Các công cụ mô phỏng ANSYS cho nhà thông minh

Khái niệm "nhà tự động và nhà thông minh" được giới thiệu lần đầu tiên cách đây hơn 80 năm nhưng kỹ thuật công nghệ lúc bấy giờ còn khá nhiều hạn chế.

Giờ đây, các nhà cung cấp dịch vụ và các công ty sản xuất thiết bị gia đình đã đưa ra nhiều sáng kiến giúp nhà thông minh trở thành hiện thực. Người dùng có thể quản lý và giám sát từ xa các thiết bị gia đình từ bất cứ đâu qua điện thoại thông minh hoặc qua web.

Với sự phát triển không ngừng của internet băng thông rộng và công nghệ không dây, nhà thông minh đã trở thành hiện thực, đó là nơi mà tất cả các thiết bị được tích hợp và kết nối với nhau qua mạng không dây.

Nhà thông minh là công cụ để người sử dụng góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng. IoT chính là chìa khóa giúp kết nối các thiết bị và hoạt động như một cảm biến không dây giúp sưởi ấm, làm mát hay quản lý các tiện ích trong nhà với mục tiêu tiết kiệm năng lượng, nâng cao trải nghiệm sống trong nhà thông minh.

Ứng dụng các công cụ mô phỏng trong nhà thông minh

Gần đây, người ta đã sử dụng phần mềm ANSYS để chứng minh các nghiên cứu về việc giảm năng lượng tiêu thụ cho chiếu sáng, làm mát, sưởi ấm trong mô hình nhà thông minh.

Nghiên cứu cách tích hợp các công nghệ thông minh như truyền thông tin từ đồng hồ thông minh (smartwatch) đến hệ thống điều khiển nhà thông minh, được minh họa trong Hình 2.

Camera/cảm biến chuyển động trở thành một phần của hệ thống an ninh gia đình, cùng với hệ thống đèn và hệ thống điều khiển nhiệt, thông gió và điều hòa không khí trong nhà (HVAC), điều khiển bật/tắt đèn và bật/tắt hệ thống sưởi ấm/làm mát khi có người ra vào phòng.

ANSYS HFSS

 Sự nhiễu RF giữa các anten được tích hợp trên các thiết bị thông minh trong nhà được nghiên cứu bằng phần mềm ANSYS HFSS. Các thiết bị thông minh sử dụng ba dải tần số chính (900 MHz, 2,45 GHz, 5,8 GHz), trong đó, cảm biến chuyển động và camera giám sát (5,8 GHz), bóng đèn LED (2,45 GHz), và hệ thống điều khiển HVAC (900 MHz). Hình 3 cho thấy các mô hình ăng ten khác nhau có hệ số phản xạ khác nhau.

Ăng ten của bộ điều khiển năng lượng được thiết kế để bao gồm cả ba dải tần số như hình 4.

ANSYS EMI

ElectroMagnetic Interference (EMI) - là nhiễu điện từ hay giao thoa điện từ, là nhiễu do nguồn bên ngoài tạo ra ảnh hưởng đến mạch điện bởi cảm ứng điện từ, ghép tĩnh điện hoặc dẫn điện. Sự nhiễu loạn có thể làm giảm hiệu suất của mạch hoặc thậm chí làm nó ngừng hoạt động. Trong trường hợp đường dẫn dữ liệu, những tác động này có thể từ tăng tỷ lệ lỗi đến mất toàn bộ dữ liệu.

T

Sau khi sử dụng ANSYS HFSS mô phỏng hiệu suất ăng ten, ANSYS EMI

ElectroMagnetic Interference (EMI) - là nhiễu điện từ hay giao thoa điện từ, là nhiễu do nguồn bên ngoài tạo ra ảnh hưởng đến mạch điện bởi cảm ứng điện từ, ghép tĩnh điện hoặc dẫn điện. Sự nhiễu loạn có thể làm giảm hiệu suất của mạch hoặc thậm chí làm nó ngừng hoạt động. Trong trường hợp đường dẫn dữ liệu, những tác động này có thể từ tăng tỷ lệ lỗi đến mất toàn bộ dữ liệu.

T được sử dụng để mô phỏng hiệu suất các cảm biến trong Smart Home. ANSYS EMI

ElectroMagnetic Interference (EMI) - là nhiễu điện từ hay giao thoa điện từ, là nhiễu do nguồn bên ngoài tạo ra ảnh hưởng đến mạch điện bởi cảm ứng điện từ, ghép tĩnh điện hoặc dẫn điện. Sự nhiễu loạn có thể làm giảm hiệu suất của mạch hoặc thậm chí làm nó ngừng hoạt động. Trong trường hợp đường dẫn dữ liệu, những tác động này có thể từ tăng tỷ lệ lỗi đến mất toàn bộ dữ liệu.

T cung cấp các thư viện và các mô hình hành vi được tích hợp sẵn cho các cảm biến được sử dụng trong Smart Home.

Các kết quả được tóm tắt trong Bảng I.

BẢNG 1. Tóm tắt liên kết giữa các cảm biến và bộ điều khiển chủ (HCU)

RF Link	Link Margin (10dB Goal)
Actuator ↔ HCU	14.6 dB
Light Bulb ↔ HCU	2.2 dB
Motion Sensor ↔ HCU	40 dB

ANSYS EMI

ElectroMagnetic Interference (EMI) - là nhiễu điện từ hay giao thoa điện từ, là nhiễu do nguồn bên ngoài tạo ra ảnh hưởng đến mạch điện bởi cảm ứng điện từ, ghép tĩnh điện hoặc dẫn điện. Sự nhiễu loạn có thể làm giảm hiệu suất của mạch hoặc thậm chí làm nó ngừng hoạt động. Trong trường hợp đường dẫn dữ liệu, những tác động này có thể từ tăng tỷ lệ lỗi đến mất toàn bộ dữ liệu.

T cũng được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của các tần số cao khác trong nhà. Ví dụ như đánh giá tác động của một hệ thống loa không dây như Hình 5. Kết quả thu được chỉ ra rằng hệ thống loa sẽ gây nhiễu nghiêm trọng đến liên kết bóng đèn - HCU (hình vuông màu đỏ) trong Hình 5b nhưng sẽ không gây ra vấn đề với các liên kết khác (ô màu xanh).

ANSYS Icepak

Đèn LED thông minh được tích hợp ăng-ten, giúp quản lý năng lượng hiệu quả thông qua giao tiếp không dây với các thiết bị IoT. Vấn đề là phải nghiên cứu hiệu suất của đèn LED trong các điều kiện hoạt động khác nhau. Ở nhiệt độ cao hơn, tần số hoạt động của ăng ten sẽ thay đổi do thay đổi hằng số điện môi của chất nền PCB cũng như điện trở suất của các bộ phận kim loại khác.

ANSYS Icepak được sử dụng để phân tích nhiệt cho đèn LED trong nhà bếp. Kết quả phân tích nhiệt được sử dụng để đánh giá lại các tính chất vật liệu của vật liệu điện môi và phân tích điện từ, từ đó xác định ảnh hưởng đến tần số hoạt động của ăng ten.

Nhiệt độ tối đa của đèn LED trong mô phỏng này được thể hiện trong Hình 6. Ngoài ra, các phân tích biến dạng và ứng suất nhiệt khác được thực hiện bằng ANSYS Mechanical.

ANSYS FLUENT

Một mô hình ảo của dòng khí và phân phối nhiệt trong khu vực nhà bếp bằng hệ thống làm mát được mô phỏng bởi ANSYS FLUENT.

Mô hình CFD

Computational Fluid Dynamics (CFD) - Tính toán động lực học chất lưu (chất lỏng, chất khí), là một nhánh của cơ học chất lưu sử dụng phân tích số và cấu trúc dữ liệu để phân tích và giải quyết các vấn đề liên quan đến dòng chất lưu.

Ansys Fluent và Ansys CFX là hai trong số các phần mềm mô phỏng CFD hàng đầu thế giới của hãng Ansys.

trong Hình 7 cho biết chi tiết lưu lượng và nhiệt độ phân bố trong các ống dẫn và bếp sau khi mở van thông gió.

Kết quả cho thấy không khí lạnh từ hệ thống HVAC được tỏa ra khắp phòng bếp. Điều này làm giảm nhiệt độ phòng bếp xuống ngưỡng nhiệt độ mong muốn. Mô hình CFD

Computational Fluid Dynamics (CFD) - Tính toán động lực học chất lưu (chất lỏng, chất khí), là một nhánh của cơ học chất lưu sử dụng phân tích số và cấu trúc dữ liệu để phân tích và giải quyết các vấn đề liên quan đến dòng chất lưu.

Ansys Fluent và Ansys CFX là hai trong số các phần mềm mô phỏng CFD hàng đầu thế giới của hãng Ansys.

trên cung cấp cái nhìn cơ bản về thời gian làm mát phòng bếp và kiểm chứng việc kiểm soát năng lượng của hệ thống nhà thông minh.

Bài viết liên quan:

• Phát triển các sản phẩm công nghệ cao kết hợp với Internet of Things

Nguồn: ANSYS Blog

Làm ơn ghi rõ "Nguồn Advantech, Jsc." hoặc "Theo www.advantech.vn" nếu bạn muốn phổ biến thông tin này