Báo cáo: Mạch LED tự động chạy bằng năng lượng mặt trời

Sử dụng năng lượng mặt trời giúp ta tiết kiệm điện, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, và hơn hết năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng hoàn toàn miễn phí.. Bởi vậy, chúng em quyết địn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

*****  *****

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Mạch LED tự động chạy bằng năng

lượng mặt trời

Giáo viên : Hoàng Quang Huy

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Minh Thuận – 20172843

Nguyễn Thị Kim Oanh – 20172743

Mã lớp : 109158

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1 Lý do chọn đề tài

Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng sạch, xanh Sử dụng năng lượng mặt trời giúp ta tiết kiệm điện, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, và hơn hết năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng hoàn toàn miễn phí Bởi vậy, chúng

em quyết định chọn làm một mạch sản phẩm nào đó mà nguồn sử dụng lấy từ năng lượng mặt trời

Chúng em nghĩ đến “Mạch LED tự động chạy bằng năng lượng mặt trời”

Bởi đây là một khá đơn giản, linh kiện giá rẻ dễ kiếm, dễ dàng thay đổi sửa chữa nếu có hỏng hóc, mạch có thiết kế lắp ráp đơn giản, sử dụng linh hoạt

2 Mục đích

Tạo ra một mạch đơn giản sử dụng năng lượng mặt trời để thắp sáng LED Đèn LED sẽ sáng vào ban đêm Ban ngày LED tắt và mạch sẽ tự động sạc năng lượng

3 Ứng dụng

Sử dụng mạch LED trên làm đèn ngủ, đèn vườn,… Đối tượng hướng đến là các hộ gia đình muốn giảm thiểu điện năng, sử dụng năng lượng sạch, nhất là đối với các gia đình ở vùng sâu vùng xa, điều kiện tiếp xúc với điện kém

4 Thông số kĩ thuật

o Điện áp đầu vào từ Pin năng lượng mặt trời: 3.5V ~ 5V

o Pin sạc 3.7V Lithium PL503450 (Nhiệt độ hoạt động: 0℃~ 45℃; Tuổi thọ: 5 – 10 năm)

o Dòng sạc: Lớn nhất 1200mA

o Điện áp đầu ra cho LED: 3V / 0.04A, LED sáng tốt

o Kích thước pin mặt trời: 132 x 63 x 3mm

o Kích thước bảng mạch: 7 x 9 cm

o Tổng chi phí: 100.000 VNĐ

Khối xử lý Khối LED Khối nguồn

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG

1 Sơ đồ khối

Dưới đây là sơ đồ khối của mạch LED tự động chạy bằng năng lượng mặt

trời (Hình 1):

Hình 1: Sơ đồ khối

2 Sơ đồ nguyên lý từng khối

2.1 Khối nguồn

Nguồn cấp cho toàn bộ hệ thống là loại nguồn có điện áp dao động trong

khoảng là 3 – 5V, được lấy từ năng lượng mặt trời nên khối nguồn sử dụng những

linh kiện sau:

Tấm pin mặt trời dùng để hấp thu, chuyển đổi ánh sáng thành nguồn DC

Sử dụng điốt chỉnh lưu nguồn vào, đảm bảo dòng điện đi theo một chiều duy

nhất, ngăn không cho dòng từ pin sạc chạy ngược lại làm hư tấm pin mặt trời

Pin sạc sử dụng để tích tụ điện Vì nguồn vào của pin mặt trời là 5V nên ta

chọn pin sạc có điện áp ngưỡng < 5V

2.2 Khối xử lý

Nhiệm vụ của khối xử lý là điều khiển bật tắt LED tự động, chúng ta có nhiều linh kiện có thể hoàn thành nhiệm vụ này như rơ le điều khiển, cảm biến ánh sáng,

… Ở đây chúng em lựa chọn quang trở kết hợp transistor BJT bởi đây là những linh kiện có giá thành rẻ, dễ kiếm, dễ thay thế

Sử dụng 2 transistor NPN E chung có vai trò khuếch đại điện áp một chiều, đóng vai trò như một rơle điều khiển chuyển mạch, giúp kiểm soát nguồn điện cho phần khác trong mạch điện, được sử dụng để đóng ngắt

Hình 2: Cấu tạo transistor NPN

Một dòng điện nhỏ chạy qua một phần của một bóng bán dẫn có thể làm cho một dòng điện lớn hơn nhiều (dòng điện thứ 2) chạy qua một phần (chân) khác của transistor Nói cách khác, sử dụng bóng bán dẫn làm công tắc nghĩa là: dùng một dòng điện nhỏ để kích thông một dòng điện lớn (hai dòng điện khác nhau)

Đầu vào điều khiển tại chân Base và đầu ra ở Collector Chân Emitter giữ ở một điện áp không đổi GND

Sử dụng quang trở mắc phía trước chân B của transistor có tác dụng cảm biến ánh sáng Nếu đặt ở môi trường có ít ánh sáng, có bóng râm hoặc tối thì điện trở của quang trở sẽ tăng cao còn nếu đặt ở ngoài nắng, hoặc nơi có ánh sáng thì điện

6

trở sẽ giảm Trước quang trở, ta mắc thêm điện trở R2 để bảo vệ transistor Q1, tránh trường hợp quang trở giảm đột ngột gây cháy bóng bán dẫn

Để bảo vệ transistor Q2, chúng ta mắc thêm điện trở R1, một đầu điện trở nối vào nguồn dương, đầu kia nối với chân B của transistor Giá trị của điện trở đó là: Lấy nguồn vào 5V, ILED = 40mA, hệ số khuếch đại lấy bằng 100:

Chọn điện trở mang giá trị 1k Ohm

Điện trở R3 giúp điều chỉnh độ nhạy của mạch, ta có thể dùng biến trở để điều chỉnh, ở đây chúng em sử dụng điện trở 4,7k sau khi đo đạc

2.3 Khối LED

Sử dụng 2 bóng đèn LED sử dụng để phát sáng Vì nguồn sạc từ pin là từ 3V đến 5V, ta có thể bỏ qua trở

3 Sơ đồ nguyên lý

Dựa vào sơ đồ khối, chúng em thiết kế sơ đồ nguyên lý như hình 3:

Hình 3: Sơ đồ nguyên lý

Vào ban ngày, khi có ánh sáng trở trên LDR giảm xuống nên có dòng chạy qua, transistor Q1 dẫn, Q2 không dẫn và đèn LED tắt Đồng thời lúc này, dòng năng lượng mặt trời sẽ sạc cho pin B1

Ban đêm, không có ánh sáng, trở trên LDR tăng lên ngăn dòng chạy qua, transistor Q1 không dẫn, Q2 dẫn, đèn LED sẽ sáng

8

4 Sơ đồ lắp ráp

Vì đây là một mạch đơn giản nên chúng em sử dụng bảng mạch lỗ PCB kích thước 7 x 9cm để đấu nối linh kiện và đi dây, mạch được mắc như sơ đồ lắp ráp sau:

Hình 4: Sơ đồ lắp ráp linh kiện và đi dây trên bảng mạch lỗ PCB

5 Lựa chọn linh kiện:

Dưới đây là bảng các danh sách các linh kiện được sử dụng trong mạch (bảng 1)

Tên SL Thông số Giá tiền

Pin mặt trời 1 5V, 0.5W 35.000 VNĐ

Điốt 1N4007 1 1000V, 1A 250 VNĐ

Điện trở 1 330 Ohm 100 VNĐ

Điện trở 1 4,7k Ohm 100 VNĐ

Điện trở 1 1k Ohm 100 VNĐ

Transistor 2N2222 2 40V, 800mA 1.000 VNĐ

Pin Lithium PL503450 1 3.7V 1200mA 50.000 VNĐ

Quang trở cảm biến ánh

sáng

1 Kháng ánh sáng

(10Lux): 10 ~ 20 (KΩ);

kháng Dark: 2 (MΩ)

1.000 VNĐ

LED trắng 2 3V, 0.04A 600 VNĐ

Bảng 1: Danh sách các linh kiện

6 Hoàn thiện và kiểm tra mạch:

Dưới đây là hình ảnh mạch thực tế sau khi hoàn thiện:

Hình 4: Mạch hoàn thiện

Tiến hành đo đạc kiểm tra, sau khi hoàn thành và chạy thử, mạch hoạt động

ổn định, không xảy ra hiện tượng cháy, hỏng linh kiện, LED đã sáng

Mạch hoàn toàn đơn giản, dễ làm, dễ sử dụng, giá thành rẻ với các linh kiện

dễ tìm mua và thay thế

Mạch đã ứng dụng được những kiến thức đã được học trên trường lớp vào thực tế giúp nâng cao đời sống

10

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN

1 Ưu và nhược điểm của đề tài

Ưu điểm của đề tài là mạch nhỏ gọn, có thể đặt ở cách vị trí khác nhau tùy theo mong muốn của người sử dụng Đèn led phát ra ánh sáng chuẩn và chi phí vận hành thấp

Tuy nhiên bên cạnh đó còn có nhược điểm như là mức sáng của đèn led phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời và năng lượng mặt trời phụ thuộc vào điều kiện khí hậu

2 Hướng phát triển

Ứng dụng lớn hơn vào thực tế đời sống thì chúng ta có thể áp dụng với đèn đường sử dụng năng lượng mặt trời

Hiện nay ứng dụng hệ thống đèn đường đang phát triển mạnh trên toàn thế giới trong đó có Việt Nam Đây được chứng minh là phương tiện rẻ tiền được thắp sáng trên các con đường

3 Lời kết

Qua đề tài “Mạch LED tự động chạy bằng năng lượng mặt trời”, chúng em đã học hỏi thêm được nhiều kiến thức về điện tử, tiếp thu tốt môn học dưới sự giúp

đỡ của cô giáo cùng các bạn, tích luỹ được rất nhiều kiến thức bổ ích như kỹ năng sáng tạo ý tưởng, lên kế hoạch, thực hiện kế hoạch sao cho đúng thời hạn và đảm bảo chất lượng sản phẩm, đặc biệt là kỹ năng làm việc nhóm hiệu quả, biết kết hợp điểm mạnh của những thành viên trong nhóm để hoàn thành công việc một cách tốt nhất, đồng thời cũng thành thạo hơn những kỹ năng ứng dụng kiến thức đã được học vào trong thực tế

12

Tài liệu tham khảo

1 Datasheet Transistor 2N2222

2 Datasheet Điốt 1N4007

3 Datasheet Điốt 1N4148