Đồ án 2 thiet ke xe chay bang nang luong mat troi

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tìm hiểu điện năng lượng mặt trời 1.2 Ưu và nhược điểm của xe chạy bằng năng lượng mặt trời 1.3 Các công nghệ khai thác năng lượng m

NHIỆM VỤ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

1 Đề tài thiết kế:

Thiết kế xe chạy bằng năng lượng mặt trời

2 Các số liệu ban đầu:

Cấu tạo của xe bao gồm:

3 Nội dung phần thuyết trình :

4 Ngày giao nhiệm vụ thiết kế : 03-03-2022

5 Ngày nộp thiết kế : 20-04-2022

Cán bộ hướng dẫn

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Tìm hiểu điện năng lượng mặt trời

1.2 Ưu và nhược điểm của xe chạy bằng năng lượng mặt trời

1.3 Các công nghệ khai thác năng lượng mặt trời

CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA XE CHẠY BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

3.4 Phần mềm điều khiển qua Bluetooth trên điện thoại

3.5 Code Ardruino NANO

3.6 Hình ảnh thực tế của xe

LỜI CẢM ƠN

LỜI MỞ ĐẦU

Những năm gần đây , chúng ta đã chứng kiến tốc độ phổ biến vượt bậc của những nguồn năng lượng mới , điển hình như năng lượng mặt trời Công nghệ chuyển hóa trực tiếp quang phổ thành điện năng rõ ràng là một trong những nguồn cung cấp nhiên liệu “xanh” được ưa chuộng nhất trong đời sống hằng ngày , các lĩnh vực khoa học kĩ thuật nói chung và thị trường ô tô nói riêng Năng lượng mặt trời được các nhà khoa học nghiên cứu phát triển với đặc điểm dễ chuyển đổi , là` nguồn bổ sung chính, không gây ô nhiễm không khí , có thể sử dụng ở bất cứ đâu Đặc biệt là những nước gần vùng xích đạo như Việt Nam Chúng ta có thể tận dụng nguồn năng lượng sạch này nhiều hơn nữa để giảm bớt sự lệ thuộc vào các nhà máy nhiệt điện , thủy điện và điện hạt nhân trong tương lai Xe năng lượng mặt trời đang dần đóng một vai trò quan trọng trong đời sống con người và sẽ ngày càng phát triển trong tương lai gần

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Tìm hiểu điện năng lượng mặt trời

Điện năng lượng mặt trời được thu nhận theo nhiều cách khác nhau, trong đó phổ biến nhất là sử dụng các tấm pin mặt trời quang điện để chuyển đổi tia nắng mặt trời thành điện năng Sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển hóa thành điện vừa hạn chế ô nhiễm môi trường vừa mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho con người

Hiện nay, điện năng lượng mặt trời đã và đang được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực của đời sống - kinh tế - xã hội như: giao thông, xây dựng, nuôi trồng thủy sản… góp phần tiết kiệm nguồn điện quốc gia và hạn chế khí thải CO2 gây tác động xấu đến môi trường tự nhiên

Xe điện năng lượng mặt trời chính là một trong những sản phẩm công nghệ ứng dụng thành công điện năng lượng mặt trời Điều này mở ra tương lai tiềm năng cho ngành công nghiệp sản xuất xe điện, hướng tới thay thế các loại xe sử dụng động

cơ đốt trong giúp bảo vệ môi trường

Ở một số quốc gia có nền khoa học - công nghệ phát triển vượt bậc như: Mỹ, Hà Lan, Singapore, Thụy Điển… các nhà khoa học đã nghiên cứu và sản xuất ra những chiếc xe ô tô điện, xe bus điện, xe máy điện chạy bằng năng lượng mặt trời

Tại Việt Nam, việc chuyển đổi năng lượng mặt trời ứng dụng vào lĩnh vực sản xuất xe cộ chưa được khai thác nhiều và bài bản Các doanh nghiệp chỉ đang bắt đầu với xe điện dùng pin hoặc Ắc quy Và tiên phong là xe máy điện của thương hiệu VinFast - biểu tượng giao thông xanh tại Việt Nam

1.2 Ƣu và nhƣợc điểm của xe chạy bằng năng lƣợng mặt trời

Ưu điểm của xe chạy bằng năng lượng mặt trời :

Năng lượng mặt trời không quá mới trên thế giới nhưng khi nhắc đến xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời thì đó là một bước nhảy vọt về sự phát triển của khoa học-công nghệ Sử dụng xe điện năng lượng mặt trời đem lại một số lợi ích tuyệt vời như sau:

- Xe năng lượng mặt trời giúp giảm phát thải khí ra môi trường Các phương tiện chạy bằng năng lượng mặt trời có động cơ điện, chúng chuyển đổi quang năng thành năng lượng điện Điều đó có nghĩa là chúng

có thể hoạt động mà không thải khí độc hại ra môi trường

- Tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên Sử dụng năng lượng mặt trời giúp giảm

sự phụ thuộc vào dầu mỏ Bên cạnh đó, xe máy điện năng lượng mặt trời không cần bảo dưỡng nhiều như xe chạy bằng khí đốt Do đó, một khi chúng ta chuyển sang sử dụng các phương tiện chạy bằng năng lượng mặt trời, chúng ta có thể tiết kiệm chi phí bảo hành và bảo dưỡng

- Xe điện năng lượng mặt trời rất an toàn, tiết kiệm và bền bỉ Các tấm pin được trang bị trên xe rất bền bỉ, tuổi thọ có thể kéo dài tận 30 năm Chưa dừng lại ở đó, xe sử dụng năng lượng mặt trời để hoạt động nên bạn sẽ không phải mất chi phí nạp nhiên liệu cho xe

Nhược điểm của xe chạy bằng năng lượng mặt trời:

Tuy nhiên, xe điện năng lượng mặt trời vẫn còn gặp phải một số vấn đề sau:

- Mọi thứ đều trở nên "đắt" khi nói đến năng lượng mặt trời Trong những năm qua, các nhà sản xuất chắc chắn rằng sẽ giảm giá thành nhưng đó là câu chuyện của tương lai Và bây giờ, xe năng lượng mặt trời có giá rất cao

- Phụ thuộc vào thời tiết Xe chạy bằng năng lượng mặt trời cần có ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp, khi không có ánh sáng mặt trời sẽ gặp sự cố nhỏ Các tấm pin mặt trời cần ánh nắng trực tiếp, và khi trời mưa, năng lượng không đáp ứng đủ

- Cần có những loại pin đắt tiền để tích trữ năng lượng mặt trời cho phương tiện để có thể chạy vào ban đêm mà không lo hết nhiên liệu

- Trên mỗi chiếc xe điện năng lượng mặt trời đều được trang bị các tấm

pin Sau một thời gian sử dụng, các tấm pin hư hỏng thải ra môi trường nếu không có biện pháp xử lý sẽ gây hại cho bầu khí quyển

1.3 Các công nghệ khai thác năng lƣợng mặt trời

- Các ứng dụng khác: chưng cất nước, gia nhiệt, sấy, v.v

Các công nghệ khai thác năng lượng mặt trời

CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA XE

CHẠY BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

2.1 Sơ đồ nguyên lý

2.2 Nguyên lý hoạt động

+ Phần động lực

Pin mặt trời nhận năng lượng từ ánh sáng mặt trời Bức xạ mặt trời sẽ tạo ra

1 nguồn điện năng một chiều Năng lượng điện 1 chiều đó sẽ được tích vào các

siêu tụ điện, các siêu tụ điện giúp cho động cơ khởi động dễ dàng hơn Để động

cơ DC chạy được cần cấp điện từ pin và siêu tụ Để động cơ DC chạy đảo chiều

ta phải thay đổi cực tính 2 đầu dây nên ta lắp thêm mạch driver Lm298n

+ Phần điều khiển

Vì ánh sáng mặt trời nó không liên tục lúc râm mát lúc yếu nên ta sẽ khó kết

nối giữa điện thoại với xe nên ra sử dụng 1 nguồn pin sạc lớn hơn 7v nên ta dùng mạch giảm áp xuống 5v vì vi xử lí arduino chỉ dùng điện áp 5v Điện thoại sẽ kết nối bluetooth qua HC05 bằng ứng dụng sau đó truyền tới vi xử lí và

vi xử lí sẽ kích lm298n để động cơ DC chạy thuận hay ngược và vi xử lí sẽ điều khiển động cơ servo sang phải hay sang trái của bánh xe bằng cách thay đổi góc quay động cơ servo 4 cục pin thay cho nguồn pin sạc để cho mạch điều khiển

2.3 Chức năng từng linh kiện

Bluetooth HC-05

Mô-đun Bluetooth HC-05 là thiết bị thường được lựa chọn để thực hiện các

dự án dựa trên giao tiếp Bluetooth Mô-đun Bluetooth HC-05 là một thiết bị giao tiếp không dây đơn giản dựa trên giao thức Bluetooth

Mô-đun này dựa trên IC Bluetooth chip đơn BC417 tuân thủ tiêu chuẩn

Bluetooth v2.0 và hỗ trợ cho cả giao diện UART và USB

Nói chung, mô-đun Bluetooth HC-05, hoặc mô-đun phụ HC-05, chính xác, đi kèm với IC BC417 cùng với bộ nhớ flash Các mô-đun như vậy xuất hiện dưới dạng board gắn trên bề mặt và một số nhà sản xuất bên thứ ba sử dụng board này

để xây dựng một hệ thống hoàn chỉnh hơn với các chân và bộ phận cần thiết

Hình ảnh sau đây cho thấy một mô-đun Bluetooth HC-05 như vậy (board màu xanh lá cây gắn trên board màu xanh dương) được sử dụng như một phần của mô-đun Bluetooth hoàn chỉnh

Các chân của mô-đun Bluetooth HC-05

Mô-đun HC-05 hỗ trợ giao tiếp UART, USB cũng như SPI và tùy thuộc vào ứng dụng, các chân cần thiết có thể được sử dụng Trong dự án này, board sử dụng giao tiếp UART

Nói chung, khi sử dụng mô-đun Bluetooth, chúng ta chỉ cần bốn chân là đủ

để kích hoạt thành công giao tiếp không dây nhưng các mô-đun được sản xuất hiện nay đi kèm với sáu chân là: VCC, GND, TX, RX, EN và STATE

Hình ảnh bên dưới hiển thị các chân và các thành phần khác trên mô-đun Bluetooth HC-05 điển hình

Một điểm quan trọng cần nhớ là mô-đun Bluetooth HC-05 hoạt động ở mức logic 3,3V Do đó, một bộ điều chỉnh điện áp 3,3V được sử dụng trên board

Lưu ý: Nút nhấn có trên board mạch được sử dụng để định cấu hình mô-đun

Bluetooth ở chế độ lệnh AT Trong bài viết này, tôi không thảo luận về chế độ hoạt động này

Chức năng của các chân

với 3.3V, mô-đun được cho phép Nếu chân này được kết nối với GND, mô-đun bị vô hiệu hóa

điều chỉnh điện áp 3.3V trên bo mạch, bạn có thể cung cấp nguồn + 5V

mô-đun không được kết nối với bất kỳ thiết bị nào Khi mô-mô-đun được ghép nối với bất kỳ thiết bị nào, chân này sẽ ở mức CAO

Lưu ý: Đèn LED trên board mạch được sử dụng để biểu thị trạng thái của kết

nối Khi mô-đun không được ghép nối, đèn LED nhấp nháy hoặc nhấp nháy liên tục Khi mô-đun được ghép nối, đèn LED nhấp nháy với thời gian khoảng 2 giây

Các chế độ hoạt động

Mô-đun Bluetooth HC-05 có thể được cấu hình ở hai chế độ hoạt động: Chế

độ lệnh (Command Mode) và Chế độ dữ liệu (Data Mode)

Trong Chế độ lệnh, bạn có thể giao tiếp với mô-đun Bluetooth thông qua các lệnh AT để định cấu hình các cài đặt và tham số khác nhau của mô-đun như xem thông tin firmware, thay đổi tốc độ UART, thay đổi tên mô-đun, set mô-đun hoặc

là Master hoặc là Slave, v.v

Một điểm quan trọng về mô-đun HC-05 là nó có thể được cấu hình là Master hoặc Slave trong một cặp giao tiếp Để chọn một trong hai chế độ, bạn cần kích hoạt Chế độ lệnh và gửi các lệnh AT thích hợp

Đối với Chế độ dữ liệu, ở chế độ này, mô-đun được sử dụng để liên lạc với thiết bị Bluetooth khác, tức là việc truyền dữ liệu xảy ra trong chế độ này

Cài đặt mặc định của Mô-đun Bluetooth HC-05

Sau đây là danh sách một số cài đặt mặc định của mô-đun Bluetooth HC-05

 Tên: HC-05

 Mật khẩu: 1234 (hoặc 0000)

 Loại: Slave

 Chế độ: Data

 Tốc độ Baud: 9600 với 8 bit dữ liệu, không có bit parity và 1 bit stop

Sơ đồ mạch kết nối mô-đun Bluetooth HC-05 với Arduino

Để giúp bạn hiểu rõ sự kết nối giữa mô-đun HC-05 và Arduino, tôi đã thiết kế một mạch đơn giản

Mục đích của mạch này là kết nối đun Bluetooth với Arduino, liên kết đun Bluetooth với điện thoại Android, gửi dữ liệu từ điện thoại Android đến mô-đun Bluetooth bằng một ứng dụng đơngiản, đọc dữ liệu từ mô-đun Bluetooth qua Arduino và cuối cùng, hiển thị dữ liệu và điều khiển một thiết bị dựa trên dữ liệu

Module L298 có thể điều khiển 2 động cơ DC hoặc 1 động cơ bước, có 4 lỗ

nằm ở 4 góc thuận tiện cho người sử dụng cố định vị trí của module

+ Có gắn tản nhiệt chống nóng cho IC, giúp IC có thể điều khiển với dòng đỉnh đạt 2A

Thông số kĩ thuật:

 - Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H

 - Điện áp điều khiển : +5V ~ +12 V

 - Dòng tối đa cho mỗi cầu H là :2A

 - Điện áp của tín hiệu điều khiển : +5 V ~ +7 V

 - Dòng của tín hiệu điều khiển : 0 ~ 36Ma

 - Công suất hao phí : 20W (khi nhiệt độ T = 75 °C)

 - Nhiệt độ bảo quản : -25°C ~ +130

Cách sử dụng:

IC L298 là một IC tích hợp nguyên khối gồm 2 mạch cầu H bên trong Với điện áp làm tăng công suất nhỏ như động cơ DC loại vừa…

Mình tóm tắt qua chức năng các chân của L298

- 4 chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 được nối lần lượt với các chân 5, 7, 10, 12 của L298 Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển

- 4 chân OUTUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với các chân

INPUT) được nối với các chân 2, 3,13,14 của L298 Các chân này sẽ được nối với động cơ

- Hai chân ENA và ENB dùng để điều khiển mạch cầu H trong L298 Nếu ở mức logic “1” (nối với nguồn 5V) cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở mức logic “0” thì mạch cầu H không hoạt động

Với bài toán của mình ở trên, các bạn chỉ cần lưu ý đến cách điều khiển chiều quay với L298:

- Khi ENA = 0: Động cơ không quay với mọi đầu vào

- Khi ENA = 1:

INT1 = 1; INT2 = 0: Động cơ quay thuận

INT1 = 0; INT2 = 1: Động cơ quay nghịch

INT1 = INT2: Động cơ dùng ngay tức thì

Với ENB cũng tương tự với INT3, INT4

GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO NANO

Arduino Nano là một bảng vi điều khiển thân thiện, nhỏ gọn, đầy đủ Arduino Nano nặng khoảng 7g với kích thước từ 1,8cm - 4,5cm Bài viết này trình bày về các thông số kỹ thuật quan trọng, nhất là sơ đồ chân và chức năng của mỗi chân trong bảng Arduino Nano

Arduino Nano khác thế nào?

Arduino Nano có chức năng tương tự như Arduino Duemilanove nhưng khác nhau về dạng mạch Nano được tích hợp vi điều khiển ATmega328P, giống như Arduino UNO Sự khác biệt chính giữa chúng là bảng UNO có dạng PDIP (Plastic Dual-In-line Package) với 30 chân còn Nano có sẵn trong TQFP (plastic quad flat pack) với 32 chân Trong khi UNO có 6 cổng ADC thì Nano có 8 cổng ADC Bảng Nano không có giắc nguồn DC như các bo mạch Arduino khác, mà thay vào đó có cổng mini-USB Cổng này được sử dụng cho cả việc lập trình và bộ giám sát nối

tiếp Tính năng hấp dẫn của arduino Nano là nó sẽ chọn công xuất lớn nhất với hiệu điện thế của nó

Đặc điểm kỹ thuật Arduino Nano

Sơ đồ chân

Theo sơ đồ bên dưới, chúng ta sẽ thảo luận về tất cả các chức năng của mỗi chân

Chức năng của các chân

số Chân TX-truyền

dữ liệu

2 D0 /

RX I / O

Ngõ vào ra

số

Chân Rx-nhận

dữ liệu

3 RESET Đầu vào

Chân reset, hoạt động

ở mức thấp

Chân nối mass

Ngõ vào ra digital

Ngõ vào ra digital

Ngõ vào ra digital

Ngõ vào ra digital

Ngõ vào ra digital

10 D7

Ngõ vào ra digital

11 D8

Ngõ vào ra digital

12 D9

Ngõ vào ra digital

13 D10

Ngõ vào ra digital

14 D11

Ngõ vào ra digital

15 D12

Ngõ vào ra digital

16 D13

Ngõ vào ra digital

17 3V3

Đầu ra

Đầu

ra 3.3V (từ FTDI)

19 A0

Kênh đầu vào tương

tự

kênh

0

Kênh đầu vào tương

tự kênh

1

Kênh đầu vào tương

tự kênh

2

Kênh đầu vào tương

tự kênh

3

Kênh đầu vào tương

tự kênh

4

Kênh đầu vào

tương

tự kênh

5

Kênh đầu vào tương

tự kênh

6

Kênh đầu vào tương

tự kênh

Đầu vào

Chân đặt lại,

hoạt động

ở mức thấp

Nguồn

Chân nối mass

30 VIN

Nguồn

Chân nối với nguồn vào

Chân ICSP

Tên pin Arduino

MISO Đầu vào hoặc đầu ra Master In Slave Out

Vcc Đầu ra Cấp nguồn

SCK Đầu ra Tạo xung cho

MOSI Đầu ra hoặc đầu vào Master Out Slave In

RST Đầu vào Đặt lại, Hoạt động ở mức thấp

GND Nguồn Chân nối dất

 Các chân: 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 và 16

Như đã đề cập trước đó, Arduino Nano có 14 ngõ vào ra digital Các chân làm việc

với điện áp tối đa là 5V Mỗi chân có thể cung cấp hoặc nhận dòng điện 40mA và

có điện trở kéo lên khoảng 20-50k Các chân có thể được sử dụng làm đầu vào

hoặc đầu ra, sử dụng các hàm pinMode (), digitalWrite () và digitalRead ()

Ngoài các chức năng đầu vào và đầu ra số, các chân này cũng có một số chức năng

bổ sung

 Chân 1, 2: Chân nối tiếp

 Hai chân nhận RX và truyền TX này được sử dụng để truyền dữ liệu nối tiếp TTL Các chân RX và TX được kết nối với các chân tương ứng của chip nối tiếp USB tới TTL

 Chân 13, 14, 15 và 16: Giao tiếp SPI

Khi bạn không muốn dữ liệu được truyền đi không đồng bộ, bạn có thể sử dụng các chân ngoại vi nối tiếp này Các chân này hỗ trợ giao tiếp đồng bộ với SCK Mặc dù phần cứng có tính năng này nhưng phần mềm Arduino lại không có Vì vậy, bạn phải sử dụng thư viện SPI để sử dụng tính năng này

 Chân 16: Led

Khi bạn sử dụng chân 16, đèn led trên bo mạch sẽ sáng

 Chân 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 và 26 : Ngõ vào ra tương tự

Như đã đề cập trước đó UNO có 6 chân đầu vào tương tự nhưng Arduino Nano có

8 đầu vào tương tự (19 đến 26), được đánh dấu A0 đến A7 Điều này có nghĩa là bạn có thể kết nối 8 kênh đầu vào tương tự để xử lý Mỗi chân tương tự này có một ADC có độ phân giải 1024 bit (do đó nó sẽ cho giá trị 1024) Theo mặc định, các chân được đo từ mặt đất đến 5V Nếu bạn muốn điện áp tham chiếu là 0V đến 3.3V, có thể nối với nguồn 3.3V cho chân AREF (pin thứ 18) bằng cách sử dụng chức năng analogReference () Tương tự như các chân digital trong Nano, các chân analog cũng có một số chức năng khác

 Chân 23, 24 như A4 và A5: chuẩn giao tiếp I2C

Khi giao tiếp SPI cũng có những nhược điểm của nó như cần 4 chân và giới hạn trong một thiết bị Đối với truyền thông đường dài, cần sử dụng giao thức I2C I2C

hỗ trợ chỉ với hai dây Một cho xung (SCL) và một cho dữ liệu (SDA) Để sử dụng tính năng I2C này, chúng ta cần phải nhập một thư viện có tên là Thư viện Wire