đồ án kỹ thuật điều khiển tự động THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG BỘ NẠP NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI SỬ DỤNG CHO NGUỒN CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG PHỐ CÔNG SUẤT 100 W

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --- Nguyễn Minh Chương ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG BỘ NẠP NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI SỬ DỤNG CHO NGUỒN CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG PHỐ CÔNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- Nguyễn Minh Chương

ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG BỘ NẠP NĂNG LƯỢNG

ĐIỆN MẶT TRỜI SỬ DỤNG CHO NGUỒN CHIẾU

SÁNG ĐƯỜNG PHỐ CÔNG SUẤT 100 W

Chuyên ngành : ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA (KT)

Phần A GIỚI THIỆU

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, nền kinh tế của mỗi quốc gia càng phát triển, năng lượng được coi

là nguồn sống của mỗi quốc gia Do vậy, nhu cầu sử dụng năng lượng, đặc biệt là

điện năng ngày càng cao Năng lượng hóa thạch thì ngày càng cạn kiện, kèm theo

đó là các vấn đề ô nhiễm môi trường của nguồn năng lượng này gây ra Năng lượng

hạt nhân có công suất lớn, nhưng gây nguy hiểm cho con người Gần đây, vấn đề rò

rỉ phóng xạ tại các nhà máy điện hạt nhân của Nhật bản cũng gây cho nhân loại sự

lo lắng về tính an toàn của nguồn năng lượng này Vì thế việc tìm và sử dụng các

nguồn năng lượng sạch, an toàn đang là mối quan tâm của các quốc gia trên thế

giới Trong các nguồn năng lượng sạch con người đã và đang sử dụng, những nguồn

năng lượng về sức gió, thủy triều, năng lượng mặt trời là những nguồn năng lượng

sạch đáng lưu tâm nhất Các nguồn năng lượng sức gió hay thủy triều thường có

yêu cầu vị trí lắp đặt và công suất lớn Ngược lại, năng lượng mặt trời có thể lắp đặt

hầu hết tất cả các nơi và các dải công suất Do vậy, phát triển các hệ thống năng

lượng mặt trời là một trong những hướng phát triển của khoa học kỹ thuật ngày nay

Đồ án “THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG BỘ NẠP NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT

TRỜI SỬ DỤNG CHO NGUỒN CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG PHỐ CÔNG SUẤT 100

W” nằm trong đề tài lớn: “Nghiên cứu và thiết kế thiết bị biến đổi nguồn điện một

chiều sang xoay chiều (DC-AC) một pha công suất 2kW ứng dụng trong hệ thống

biến đổi năng lượng mặt trời” nhằm nghiên cứu và sử dụng năng lượng mặt trời

chuyển về dạng điện năng một cách hiệu quả nhất sử dụng trong lưu trữ, truyền tải

và sử dụng

Luận văn đi sâu vào nghiên cứu phương pháp biến đổi năng lượng mặt trời

nạp cho hệ acquy, áp dụng cho một phương pháp biến đổi để đưa vào thực tế Sử

dụng năng lượng mặt trời không còn là mới nhưng hầu hết ở Việt Nam đều sử dụng

với công suất nhỏ và tải thường là 12V hoặc xoay chiều 1 pha

Việc nghiên cứu để đưa năng lượng mặt trời sử dụng trực tiếp trong sản xuất

cũng là một hướng đi mới, nhằm tăng cường sử dụng các nguồn năng lượng xanh,

sạch ở Việt Nam

Nguyễn Minh Chương

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện đề tài, em đã lĩnh hội được nhiều kinh nghiệm và

kiến thức bổ ích.Việc thi công mạch luận văn đã giúp em có điều kiện tiếp xúc với

thực tiễn, bổ sung những kiến thức thực tế còn thiếu

Để hoàn thành luận văn này, em đã nhận được sự giúp đở rất nhiều từ quí

Thầy Cô, và bạn bè

Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS Lưu Hồng Việt đã trực tiếp

hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Học viên thực hiện đề tài

MỤC LỤC

PHẦN A: GIỚI THIỆU 2

Lời mở đầu 3

Lời cảm ơn 4

Mục lục 5

Liệt kê hình vẽ 8

Liệt kê bảng……… 10

PHẦN B: NỘI DUNG 11

CHƯƠNG I: DẪN NHẬP 12

1.1 Lý do chọn đề tài 12

1.2 Nhiệm vụ của để tài 12

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 13

1.4 Ý nghĩa thực tiển 14

1.5 Phương pháp nghiên cứu 14

2.1 Giới thiệu chung 15

2.1.1 Vai trò của năng lượng mặt trời trong cung cấp năng lượng 15

2.1.2 Tổng quan về hệ thống pin năng lượng mặt trời 16

2.2 Acquy và các phương pháp nạp acquy 18

2.3 Nguyên lý nạp năng lượng mặt trời 23

2.3.1 Sơ đồ biến đổi DC-DC không cách ly 23

2.3.2 Sơ đồ biến đổi DC-DC có cách ly 24

2.3.3 Lựa chọn sơ đồ nguyên lý cho bộ biến đổi DC-DC 26

2.3.4 Sơ đồ biến đổi DC-DC không cách ly Cuk 27

CHƯƠNG III: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 31

3.1 Tổng quan Vi Điều Khiển dsPIC30F4011 31

3.1.1 Khối xử lý trung tâm CPU 31

3.1.2 Bộ chuyển đổi tương tự số AD 32

3.1.3 Các cổng vào ra I/O Port và các ngoại vi 32

3.1.4 Bộ xử lý tín hiệu số 32

3.1.5 Một số đặc điểm khác 32

3.2 Giới thiệu các linh kiện khác 33

3.2.1 Cảm biến dòng ACS712 33

a Các đặc tính ……… 33

b Mô tả ……… 33

3.2.2 IC Driver IR2104 35

a Các đặc tính ……… 35

b Mô tả ……… 35

3.2.3 Graphic LCD……… 37

a Giới thiệu 37

b Sơ đồ chân 38

c Tổ chức bộ nhớ 41

d Tập lệnh cho chip KS0108 43

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ THỰC THI 46

4.1 Sơ đồ thực thi hệ thống 46

4.2 Tính toán thiết kế mạch nạp theo nguyên lý Cuk 46

4.3 Mô hình hóa bộ biến đổi DC – DC Cuk 50

4.4 Thiết kế mạch điều khiển 51

4.5 Thiết kế mạch lực 52

CHƯƠNG V: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHƯƠNG TRÌNH 57

5.1 Sơ đồ khối 57

5.2 Sơ đồ nguyên lý 58

5.3 Sơ đồ mạch in 59

5.4 Sơ đồ bố trí linh kiện 60

5.5 Một số hình ảnh thực tế 61

5.6 Lưu đồ… 76

5.7 Chương trình 77

CHƯƠNG VI: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN 82

6.1 Kết luận 82

6.2 Kết quả nghiên cứu và hướng phát triển 82

Tài liệu tham khảo 83

LIỆT KÊ HÌNH VẼ

Hình Trang

Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống năng lượng mặt trời 13

Hình 2.1: Bảng thống kê sử dụng các nguồn năng lượng năm 2008 15

Hình 2.2: Lượng khí thải CO2 sinh ra trên tạo ra 1KWh của các nguồn 16

Hình 2.3: Hệ thống năng lượng mặt trời 16

Hình 2.4: Cách bố trí góc ghiêng β của hệ thống pin 18

Hình 2.5: Đặc tính điện thế và tỷ trọng khi phóng và nạp với dòng không đổi 19

Hình 2.6 Đặc tuyến phóng điện thế với Điện thế cuối cùng 19

Hình 2.7: Dung lượng định mức dựa trên mức 8 giờ 20

Hình 2.8: Đặc tính phóng của acquy 20

Hình 2.9: Đặc tính nạp của acquy 21

Hình 2.10: Sơ đồ bộ biến đổi DC-DC không cách ly 23

Hình 2.11: Sơ đồ bộ biến đổi DC_DC cách ly 25

Hình 2.12: Sơ đồ khối mạch nạp năng lượng mặt trời DC-DC Cuk 27

Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lý mạch DC-DC Cuk 27

Hình 2.14: Tín hiệu điều chế độ rộng xung PWM 28

Hình 2.15: Bộ biến đổi ở hai trạng thái đóng/mở van 28

Hình 2.16: Dòng điện và điện áp trên các cuộn dây 29

Hình 3.1: Sơ đồ kết nối chân ACS712 33

Hình 3.2: Sơ đồ kết nối bên trong ACS712 34

Hình 3.3: Chức năng các cảm biến ACS712 35

Hình 3.4: Bảng tóm tắt thông số IC Driver IR2104 35

Hình 3.5: Chức năng chân và điều kiện hoạt động IC Driver IR2104 36

Hình 3.6: Sơ đồ kết nối bên trong IR2104 36

Hình 3.7: Giản đồ xung của Ir2104 37

Hình 3.8: GLCD 12864B 37

Hình 3.9: Sơ đồ chân GLCD 12864B 38

Hình 3.10: Sơ đồ điều khiển GLCD 128*64 40

Hình 3.11: Tổ chức của RAM 41

Hình 3.12: Hiển thị chữ trên GLCD 42

Hình 3.13: Tóm tắt các lệnh của chip KS0108 43

Hình 4.1 : Sơ đồ thực thi hệ thống 46

Hình 4.2 : Sơ đồ khối DC-DC Cuk trong bộ nạp năng lượng mặt trời 46

Hình 4.3 : Mạch DC-DC Cuk ở hai chế độ đóng/mở van 51

Hình 4.4: Mạch DC-DC Cuk ở chế độ van đóng D=1 51

Hình 4.5: Mạch DC-DC Cuk ở chế độ van mở D=0 51

Hình 4.6: Khối Vi Điều Khiển Dspic30F4011 52

Hình 4.7: Mạch đảo và mạch lặp điện áp 53

Hình 4.8: Mạch so sánh bảo vệ điện áp 54

Hình 4.9: Khối so sánh bảo vệ cứng 55

Hình 4.10: Tín hiệu điều khiển vào Driver 56

Hình 4.11: Sơ đồ mạch kết nối GLCD 56

Hình 5.1 : Sơ đồ khối toàn mạch 57

Hình 5.2: Sơ đồ nguyên lý 58

Hình 5.3: Sơ đồ mạch in 59

Hình 5.4: Sơ đồ bố trí linh kiện 60

Hình 5.5: một số hình ảnh thực tế 61

LIỆT KÊ BẢNG

Bảng Trang

Bảng 2.1: So sánh chỉ tiêu chất lượng của các topology cho bộ biến đổi DC-DC 26

Bảng 4.1 Kết quả tính toán mạch Cuk 49

Phần B NỘI DUNG

CHƯƠNG I: DẪN NHẬP

1.1 Lý do chọn đề tài:

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật thì con người

ngày càng chú tâm vào việc tìm các nguồn năng lượng để phục vụ cuộc sống và nhu

cầu phát triển Vì vậy, năng lượng sạch xanh không gây ô nhiễm cho môi trường

luôn là yêu cầu thiết yếu cho các quốc gia trên thế giới Trong đó, nguồn năng

lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp, an

toàn cho người sử dụng… Vì thế, đây được coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể

thay thế những dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt

Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời

(NLMT) qua thiết bị biến đổi quang điện Pin mặt trời (PMT) 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 NLMT dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là ở

các nước phát triển Do nó là nguồn năng lượng tự nhiên và vô tận Việc sử dụng

được nguồn năng lượng này là nhu cầu thiết yếu đối với nền kinh tế và sự phát triển

của mọi quốc gia

Xuất phát từ ý tưởng đó, em đã nghiên cứu và thực hiện đề tài: “THIẾT KẾ

VÀ XÂY DỰNG BỘ NẠP NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI SỬ DỤNG CHO

NGUỒN CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG PHỐ CÔNG SUẤT 100 W”

1.2 Nhiệm vụ của đề tài:

Năng lượng mặt trời (NLMT) được khai thác chủ yếu hiện nay là biến đổi

trực tiếp thành điện năng nhờ các tế bào quang điện Các tế bào quang điện ghép

với nhau tạo thành Pin mặt trời Một trong những nhiệm vụ cơ bản được đặt ra

trong khai thác nguồn NLMT là lưu trữ bởi lý do chính như sau: (1) Nguồn NLMT

không ổn định hoặc yếu vì vậy không đảm bảo cung cấp đủ công suất để được biến

đổi trực tiếp thành điện theo nhu cầu tiêu thụ, (2) Nguồn NLMT dư thừa có thể

được tích trữ để sử dụng khi có nhu cầu

Hệ thống năng lượng mặt trời có sơ đồ khối cấu trúc sau:

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống năng lượng mặt trời

Bộ nạp NLMT thực hiện quá trình điều tiết luồng năng lượng từ pin mặt trời

dẫn vào acqui để tích trữ Sau đó bộ DC – DC sẽ biến đổi điện áp 48V thành 400V

và bộ DC – DC sẽ nghịch lưu ra thành điện áp 380V xoay chiều Bộ nạp NLMT

nhằm tối ưu hóa quá trình nạp nhằm đảm bảo tích trữ được công suất lớn nhất

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Trong nghiên cứu thiết kế hệ thống nạp các vấn đề được quan tâm bao gồm:

 Mức điện áp của hệ acqui (thường ở các mức 12V, 24V, 48V), đầu

vào là điện áp ra của pin mặt trời có dòng và áp thay đổi theo điều kiện chiếu sáng của mặt trời

 Acqui và các phương pháp phóng nạp theo nguyên tắc hoạt động của

công nghệ

 Cải thiện nâng cao hiệu suất thu NLMT như thay đổi hướng của pin

mặt trời nhằm bám theo mặt trời để thu được hiệu suất cao nhất

 Thời gian và các phương pháp nạp cho Acquy

Trong đề tài này, giải pháp cho bộ nạp pin mặt trời là sử dụng bộ biến đổi

DC-DC cấu trúc mạch Cuk Nội dung nghiên cứu được trình bày bao gồm

các phần chính như sau:

 Nguyên lý điều khiển quá trình nạp NLMT vào Acqui

 Thiết kế phần mạch lực thực thi bộ nạp theo cấu trúc Cuk

 Tổng hợp bộ điều khiển

 Kết quả và thực nghiệm

Phạm vi áp dụng:

Bộ nạp năng lượng mặt trời có thể sử dụng trong hệ thống năng lượng sử

dụng pin mặt trời hoặc trong các bộ biến đổi nguồn DC-DC không cách ly, công

suất 1 vài KW trở lại

1.4 Ý nghĩa thực tiễn:

Năng lượng chính là nguồn sống của mỗi quốc gia Do vậy, nhu cầu sử dụng

năng lượng ngày càng cao Năng lượng là nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống Năng

lượng từ than,dầu…ngày càng khan hiếm Năng lượng nguyên tử thì rất nguy

hiểm.Vì vậy, nhu cầu tìm ra nguồn năng lượng mới là cần thiết Trong đó, năng

lượng mặt trời là năng lượng sạch và vô tận Tuy nhiên việc sử dụng nó để thay thế

các nguồn năng lượng đang sử dụng là hết sức khó khăn Nhưng trong tương lai sẽ

được sử dụng rộng rãi

Do vậy, phát triển các hệ thống năng lượng mặt trời là một trong những

hướng phát triển của khoa học kỹ thuật ngày nay

Đề tài nhằm mục đích phục vụ cho việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời

Trong đó, việc thiết thực biến đổi năng lượng điện quang năng thành điện 1 chiều

có công suất lớn nhằm phục vụ cho nền công nghiệp ngày càng phát triển

1.5 Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu tính toán giá trị cho các phần tử trong bộ biến đổi DC-DC cấu

trúc mạch Cuk để tạo ra giá trị điện áp 48V nạp cho acquy

Thiết kế mạch điều khiển với chip vi xử lý dsPIC30F4011, viết chương trình

điều khiển mạch nạp cho Acquy và đọc giá trị ADC về để hiển thị giá trị dòng áp

vào ra lên GLCD

Thiết kế mạch bảo vệ cho Acquy trong trường hợp quá dòng hay quá áp đầu

vào đầu ra

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

2.1 Giới thiệu chung:

2.1.1 Vai trò của năng lượng mặt trời trong cung cấp năng lượng:

Hình 2.1: Bảng thống kê sử dụng các nguồn năng lượng năm 2008

Qua bảng thống kê ta thấy, năng lượng mặt trời vẫn chiếm tỷ lệ thấp

Tuy nhiên một trong những đánh giá cao về năng lượng mặt trời là khả năng

lắp đặt ở nhiều nơi cũng như công suất cho một hệ thống có thể từ hộ gia đình đến

cả nhà máy điện công suất lớn Bên cạnh đó nguồn nguyên liệu của năng lượng mặt

trời là vô tận, cũng như chất thải ra môi trường gần như không có

Lượng khí thải CO2 trên 1KWh điện năng theo các dạng nguồn được thống

kê theo biểu đồ dưới đây

Hình 2.2: Lượng khí thải CO2 sinh ra trên tạo ra 1KWh của các nguồn

Đây có thể coi là những ưu thế lớn cho các hệ thống năng lượng mặt trời

ngày nay

Tuy nhiên, nhược điểm của nguồn năng lượng mặt trời là công suất không

cao, giá thành đắt và phục thuộc nhiều vào thời tiết

2.1.2 Tổng quan về hệ thống pin năng lượng mặt trời:

Hệ thống năng lượng mặt trời:

Hình 2.3: Hệ thống năng lượng mặt trời

Hệ thống điện mặt trời là một hệ thống bao gồm một số các thành phần như:

các tấm pin mặt trời (máy phát điện), các thiết bị tích trữ năng lượng (Acquy), các

tải tiêu thụ điện và các thiết bị điều phối năng lượng (chuyển đổi),…

Đầu vào của pin là bức xạ mặt trời, nó luôn thay đổi phức tạp theo thời gian,

theo địa điểm và phụ thuộc vào các điều kiện khí hậu, thời tiết… do vậy, bộ điều

khiển cần phải điều khiển được quá trình nạp khi đầu vào thay đổi để thu được công

suất lớn nhất

Thiết kế một hệ thống điện mặt trời bao gồm nhiều công đoạn, từ việc lựa

chọn sơ đồ khối, tính toán dung lượng dàn pin mặt trời và bộ Acquy, thiết kế các

thiết bị điện tử điều phối như các bộ điều khiển, đổi điện… đến việc tính toán lắp

đặt các hệ giá đỡ pin mặt trời, hệ định hướng dàn pin mặt trời theo vị trí mặt trời,

nhà xưởng đặt thiết bị, acquy,…

Trong khi thiết kế, cần phải có sự cân đối giữa công suất dàn pin và dung

lượng Acquy, để có thể thu được công suất tối đa của dàn pin cũng như không để

cho Acquy bị “đói”, dẫn đến hư hỏng Có nhiều phương án lựa chọn hệ thống điện

mặt trời trong đó giữa dung lượng dàn pin mặt trời và bộ acquy có quan hệ tương

hỗ sau:

- Tăng dung lượng acquy thì giảm được dung lượng dàn pin mặt trời

- Tăng dung lượng dàn pin mặt trời thì giảm được dung lượng acquy

Các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống điện mặt trời:

Để thiết kế, tính toán một hệ thống điện mặt trời trước hết cần một số thông

số chính sau đây:

- Các yêu cầu và các đặc trưng của phụ tải

- Vị trí lắp đặt hệ thống

Yêu cầu và các đặc trưng của phụ tải:

Đối với các phụ tải, cần phải biết các thông số sau:

- Gồm bao nhiều thiết bị, các đặc trưng điện của mỗi thiết bị như công

suất tiêu thụ, hiệu điện thế và tần số làm việc, hiệu suất của các thiết

bị điện,…

- Thời gian làm việc của mỗi thiết bị bao gồm thời gian biểu và quãng

- Thứ tự ưu tiên của các thiết bị Thiết bị nào cần phải hoạt động liên

tục và yêu cầu độ ổn định cao, thiết bị nào có thể ngừng tạm thời

Vị trí lắp đặt hệ thống:

Yêu cầu này xuất phát từ việc thu thập các số liệu về bức xạ mặt trời và các

số liệu thời tiết khí hậu khác Bức xạ mặt trời phụ thuộc vào từng địa điểm trên mặt

đất và các điều kiện tự nhiên của địa điểm đó Do vậy, khi thiết kế phải lấy số liệu ở

các trạm khí tượng Khi thiết kế, rõ ràng để cho hệ có thể cung cấp đủ năng lượng

cho tải trong suốt cả năm, ta phải chọn giá trị cường độ tổng xạ của tháng thấp nhất

trong năm làm cơ sở đồng thời cũng phải tính đến cường độ bức xạ theo mùa

Vị trí lắp đặt hệ thống điện mặt trời còn dùng để xác định góc nghiêng của

dàn pin mặt trời sao cho khi đặt cố định hệ thống có thể nhận được tổng cường độ

bức xạ lớn nhất

Hình 2.4: Cách bố trí góc ghiêng β của hệ thống pin

Nếu gọi β là góc nghiêng của dàn pin mặt trời so với mặt phẳng ngang, thì

thông thường ta chọn β= φ ± 10o

với φ là vĩ độ nơi lắp đặt Còn hướng, nếu ở bán cầu Nam thì quay về hướng Bắc, nếu ở bán cầu Bắc thì quay về hướng Nam

Ngoài ra, cần có bộ điều khiển hướng cho dàn pin mặt trời để tia nắng mặt trời luôn

chiếu vuông góc với mặt tấm pin

2.2 Acquy và các phương pháp nạp acquy:

Trong đề tài sử dụng hệ acquy chì-axit nên ta đi tìm hiểu đặc tính của acquy

chì-axít và các phương pháp nạp

Acquy chì-axit gồm có các bản cực bằng chì (Pb)và ô xít chì (PbO)ngâm

trong dung dịch axít sulfuaric (H SO2 4)

Các thông số của acquy:

Dung lượng của acquy là điện lượng đã được nạp đầy, rồi đem phóng điện

liên tục với dòng phóng 1A tới khi điện áp của acquy giảm xuống đến một trị số

giới hạn quy định ở nhiệt độ xác định Dung lượng đơn vị là Ampe-giờ (Ah)

Điện trở trong là trị số điện trở bên trong của acquy, bao gồm điện trở của

các bản cực, điện trở dung dịch điện phân có xét đến sự ngăn cách của các tấm ngăn

giữa các bản cực Thường là (0,001 – 0,0015) khi nạp đầy và (0,02 – 0,025)Ω khi

Hình 2.6: Đặc tuyến phóng điện thế với Điện thế cuối cùng

Hình 2.7: Dung lượng định mức dựa trên mức 8 giờ

Đặc tính phóng của acquy:

Đặc tính phóng của acquy là đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc của sức

điện động, điện áp của acquy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng

khi dòng điện phóng không thay đổi

Hình 2.8 : Đặc tính phóng của acquy

Từ thời gian tgh trở đi, độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột Nếu sau khoảng

thời gian này, mà vẫn cho acquy phóng điện, thì sẽ gây hỏng acquy ví dụ như các

tinh thể sunfat chì sẽ có dạng khô, rất khó hòa tan cho acquy sau này Thời điểm tgh

được gọi là giới hạn phóng điện cho phép của acquy

Đặc tính nạp của acquy:

Đặc tính nạp của acquy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện

động, điện áp acquy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị số

dòng nạp không thay đổi

Hình 2.9 : Đặc tính nạp của acquy

Từ đồ thị ta có nhận xét sau:

Trong khoảng thời gian từ tn = 0 đến tn = ts , sức điện động, điện áp, nồng độ

dung dịch điện phân tăng dần lên

Tới thời điểm tn = ts, trên bề mặt các bản cực xuất hiện các bọt khí quá trình

điện phân H2O thành H2 và O2, lúc này điện thế giữa các bản cực tăng dần tới giá trị

2,4V và giũ nguyên Đây là thờ gian nạp no

Thời gian nạp no cho acquy kéo dài từ 2 – 3h, trong suốt thời gian đó, hiệu

điện thế trên hai bản cực của acquy và nồng độ dung dịch điện phân luôn luôn nhỏ

hơn dung lượng cần thiết để nạp cho no acquy

Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của acquy giảm xuống và ổn

định Thời gian này được gọi là thời gian nghỉ của acquy sau khi nạp

Dòng điện nạp ảnh hưởng đến chất lượng và tuổi thọ của acquy Dòng điện

nạp định mức là : In = 10%C10 trong đó, C10 là dung lượng của acquy mà với chế

độ nạp dòng điện định mức là In = 0,1C10 thì sau 10h acquy sẽ đầy

 Các phương pháp nạp acquy:

Tuỳ theo phương pháp vận hành acquy, thiết bị nạp và thời gian cho phép nạp,

việc nạp có thể được thực hiện theo các cách như sau:

 Phương pháp nạp theo dòng

 Phương pháp nạp theo áp

 Phương pháp nạp theo dòng áp

a Phương pháp nạp theo dòng:

Đây là phương pháp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mỗi loại

acquy, đảm bảo cho acquy được no Trong quá trình nạp, sức điện động của acquy

sẽ tăng dần lên Nhược điểm của phương pháp này là thời gian nạp kéo dài, các

acquy đưa vào nạp phải có cùng dung lượng định mức Để khắc phục, người ta chọn

nạp với dòng thay đổi hay nhiều nấc Ví dụ hai nấc, dòng nạp ở nấc 1 chọn bằng

(0,3 – 0,6)C10 hay là nạp cưỡng bức, kết thúc khi acquy bắt đầu sôi.Dòng điện nạp ở

nấc thứ hai là 0,1C10

b Phương pháp nạp theo áp:

Phương pháp này yêu cầu acquy phải mắc song song với nguồn nạp Hiệu

điện thế của nguồn nạp không đổi và tính bằng (2,3 – 2,5)V cho mỗi ngăn đơn

Phương pháp này có thời gian nạp ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian Tuy

nhiên với phương pháp nạp này thì acquy không được no, do vậy chỉ dùng bổ sung

nạp cho acquy trong quá trình sử dụng

c Phương pháp nạp theo dòng áp:

Đây là phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên, nó tận dụng được

ưu điểm của mỗi phương pháp

d Lựa chọn phương pháp nạp:

Với yêu cầu của đề tài là thiết kế mạch nạp tự động, nên nhóm đã chọn

phương pháp nạp theo dòng áp Do acquy sử dụng là acquy axit, nên trong khoảng

thời gian đầu, nạp với dòng không đổi In = 0,1C10 Sau khi acquy bắt đầu sôi, ta

chuyển sang chế độ nạp ổn áp Sau khi acquy no, nạp bổ xung thêm 2 – 3h

2.3 Nguyên lý nạp năng lượng mặt trời:

Đầu ra của pin mặt trời có điện áp ra max là 17,4V và công suất ra thay đổi

tùy theo cường độ ánh sáng của mặt trời Do vậy, bộ nạp acquy này phải đảm bảo

lấy được công suất lớn nhất của pin tùy thuộc các điều kiện làm việc Đây cũng là

khác biệt lớn nhất so với các acquy trên thị trường

Mạch nạp cần đưa điện áp thay đổi nhỏ hơn 17,4V lên điện áp lớn hơn hoặc

bằng 48V để nạp acquy, vì thế ta có thể áp dụng các phương pháp của mạch

DC-DC ở đây

Về nguyên lý, sơ đồ biến đổi DC-DC có thể được phân thành 2 nhóm:

- Sơ đồ biến đổi DC-DC không cách ly

- Sơ đồ biến đổi DC-DC cách ly

2.3.1 Sơ đồ biến đổi DC-DC không cách ly:

Với nhóm sơ đồ này, điện áp một chiều được tạo ra nhờ việc phóng nạp tụ từ

dòng điện qua cuộn cảm L được cung cấp bởi nguồn cấp Điện áp một chiều đầu ra

thay đổi nhờ có việc phóng nạp được thay đổi bởi van công suất được mắc tùy

thuộc vào từng sơ đồ Các sơ đồ điển hình theo nguyên lý này gồm có:

- Sơ đồ biến đổi Buck,

- Sơ đồ biến đổi Boost,

- Sơ đồ biến đổi Buck-Boost

- Sơ đồ biến đổi Cuk

Q

L

C R

C2 C

Q

Q

Q

D D

a: bộ Buck, b:bộ Boost, c: bộ Buck-Boost, d:bộ Cuk Nhận xét :

Với bộ biến đổi Buck, biến đổi điện áp một chiều thành điện áp một chiều

thấp hơn Bộ Buck được ứng dụng trong các bộ ổn định điện áp thay cho các mạch

analog truyền thống Công thức biến đổi : Vout D

Vin Với sơ đồ biến đổi Boost, biến đổi điện áp một chiều thành điện áp một

chiều lớn hơn, dùng trong các thiết bị nguồn nuôi với công suất nhỏ như mobile,

notebook…Công thức biến đổi 1

1

Vout Vin  D

Với bộ biến đổi Buck-Boost, biến điện áp một chiều thành điện áp một chiều

có biên độ cao hơn hoặc thấp hơn biên độ điện áp vào Công thức biến đổi:

1

Vout D

Vin  D



Với bộ biến đổi Cuk, biến đổi điện áp một chiều thành điện áp một chiều có

biên độ thấp hơn hoặc lớn hơn điện áp vào Bộ Cuk cho công suất lớn hơn và có

khả năng tận dụng được tối đa công suất nguồn Công thức biến đôi:

1

Vout D Vin  D

Các sơ đồ không cách ly cho công suất hạn chế, do đó chỉ phù hợp với công

suất nhỏ và yêu cầu chất lượng không cao

2.3.2 Sơ đồ biến đổi DC-DC có cách ly:

Với nhóm sơ đồ này, điện áp một chiều đầu vào được biến đổi thành điện áp

xoay chiều cao tần và biên độ điện áp xoay chiều được nâng lên qua biến áp xung,

sau khi qua một hệ thống lọc LC sẽ cho ta điện áp một chiều với biên độ mong

muốn Các sơ đồ biến đổi điển hình gồm có :

- Sơ đồ biến đổi FlyBack,

- Sơ đồ biến đổi Forward,

- Sơ đồ biến đổi Half-Bridge,

- Sơ đồ biến đổi Full-Bridge

C +

D N1:N2

D2

D3 N3

V0 Vs

V1

N1 N2

N2 D1 D2

Q4

+ -

V1

N1 N2

N2 D1 D2

Hình 2.11 : Sơ đồ bộ biến đổi DC_DC cách ly a: Sơ đồ FlyBack, b: Sơ đồ Forward, c: Sơ đồ Half – Bridge, d: Sơ đồ Full – Bridge

Nhận xét :

Với bộ biến đổi FlyBack biến đổi điện áp một chiều thành điện áp một chiều

lớn hơn, công suất khoảng 250W, được dùng trong các bộ nguồn công suất nhỏ như

tivi, loa… công thức biên đổi:

2 1

N Vout

D Vin  N với N 1 ,N 2 là số vòng cuộn sơ cấp và thứ cấp, D là độ rộng xung

Với bộ biến đổi Half - Bridge sử dụng 2 van công suất và sự phóng nạp của

tụ bộ biến đổi Half – Bridge được sử dụng trong các nguồn xung cách ly với công

suất lên tới 1KW Công thức biến đổi : 2

1

N Vout

D Vin  N Với D là độ rộng xung

Với bộ biến đổi Full – Bridge sử dụng 4 van công suất mắc theo sơ đồ cầu H

Bộ biến đổi Full – Bridge cho chất lượng đầu ra khá cao và công suất đạt được

khoảng hàng vài KW Công thức biến đổi : 2

1

Vout

D Vin  N , D là độ rộng xung

Đối với các sơ đồ cách ly sử dụng biến áp thì ưu điểm hơn về mặt công suất

và vấn đề nâng cao công suất với nguyên lý trên có thể thực hiện dễ dàng, do đó

phù hợp với các ứng dụng có công suất lớn và yêu cầu chất lượng cao hơn

2.3.3 Lựa chọn sơ đồ nguyên lý cho bộ biến đổi DC-DC:

Bảng 2.1: So sánh chỉ tiêu chất lượng của các topology cho bộ biến đổi DC-DC

suất(W)

Dải điện áp vào V in (dc)

Cách ly đầu vào và ra

Hiệu suất (%)

Quan

hệ về giá

Để chọn sơ đồ nguyên lý của bộ biến đổi DC-DC, người ta căn cứ vào các chỉ

tiêu chính như sau:

- Bài toán có yêu cầu biến áp cách ly giữa đầu vào và đầu ra hay

không?

- Dòng cực đại đặt lên van là bao nhiêu?

- Dải điện áp lớn nhất mà van có thể chịu được là bao nhiêu?

Lựa chọn sơ đồ nguyên lý:

Mạch nạp thực hiện công suất không lớn, công suất PV=87W, để đơn giản

nhóm đã chọn sơ đồ dạng không cách ly để thực hiện.Điện áp ra của PV không ổn

định, khoảng 17V, do vậy, để có thể nạp được cho acquy theo các chế độ khác

nhau, ta sử dụng sơ đồ Cuk

Từ đó đề ra sơ đồ khối thực thi cho hệ thống :

Hình 2.12 : Sơ đồ khối mạch nạp năng lượng mặt trời DC-DC Cuk

2.3.4 Sơ đồ biến đổi DC-DC không cách ly Cuk:

Bộ biến đổi DC-DC Cuk phát minh bởi TS Slobodan Cúk, được thiết kế

dựa trên nguyên lý sử dụng hai bộ biến đổi Buck-Boost

Bộ biến đổi Cuk biến đổi điện áp một chiều thành điện áp một chiều có biên

độ cao hơn hoặc thấp hơn biên độ điện áp vào, tùy thuộc vào độ rộng xung, được sử

dụng trong các bộ ổn áp công suất nhỏ

R

Vs

Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lý mạch DC-DC Cuk

Bộ biến đổi DC-DC Cuk không cách ly bao gồm hai cuộn cảm L1, L2, hai tụ

điện C1, C2, một Diode D, một van bán dẫn Q Tụ C1 lưu trữ và chuyển năng lượng

từ đầu vào sang đầu ra.Ở trạng thái xác lập điện áp trên tụ C1 bằng tổng điện áp của

đầu vào và đầu ra

Hoạt động:

Van Q được điều khiển bởi một xung tần số cao có độ rộng thay đổi (PWM)

Độ rộng của xung điều khiển thay đổi và từ đó điện áp ra cũng được thay đổi Tỉ số

giữa thời gian Ton van mở trong một chu kỳ và chu kỳ T được gọi là độ rộng xung

(duty cycle) T on

D T

Hình 2.14 : Tín hiệu điều chế độ rộng xung PWM

Bộ biến đổi Cuk hoạt động ở trạng thái ổn định bao gồm hai trạng thái của

Ở trạng thái thứ nhất khi van Q mở, dòng điện qua cuộn cảm L1 chảy qua

diode D, năng lượng được tích trữ trong C1 từ đầu vào và cuộn cảm L1 Năng

lượng trong L2 được chuyển ra đầu ra Dòng trên các tụ giảm 1 cách tuyến tính

Ở trạng thái thứ 2, khi van Q đóng, dòng điện từ nguồn qua cuộn cảm L1

qua van Q, năng lượng được tích trong L1, tụ C1 giải phóng năng lượng qua cuộn

cảm L2 Cả hai dòng điện qua các cuộn cảm tăng tuyến tính

VL1 Vs

Hình 2.16 : Dòng điện và điện áp trên các cuộn dây: (a)Cuộn L1; (b) Cuộn L2

Phương trình cân bằng phóng nạp trên tụ C1 :

suất đầu vào Ta sẽ có phương trình :

Nhận xét : Với bộ biên đổi Cuk điện áp đầu ra có thể lớn hơn hay nhỏ hơn

điện áp đầu vào phụ thuộc vào chu kỳ duty D

- Khi 0 < D < 0,5 thì Vout < Vin bộ biến đổi hoạt động ở chế độ Buck

- Khi 0,5 < D < 1 thì Vout > Vin bộ biến đổi hoạt động ở chế độ Boost

Bộ biến đổi Cuk thích hợp trong các hệ thống DC-DC với đầu vào đầu ra có

thể thay đổi linh hoạt để tích hợp hay mở rộng hệ thống

Bộ biến đổi Cuk thích hợp cho bộ biến đổi năng lượng mặt trời công suất

nhỏ, nên đã được chọn để thực hiện trong đề tài này

CHƯƠNG III: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

3.1 Tổng quan vi điều khiển dsPIC30F4011:

Họ vi điều khiển 16bit dsPIC do công ty công nghệ Microchip Technology

Inc sản xuất, được phát triển trên nền họ vi điều khiển 8 bit PIC Vi điều khiển

Dspic là một chip vi xử lý mạnh với bộ xử lý 16 bit (có khả năng xử lý dữ liệu với

độ dài 16 bit) Với tốc độ tính toán cao dựa trên kiến trúc RISC, kết hợp các chức

năng điều khiển tiện ích của bộ vi xử lý hiệu năng cao 16 bit (high performance

16-bit controller), có thể thực hiện chức năng của bộ vi xử lý số (DSP) nên dspic còn

có thể coi là bộ vi xử lý tín hiệu số (Digital Signal Controller – DSC)

Họ vi điều khiển dsPIC có thể đạt tốc độ xử lý 40 MIPS ( Mega Intruction

Per Second – triệu lệnh trên một giây) Ngoài ra dsPIC còn được trang bị bộ nhớ

Flash, bộ nhớ dữ liệu EEPROM và các ngoại vi hiệu năng cao và rất đa dạng các

thư viện phần mềm cho phép thực hiện các giải thuật nhúng với hiệu suất cao một

cách dễ dàng trong một khoảng thời gian ngắn Chính vì vậy dsPIC được ứng dụng

rất rộng rãi trong các ứng dụng xử lý số, đo lường và điều khiển tự động…

Họ vi điều khiển dsPIC chia ra làm 3 loại tùy theo mục đích của người sử

dụng:

- Bộ điều khiển số cho điều khiển motor và biến đổi nguồn ( DSC Motor

Control & Power Conversion Family)

- Bộ điều khiển số cho sensor (DSC Sensor Family)

- Bộ điều khiển số đa mục đích ( DSC General Purpose Family)

3.1.1 Khối xử lý trung tâm CPU:

- Tập lệnh cơ bản gồm 84 lệnh

- Chế độ định địa chỉ

- Độ dài lệnh 24-bit, độ dài dữ liệu 16-bit

- Bộ nhớ chương trình Flash 24 Kbytes

- Bộ nhớ RAM độ lớn 1Kbytes

- Bộ nhớ EEPROM

- Mảng 16 thanh ghi làm việc 16 bit

- Tốc độ làm việc lên tới 40 MIPS

3.1.2 Bộ chuyển đổi tương tự số ADC:

- Bộ chuyển đổi số ADC-10 bit

+ Tốc độ lấy mẫu tối đa 1 Msps ( Mega Samples per second)

+ Tối đa 10 kênh lối vào ADC

+ Thực hiện biến đổi cả trong chế độ Sleep và Idle

- Chế độ nhận biết điện áp thấp khả lập trình

- Tạo Reset bằng nhận diện điện áp khả lập trình

3.1.3 Các cổng vào ra I/O Port và các ngoại vi:

- Dòng ra, vào ở các chân I/O lớn: 25mA

- 3 Timer 16-bit có thể ghép 2 Timer 16-bit thành Timer 32-bit

- Chức năng Capture 16-bit

- Các bộ so sánh PWM 16-bit

- Module SPI 3 dây( hỗ trợ chế độ Frame)

- Module I2C hỗ trợ chế độ đa chủ tớ, địa chỉ từ 7-bit đến 10-bit

- UART có khả năng địa chỉ hóa, hỗ trợ bộ đệm FIFO

3.1.4 Bộ xử lý tín hiệu số:

- Nạp dữ liệu song song

- Hai thanh ghi chứa 40-bit có hỗ trợ bão hòa logic

- Thực hiện phép nhân 2 số 17-bit trong một chu kỳ máy

- Tất cả các lệnh DSP đều thực hiện trong một chu kỳ máy

- Dịch trái hoặc dịch phải 16-bit trong một chu kỳ máy

3.1.5 Một số đặc điểm khác:

- Bộ nhớ Flash: ghi/xóa lên tới 10.000 lần (điều kiện công nghiệp) và

trên dưới 100.000 lần (thông thường)

- Bộ nhớ EEPROM: ghi/xóa lên tới 100.000 lần ( điều kiện công nghiệp)

và trên dưới 100.000 lần (thông thường)

- Khả năng tự nạp trình dưới điều khiển của software

- Watch Dog Timer mềm dẻo với bộ dao động RC nguồn thấp trên chip

- Chế độ bảo vệ firm ware khả lập trình

- Khả năng tự lập trình nối tiếp trên mạch điện ( In Circuit Serial

Programming – ICSP)

- Có thể lựa chọn các chế độ quản lí nguồn: Sleep hoặc Idle

3.2 Giới thiệu các linh kiện khác:

3.2.1 Cảm biến dòng ACS712:

a Các đặc tính:

 Đường tín hiệu analog độ nhiễu thấp

 Dải thông thiết bị được cài đặt bằng chân FILTER

 Thời gian cập nhật tín hiệu là 5us

 Tần sô 50Khz

 Tổng sai lệnh dòng điện ra : 1,5% tại nhiệt độ= 25 °C

 Trở kháng bên trong là 1,2mΩ

 Độ nhạy : 66 ÷ 185mV/A

 Hoạt động duy nhất ở nguồn 5V

 Ngõ ra điện áp tỷ lệ với dòng AC hoặc DC

 Ổn định điện áp ngõ ra bù điện áp

 Không trễ từ

Hình 3.1 Sơ đồ kết nối chân ACS712

b Mô tả:

 ACS712 cung cấp giải pháp kinh tế và sự chính xác cho cảm biến đo dòng

AC và DC trong công nghiệp, ô tô, thương mại và hệ thống liên lạc Thiết

bị này cho phép cho việc xử lý dễ dàng bởi người sử dụng Ứng dụng đặc

trưng bao gồm điều khiển motor, dò tìm phụ tải và quản lý, thiết bị đóng

ngắt điện, bảo vệ sự cố dòng điện siêu tải

 Thiết bị bao gồm sự chính xác, độ lệch thấp, mạch cảm biến Hall với dây

dẫn đồng được đặt gần bề mặt của khuôn Dòng điện đặt vào đi qua dây

dẫn đồng tạo thành cường độ từ trường đươc dò đọc bởi mạch tích hợp

Hall IC chuyển đổi ra giá trị điện áp tương ứng Độ chính xác của thiết bị

được tối ưu hóa qua việc đóng tín hiệu từ gần đến bộ biến đổi Hall Sự

chính xác, điện áp tương ứng được cung cấp nhờ độ lệnh thấp, bộ biến đổi

điều chỉnh BICMOS Hall IC, đã được lập trình chính xác sau khi đóng gói

 Ngõ ra của thiết bị có độ dốc dương khi tăng dòng đi qua đường dây dẫn

đồng ( từ ngõ 1,2 đến ngõ 3,4), đường dẫn này được sử dụng cho cảm biến

dòng Điện trở trong của đường dây dẫn là 1.2mΩ, cung cấp độ suy giảm

điện áp thấp Bề dày của đường dây dẫn đồng cấp phát vật còn lại của thiết

bị lớn hơn 5 lần điều kiện dòng tiện siêu tải Đầu cực của đường dây dẫn

nối điện được cô lập từ đầu ra của cảm biến( từ chân 5 đến chân 8) Cảm

biến dòng ACS712 được sử dụng trong ứng dụng đòi hỏi sự cách ly điện

mà không sử dụng sự cách ly opto hay các kỹ thuật cách ly khác

Số chân Tên Mô tả

đặt dải thông

Bảng 3.3 Chức năng các cảm biến ACS712

3.2.2 IC Driver IR2104:

a Các đặc tính: Bảng 3.4 Bảng tóm tắt thông số

 Kênh lái được thiết kế cho hoạt động

bootstrap, hoạt động đầy đủ tới

600V.Chịu được điện áp ngược dV/dt

 Cổng lái được cung cấp trong phạm vi

từ 10 đến 20V

 Khoá điện áp thấp

 3.3V,5V và 15V là mức logic(áp) vào

tương ứng

 Cổng đầu ra cao phụ thuộc ngõ vào

 Chân shutdown đầu vào tắt lần lượt cả 2 kênh

 Lệnh delay truyền cho cả 2 kênh

 Có sẵn chì

b Mô tả:

 IR2104(S) dùng điện áp cao, kích dẫn mạch cho MOSfet và IGBT điều

khiển phụ thuộc mức cao và thấp do kênh tham chiếu đầu ra Được độc

quyền bởi HVIC và công nghệ CMOS cho phép thi công Ngõ vào logic

tương thích với tiêu chuẩn CMOS hoặc đầu ra LSTTL, thấp đến mức

logic 3.3V Ngõ ra lái đặc trưng giai đoạn đệm dòng xung cao thiết kế

cho bộ lái nhỏ nhất dẫn qua Kênh di động có thể được sử dụng để lái

kênh N MOSFET hoặc IGBT trong cấu hình mức cao mà hoạt động từ 10

đến 600V

 Điều Kiện hoạt động:

Thời gian đầu vào / đầu ra trong sơ đồ logic được thể hiện trong hình 6.2

Đối với hoạt động thích hợp thiết bị nên được sử dụng trong điều kiện được

đưa ra Đánh giá độ lệnh chân VS đã được thử nghiệm với tất cả các nguồn

cung cấp 15V

B

ảng 3.5 Chức năng chân và điều kiện hoạt động

Hình 3.6 Sơ đồ kết nối bên trong IR2104

Symbo

l

VB Mức điện áp cao tuyệt đối Vs +10 Vs + 20

V

Vs Mức điện áp offset cung cấp Note 1 600

VHO Mức điện áp đầu ra mức cao Vs VB

VCC Mức logic cung cấp điện áp

VLO Mức điện áp đầu ra mức

Giản đồ thời gian:

H3.7 Giản đồ xung của Ir2104

3.2.3 Graphic LCD:

a Giới thiệu:

Graphic LCD (gọi tắt là GLCD) loại chấm không màu là các loại màn hình

tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị chữ, số hoặc hình ảnh Khác với Text LCD,

GLCD không được chia thành các ô để hiển thị các mã ASCII vì GLCD không có

bộ nhớ CGRAM (Character Generation RAM) GLCD 128x64 có 128 cột và 64

hàng tương ứng có 128x64=8192 chấm (dot) Mỗi chấm tương ứng với 1 bit dữ

liệu, và như thế cần 8192 bits hay 1024 bytes RAM để chứa dữ liệu hiển thị đầy

mỗi 128x64 GLCD Tùy theo loại chip điều khiển, nguyên lý hoạt động của GLCD

có thể khác nhau.Trong đồ án này,chúng em sử dụng loại GLCD được điều khiển

bởi chip KS0108 của Samsung, có thể nói GLCD với KS0108 là loại phổ biến nhất

trong các loại GLCD hiện nay

b Sơ đồ chân:

Các GLCD 128x64 dùng KS0108 thường có 20 chân trong đó chỉ có 18 chân

là thực sự điều khiển trực tiếp GLCD, 2 chân (thường là 2 chân cuối 19 và 20) là 2

chân Anode và Cathode của LED nền Trong 18 chân còn lại, có 4 chân cung cấp

nguồn và 14 chân điều khiển+dữ liệu Khác với các Text LCD HD44780U, GLCD

KS0108 không hỗ trợ chế độ giao tiếp 4 bit, do đó bạn cần dành ra 14 chân để điều

7 D0 0/1 Bit0 Lsb

Nguồn âm 18 Vee -9V Điện áp âm do GLCD

tạo ra

Chân VSS được nối trực tiếp với GND, chân VDD nối với nguồn +5V, một

biến trở 20k được dùng để chia điện áp giữa Vdd và Vee cho Vo, bằng cách thay

đổi giá trị điện trở chúng ta có thể điều chỉnh độ tương phản của GLCD Các chân

điều khiển RS, R/W, EN và các đường dữ liệu được nối trực tiếp với Vi Điều

Khiển Riêng chân Reset (RST) có thể nối trực tiếp với nguồn +5V

EN (Enable): cho phép một quá trình bắt đầu, bình thường chân EN được giữ

ở mức thấp, khi thực hiện một quá trình nào đó ( đọc hoặc ghi GLCD), các chân

điều khiển khác sẽ được cài đặt sẵn sàng, sau đó kích chân EN lên mức cao Khi

chân EN được kéo lên cao, GLCD bắt đầu thực hiện quá trình được yêu cầu, chúng

ta cần chờ đợi 1 khoảng thời gian ngắn để GLCD đọc hoặc gởi dữ liệu Cuối cùng

là kéo EN xuống mức thấp để kết thúc quá trình và cũng để chuẩn bị cho chân EN

cho quá trình sau này

RS ( Register Select): là chân lựa chọn giữa dữ liệu (Data) và lệnh

(Instruction), vì thế mà trong một số tài liệu bạn có thể thấy chân RS được gọi là

chân DI (Data/Instruction Select) Chân RS=1 báo rằng tín hiệu trên các đường

Data ( D0:D7) là dữ liệu ghi hoặc đọc từ RAM của GLCD Khi RS=0, tín hiệu trên

đường Data là một mã lệnh (Instruction)

RW ( Read/Write Select): chọn lựa giữa việc ghi và đọc Khi RW=1, chiều

truy cập từ GLCD ra ngoài ( GLCD->DsPic) RW=0 cho phép ghi vào GLCD Giao

tiếp với GLCD chủ yếu là quá trình ghi (DsPic->GLCD), chỉ duy nhất trường hợp

đọc dữ liệu từ GLCD là đọc bit BUSY và đọc dữ liệu từ RAM Đọc dữ liệu từ RAM

của GLCD là một khả năng mới mà TextLCD không có, bằng việc đọc ngược từ

GLCD vào Dspic, chúng ta có thể thực hiện nhiều phép logic hình ( mask, hay mặt

nạ) làm cho việc hiển thị GLCD thêm thú vị

CS1 và CS2 ( Chip Select): mỗi chip KS0108 chỉ có khả năng điều khiển một

GLCD có kích thước 64x64, trên các GLCD 128x64 có 2 chip KS0108 làm việc

cùng với nhau, mỗi chip đảm nhiệm một nửa LCD, 2 chân CS1 và CS2 cho phép

chọn một chip KS0108 để làm việc Thông thương nếu CS2=0, CS1=1 thì nửa trái

được kích hoạt, ngược lại khi CS2=1, CS1=0 thì nửa phải được kích hoạt

Hình 3.10 Sơ đồ điều khiển GLCD 128*64