị trường quạt thông minh đang trở thành một xu hướng phát triển với nhu cầu ngày càng tăng Các quạt thông minh được trang bị công nghệ và tính năng hiện đại, giúp người dùng có trải nghiệm sử dụng thoải mái và tiện lợi hơn Dưới đây là một số nhu cầu thị trường quạt thông minh hiện nay:

Tiết kiệm năng lượng: Nhu cầu tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường ngày càng được quan tâm Quạt thông minh có thể được điều chỉnh và lập lịch hoạt động thông qua ứng dụng di động, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm lượng điện tiêu thụ.Điều khiển từ xa: Khả năng điều khiển từ xa thông qua điện thoại di động hoặc các thiết bị kết nối mạng khác là một yếu tố quan trọng Người dùng có thể điều chỉnh tốc độ gió, chế độ hoạt động và lịch trình thông qua ứng dụng di động từ xa mà không cần phải tiếp cận trực tiếp với quạt.Tích hợp công nghệ thông minh: Nhu cầu tích hợp công nghệ thông minh trong quạt ngày càng cao Một số tính năng thông minh bao gồm điều khiển bằng giọng nói, tích hợp trí tuệ nhân tạo để phân tích và đáp ứng tự động theo điều kiện thời tiết và môi trường xung quanh.Độ ồn thấp: Một yếu tố quan trọng khác mà người dùng quan tâm đến là độ ồn Quạt thông minh được thiết kế để hoạt động êm dịu, không gây tiếng ồn lớn, đảm bảo sự thoải mái và yên tĩnh trong không gian sử dụng.Thiết kế hiện đại và thẩm mỹ: Người dùng cũng quan tâm đến thiết kế của quạt thông minh để phù hợp với nội thất và tạo điểm nhấn thẩm mỹ Các công ty sản xuất quạt thông minh đang cung cấp nhiều loại quạt với thiết kế đa dạng, từ quạt treo tường, quạt trần đến quạt để bàn, để đáp ứng nhu cầu của các không gian khác nhau.Tổng quan, nhu cầu thị trường quạt thông minh đang tăng lên do sự tiện lợi, hiệu quả và tính năng thông minh mà các sản phẩm này mang lại Các công ty đang đưa ra các sản phẩm và tính năng mới để đáp ứng nhu cầu của người dùng và khám phá tiềm năng phát triển trong lĩnh vực này

Trang 7

6

1.1.2.Một số sản phẩm trên thị trường

a, Quạt sạc điện kangaroo KG739

Hình 1 1 Quạt sạc điện kangaroo KG739

Mô tả ngắn:

- Sử dụng liên tục đến 8 tiếng - 3 mức lựa chọn chiều cao quạt - Pin chất lượng cao, dung lượng lớn - 2 chế độ quạt thường – quạt sạc - Hẹn giờ tự động Điều khiển từ xa - Tích hợp 4 đèn LED siêu sáng - Tự động ngắt sạc khi đầy

Trang 8

7 b, Quạt thông minh Dreamer DHA-SSF136B

Hình 1 2 Quạt thông minh Dreamer DHA-SSF136B

Mô tả ngắn:

- Thiết kế sang trọng, thanh lịch

- Điều khiển bằng giọng nói không qua ứng dụng - 4 chế độ gió và 18 tốc độ gió

- Động cơ DC inventer siêu tiết kiệm

- Thời gian hẹn giờ tối đa 15 tiếng, làm mát diện rộng

1.2 Khảo sát thị trường

Thực hiện khảo sát bằng cách gửi google form, chúng em đã thu thập thông tin từ 1000 hộ gia đình về mong muốn sử dụng quạt điện thông minh Dưới đây là phân tích kết quả:

Trang 9

8 Câu 1: Bạn đã từng sử dụng hoặc sở hữu một quạt điện thông minh trước đây không?

Câu 2: Nếu câu trả lời của bạn ở câu hỏi trên là "Có", loại quạt điện thông minh bạn đã sử dụng hoặc sở hữu là?

Câu 3: Mục đích sử dụng quạt điện thông minh?

Tiết kiệm năng lượng

Điều chỉnh tốc độ và chế độ hoạt động từ xaTích hợp với hệ thống nhà thông minh hiện cóTheo dõi và kiểm soát thông qua ứng dụng điện thoạiĐiều chỉnh nhiệt độ phù hợp với môi trườngKhác

Trang 10

9 Câu 4: Tính năng quan trọng khi chọn mua quạt điện thông minh?

Câu 5: Mức giá của một chiếc quạt thông minh mà bạn mong muốn?

1.3.Hình thành ý tưởng

Chiếc quạt thông minh sẽ được trang bị một hệ thống tích điện tích hợp, cho phép nạp lại pin bên trong quạt thông qua nguồn điện từ mạng lưới hoặc từ các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời Điều này giúp tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn điện truyền thống

Công suất và hiệu suất

Khả năng tùy chỉnh tốc độ và chế độ hoạt độngĐộ ồn thấp

19

Trang 11

10 Đặc biệt, quạt sẽ có khả năng tạo độ ẩm trong không gian Một hệ thống tạo ẩm tích hợp sẽ tạo ra một lượng hơi nước sạch và phun vào không khí, giúp giảm đau họng và khô da trong môi trường khô hanh Người dùng có thể điều chỉnh mức độ độ ẩm thông qua ứng dụng điều khiển trên điện thoại di động

Ngoài ra, quạt sẽ có tính năng tạo ion âm, giúp làm sạch không khí xung quanh bằng cách tiết lọc và loại bỏ các hạt bụi và vi khuẩn có hại Các ion âm tạo ra sẽ giúp tạo ra không khí trong lành và tươi mát

Để tăng tính tiện ích và tiện lợi, quạt sẽ được trang bị kết nối Bluetooth và có thể điều khiển bằng điện thoại di động Người dùng có thể tải xuống ứng dụng đặc biệt cho quạt và điều khiển các chức năng như tốc độ quạt, cài đặt độ ẩm, tạo ion âm và thời gian hoạt động Điều này cho phép người dùng điều chỉnh và kiểm soát quạt một cách dễ dàng và linh hoạt từ xa

1.4 Thiết lập danh sách yêu cầu

Trước khi bắt đầu phát triển sản phẩm , cần phải làm rõ nhiệm vụ thiết kế một cách chi tiết Việc phân tích nhiệm vụ thiết kế trải qua các bước cơ bản sau:

Thanh đổi

D

Chịu trách nhiệm

D D D D D

Kích thước:

Kích thước bên ngoài:

- Chiều cao tổng thể: 100- 110 (cm) - Đường kính lồng quạt: 40- 45 (cm) - Đường kính chân đế quạt 40- 50 (cm) - Đường kính cánh quạt: 30-40(cm) Kích thước làm việc:

- Không gian chiếm dụng: 0,12 – 0.19 m2

Trang 12

+ Trọng lượng tổng thể: 3- 4 kg + Khối lượng khung quạt 0,8-

1kg

- Khung quạt chắc chắn chịu được va đập tương đối

D D

- Pin: 12V

- Điện lượng của Pin: ~9000 mAh - Số lượng: 4- 6 cell

- Cách mắc: song song - Điện áp đầu ra: 12V

Trang 13

12 D

D D

Vật Liệu:

- Thân quạt: Kim loại - Cánh quạt: Nhựa cao cấp - Lồng quạt: Nhựa cao cấp

Thiết bị điện:

- Bộ biến đổi điện- cơ:

+ Motor: Động cơ DC công suất nhỏ

- Bảo vệ động cơ và các thiết bị điện: + Chống ngắn mạch động cơ + Ngắt điện khi động cơ quá tải - Thiết bị đèn báo:

+ Đèn báo trạng thái hoạt động của quạt

+ Đèn báo dung lượng Pin + Đèn báo chế độ quạt - Kiểm soát quá tải:

+ Ngắt khi động cơ quá tải + Hiện thị tín hiệu cảnh báo và

thông báo về điện thoại - Mạch điều khiển

- Bộ tạo ion âm - Bộ tạo hơi nước

Trang 14

13

thoại - Đầu ra:

+ Đèn báo hiện thị chế độ và dung lượng Pin

+ Đèn cảnh báo

+ Hiện thị trên điện thoại

D D W D

Thiết bị an toàn:

- Có hệ thống dừng khẩn cấp - Có hướng dẫn sử dụng an toàn

- Sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường

- Có hệ thống bảo vệ quá dòng quá áp

D W D D

Vận hành:

- Có sách hướng dẫn vận hành và lắp ráp quạt điện thông minh

- Hộp đựng tiện lợi khi dịch chuyển - Có chế độ tự điuề chỉnh tốc độ gió

thông qua cảm biến độ ẩm và nhiệt độ - Tích hợp điều khiển qua các phần

mềm, phân tích điều khiển thông minh

W W W

Lắp ráp:

- Dễ dàng thay thế, lắp đặt các thành phần vào mạch

- Dễ dàng lắp ráp, sửa chữa thay thế các bộ phận của quạt

- Kết nối các bộ phận cơ khí, điện chắc chắn, an toàn cho người sử dụng

Trang 15

14 W

W W

Kiểm soát chất lượng:

- Kiểm tra, đo lường các thiết bị trước và sau khi lắp ráp

- Độ bền 5-10 năm

D D

Bảo trì:

- Thời gian bảo dưỡng khoảng 1- 2 năm/ 1 lần

- Thời gian bảo hành 2 năm

Bảng 1 1 Danh sách yêu cầu

Trang 17

+ Đèn báo trạng thái hoạt động của quạt + Đèn báo dung lượng Pin

+ Đèn báo chế độ quạt - Kiểm soát quá tải:

+ Ngắt mạch khi quá tải

+ Hiện thị tín hiệu cảnh báo và thông báo về điện thoại - Mạch điều khiển

- Sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường - Có hệ thống bảo vệ quá dòng, quá áp

Trang 18

❖ Bảo trì bảo dưỡng

- Thời gian bảo dưỡng khoảng 1-2 năm/1 lần - Thời gian bảo hành 2 năm

Giai đoạn 2: Chuyển đổi dữ liệu định lượng thành định tính và giảm chúng thành các tuyên bố thiết yếu

Trang 19

18 - Pin:

+ Đèn báo trạng thái hoạt động của quạt + Đèn báo dung lượng Pin

+ Đèn báo chế độ quạt - Kiểm soát quá tải:

+ Ngắt mạch khi quá tải

+ Hiện thị tín hiệu cảnh báo và thông báo về điện thoại - Mạch điều khiển

Trang 20

19 - Đầu ra:

+ Đèn báo hiện thị chế độ và dung lượng Pin + Đèn cảnh báo

+ Hiện thị trên điện thoại

❖ Thiết bị an toàn

- Sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường - Có hệ thống bảo vệ quá dòng, quá áp

- Thời gian hoạt động liên tục lớn

- Thời gian bảo dưỡng dài

Giai đoạn 3: Trong mức độ nhất định, khái quát lại kết quả bước trước

❖ Kích thước:

- Kích thước khung máy

- Kích thước khung quạt ❖ Vật liệu:

- Vật liệu chắc chắn.

Trang 21

- Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm

❖ Tín hiệu

- Đầu vào:

+ Đơn vị nhập liệu + Bộ nhớ

+ Cảm biến - Đầu ra:

+ Thành phần hiện thị

+ Tín hiệu hoạt động của quạt

❖ Thiết bị an toàn

- Sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường

Trang 22

21

❖ Kiểm soát chất lượng:

- Tuổi thọ

- Thời gian hoạt động liên tục

- Thời gian bảo dưỡng - Thời gian bảo hành

2.2 Thiết lập cấu trúc chức năng 2.2.1 Chức năng tổng thể

Hình 2 1 Khối chuyển đổi của động cơ

Chú thích:

Trang 23

22

Hình 2 2 Sơ đồ cấu trúc chức năng của Quạt thông minh

2.2.2.Chức năng con

- Chức năng lưu trữ điện

Hình 2 3 Chức năng con: Lưu trữ điện

Trang 24

23 - Chức năng chuyển đổi điện-cơ

Hình 2 4 Chức năng con: Chuyển đổi điện- cơ

- Chức năng điều chỉnh tốc độ

Hình 2 5 Chức năng con: Điều chỉnh tốc độ

- Chức năng quay xung quanh

Hình 2 6 Chức năng con: Quay xung quanh

Trang 25

24 - Chức năng điều khiển từ xa

Hình 2 7 Chức năng điều khiển từ xa

- Chức năng điều khiển bằng nút nhấn

Hình 2 8 Chức năng con điều khiển bằng nút nhấn

- Chức năng xử lý tín hiệu điều khiển

Hình 2 9 Chức năng con: Xử lý tín hiệu điều khiển

- Chức năng bảo vệ hệ thống

Hình 2 10 Chức năng con: Bảo vệ hệ thống

Trang 26

25 - Chức năng tạo ion âm

Hình 2 11 Chức năng con: Tạo Ion âm

Trang 27

26 - Chức năng đo nhiệt độ

Hình 2 14 Chức năng con: Đo nhiệt độ

- Chức năng hẹn giờ

Hình 2 15 Chức năng con: Chức năng hẹn giờ

- Chức năng chứa nước

Hình 2 16 Chức năng con: Chứa nước

Trang 28

27 - Chức năng hiện thị trạng thái trên quạt bằng đèn led

Hình 2 17 Chức năng con: Hiện thị trạng thái trên quạt

- Chức năng hiển thị trạng thái của quạt trên điện thoại

Hình 2 18 Chức năng con: Hiện thị trạng thái trên điện thoại

2.3.Nguyên lý làm việc 2.3.1.Giải pháp

điện

Pin 18650 Li-ion

Pin Polyme

Trang 29

28 2 Chuyển đổi điện - cơ Động cơ điện

Động cơ DC chổi than

3

Điều chỉnh tốc

độ

Điều chỉnh tốc

độ

Bằng cách tăng giảm áp

Bằng cách tăng giảm điện trở

Sử dụng Duty cycle

Đo tốc độ Thiết bị dò

Cảm biến hồng ngoại

Điều khiển bằng điện

thoại

Điều khiển bằng điện thoại +

remote

Điều khiên bằng Remote

6 Điều khiển bằng nút nhấn

Nút nhấn đơn 2 chân

Nút nhấn đơn

4 chân

Nút nhấn matrix

7

Xử lý và điều khiển

Vi điều

Truyền nhận tín

hiệu

Thông qua wifi hoặc bluetooth

hệ thống

Ngắt khi quá tải

Nguyên lý cầu

Nguyên lý tụ bảo vệ Ngắt