Thiết kế modull thu và lưu trữ năng lượng mặt trời hiển thị thông số lên LCD

LỜI MỞ ĐẦU Kỹ thuật vi điều khiển hiện nay rất phát triển , nó được ứng dụng rất nhiều vào lĩnh vực sản xuất công nghiệp , tự động hóa , trong đời sống và rất nhiều lĩnh vực khác . So với kỹ thuật số thì kỹ thuật vi điều khiển nhỏ gọn hơn rất nhiều do nó được tích hợp lại và có khả năng lập trình để điều khiển thiết bị , nên rất tiện dụng .Với tính ưu việt của vi điều khiển thì trong phạm vi nhỏ của đồ án chúng em đã ứng dụng vi điều khiển để Thiết kế modull thu và lưu trữ năng lượng mặt trời hiển thị thông số lên LCD . Mục đích của đề tài hướng đến là : tạo ra những bước đầu cho sinh viên thử nghiệm những ứng dụng thực tế của vi điều khiển . Để từ đó sinh viên có thể tự tìm tòi và định hướng các ứng dụng khác của vi điều khiển trong thực tế cuộc sống . Mặc dù trong quá trình làm đồ án bằng kiến thức đã học và sự hướng dẫn của thầy cô, tham khảo ý kiến của bạn bè . Nhưng cũng không thể tránh được những sai sót . Vậy chúng em rất mong thầy cô thông cảm và linh động cho chúng em Chúng em xin chân thành cám ơn Nhóm SVTH:

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày…tháng…năm 2012 Giáo viên hướng dẫn : TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc Lập-Tự Do-Hạnh Phúc -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Khóa học : 2011 – 2013

Nghành học : Kỹ thuật điện tử

Lớp : ĐTK9LC.2

TÊN ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MODUL THU VÀ LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG MẶT

TRỜI HIỂN THỊ THÔNG SỐ LÊN MÀN HÌNH LCD

I : Dữ liệu cho trước

- Tấm pin năng lượng mặt trời

- Acquy một chiều 12VDC

- Bộ chuyển đổi tương tự - số

- Bộ xử lý điều khiển

- Màn hình hiển thị LCD

II : Nội dung cần hoàn thành

- Bản báo cáo về tiến độ thực hiện công việc của đồ án theo từng tuần

- Thuyết minh đề tài : Phân tích yêu cầu,trình bày các giải pháp thực hiện,cơ sở lý thuyết,quá trình thực hiện đồ án,khả năng ứng dụng của đồ án

- Các bản vẽ thiết kế cho từng khối,cho toàn mạch đảm bảo đầy đủ và chính xác

- Sản phẩm hoạt động tốt,đảm bảo kỹ mỹ thuật

- Nộp thuyết minh và hoàn thành sản phẩm đúng thời gian quy định

Giáo viên hướng dẫn : Trưởng bộ môn :

và có khả năng lập trình để điều khiển thiết bị , nên rất tiện dụng Với tính ưu việt của

vi điều khiển thì trong phạm vi nhỏ của đồ án chúng em đã ứng dụng vi điều khiển để

Thiết kế modull thu và lưu trữ năng lượng mặt trời hiển thị thông số lên LCD

Mục đích của đề tài hướng đến là : tạo ra những bước đầu cho sinh viên thử nghiệm những ứng dụng thực tế của vi điều khiển Để từ đó sinh viên có thể tự tìm tòi và định hướng các ứng dụng khác của vi điều khiển trong thực tế cuộc sống

Mặc dù trong quá trình làm đồ án bằng kiến thức đã học và sự hướng dẫn của thầy

cô, tham khảo ý kiến của bạn bè Nhưng cũng không thể tránh được những sai sót Vậy chúng em rất mong thầy cô thông cảm và linh động cho chúng em !

Chúng em xin chân thành cám ơn ! Nhóm SVTH:

Nguyễn Khắc Thụ

Đặng Văn Tỏ Nguyễn Văn Trung

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ PIN MẶT TRỜI

1.1 Cơ sở lý thuyết

1.1.1 Khái quát chung

- Một tế bào quang điện (cell) Tấm Pin năng lượng mặt trời (solar cells panel) Pin mặt

trời, hay pin quang điện, ký hiệu là PV, là hệ thống các tấm vật liệu đặc biệt có khả năng chuyển đổi quang năng của ánh sáng mặt trời thành điện năng

- Pin mặt trời được cấu tạo bằng các tế bào quang điện (cells) đơn tinh thể (monocrystalline) và đa tinh thể (polycrystalline) có hiệu suất cao (15% - 18%), công suất từ 25Wp đến 175Wp và có tuổi thọ trung bình 30 năm

- Một số thông số cơ bản về tấm pin mặt trời :

+ Hiệu suất từ 15% - 18%

+ Công suất từ 25Wp – 175Wp

+ Số lượng cell ( pin ) trên mỗi tấm pin là 72 cells

+ Kích thước cells là : 5 – 6 inchs

+ Khung làm bằng chất liệu khung nhôm

+ Tuổi thọ trung bình của tấm pin mặt trời là 30 năm

- Công suất và điện áp của tấm pin mặt trời phụ thuộc cách nối ghép các tấm pin mặt trời

- Pin năng lượng mặt trời ( pin quang điện hoặc tế bào quang điện ) là phần tử bán dẫn quang có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các linh kiện cảm biến ánh sáng là các dạng diode P – N ,dùng để biến đổi ánh sáng thành điện năng Sự chuyển đổi này gọi

là hiệu ứng quang điện

- Pin mặt trời làm việc theo nguyên lý là biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời

thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện :

 Hiệu ứng quang điện :

- Hiệu ứng quang điện là một hiện tượng điện - lượng tử ,trong đó các điện tử được

thoát ra khỏi vật chất sau khi hấp thụ năng lượng từ các bức xạ điện từ

- Diễn biến :

+ Khi ánh sáng mặt trời ( là bức xạ điện từ có tần số lớn hơn tần số của chất cấu tạo nên Si – tần số ngưỡng) chiếu vào bề mặt tấm kim loại Si,các điện tử sẽ hấp thụ năng lượng từ các photon và sinh ra dòng điện ( dòng quang điện ) Khi các điện tử bị bật ra khỏi bề mặt tấm kim loại ( hiệu ứng quang điện ngoài ),thoát ra khỏi sự liên kết với nguyên tử và chuyển động tự do trong vật dẫn ( hiệu ứng quang điện trong )

Hiệu ứng này sẽ làm thay đổi tính dẫn điện của vật dẫn ,gọi là hiệu ứng quang dẫn

Hiệu ứng quang dẫn :

Khi chiếu các bức xạ điện từ vào các chất bán dẫn ,nếu năng lượng của photon đủ lớn ( lớn hơn độ rộng vùng cấm ) thì điện tử sẽ từ vùng hóa trị lên vùng dẫn.Do đó làm thay đổi tính dẫn điện của chất bán dẫn ( độ dẫn điện của chất bán dẫn tăng lên do được chiếu sáng ).Hoặc sự chiếu sáng cũng tạo ra các cặp điện tử lỗ trống,làm thay đổi tính chất dẫn điện của chất bán dẫn

Hiệu ứng này được ứng dụng trong các photodiode,phototransistor,pin mặt trời,…+ Ngược lại, các điện tử không thể bị bật ra khi tần số của bức xạ điện từ nhỏ hơn tần

số ngưỡng.Vì điện tử không đủ năng lượng để bứt phá ,gọi là công thoát

+ Thời gian từ lúc bức xạ điện từ chiếu tới cho đến khi các điện tử bị bật ra là rất ngắn, khoảng 10-9 giây

1.1.2 Một số đặc điểm chính

- Hệ thống pin mặt trời nói riêng, hay hệ thống PV nói chung, không thể sản xuất điện một cách liên tục,mà chỉ họat động khi có ánh sáng mặt trời chiếu vào những tấm pin

- Độ tin cậy và độ bền của hệ thống pin mặt trời rất cao.

- Hiệu quả kinh tế cao,gọn nhẹ

1.1.3 Sự chuyển đổi ánh sáng

Khi một photon chạm vào tinh thể Silic thì sẽ xảy ra một trong 2 điều sau :

1 Photon truyền trực xuyên qua tinh thể Silic

- Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn

2 Năng lượng của photon được hấp thụ bởi Silic

- Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng đủ để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn

- Khi photon được hấp thụ thì năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron trong màng tinh thể

- Thông thường các electron này ở lớp ngòai cùng và và thường liên kết với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa được

- Khi electron được kích thích và trở thành ion dẫn điện,thì các electron này có thể di chuyển tự do trong chất bán dẫn

- Khi đó nguyên tử sẽ thiếu đi một electron, và gọi là lỗ trống Khi đó các electron bên cạnh sẽ di chuyển đến và lấp đầy lỗ trống,lại xuất hiện lỗ trống

- Cứ như vậy quá trình diễn ra xuyên suốt trong chất bán dẫn

1.2 Nguyên lý hoạt động

- Từ dàn pin mặt trời, ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng điện DC Dòng điện này được dẫn tới bộ điều khiển là một thiết bị điện tử có chức năng điều hoà tự động các quá trình nạp điện vào ắc-quy và phóng điện từ ắc-quy ra các thiết bị điện DC

- Trường hợp công suất giàn pin đủ lớn, trong mạch điện sẽ được lắp thêm bộ đổi điện

để chuyển dòng một chiều thành dòng AC, chạy được thêm nhiều thiết bị điện gia dụng (đèn, quạt, radio, TV…)

1.3 Cấu tạo pin mặt trời

- Một hệ thống pin mặt trời được cấu tạo bởi các thành phần sau :

Stt Tên thiết bị Ghi chú

1 Solar Cells Panel Monocrystalline (đơn tinh thể ) Polycrytalline (đa tinh thể)

2 Solar Regulator Lựa chọn tùy mức điện thế và công suất của hệ thống

3 DC-AC Inverter Dạng sóng ra : Step Wave hoặc Sine Wave

4 Battery (ắc-quy) Bình khô, kín khí, không cần bảo dưỡng

5 Khung, gá Chuyên dụng cho hệ thống

6 Dây cáp Chuyên dụng cho hệ thống (ngoài trời và trong nhà)

7 Phụ kiện lắp đặt Linh, phụ kiện đồng bộ khác

1.4 Phân loại

Tấm pin năng lượng mặt trời được chia thành một số loại cơ bản như sau :

1.4.1 Pin mặt trời Silic

a Cấu tạo

- Vật liệu để làm pin mặt trời silic phải là bán dẫn silic tinh khiết Ở dạng tinh khiết, còn gọi là bán dẫn ròng số hạt tải (hạt mang điện) là electron và số hạt tải là lỗ trống (hole) như nhau

- Để làm pin Mặt trời từ bán dẫn tinh khiết phải làm ra bán dẫn loại n và bán dẫn loại p rồi ghép lại với nhau cho nó có được tiếp xúc p - n

Sơ đồ hoạt động của pin mặt trời silic

- Thực tế thì xuất phát từ một phiến bán dẫn tinh khiết tức là chỉ có các nguyên tử Si

để tiếp xúc p - n, người ta phải pha thêm vào một ít nguyên tử khác loại, gọi là pha tạp + Nguyên tử Si có 4 electron ở vành ngoài, cùng dùng để liên kết với bốn nguyên tử Si gần đó (cấu trúc kiểu như kim cương) Nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử phôt pho P

có 5 electron ở vành ngoài, electron thừa ra không dùng để liên kết nên dễ chuyển động hơn làm cho bán dẫn pha tạp trở thành có tính dẫn điện electron, tức là bán dẫn loại n (negatif - âm)

+ Ngược lại nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử bo B có 3 electron ở vành ngoài, tức

là thiếu một electron mới đủ tạo thành 4 mối liên kết nên có thể nói là tạo thành lỗ trống (hole) Vì là thiếu electron nên lỗ trống mạng điện dương, bán dẫn pha tạp trở thành có tính dẫn điện lỗ trống, tức là bán dẫn loại p (positif - dương)

- Vậy trên cơ sở bán dẫn tinh khiết có thể pha tạp để trở thành có lớp là bán dẫn loại n,

có lớp bán dẫn loại p, lớp tiếp giáp giữa hai loạị chính là lớp chuyển tiếp p - n

b Nguyên lý hoạt động

- Ở chỗ tiếp xúc p - n này một ít electron ở bán dẫn loại n chạy sang bán dẫn loại p lấp vào lỗ trống thiếu electron.Kết quả là ở lớp tiếp xúc p-n có một vùng thiếu electron cũng thiếu cả lỗ trống, người ta gọi đó là vùng nghèo

+ Sự dịch chuyển điện tử để lấp vào lỗ trống tạo ra vùng nghèo này cũng tạo nên hiệu thế gọi là hiệu thế ở tiếp xúc p - n, đối với Si vào cỡ 0,6V đến 0,7V Đây là hiệu thế sinh ra ở chỗ tiếp xúc không tạo ra dòng điện được

- Nhưng nếu đưa phiến bán dẫn đã tạo lớp tiếp xúc p - n phơi cho ánh sáng mặt trời chiếu vào thì photon của ánh sáng mặt trời có thể kích thích làm cho điện tử đang liên

kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện chỗ trống

vì thiếu electron, người ta gọi là photon đến tạo ra cặp electron - lỗ trống

+ Nếu cặp electron - lỗ trống này sinh ra ở gần chỗ có tiếp p - n thì hiệu thế tiếp xúc sẽ đẩy electron về một bên (bên bán dẫn n) đẩy lỗ trống về một bên (bên bán dẫn p) Nhưng cơ bản là electron đã nhảy từ miền hoá trị (dùng để liên kết) lên miền dẫn ở mức cao hơn, có thể chuyển động tự do Càng có nhiều photon chiếu đến càng có nhiều cơ hội để electron nhảy lên miền dẫn

- Nếu ở bên ngoài ta dùng một dây dẫn nối bán dẫn loại n với bán dẫn loại p (qua một phụ tải như lèn LED chẳng hạn) thì electron từ miền dẫn của bán dẫn loại n sẽ qua mạch ngoài chuyển đến bán dẫn loại p lấp vào các lỗ trống Đó là dòng điện pin Mặt trời silic sinh ra khi được chiếu sáng

c Ưu điểm,hạn chế

- Dùng bán dẫn silic tạo ra tiếp xúc p - n để từ đó làm pin Mặt trời là một tiến bộ lớn trên con đường trực tiếp biến ánh sáng Mặt trời thành dòng điện để sử dụng

- Tuy nhiên pin Mặt trời silic có một số hạn chế về kinh tế, kỹ thuật

+ Vật liệu xuất phát là silic tinh khiết nên rất đắt

Ban đầu là làm từ silic đơn tinh thể dùng trong công nghệ vi điện tử, nhưng giá vẫn là khá cao

Đã có những cách dùng silic đa tinh thể, silic vô định hình tuy hiệu suất thấp hơn nhưng bù lại giá rẻ hơn Nhưng xét cho cùng thì vật liệu silic sử dụng phải là tinh khiết nên giá thành rẻ hơn không nhiều

+ Đối với silic, để đưa electron từ miền hoá trị lên miền dẫn phải tốn năng lượng cỡ 1,1 eV Vậy năng lượng của photon đến phải bằng hoặc cao hơn 1,1eV một chút là đủ

để kích thích eletron nhảy lên miền dẫn, từ đó tham gia tạo thành dòng điện của pin Mặt trời.

Photon ứng với năng lượng 1,1 eV có bước sóng cỡ 1 m tức là hồng ngoại Vậy photon có các bước sóng lục, lam, tử ngoai là có năng lượng quá thừa thãi để kích thích điện tử của Si nhảy lên miền dẫn Do đó pin Mặt trời Si sử dụng lãng phí năng lượng Mặt trời để biến ra điện

+ Còn nhiều lý do nữa, thí dụ photon bị phản xạ, bị hấp thụ… nên hiệu suất của pin Mặt trời silic chỉ vào cỡ 12 đến 15% nghĩa là chỉ 12 đến 15% năng lượng của Mặt trời đến là được biến thành năng lượng điện Hiệu suất không cao, để chế tạo cần nhiều phương tiện, thiết bị cao cấp, nguyên liệu đầu vào khá đắt tính ra đối với Pin Mặt trời silic sau khi lắp đặt để có 1 watt điện phải mất cỡ 9 đôla Tuy rằng một khi đã lắp đặt,

về lý thuyết thì pin Mặt trời silic bền đến 20 năm, không cần nhiên liệu vẫn có điện nhưng một gia đình muốn có cỡ 3,6 kW điện từ pin Mặt trời phải đầu tư ban đầu

9 x 3600 = 32.000 đô la là một khoản tiền khá lớn (tuy rằng về sau không phải trả tiền điện) Đó là chưa kể tiền phải tốn cho việc lưu trữ điện vào ắcquy để ban đêm, ngày

âm u tối trời có điện sử dụng

Gần đây có một cách làm pin Mặt trời theo kiểu hoàn toàn mới, vật liệu dễ kiếm, không đòi hỏi thiết bị cao cấp, có rất nhiều hứa hẹn như giới thiệu sau đây

1.4.2 Pin Mặt trời nhạy cảm chất màu DSC (Dye - sensitized solar cell)

a Khái quát chung

- DSC là một loại pin Mặt trời mới, giá rẻ, dễ làm Loại pin này do Michael Gratzel ở trường Bách khoa Lausane (Thuỵ Sĩ) chế tạo lần đầu vào năm 1991 nên còn có tên là pin Gratzel

b Cấu tạo

Sơ đồ pin mặt trời DSC

- Cấu tạo nguyên thuỷ của pin DSC gồm ba phần chính (hình 2)

+ Trên cùng là một lớp mỏng chất dẫn điện trong suốt, đóng vai trò anôt làm bằng oxyt thiếc pha tạp fluo (SnO2: F) Lớp này phủ lên tấm thuỷ tinh trong suốt

+ Tiếp đó là một lớp có diện tích bề mặt rất lớn Lớp dẫn điện SnO2: F và lớp hạt bột oxyt titan TiO2 được nhúng vào hỗn hợp chất màu nhạy quang ruthenium - polypyridin

và dung môi Sau khi nhúng, một lớp mỏng chất màu nhạy quang bám dính vào các hạt TiO2 bằng liên kết cộng hoá trị

+ Tiếp đó mặt sau được tráng bằng một lớp mỏng chất điện ly iôt và đậy kín bằng tấm điện cực kim loại, thường là platin Toàn bộ được dán kín sao cho dung dịch không bị

rò chảy ra

b Nguyên lý họat động

Pin DSC hoạt động như sau:

- Ánh sáng Mặt trời qua tấm kính, qua lớp điện cực trong suốt SnO2: F chiếu vào chất màu nhạy quang dính trên bề mặt các hạt TiO2 Photon kích thích các phân tử chất màu nhạy quang làm cho electron ở đó bị bứt ra nhảy vào miền dẫn của TiO2 rồi từ đó dễ dàng chuyển động chạy về điện cực trong suốt ở phía trên Khi bị mất electron để nhận thêm cho phân tử không bị phân huỷ Phân tử chất màu nhay quang bèn lấy electron của iôt ở dung dịch điện phân, biến anion iôt một I- thành anion iôt ba I3- Các anion iôt này khi tiếp xúc với điện cực kim loại sẽ lấy lại electron từ điện cực trong suốt qua

mạch ngoài chạy về điện cực kim loại Như vậy đã thực hiện cơ chế photon kích thích làm cho electron nhảy lên, đến điện cực trong suốt rồi qua mạch ngoài chạy về điện cực kim loại tạo ra dòng điện.

c Ưu điểm ,hạn chế

- Nhược điểm của loại pin này là có chứa chất lỏng phải có các biện pháp chống rò rỉ khi dùng lâu (Loại pin này tuổi thọ là 10 năm, bằng một nửa tuổi thọ của pin Mặt trời silic)

+ Vì nhiều lí do, hiệu suất của loại pin này chỉ vào cỡ 11% thấp hơn hiệu suất của pin Mặt trời silic (12 - 15%)

- Tuy nhiên ưu điểm rõ rệt của loại pin này là:

+ Vật liệu chế tạo rẻ, dễ kiếm Đặc biệt TiO2 là chất bột trắng hay dùng để làm sơn trắng rất phổ biến

+ Kỹ thuật chế tạo đơn giản, không phải cần máy móc cao cấp đắt tiền như ở trường hợp pin Mặt trời silic Thậm chí có thể làm pin mặt trời kiểu này theo cách thủ công.+ Dễ dàng cải tiến nhiều khâu kỹ thuật, nhất là ứng dụng công nghệ nano để làm bột TiO2 có diện tích mặt ngoài cực lớn

d Xu hướng phát triển

- Hiện nay đã có nhiều cải tiến đối với chất màu nhạy quang làm cho ánh sáng thuộc nhiều bước sóng trong phổ ánh sáng Mặt trời đều dễ dàng bị hấp thụ để kích thích làm thoát điện tử tạo ra dòng điện Nhờ đó, khác với pin Mặt trời silic, loại pin Mặt trời mới này vẫn hoạt động tốt khi nắng yếu, đặc biệt là hoạt động với ánh sáng trong nhà

Đã có các hãng sản xuất pin Mặt trời loại mới này bán để dùng thử, đã có các hãng bán hoá chất và dụng cụ đặc biệt để bán cho người sản xuất pin Mặt trời này theo phương pháp thủ công và đang có một nhà máy thử nghiệm sản xuất loại pin mặt trời này dưới dạng in liên tục từng cuộn, sản lượng 30MW (megaoat) điện Mặt trời hàng năm (dùng hết pin mặt trời do nhà máy làm ra trong một năm tương dương với nhà máy điện công suất 30 MW)

Các pin năng lượng mặt trời có nhiều ứng dụng Chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện năng trong mạng lưới chưa vươn tới, các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước Pin năng lượng mặt trời (tạo thành các module hay các tấm năng lượng mặt trời) xuất hiện trên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện

1.5 Kết luận chương 1

- Về lý thuyết pin mặt trời thì chúng em đã cố gắng tìm hiểu trên mọi phương tiện thông tin,internet,sách của các tác giả và nhiều bài viết trên mạng.

Tuy nhiên do khả năng nghiên cứu,sư tìm tòi học hỏi của chúng em còn hạn chể nên còn rất nhiều thông tin của pin mặt trời mà chúng em chưa tìm hiểu hết

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Mạch nạp

tự động

Khối nguồn cung cấp

Khối điều khiển

Hiển thị LCD

ADC 0804

- Có nhiệm vụ chuyển đồi tín hiệu ánh sáng mặt trời thành điện năng để đưa ra điện

áp một chiều,rồi lưu trữ vào acquy

2.2.2 Mạch nạp tự động

a Sơ đồ nguyên lý trong mạch

b Nguyên lý mạch nạp

- Giả sử ban đầu acquy hết điện

+ Lúc này.điện áp acquy nhỏ hơn mức điện áp khống chế trong vi điều khiển ( nhỏ hơn 10 VDC ) và giá trị điện áp nhỏ hơn 12 VDC thì tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển ở mức logic “ 0 “ sẽ làm cho transistor dẫn.Relay họat động và sẽ hút tiếp điểm chuyển mạch,acquy được nạp

- Khi acquy nạp đầy (lớn hơn 12 VDC đã được khống chế trong vi điều khiển thì tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển ở mức logic “ 1 “ sẽ làm cho transistor khóa.Lúc này,Relay không được cấp nguồn nuôi nên cuộn hút sẽ nhả tiếp điểm chuyển mạch,ngắt nguồn pin mặt trời với mạch nạp acquy

- Qúa trình sẽ lập lại khi acquy hết điện

2.2.3 Acquy DC

a Khái quát

- Acquy là thiết bị lưu trữ điện

- Acquy 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 ăc-quy có dung lượng lớn hoặc dùng nhiều bình ắc-quy kết nối lại với nhau

- Hiệu suất của battery chỉ khoảng 85%

b Cấu tạo của Acquy

- Acquy được cấu tạo bởi các điện cực chì Các bản cực của ắc quy có dạng vỉ lưới+ Bản cực dương của ắc quy làm bằng ôxít chì (PbO2)

- Muốn nạp điện cho Acquy thì phải nối 2 cực của acquy với 2 cực của nguồn cùng

dấu, nguồn điện có điện áp > điện áp ăc quy Khi đó có dòng điện đi qua chất điện phân, axit sẽ bị phân ly

H2SO4 =>2H + + (SO4)-2

Đồng thời oxit chì trên bản cực tác dụng với axit :

PbO + H2SO4 = PbSO4 + H2O

Trong dung dịch các H+ tiến đến cực âm tạo phản ứng hoá học :

(2H) + PbSO4 = H2SO4 + Pb

Các (SO4)-2 tiến đến cực dương tạo ra phản ứng :

(SO4)-2 + PbSO4 + 2H2O = PbO2 + 2H2SO4

Như vậy trong quá trình nạp điện tạo ra một lượng axit làm tăng nồng độ của bản cực

âm và dương dần dần khác nhan Ăc quy được gọi là no khi dung dịch bọt R, đó là bọt O2 và H2 bị phân tích bay nên

Kết thúc quá trình nạp thì ắc quy trở lại trạng thái ban đầu: Cực dương gồm: PbO2, cực âm là Pb.

* Quá trình phóng điện :

- Nếu ta nối 2 cực của ắc quy đã được nạp đầy vào một phụ tải bên ngoài thì lượng điện tích trữ trong ắc quy sẽ được ắc quy phóng qua phụ tải

- Khi đó xảy ra phản ứng hóa học sau :

+ Tại cực âm: Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2

=> Phản ứng toàn bình là: Pb+PbO2+2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O

- Quá trình phóng điện kết thúc khi mà PbO2 ở cực dương và Pb ở cực âm hoàn toàn chuyển thành PbSO4.

Như vậy trong quá trình phóng điện tạo ra H2O và PbSO4 làm loãng nồng độ dung dịch Muối PbSO4 sẽ bám vào bề mặt bản cực cản trở quá trình tác dụng của bản cực với dung dịch Vì vậy khi phóng điện chỉ cho phép phóng khi điện áp mỗi ngăn

>=1,7V để tránh sunfat chì bám dày vào bề mặt làm cho ắc quy bị hỏng dưới dạng bản cực bị sunfat hoá

2.2.4 Khối phân áp

- Sử dụng các điện trở làm mạch phân áp.

a Sơ đồ nguyên lý trong mạch

b Tính toán thông số

- Do để hở chân Vref nên chân này sẽ không bị ảnh hưởng của nguồn nuôi,và điện áp

ở chân này bằng 0 Vậy điện áp đầu vào cao nhất qua mạch phân áp được tính theo công thức :

- Vì điện áp Vin của ADC nằm trong dải điện áp từ 0 – 5 V nên ta tính toán và chọn giá trị linh kiện

+ Vậy với điện áp đầu vào biến trở được lấy từ acquy khi acquy đầy ( 13.5 VDC ) và Vin = 5V khi max,thì ta tính Vin theo công thức Vin = Uv.R17/ ( R13 + R17 )

Khi đó chọn được : R13 = 17 K Ω ; R17 = 10 K Ω

+ Điện áp Vin sẽ được đưa vào ADC 0804

2.2.5 Khối chuyển đổi tương tự sang số ADC0804

a Giới thiệu chung

- Chíp ADC 0804 là bộ chuyển đổi tương tự sang số trong họ các loạt ADC 0800 từ hãng National Semiconductor Nó cũng được nhiều hãng khác sản xuất, làm việc với +5V và có độ phân giải là 8 bít

- Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một yếu tố quan trọng khác khi đánh giá một bộ ADC

- Thời gian chuyển đổi được định nghĩa như là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị phân

- Trong ADC 0804 thời gian chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK và CLK IN nhưng không thể nhanh hơn 110µs

b Cấu tạo và chức năng

- ADC0804 là một bộ chuyển đổi tương tự số.Gồm có 20 chân

sử dụng để nhận dữ liệu được chuyển đổi ở đầu ra của ADC 804

- Khi CS = 0 nếu một xung cao xuống thấp được áp đến chân RD/ thì đầu ra số 8 bít được hiển diện ở các chân dữ liệu D0 - D7

- Chân RD/ cũng được coi như cho phép đầu ra

4 Chân CLK R / CLK IN :

- Là các nối vào điều khiển xung nhịp

- Chân CLK IN là một chân đầu vào được nối tới một nguồn đồng hồ ngoài khi đồng

hồ ngoài được sử dụng để tạo ra thời gian

- Tuy nhiên ADC0804 cũng có một bộ tạo xung đồng hồ

+Để sử dụng bộ tạo xung đồng hồ trong (cũng còn được gọi là bộ tạo đồng hồ riêng) của ADC0804 thì các chân CLK IN và CLK R được nối tới một tụ điện và một điện trở Tần số đồng hồ được tính bằng biểu thức:

- Là nối ra ngắt,là chân đầu ra tích cực mức thấp

- Bình thường nó ở trạng thái cao và khi việc chuyển đổi hoàn tất thì nó xuống thấp

để báo cho CPU biết là dữ liệu được chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi

- Sau khi INTR/ xuống thấp, ta đặt CS = 0 và gửi một xung cao xuống thấp tới chân

RDlấy dữ liệu ra của 0804

6 Chân Vin (+) và Vin (-):

- Là các đầu vào tương tự vi sai mà Vin = Vin (+) - Vin (-)

Thông thường Vin (-) được nối xuống đất và Vin (+) được dùng như đầu vào tương tự được chuyển đổi về dạng số

7 Chân VCC:

- Là chân nguồn nuôi +5 V, nó cũng được dùng như điện áp tham chiếu khi đầu vào

Vref/2 (chân 9) để hở

8 Chân Vref/2:

- Là một điện áp đầu vào được dùng cho điện áp tham chiếu

Nếu chân này hở (không được nối) thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC 0804 nằm trong dải 0 đến +5 V

Bảng 3: Điện áp V ref/2 liên hệ với dải V in

c Sơ đồ nguyên lý trong mạch

kich

V

out =

- Vì chân Vref để hở nên độ phân dải là 19,53mV

*CÁC BƯỚC CỦA QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỔI.

a Cấu tạo

- CPU bao gồm :

+ Thanh ghi tích lũy A

+ Thanh ghi tích lũy phụ B

+ Đơn vị logic học ALU

+ Thanh ghi từ trạng thái chương trình

+ 4 băng thanh ghi

+ Con trỏ ngăn xếp

- Bộ nhớ chương trình ROM gồm 8Kbyte Flash

- Bộ nhớ dữ liệu RAM gồm 256 byte

- Bộ UART có chức năng truyền nhận nối tiếp

- 3 bộ Timer/Count 16 bít thực hiện chức năng định thời và đếm sự kiện

- Khối điều khiển ngắt với 2 nguồn ngắt ngoài và 4 nguồn ngắt trong

- Bộ lập trình ( ghi chương trình lên Flash ROM ) cho phép người sử dụng có thể nạp các chương trình cho chíp mà không cần các bộ nạp chuyên dụng

- Bộ chia tần số với hệ số chia là 12

- 4 cổng xuất nhập dữ liệu với 32 chân

b Chức năng các chân

- Port 0 : từ P0.0 - P0.7

+ Gồm 8 chân, ngoài chức năng xuất nhập, port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ (AD0 – AD7 ).Chức năng này sẽ được sử dụng khi AT89C52 giao tiếp với các thiết bị ngoài có kiến trúc bus như các vi mạch nhớ, mạch PIO…

- Port 1 :từ P1.0 - P1.7

+ Có chức năng xuất nhập dữ liệu như các Port khác

+ Và có thể xuất nhập theo bit và theo byte

- PSEN/: là chân điều khiển đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài

- ALE: là tín hiệu điều khiển chốt địa chỉ có tần số bằng 1/6 tần số dao động của vi điều khiển Tín hiệu ALE được dung để cho phép vi mạch chốt bên ngoài như 7473

- EA/ : cho phép chọn bộ nhớ chương trình là bộ nhớ trong hay ngoài

+ EA = 1 thì thực hiện chương trình trong RAM nội

+ EA = 0 thực hiện ở RAM ngoài

- RST ( reset ): Ngõ vào reset trên chân số 9

+ Khi RST = 1 thì bộ điều khiển sẽ được khởi động lại thiết lập bân đầu

- XTAL1, XTAL2: được nối song song với thạch anh tần số max = 33 Mhz để tạo dao động cho bộ vi điều khiển

- Vcc, GND: Cung cấp nguồn nuôi cho bộ vi điều khiển qua chân 20 và 40

c Sơ đồ nguyên lý trong mạch

d Nguyên lý họat động

- Khi nhận tín hiệu từ ADC đưa đến thì VĐK sẽ thực hiện giải mã và xử lý tín hiệu.

+ Và cấp tín hiệu điều khiển mạch nạp cho acquy

+ Đồng thời,đưa tín hiệu lên hiển thị trên LCD

2.2.7 Khối hiển thị LCD

a Cấu tạo và chức năng