ĐỒ án tốt NGHIỆP ĐỊNH HƯỚNG PIN mặt TRỜI

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG DÀN PIN MẶT TRỜI Sinh viên thực hiện TRẦN ĐĂNG LUẬN T.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ

VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG

ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG DÀN PIN MẶT TRỜI

Sinh viên thực hiện: TRẦN ĐĂNG LUẬN

TRẦN HỒNG THÁI NGUYỄN VĂN TRƯỜNG

Hà Nội 05/2019

LỜI NÓI ĐẦU

Trong cuộc sống ngày nay, nguồn điện là một trong những thứ rất cần thiết và

vô cùng quan trọng Vì nguồn điện rất quan trọng như thế cho nên những các thiết bị tạo ra điện ngày càng đa dạng và nhiều hơn Mà những thiết bị này muốn tại ra nguồn điện thường gây hại cho môi trường, đồng thường nguồn tài nguyên hóa thạch đang dần cạn kiệt cho nên nguồn lượng tái tạo đang trở thành ưu tiên hàng đầu Và

nguồn năng lượng mặt trời là một trong những loại năng lượng tái tạo tuyệt vời nhất Một trong những thiết bị năng lượng măt trời dùng ánh sáng mặt trời (quang năng) chuyển hóa thành điện năng mà cả thế giới đều đang sử dụng và khuyến khích con người sử dụng đó là pin năng lượng mặt trời

Tuy nhiên, pin mặt trời nếu ta chỉ cố định chúng ở 1 vị trí cố định thì hiệu suất của chúng sẽ rất thấp Vậy để nâng cao hiệu suất , chúng ta phải làm sao? Vận dụng những kiến thức đã học và khảo sát thực tế, nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài:

“Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống điều khiển định hướng dàn PIN Mặt trời” Dưới sự hướng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình của Thầy Trịnh Trọng Chưởng,

nhóm em đã hoàn thành bài báo cáo đúng thời gian được giao Tuy nhiên do vấn đề thời gian, cũng như kiến thức còn hạn chế, chúng em không thể tránh khỏi thiếu sót

Vì vậy chúng em rất mong nhận được nhiều ý kiến đánh giá, góp ý của quý thầy cô để

có thể phát triền và hoàn thiện đề tài này

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

MỤC LỤC

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1.1: Mục đích và yêu cầu của đề tài

• Yêu cầu cảu đề tài:

- Tìm hiểu các thiết bị thu nhận năng lượng Mặt Trời

- Thiết kế mạch điều khiển, mạch công suất, mạch điều khiển động cơ servo

- Viết chương trình điều khiển cho vi xử lí Arduino UNO R3

- Khảo nghiệm, lấy số liệu và so sánh hiệu suất giữa hai trường hợp khi tấm pin được đặt cố định và khi sử dụng thiết bị tự động định hướng

- Đánh giá hoạt động của mô hình

1.2: Cấu tạo và nguyên lý Pin mặt trời.

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng mà con người biết sử dụng từ rất sớm, nhưng ứng dụng năng lượng mặt trời vào các công nghệ sản xuất và trên quy mô rộng thì mới chỉ thực sự vào cuối thế kỷ 18 và cũng chủ yếu ở những nước nhiều năng lượng mặt trời, những vùng sa mạc Từ sau các cuộc khủng hoảng năng lượng thế giới năm 1968 và 1973, năng lượng mặt trời càng được đặc biệt quan tâm Các nước công nghiệp phát triển đã đi tiên phong trong việc nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời Các ứng dụng năng lượng mặt trời phổ biến hiện nay bao gồm các lĩnh vực chủ yếu sau:

Pin mặt trời, Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời qua thiết bị biến đổi quang điện Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ có thể lắp bất kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ trụ ứng dụng năng lượng mặt trời dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là ở các nước phát triển Ngày nay con người đã ứng dụng pin năng lượng mặt trời để chạy xe thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống Tuy nhiên giá thành thiết bị pin mặt trời còn

khá cao, trung bình hiện nay khoảng 5USD/WP, nên ở những nước đang phát triển pin mặt trời hiện mới chỉ có khả năng duy nhất là cung cấp năng lượng điện sử dụng cho các vùng sâu, xa nơi mà đường điện quốc gia chưa có ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của một số tổ chức quốc tế đã thực hiện thành công việc xây dựng các trạm pin mặt trời có công suất khác nhau phục vụ nhu cầu sinh hoạt và văn hoá của các địa phương vùng sâu, vùng xa, nhất là đồng bằng sông Cửu Long và Tây Nguyên Tuy nhiên hiện nay pin mặt trời vẫn đang còn là món hàng xa xỉ đối với các nước nghèo như chúng ta

Bộ điều khiển còn cho biết tình trạng nạp điện của pin mặt trời vào ắc quy giúp cho người sử dụng kiểm soát được các phụ tải

Bộ điều khiển còn thực hiện việc bảo vệ nạp quá điện thế (>13,8 V) hoặc điện thế thấp (<10,5V).Mạch bảo vệ của bộ điều khiển sẽ thực hiện việc ngắt mạch khi bộ điều khiển xác định được ắc quy đã nạp đầy hoặc điện áp bình quá thấp

• AC-DC INVERTER:

Là bộ biến điện nghịch lưu Inverter chuyển đổi dòng điện từ 12V DC từ ắc quy thành dòng điện AC (110VAC,220VAC) Được thiết kế với nhiều cấp công suất từ 0,3kVA-10kVA.

Inverter có nhiều loại và cách phân biệt chúng bằng dạng sóng của điện áp đầu ra: dạng sóng hình sin, giả sin , sóng vuông , sóng bậc thang…

• Khung Gá và Dây Cáp:

Để đảm bảo cho hệ thống pin mặt trời đặt đúng vị trí tốt nhất ( nắng nhiều nhất và lâu nhất) và hiệu quả của hệ thống luôn được ổn định và lâu dài, chúng ta cần dùng bộ khung gá và dây cáp chuyên dụng

Để tối đa hóa hiệu suất của hệ thống , các tấm pin cần được lắp đặt theo 1 góc nghiêng và 1 hướng nhất định ( tùy thuộc vào vị trí lắp đặt cụ thể)

Lưu ý khi lắp đặt tránh các vùng có khả năng bi che , khuất nắng nên lựa chọn những vị trí có thể hứng nắng tốt nhất cả ngày

Các phụ kiện đồng bộ kèm theo: ống , công tắc , bảng điện , vaseline, domino, ổcắm…để lắp hoàn chỉnh hệ thống điện mặt trời

1.2.2: Nguyên lý hoạt động của Pin mặt trời.

Ánh sáng mặt trời đem photon đến pin mặt trời, khi một photon chạm vào 1 mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra:

Photon truyền trực xuyên qua mảnh siclic Đó là khi năng lượng của photon nhỏhơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn

Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic Đó là khi năng lượng của photonlớn hơn năng lượng để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn

Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron trong màng tinh thể Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thường được kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyển trong bán dẫn Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là “lỗ trống” Lỗ trống này tạo điều kiện

cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào “lỗ trống”, và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có “lỗ trống” Cứ tiếp tục như vậy cứ như vậy tạo thành luồng điện.

Hầu hết năng lượng mặt trời đều có tác dụng nhiệt nhiều hơn là năng lượng điện

sử dụng được

Hình 1 2: Nguyên lý hoạt động của Pin mặt trời

Hệ thống sản xuất điện từ năng lượng mặt trời thành điện 220V AC/50Hz bổ sung vào điện lưới

Hệ thống lưu trữ biến đổi điện năng từ năng lượng mặt trời thành điện 220V AC/50Hz

Tuy nhiên , chúng ta có thể sử dụng từng hệ thống một cách độc lập theo nhu cầu của người dùng

Khi khởi động Batterry bank luôn được ưu tiên nạp điện cho đến khi đầy Khi Battery bank xạc đầy bộ Inverter sẽ ngưng xạc và biến đổi điện DC từ pin mặt trời thành điện AC 220V có điện áp tần số -pha trùng với điện lưới thông qua đồng hồ W1

để chạy các phụ tải như tivi , tủ lạnh , quạt…

Khi mất điện lưới , Inverter solar charger sẽ lấy điện DC từ Battery bank và solar để biến đổi thành điện AC 220v cung cấp cho tải ưu tiên

a Ưu điểm và Khó khăn của hệ thống pin mặt trời.

• Ưu điểm:

- Giúp bạn tiết kiệm tiền

- Sau khi đầu tư ban đầu đã được thu hồi, năng lượng từ mặt trời là thiết thực miễn phí.

- Nếu hệ thống pin mặt trời sản xuất năng lượng nhiều hơn bạn sử dụng, chính phủ của bạn có thể mua điện từ bạn

- Nó sẽ giúp bạn tiết kiệm tiền trên hóa đơn điện của bạn hàng tháng

- Pin năng lượng mặt trời sạch, tái tạo (không giống như dầu, khí đốt và than đá) và bền vững, góp phần bảo vệ môi trường của chúng ta

- Nó không gây ô nhiễm không khí do khí carbon dioxide phát hành, oxit nitơ, khí lưu huỳnh hoặc thủy ngân vào khí quyển giống như nhiều hình thức truyền thống của các thế hệ điện không

- Tiết kiệm được ngay lập tức và trong nhiều năm tới

- Nó tích cực góp phần vào việc giảm phát thải khí nhà kính có hại

- Không đóng góp cho sự nóng lên toàn cầu, mưa axit hoặc sương mù

- Năng lượng mặt trời hỗ trợ việc làm địa phương và tạo ra sự giàu có, thúc đẩy nền kinh tế địa phương

- Các hệ thống năng lượng mặt trời hầu như bảo dưỡng miễn phí và sẽ kéo dài trong nhiều thập kỷ

- Sau khi cài đặt, không có chi phí định kỳ

• Khó khăn:

- Các chi phí ban đầu là bất lợi chính của việc cài đặt một hệ thống năng lượng mặt trời, phần lớn là vì chi phí cao của các vật liệu bán dẫn được sử dụng trong việc xây dựng

- Tấm pin năng lượng mặt trời đòi hỏi khá một vùng rộng lớn để cài đặt để đạt được một mức độ tốt hiệu quả

- Hiệu quả của hệ thống cũng phụ thuộc vào vị trí của mặt trời, mặc dù vấn

đề này có thể được khắc phục với việc cài đặt các thành phần nhất định

- Việc sản xuất năng lượng mặt trời bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các đám mây, gây ô nhiễm trong không khí

- không có năng lượng mặt trời sẽ được sản xuất vào ban đêm mặc dù một

hệ thống pin dự phòng hoặc độ net sẽ giải quyết vấn đề này

1.3: Biện pháp sử dụng hiệu quả năng lượng mặt trời

• Giảm tiêu thụ điện của toàn bộ ngôi nhà:

Trước tiên bạn nên loại bỏ các thiết bị và thiết bị sử dụng quá nhiều điện năng trong căn hộ của bạn Chúng bao gồm các thiết bị dự phòng, bóng đèn sợi đốt, máy nước nóng lạnh, máy điều hòa, đèn chờ và các thiết bị ít sử dụng Tiêu thụ tổng thể củabạn càng thấp, thì phần lớn bạn sẽ có thể sử dụng điện từ năng lượng mặt trời

• Cài đặt đèn Led thay vì đèn sợi đốt:

Để sử dụng được các thiết bị và hệ thống năng lượng hoạt động bạn cần có ánh sáng Những bóng đèn quá cũ chỉ sử dụng khoảng 10% điện năng để tạo ra ánh sáng

và 90% bị mất do nhiệt tỏa ra Chúng tạo ra nhiệt hơn là ánh sáng, bởi vì chúng được dựa trên một sợi dây phát sáng làm bằng volfram

Đèn LED hiện nay sử dụng tất cả dòng điện để tạo ra ánh sáng khi hoạt động Một đèn LED tốt cần khoảng một phần mười lượng điện để tạo ra một lượng ánh sáng

để hoạt động Và bởi vì nó không tỏa nhiệt khi hoạt động, nên thời gian hoạt động của bóng đèn sẽ kéo dài hơn nhiều so với các bóng huỳnh quang và sợi đốt

Giá của đèn LED đã giảm rất nhiều, việc trao đổi chúng cho bóng đèn thường xuyên sẽ được đền bù trong vòng một hoặc hai năm Điều này cũng đúng đối với các

hệ thống chiếu sáng công nghiệp thường sử dụng đèn hơi thủy ngân Chúng cũng sử dụng rất nhiều điện và có thể dễ dàng thay thế bằng đèn LED

• Tắt chế độ chờ:

Nhiều thiết bị điện (thiết bị nhà bếp, TV, máy tính, bảng điều khiển trò chơi, hệ thống HiFi) cũng tiêu thụ điện khi không sử dụng và ở chế độ chờ Xem xét số lượng thiết bị điện trong một ngôi nhà bình thường, mức tiêu thụ dự phòng thực sự có thể tăng lên Các thiết bị như vậy không nên sử dụng nên được tách ra khỏi mạch bằng cách sử dụng các ổ cắm có thể chuyển đổi khi không sử dụng

• Sử dụng nước nóng bằng điện:

Nếu bạn đang sản xuất điện mặt trời, bạn nên chuyển đổi hệ thống nước nóng của bạn thành bình nước năng lượng mặt trời Máy nước nóng tức thời cũng cho phép làm nóng nước gần vòi nước

Ví dụ: Khi nước được tiếp xức ánh sáng thì phần nước sẽ được làm nóng và được di chuyển Nhiệt độ nước có thể được điều chỉnh chính xác những gì bạn mong

muốn Nhu cầu về nước nóng khi sử dụng phụ thuộc khá nhiều vào lượng ánh sáng mặt trời ít hoặc nhiều trong năm.

Hình 1 3: bình nước năng lượng mặt trời

Vào cuối mùa xuân và mùa hè, nhu cầu đó hoàn toàn có thể được đáp ứng bằng năng lượng mặt trời Điều đó làm tăng mức độ tự tiêu thụ

• Chạy các thiết bị điện có tiêu thụ cao trong ngày:

Các thiết bị trong gia đình có nhu cầu điện cao nhất là máy rửa bát, máy giặt, máy sấy quần áo và bếp lò Những thiết bị này có thể dễ dàng được trang bị công tắc hẹn giờ, để chúng hoạt động trong ngày Khi máy phát điện năng lượng mặt trời trên mái nhà tạo ra nhiều đầu ra, có thể được sử dụng trực tiếp

• Chạy các thiết bị làm vườn:

Năng suất hoạt động của điện mặt trời cao nhất vào mùa xuân và mùa thu Đây cũng là thời gian trong năm khi khu vườn đòi hỏi công việc nhiều nhất Bạn có thể rất thuận tiện chạy máy cắt cỏ bằng điện, xén hàng rào hoặc chiếu sáng bằng điện năng lượng mặt trời Nếu bạn có pin mặt trời, bạn có thể sử dụng nó để cấp năng lượng cho đèn LED trong khu vườn của bạn vào buổi tối và ban đêm

• Năng lượng lưu trữ tăng hiệu quả :

Thời gian sắp tới đây thì năng lượng mặt trời sẽ la nguồn năng lượng chính để

có thể Đây là những lý do chính đáng để đầu tư vào pin mặt trời Những gì kích thước

để lựa chọn phụ thuộc vào nhu cầu điện của tòa nhà và kích thước của máy phát điện năng lượng mặt trời của bạn.

Pin lithium hiện nay có giá khoảng 500 trăm đến 1 triệu mỗi kilowatt giờ, pin chì khoảng 200 đến 500 trăm Tuy nhiên: Trong một nơi cư trú riêng, có một thiết bị lưu trữ không có máy phát điện mặt trời có ý nghĩa rất ít

Nếu không có năng lượng lưu trữ, bạn có thể sử dụng tốt nhất là trong khoảng

50 đến 80 phần trăm điện năng lượng mặt trời cho ngôi nhà Một pin có thể dễ dàng đưa nó lên đến (gần như) 100 phần trăm Nếu bạn không căn cứ mức tiêu thụ của riêng

hệ thống điện năng lượng mặt trời

Không có dung lượng, bạn có thể đáp ứng khoảng 30 đến 50% nhu cầu điện năng của bạn trực tiếp từ năng lượng mặt trời Kết hợp với pin năng lượng mặt trời, điều này có thể lên tới 90% Để đáp ứng toàn bộ nhu cầu điện của bạn trong suốt một năm, bạn cần một hệ thống năng lượng và pin năng lương dự trữ

1.4: Hệ thống điều hướng Pin mặt trời

Việc sử dụng Pin mặt trời được gắn trên các mái nhà của căn nhà nhằm thu lấy năng lượng mặt trời để sử dụng đang diễn ra khá phổ biến ở 1 số nước trên thế giới :

Hình 1 4: Mái nhà với những tấm PIN mặt trời

Nhưng khi mặt trời di chuyển theo chiều từ Đông sang Tây thì lượngnăng lượng hấp thu được sẽ bị thay đổi, không còn đạt hiệu quả tối đa do mặtpin không còn hướng thẳng về mặt trời nữa Chính vì điều này, để tăng hiệunăng của những tấm pin, ta cần nghiên cứu ,thiết kế, chế tạo hệ thống tự động

điều chỉnh góc quay bề mặt thu của thiết bị pin mặt trời để pin đạt được hiệunăng cao nhất có thể

1.4.1: Các hệ thống điều hướng

Hiện nay, các bộ định hướng điều khiển pin mặt trời có 2 loại :

Điều khiển xoay theo 1 trục

Điều khiển xoay theo 2 trục

Hình 1 5: Các loại mô hình 1 trục và 2 trục định hướng pin mặt trời

Các hệ thống có bộ định hướng có thể đạt công suất gần như tối đa suốt thời gian hoạt động vào những ngày nắng, quang mây trong khi hệ thống có mặt thu cố định chỉ đạt công suất tối đa trong một vài giờ trong giữa ngày

Hệ thống có bộ định hướng theo vị trí mặt trời sẽ nhận được nhiều năng lượng hơn so với hệ thống có mặt thu cố định vào các giờ buổi sáng và buổi chiều Điều đó chỉ ra rằng các dàn pin có bộ định hướng sẽ cần công suất đặt nhỏ hơn so với các dàn pin lắp cố định mà vẫn sản ra cùng mức điện năng

Thị trường hiện nay, có hai loại hệ thống năng lượng mặt trời định hướng, hệ thống định hướng theo trục đơn, và hệ thống định hướng theo trục kép Hệ thống định hướng theo một trục duy nhất sẽ định hướng theo vị trí mặt trời từ Đông sang Tây trên một trục đặt theo hướng Bắc Nam Hệ thống trục kép định hướng Đông sang phía Tây

và định hướng theo phía Bắc đến phía Nam

a Hệ thống điều hướng xoay theo 1 trục :

Bộ điều hướng xoay theo 1 trục thường được cố định trục Bắc – Nam , và có thể quay mặt pin theo trục Đông – Tây tác dụng để mặt pin vuông góc với tia sáng mặt trời trong suốt thời gian trong ngày

Ưu điểm :

Tăng hiệu suất thu năng lượng mặt trời tới 34%

Thiết kế đơn giản hiệu quả

b Hệ thống điều khiển quay theo 2 trục

Bộ điều hướng này có thể điều khiển cho pin mặt trời quay theo cả 2 trục Nam – Bắc và Đông – Tây có tác dụng để mặt pin vuông góc với tia sáng mặt trời trong suốt thời gian trong ngày

Hình 1 6: Hệ thống điều khiển quay theo 2 trục

Bộ điều hướng này có cấu tạo khá là giống kiểu 1 trục nhưng thay vì có thể xoay 1 chiều, nó có thể xoay 2 chiều

Ưu điểm :

Tăng hiệu suất thu năng lượng mặt trời tới 37%

Hệ thống luôn đạt được hiệu quả cao nhất

Thiết kế đơn giản, hiệu quả.

Không bị ảnh hưởng bởi mùa hay vị trí mặt trời theo thời gian

Nhược điểm :

- -Hoạt động mất ổn định với nguồn ánh sáng quá mạnh từ nhiều phía

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ LINH KIỆN 2.1: Arduino UNO R3

• Giới thiệu về Arduino UNO R3

Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là những người tự chế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống với những gì Apple đã làm được trên thị trường thiết bị di động Số lượng người dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học đã làmcho ngay cả những người tạo ra chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến

Hình 2 1: Những thành viên khởi xướng Arduino

Arduino là gì mà có thể khiến ngay cả những sinh viên và nhà nghiên cứu tại các trường đại học danh tiếng như MIT, Stanford, Carnegie Mellon phải sử dụng; hoặcngay cả Google cũng muốn hỗ trợ khi cho ra đời bộ kit Arduino Mega ADK dùng để phát triển các ứng dụng Android tương tác với cảm biến và các thiết bị khác?

Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm Mà nhắc tới dòng mạch Arduino dùng

để lập trình, cái đầu tiên mà người ta thường nói tới chính là dòng Arduino UNO Hiệndòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (R3).

Hình 2 2: Bo mạch Arduino UNO R3

Một vài thông số của Arduino UNO R3

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân

Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8,

ATmega168, ATmega328 Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,… hay những ứng dụng khác

2.1.1: Các chân năng lượng

• GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

• 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA

• 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA

• Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, nối cực dương củanguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

• IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo

ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Dù vậy không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

• RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

Lưu ý:

• Arduino UNO không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào Vì thế ta phải hết sức cẩn thận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khi cấp cho Arduino UNO

• Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho các thiết bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào Nên việc cấp nguồn sai vị trí có thể làm hỏng board

• Cấp nguồn ngoài không qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp dưới 6V

2.1.2: Bộ nhớ

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

• 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ

nhớ Flash của vi điều khiển

• 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến khai báo

khi lập trình sẽ lưu ở đây Khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM

• 1KB cho

EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): đây

giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM

2.1.3: Các cổng vào/ra

Hình 2 3: Các cổng kết nối của Arduino UNO

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có

2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

• 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive– RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thôngqua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nốiSerial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2chân này nếu không cần thiết

• Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độphân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàmanalogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ởchân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như nhữngchân khác

• Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài cácchức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giaothức SPI với các thiết bị khác

• LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nútReset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13.Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit(0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trongkhoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

2.1.4: Lập trình cho Arduino

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại

là một biến thể của C/C++ Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C

hay C/C++ Riêng mình thì gọi nó là “ngôn ngữ Arduino”, và đội ngũ phát triển

Arduino cũng gọi như vậy Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay

do đó rất dễ học, dễ hiểu Nếu học tốt chương trình Tin học 11 thì việc lập trình

Arduino sẽ rất dễ thở đối với bạn

Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự án này đã cũng cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình Arduino được gọi là Arduino IDE (Intergrated Development Environment)

2.2: PIN mặt trời (Pin năng lượng mặt trời poly 6Wp 9V)

Trong phạm vi làm đồ bài tập đồ án, thiết kế mô hình mô phỏng và điều kiện không cho phép Để phù hợp chúng em chỉ sử dụng PIN có công suất nhỏ

Thông số kỹ thuật:

- Công suất P: 6W

- Điện áp danh định Vmp: 8.89V

- Dòng danh định Imp: 0.67A

- Chuẩn loại Pin (cell): Pin Silic đa tinh thể (polycrystalline)

- Kích thước: 190 * 190 * 18mm

- Trọng lượng: 0.55 Kg

Hình 2 4: pin năng lượng mặt trời poly 6w

Tấm pin năng lượng mặt trời 6W có điện áp ra là 8.89V, sử dụng để sạc cho bình ắc quy, pin lithium 6V thông qua sạc pin bằng năng lượng mặt trời, ứng dụng trong các hệ thống pin năng lượng mặt trời tiết kiệm năng lượng Có thể ghép nối các tấm pin lại với nhau để sử dụng cho nhiều mục đích như nâng công suất sử dụng, đấu nối các hệ thống thành 12V/24V/48V Tiêu chuẩn tấm pin có 18 Cell cho ra điện áp là 8.89V trên mỗi tấm pin, sử dụng trực tiếp cho hệ thống 6V Công suất có thể nâng cấp đến vài chục watt Pin chất lượng tốt, đảm bảo an toàn, độ chính xác và tin cậy cao hơn so với những loại pin đại trà trên thị trường, cho hiệu suất cao lên đến 99%

2.3: Module LM2596

Mạch Giảm Áp LM2596 là module giảm áp có khả năng điều chỉnh được dòng ra đến 3A LM2596 là IC nguồn tích hợp đầy đủ bên trong Tức là khi cấp nguồn 9v vào module, sau khi giảm áp ta có thể lấp được nguồn 3A < 9v như 5V hay 3.3V

• Thông số kỹ thuật

• Module nguồn không sử dụng cách ly

• Nguồn đầu vào từ 4V - 35V

• Nguồn đầu ra: 1V - 30V

• Dòng ra Max: 3A

• Kích thước mạch: 53mm x 26mm

• Đầu vào: INPUT +,

INPUT-• Đầu ra: OUTPUT+,

OUTPUT-Hình 2 5: Mạch Giảm Áp LM2596

• Cách sử dụng LM256

Khá đơn giản, các bạn chỉ cần cấp nguồn thô vào chân INPUT+, INPUT- rồi nhận nguồn ra từ chân OUTPUT+, OUTPUT-

động cơ điện thông thường chỉ cần cấp nguồn là quay liên tục, Động Cơ Servo chỉ

quay khi được điều khiển với góc quay nằm trong khoảng bất kì từ 0º đến 180º

Hình 2 7: Động cơ servo MG995

• Thông số kỹ thuật

Chủng loại : Động cơ servo