TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH II NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG PIN MẶT TRỜI Hưng yên 2022 LỜI NÓI ĐẦU Trong cuộc sống[.]
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Trang 2LỜI 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 PIN Mặt trời” Dưới sự hướng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình của Thầy Đỗ Quang Huy, 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 !
Trang 3MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
chương 1: PHẦN MỞ ĐẦU 3
1.1 Mục đích và yêu cầu của đề tài 3
1.2 Cấu tạo và nguyên lý Pin mặt trời 3
1.2.1 Cấu tạo 4
1.2.2 Nguyên lý hoạt động của Pin mặt trời 5
1.3 Biện pháp sử dụng hiệu quả năng lượng mặt trời 8
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 : 10
1.4.1 Các hệ thống điều hướng 11
1.4.2 Hệ thống điều hướng xoay theo 1 trục 12
1.2.3 Hệ thống điều khiển quay theo 2 trục 12
chương 2: Tổng quan về Linh kiện 13
2.1 Arduino UNO R3 13
2.1.1 Các chân năng lượng 16
2.1.2 Bộ nhớ 16
2.1.3 Các cổng vào/ra 17
2.1.4 Lập trình cho Arduino 18
2.2 PIN mặt trời (Pin năng lượng mặt trời poly 6Wp 9V) 18
2.3 Module LM2596 19
2.4 Động cơ servo MG90 21
2.5 Quang trở 5mm 21
2.6 Module DHT11 Đo Nhiệt Độ Và Độ Ẩm 22
chương 3: Thiết kế và thi công 24
3.1 Thiết kế phần cứng 24
3.1.2 Thiết kế phần khung của mô hình 24
3.2 Lưu đồ thuật toán 25
3.3 Sơ đồ nguyên lý 26
3.3.1 Nguyên lý hoạt động 26
3.3.2 Chương trình điều khiển trên Arduino 29
3.3.3 Sơ đồ kết nối và mạch in 34
Trang 43.3.4 Chương trình hiển thị 35
Kết luận và kiến nghị 37
Kết quả đạt được 37
Mặt hạn chế và hướng khắc phục 37
Kiến nghị 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO 39
Trang 5CHƯƠNG 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
Trang 6khá cao, trung bình hiện nay khoảng 5USD/WP, nên ở những nước đang phát triển pinmặt 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
BATTERY( Ắc Quy):
Là thiết bị lưu trữ điện để sử dụng vào ban đêm hoặc lúc trời không co ánh nắng
Trang 7Ắc quy có nhiều loại , kích thước và dung lượng khác nhau tùy thuộc vào công suất và đặc điểm của hệ thống pin mặt trời Hệ thống có công suất càng lớn thì cần sử dụng ắc quy có dung lượng lớn hoặc dùng nhiều bình ắc quy kết nối lại với nhau.
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 kiệncho 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
Trang 8Hình 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
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
Trang 9- 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
Trang 10Đèn 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
Trang 11Vào 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 :
Trang 12Hình 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 độngđiều 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
Trang 13Hình 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
1.4.2 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
Trang 14Ưu điểm :
Tăng hiệu suất thu năng lượng mặt trời tới 34%
Thiết kế đơn giản hiệu quả
1.2.3 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
Trang 15Không 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 ngườidùng 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?
Trang 16Arduino 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 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 I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Trang 17Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi
bootloader
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
của nguồn 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
Trang 182.1.2 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
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:
Trang 19 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 độ
phân 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 các
chức 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
nút Reset, 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 trong khoảng 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:
Trang 20- 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