Hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường và tiếng ồn đang ngày càng gia tăng. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người và đời sống xã hội ở tất cả các nước trên thế giới. Một trong những nguyên nhân dẫn đến thực trạng này là nguồn nhiên liệu hóa thạch đang được sử dụng trên các phương tiện cơ giới. Do đó, việc đẩy mạnh và phát ưiển các phương tiện giao thông sử dụng nguồn năng lượng điện là giải pháp tối ưu để giảm tải vẩn đề ô nhiễm môi trường và tiếng ồn.

Sử dụng xe điện hiện nay đang là xu thế của thời đại tiêu đùng “XANH” và thông minh. Những lợi ích của xe điện đối với con người đã được minh chứng bằng thực tiễn, ở nước ta hiện nay, nhu cầu sử dụng xe đạp điện, xe máy điện của người dân ngày càng tăng cao nhờ sự xuất hiện của nhiều hãng sân xuất, với đa dạng mẫu mã, tính năng công nghệ và tiện ích ngày càng được nâng lên rõ rệt.

Tuy nhiên, với xu hướng sử dụng ngày càng cao ở nước ta trong những năm gần đây, vấn đề người sử dụng phương tiện là xe đạp điện và xe máy điện cũng có nhiều bất cập mà nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu và ghi nhận đó là:

- Thực trạng người điều khiển phương tiện là xe đạp điện và xe máy điện không đội mũ bảo hiểm khi tham gia giao thông - đặc biệt là học sinh, sinh viên.

- Thời gian nạp điện cho ắc quy dài dẫn đến sự bất tiện trong quá trình nạp.

Xuất phát từ những vẩn đề trên, nhóm nghiên cứu đã nghiên cửu và thực hiện đề tài: “Thiết bị đa năng điều khiển từ xa, định vị và giám sát học sinh khi sử dụng xe đạp điện, xe máy điện".

Sau khi nghiên cứu tim hiểu tính năng công nghệ các thiết bị, nhóm tác giả đã khai thác, thử nghiệm tùng sản phấm đế hiểu biết và làm chủ được tính năng của sản phẩm đó. Từ sự hiểu biết và các yêu cầu đặt ra, nhóm nghiên cứu đã thiết kế được sơ đồ mạch điện của thiết bị gồm có 3 cụm bộ phận chính là: Bộ điều khiển nạp và ngắt điện cho ắc quy; Bộ điều khiển trung tâm; Bộ phát tín hiệu.

I. CẤU TẠO THIẾT BỊ, NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH

1. Bộ điều khiển nạp và ngắt điện cho ắc quy, gồm:

- Bộ ắc quy: gồm 4 ắc quy 12V-15AH mắc nối tiếp = 48VDC;

- Bộ điều khiển từ xa: dùng để điều khiển tắt/mở nguồn điện và cấp nguồn cho hệ thống nạp theo thời gian (tùy chọn);

- Bộ nạp ắc quy: nạp điện cho ắc quy khi có nhu cầu;

- Cầu chì F2: dùng để bảo vệ quá dòng nạp hoặc sự cố ngắn mạch của ắc quy trong quá trình nạp điện;

- Tiếp điểm thường đóng K3 của rơle R3: đế cắt dòng điện nạp khi T° vưọt quá giới hạn cho phép (do cài đặt) và cấp tín hiệu báo động băng còi;

- Cảm biến nhiệt độ: nhận biết T° của hệ thống đặt tại (+) ắc quy.

2. Bộ điều khiển trung tâm dùng để tiếp nhận thông tin, xử lý thông tin, điều khiển thông tin, gồm có các thành phần:

- Khoá điện SW1: cấp tín hiệu cho bộ điều khiển trung tâm để nhận biết xe chuần bị chuyển động hay đang chuyển động hoặc đang dừng xe;

- Bộ điều khiển thông minh SMART-V2: có nhiệm vụ định vị xe, xác đỊnh vận tốc, nhận tín hiệu từ các thiêt bị khác đê phát tín hiệu cảnh báo và cho gửi tin nhắn thông báo đến điện thoại người quản lý (VD: không đội mũ bảo hiểm; quá Vmax; cháy nổ...)

- Bộ thu tín hiệu RF2: nhận tín hiệu từ RF1 để xác nhận người điều khiển phương tiện tham gia giao thông có đội mũ bảo hiểm hay không?

- Bộ biển đổi nguồn điện: gồm 2 bộ có nhiệm vụ chuyển đổi nguôn điện từ 48VDC sang 12VDC và 24VDC để cung cấp cho hệ thống;

- Bộ điều khiển nhiệt XH-W1209: cắt dòng điện nạp cho ắc quy khi quá nhiệt, đồng thời phát tín hiệu đến bộ SMART - V2 để điều khiển còi tín hiệu báo động và gửi tin nhắn cảnh báo nguy hiểm đến số điện thoại của người quản lý xe;

- Rơ le trung gian R1, R2, R3: Kết nối hệ thống điều khiển mạch theo yêu cầu thiết kế;

- Rơ le RT1: cấp tín hiệu cho xe hoạt động khi thiết bị gặp sự cố hoặc khi không có mũ bảo hiểm hoặc sử dụng mũ bảo hiểm khác không gắn thiết bị;

- Cầu chì Fl: Bảo vệ bộ điều khiển SMART-V2 khi gãp sự cố;

- Rơ le RV2: Ngắt tín hiệu cảnh báo

3. Bộ phát tín hiệu

Xác nhận và phát túi hiệu không dây đến bộ điều khiển trung tâm về việc người điều khiển phương tiện có đội mũ bảo hiểm hay không?

- Cảm biến điện dung CB1 nhận tín hiệu khi người điều khiển phương tiện đội mũ bảo hiểm và cấp tín hiệu cho rơle R4;

- Bộ phát tín hiệu không dây RF1 nhận tín hiệu kích hoạt từ rơle R4 để phát túi hiệu xuống RF2 của bộ điều khiển trung tâm, xác nhận đã đội mũ bảo hiểm;

- Rơ le R4 nhận tín hiệu từ cảm biển điện dung CB1 để tác động vào mạch phát tín hiệu không dây RF1;

- Pin dự phòng E = 12V tích trữ điện nãng và cấp nguồn cho thiết bị gắn trên mũ bảo hiểm

4. Ứng dụng các giải pháp mới vào phương tiện

- Giải pháp cảnh báo người điều khiển phương tiện tham gia giao thông không đội mũ băo hiểm;

- Giải pháp cảnh báo phương tiện vượt quá tốc độ cho phép (Vmax);

- Giải pháp khi mất mũ bảo hiểm hoặc quên mũ bảo hiểm hoặc khỉ thiết bị có sự cố kỹ thuật;

- Giải pháp tiện ích và chống cháy nồ cho xe khi nạp điện ắc quy;

- Giải pháp xác định vị trí của xe.

5. Các bước vận hành khi sử dụng phương tiện

5.1. Khi điều khiển phương tiện tham gia giao thông

Bước 1: Đội mũ bảo hiểm, khi đó cảm biến điện dung CB1 trên mũ sẽ nhận được tín hiệu là đã đội mũ và kích hoạt cho bộ RF1 phát sóng đến RF2. Bộ RF2 nhận được tín hiệu từ RF1 sẽ kích hoạt cho hệ thống sẵn sàng kết nối nguồn điện đế chuẩn bị cho quá trình khởi động xe.

Bước 2: Bật khoá điện (SW1) trên xe, nguồn điện được cấp cho bộ chuyển đổi 48VDC sang 12VDC, rơle RI có điện sẽ đỏng tiếp điểm thường mở để cấp điện cho rơle R2. Rơ le R2 sẽ duy trì để đảm bảo an toàn trong suốt quá trình xe hoạt động.

Trường hợp người điều khiển mở khoá điện mà không đội mũ hoặc đang điều khiển phương tiện mà bỏ mũ ra; lúc này thiết bị sẽ tự động cảnh báo bằng còi, đồng thời gửi tin nhắn về cho người quản lý xe biết người điều khiển phương tiện đang không đảm bảo an toàn trong tham gia giao thông. Tính năng này cũng được tích hợp để cảnh báo việc người sử dụng quên không tắt khóa điện khi xuống xe.

Bước 3: Khi dừng xe, người điều khiển tắt khoá điện trước, sau đó tháo mũ bảo hiểm để vào trong cốp xe hoặc nơi quy định.

5.2. Khi nạp điện cho ắc quy

Bước 1: Cắm bộ sạc vào nguồn điện thông qua bộ điều khiển hẹn giờ.

Bước 2: Kích hoạt chế độ hẹn giờ theo nhu cầu cần nạp với các phím đã cài đặt thời gian theo nhu cầu từ trước (tối đa = 8 giờ). Khi hết thời gian thiết bị tự động tắt nguồn điện nạp.

Trong quá trình nạp điện nếu hệ thống ắc quy xảy ra sự cố quá nhiệt (cài đặt T° theo nhu cầu). Lúc này thiết bị kiểm soát nhiệt độ XH-W1209 sẽ tác động để cắt nguồn nạp, đồng thời báo động tại chỗ bằng Còi và liên tục gửi tin nhắn về cho người quản lý biết đã xảy ra sự cố mất an toàn về nhiệt theo chu kỳ.

II. TÍNH MỚI, TÍNH SÁNG TẠO CỦA SẢN PHẢM

1. Tính mởi của sản phẩm

- Học sinh bắt buộc phải đội mũ bảo hiểm mới cho xe chuyển động được;

- Khi xe đang chuyển động, nếu rơi mũ bảo hiểm hoặc chủ động bỏ mũ bảo hiểm ra, lúc này thiết bị có thời gian trễ khoảng dưới 2-3 giây sẽ phát cảnh báo bằng còi tại chỗ và gửi một tin nhắn thông báo đến người quản lý về việc người điều khiển phương tiện đang không đội mũ bảo hiểm. Nếu vẫn tiếp tục không đội mũ bảo hiểm thì cứ sau 1-2 phút quá trình cảnh báo lại tiếp tục thực hiện như trên (do cài đặt) cho đển khi người điều khiển phương tiện tham gia giao thông phải đội mũ bảo hiểm thì hệ thống mới thôi báo động và không gửi tin nhắn.

- Trong qua trình sử dụng xe nếu người điều khiển phương tiện đi quá tốc độ cho phép mà người quản lý đã cài đặt, khi đó thiết bị sẽ cảnh báo bằng còi tại chỗ và gửi tin nhắn thông báo xe đi quá tốc độ cho phép để người quản lý biết. Nếu phương tiện không giảm tốc độ thì cứ sau 1-2phút/lần hệ thống sẽ cảnh báo và gửi tin nhắn đến số điện thoại cùa người quản lý.

- Phụ huynh có thể điều khiển qua điện thoại di động để kích hoạt cho xe hoạt động khi người điều khiển mất mũ bảo hiểm hoặc hư hỏng thiết bị.

- Phụ huynh có thế giám sát được vị trí xe khi mất trộm hoặc hành trình di chuyển của xe qua điện thoại đi động khi được kích hoạt tính năng GPS.

- Thiết bị có tính ngắt nạp tự động theo thời gian hoặc dùng điều khiển, thiết bị có tính năng cảnh báo khu vực có T° cao hoặc nguy cơ cháy nổ. Thiết bị có tính năng giám sát T° của cụm ắc quy trong quá trình nạp và khi xe hoạt động. Nếu T° vượt quá 50°c (do cài đặt), khi đó thiết bị sẽ ngẳt nạp tự động và cảnh báo tại chồ bằng còi, đồng thời gửi tin nhắn đến người quản lý.

2. Tính sáng tạo

Sử dụng những thiết bị đã và đang có sẵn có trên thị trường mà ai cũng có thể mua và lắp ráp được khi đã có nền kiến thức khoa học cơ bản.

Nghiên cứu các tính năng riêng biệt của mỗi thiết bị; thiết kế mạch điện để bắt các tính năng đó phục vụ cho ý tưởng khoa học theo yêu cầu đặt ra.

Thiết bị có thể sử dụng cho nhiều loại xe từ xe chạy bằng nguồn năng lượng điện đến nhiên liệu hóa thạch chỉ cần thay đổi rất nhỏ về thiết kế sơ đồ mạch điện.

Hướng đến nhu cầu thực tể tại các trường học với các loại xe điện, tích hợp được nhiều công năng trên một thiết bị.

3. Khả năng ứng dụng của sản phẩm

Sản phẩm ứng dụng được cho tất cả các loại xe đạp điện, xe máy điện đã và đang sử dụng trong đời sống xã hội. Có thể ứng dụng trong dạy học kỹ thuật công nghệ hoặc giáo dục nghề nghiệp.

Sản phấm có thê ứng dụng đế lắp ráp cho các loại xe gắn máy và mô tô sử dụng nhiên liệu hóa thạch khi thay đổi thiết kế một số mạch điểu khiển phù hợp.

Bộ ngắt nạp tự động theo cài đặt có thể ứng dụng để nạp điện cho các vật dụng khác như: máy tính, điện thoại...

Xác định được vị trí của phương tiện trong mọi lúc, mọi nơi.

4. Hiệu quả về mặt kinh tế

Tổng chi phí mua đon chiếc các thiết bị phục vụ cho công tác nghiên cứu, tính toán, thiết kể chế tạo sản phẩm tính đến khi hoàn thiện (kể cà bị hỏng) là: 2.526.000 VNĐ (Hai triệu năm trăm hai mươi sáu ngàn đồng).

Nếu sản phẩm được ứng dụng vào thực tiễn, với công nghệ sản xuất theo dây chuyền hiện đại đề thiết kế thành các bo mạch công nghiệp nhỏ gọn, được áp dụng với quy mô lớn, sản lượng hàng hóa nhiều, khi đó giá thành sản phẩm sẽ được tối ưu. Theo tính toán dự kiến của Nhóm Tác giả thỉ giá thành cho một đơn vị sản phẩm khi đó sẽ dao động trong khoảng từ 500.000^đ đến 600.000^đ (Năm trăm đến sáu trăm ngàn đồng).

Tạo động lực thúc đẩy nghiên cứu khoa học kết hợp sản xuất tạo giá trị kinh tế bền vững cho các doanh nghiệp và đất nước.

Khi sản phẩm được đánh giá và sản xuất với quy mô lớn sẽ mang lại thu nhập cao doanh nghiệp nhờ tạo ra các sản phẩm công nghệ có giá trị cho xã hội.

5. Hiệu quả về mặt xã hội

Việc bắt buộc người điều khiển xe đạp điện và xe máy điện khi tham gia giao thông phải đội mũ bảo hiểm đúng quy định sẽ dần hình thành thói quen và ý thức tự giác. Đặc biệt là đối tượng học sinh, sinh viên hiện nay.

Thiết bị được áp dụng sẽ giảm thiểu các sự cố cháy nổ, góp phần không nhỏ vào lĩnh vực an sinh xã hội và phát triển đất nước. Bên cạnh đó các sản phẩm khoa học được áp dụng sẽ tạo động lực cho quá trình nghiên cứu tìm hiếu và sáng tạo khoa học trong toàn xã hội, nó góp phần to lớn vào công cuộc phát triển của đất nước.

Tạo công ăn việc làm cho một bộ phận không nhỏ người lao động và cơ hội khởi nghiệp cho doanh nghiệp địa phương trên cơ sở hình thành các thị trường sản phẩm có giá trị gia tăng mới.

Tiến Lợi