Thiết kế, chế tạo bộ định hướng nâng cao hiệu suất cho pin mặt trời

 Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu các hệ thống tự động điều chỉnh góc quay theo hướng mặt trời để thu nhiều năng lượng nhất.. Năng lượng mặt trời là một trong những loạinăng lượng xanh

M C L CỤ Ụ i

DANH SÁCH HÌNH VẼ iii

DANH SÁCH B NG BI UẢ Ể v

L I C M NỜ Ả Ơ vi

M Đ UỞ Ầ vii

CHƯƠNG 1 T NG QUAN Đ TÀIỔ Ề 1

CHƯƠNG 2 C S LÝ THUY TƠ Ở Ế 4

2.1 PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH HƯỚNG CHO PIN MẶT TRỜI 4

2.1.1 Pin mặt trời 4

2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin mặt trời 7

2.2 KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 14

2.2.1 Giới thiệu chung về động cơ bước (step motor) 14

2.2.2 Phân loại, cấu tạo và nguyên lý hoạt động 15

2.3 TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA 16 21

2.3.1 Chức năng của VDK ATmega16 23

2.3.2 Sơ đồ cấu trúc VDK ATmega16 24

2.4 ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC DS1307 27

2.5 GIỚI THIỆU LCD1602 VÀ IC L298 30

2.5.1 LCD1602 30

2.5.2 Sơ đồ khối của HD44780 31

2.5.3 IC L298 33

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 35

3.2 THIẾT KẾ CHI TIẾT HỆ THỐNG 39

3.2.1 Thiết kế mạch điều khiển 39

3.2.3 Thiết kế mô hình 42

K T LU N VÀ KI N NGHẾ Ậ Ế Ị 43

TÀI LI U THAM KH OỆ Ả 44

PH C L CỤ Ụ 45

Hình 2.2 Công ngh nano ng d ng trên pin m t tr iệ ứ ụ ặ ờ 5

Hình 2.3 Công ngh t bào nhi u l p trên pin m t tr iệ ế ề ớ ặ ờ 6

Hình 2.4 Cấu tạo của pin mặt trời 7

Hình 2.5 Cấu trúc tinh thể của pin mặt trời 8

Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời 9

Hình 2.7 Trạng thái 2 mức năng lượng của Electron 9

Hình 2.8 Các vùng năng lượng trong phần tử bán dẫn 11

Hình 2.9 Các ph ng pháp đ nh h ng cho dàn pin m t tr iươ ị ướ ặ ờ 12

Hình 2.10 S đ đ u dây và m t c t ngang đ ng c bi n t tr ba cu n ơ ồ ấ ặ ắ ộ ơ ế ừ ở ộ dây 16

Hình 2.11 C u t o đ ng c nam châm vĩnh c uấ ạ ộ ơ ử 17

Hình 2.12 S đ đ u dâu và m t c t ngang đ ng c đ n c c rôto có 2 c cơ ồ ấ ặ ắ ộ ơ ơ ự ự .17

Hình 2.13 S đ đ u dâu và m t c t ngang đ ng c đ n c c rôto có 6 c cơ ồ ấ ặ ắ ộ ơ ơ ự ự .18

Hình 2.14 S đ đ u dây và m t c t ngang c a đ ng c l ng c cơ ồ ấ ặ ắ ủ ộ ơ ưỡ ự 19

Hình 2.15 S đ đ u dây và m t c t ngang đ ng c hai dây song songơ ồ ấ ặ ắ ộ ơ 20

Hình 2.16 S đ đ u dây đ ng c 5 phaơ ồ ấ ộ ơ 20

Hình 2.17 Vi đi u khi n ATmega16ề ể 22

Hình 2.18 S đ chân c a VDK Atmega16ơ ồ ủ 24

Hình 2.19 Sơ đồ khối VDK ATmega16 25

Hình 2.20 CPU ATmega16 26

Hình 2.21 Sơ đồ chân của DS1307 27

Hình 2.22 Tổ chức bộ nhớ của DS1307 28

Hình 2.23 Cấu trúc DS1307 29

Hình 2.24 Sơ đồ chân LCD1602 30

Hình 2.25 Sơ đồ khối của HD44780 32

Hình 2.26 Sơ đồ chân IC L298 33

Hình 2.27 Sơ đồ khối IC L298 34

Hinh 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 35

Hình 3.2 Các hướng quay của tấm pin mặt trời 36

Hình 3.3 Cách bố trí 4 cảm biến quang cho trường hợp quay theo 2 trục 36

Hình 3.4 Bố trí 4 cảm biến quang trên thực tế 37

Hình 3.5 Sơ đồ thuật toán của hệ thống 38

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển hệ thống 39

Hình 3.7 Mạch in bộ điều khiển 40

Hình 3.8 Mạch điều khiển 40

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất 40

Hình 3.10 Mạch in khối công suất 41

Hình 3.11 Mạch công suất 41

Hình 3.10 Động cơ bước đơn cực rôto 4 pha 6 dây 42

Hình 3.11 Thép chữ V lỗ 42

B ng 2.1 Ch c năng các chân LCD1602 ả ứ 30

Bảng 2.2 Chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng 32

L I Ờ C M Ả N Ơ

Được sự phân công của Khoa Điện điện tử Trường Đại Học Nha Trang, và

sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn Th.S Nguyễn Văn Hân em đã thực hiện đề tài

“Thiết kế, chế tạo bộ định hướng nâng cao hiệu suất cho pin mặt trời”.

Để hoàn thành chuyên đề này em xin chân thành cảm ơn các thầy cố giáo đãtận tình hướng dẫn, giảng dạy suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện ởTrường Đại Học Nha Trang

Xin chân thành cảm ơn thầy Th.S Nguyễn Văn Hân đã tận tình, chu đáohướng dẫn em hoàn thành chuyên đề Cũng xin cảm ơn tới các bạn sinh viên lớp53DDT đã giúp đỡ trong quá trình thực hiện chuyên đề

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện chuyên đề một cách hoàn chỉnh.Tuy nhiên, kiến thức còn hạn chế và thiếu kinh nghiệm nên trong quá trình thựchiện chuyên đề vẫn còn những thiếu sót chưa giải quyết được Em rất mong nhậnđược những ý kiến đóng góp từ quý Thầy Cô và các bạn để chuyên đề được hoànthiện hơn

Trân trọng cảm ơn!

Khánh Hòa, ngày 16 tháng 6 năm 2015

Sinh viênĐặng Văn An

nhiều lợi ích mà nó mang lại Và cần phải có một thiết bị nào đó biến nguồn nănglượng này thành thứ mà chúng ta có thể sử dụng tùy ý Do đó mà pin năng lượngmặt trời được tìm ra và phát triển không ngừng Tuy nhiên, việc cố định những dànpin đem lại hiệu suất không cao khi mà những tấm pin không hấp thu được triệt đểnăng lượng mặt trời Vì vậy, cần phải có một thiết bị định hướng theo mặt trời nhằmnâng cao tối đa hiệu suất.

Từ những yêu cầu thực tiễn đó, đề tài “Thiết kế, chế tạo bộ định hướng nâng cao hiệu suất cho tấm pin mặt trời” được chọn và tiến hành thực hiện trên quy mô

phòng thí nghiệm

 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu các hệ thống tự động điều chỉnh góc quay theo hướng mặt trời

để thu nhiều năng lượng nhất

- Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển và khung cơ khí cho mô hình của đề tài

 Đối tượng nghiên cứu

- Nghiên cứu về nguyên lý hoạt động và ứng dụng vi điều khiển, pin mặt trời,các phương án tự động điều chỉnh bề mặt tấm pin vuông góc với góc chiếu của tiasáng mặt trời

- Đo đạc, đánh giá kết quả đạt được

 Ý nghĩa khoa khọc và ý nghĩa thực tiễn

Thông qua đề tài này sẽ giúp các hệ thống pin mặt trời nâng cao được hiệusuất Giúp pin mặt trời trở thành một trong những nguồn năng lượng chính quantrọng trong tương lai ở nhiều lĩnh vực như chiếu sáng, nông – lâm – ngư nghiệp,công nghiệp và phục vụ trong sinh hoạt đời sống

CH ƯƠ NG 1

T NG QUAN Ổ Đ TÀI Ề

Hiện nay, việc khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời không còn là vấn đềquá xa lạ đối với mỗi người chúng ta Năng lượng mặt trời là một trong những loạinăng lượng xanh hứa hẹn sẽ được áp dụng rộng rãi trong cuộc sống của con ngườitrong tương lai

Đây là một nguồn năng lượng dường như vô tận, dễ dàng khai thác sử dụng vàgiúp bảo vệ được môi trường sống của con người Và dĩ nhiên, pin năng lượng mặttrời chính là một bộ phận quan trọng trong việc sử dụng nguồn năng lượng củatương lai này

Năng lượng mặt trời có những ưu điểm như: Sạch, chi phí nhiên liệu và bảodưỡng thấp, an toàn cho người sử dụng… Đồng thời, phát triển ngành công nghiệpsản xuất pin mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảmphát khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường Vì thế, đây được coi là nguồn năng lượngquý giá, có thể thay thế những dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt Từ lâu,nhiều nơi trên thế giới đã sử dụng năng lượng mặt trời như một giải pháp thay thếnhững nguồn tài nguyên truyền thống

Tại Đan Mạch, năm 2000, hơn 30% hộ dân sử dụng tấm thu năng lượng mặttrời, có tác dụng làm nóng nước Ở Brazil, những vùng xa xôi hiểm trở nhưAmazon, điện năng lượng mặt trời luôn chiếm vị trí hàng đầu Ngay tại Đông Nam

Á, điện mặt trời ở Philipines cũng đảm bảo nhu cầu sinh hoạt cho 400.000 dân[6].Tại Thái Lan, Malaysia, Trung Quốc, Hàn Quốc từ nhiều năm nay đã coihướng phát triển năng lượng tái tạo như một quốc sách vì thế năng lượng mặt trời ởđây có sự tăng trưởng rất mạnh và chiếm một tỷ lệ đáng kể trong cơ cấu phân bổđiện năng Tại Mỹ, Hungary, Đức, Thụy Sỹ từ nhiều năm nay cũng đã tăng nhanhtốc độ xây dựng các nhà máy sản xuất pin mặt trời, trong đó chủ yếu xây dựng cácnhà máy sản xuất pin màng mỏng vô định hình Hiện nay, trên thế giới đang sửdụng ba dạng pin mặt trời là tấm pin mặt trời tinh thể, đa tinh thể và màng mỏng vôđịnh hình Trong đó, pin màng mỏng vô định hình (Amorphous Silicon (a-Si)) được

được pin a-Si có thể làm việc được trong điều kiện trời có mây mù và cả trong môitrường không khí có nhiệt độ cao mà các pin khác không làm việc được Điều này

đã làm sáng tỏ vì sao trong bảng kết quả thí nghiệm ở trên pin a-Si cho sản lượngđiện nhiều hơn hai loại pin tinh thể

Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn,đặc biệt là năng lượng mặt trời Trải dài từ vĩ độ 23023’ Bắc đến 8027’ Bắc, ViệtNam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao Trong đó,nhiều nhất phải kể đến thành phố Hồ Chí Minh, tiếp đến là các vùng Nam Trung Bộ

và vùng Bắc Trung Bộ (xem bảng 1.1)

Bảng 1.1 : Số liệu về bức xạ mặt trời tại VN

Vùng Giờ  nắng trong năm Cường độ BXMT

Hiện chúng ta mới chỉ khai thác được khoảng 25% nguồn năng lượng này.Theo các nhà khoa học, Chương trình điện khí hóa nông thôn tại Việt Nam sẽ được

Hệ thống định hướng pin mặt trời được nghiên cứu phát triển mạnh mẽ ở cácquốc gia lớn như Đức, Nhật Bản, Australia, Mỹ… Ở Việt Nam, hệ thống địnhhướng pin mặt trời đã và đang phát triển Tuy nhiên, hệ thống này vẫn chưa phổbiến chủ yếu là quy mô phòng thí nghiệm

Vì v y, ậ vi c nghiên c uệ ứ  năng l ng m t tr i Vi t Namượ ặ ờ ở ệ  và tri n khaiể  ứng

d ng ụ ph ng pháp đ nh h ng ươ ị ướ m t tr iặ ờ  là đi u h t s c c n thi t.ề ế ứ ầ ế

Dựa vào các điều kiện thực tiễn mà các hệ thống cố định pin năng lượng mặttrời chưa đáp ứng được tối đa hiệu suất chuyển đổi năng lượng Vì vậy, đề tài

“Thiết kế, chế tạo bộ định hướng nâng cao hiệu suất cho tấm pin mặt trời.” sẽ

là hướng giải pháp cho vấn đề hiệu năng của hệ thống

Những nội dung sẽ thực hiện trong đề tài:

- Tìm hiểu về pin mặt trời, nguyên lý hoạt động và phương pháp điều khiểnđịnh hướng tấm pin mặt trời để nâng cao hiệu suất

- Thiết kế khung cơ khí, bộ điều khiển định hướng tâm pin mặt trời

- Chế tạo, thử nghiệm và hoàn thiện khung cơ khí, bộ điều khiển định hướngtấm pin mặt trời

- Đánh giá kết quả đạt được

Nội dung cụ thể của đề tài được trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Tổng quan đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Thiết kế hệ thống

Trong một hệ thống pin mặt trời, thành phần quan trọng nhất là dàn pin Vềmặt lý thuyết, thì ta phải làm cho dàn pin luôn luôn hướng về phía mặt trời Muốnvậy, hệ thống pin mặt trời sẽ cần có: pin mặt trời, động cơ, khung cơ khí và quantrọng nhất là phần điều khiển và công suất cho hệ thống Dàn pin phải quay theo haihướng: hướng Đông – Tây để quay theo vị trí mặt trời trong ngày, hướng Bắc –Nam để quay theo vị trí mặt trời trong năm Các quang trở sẽ làm nhiệm vụ cảmbiến đưa tín hiệu (mặt trời nằm ở đâu) về khối điều khiển từ đó khối điều khiển sẽxuất tín hiệu qua khối công suất để khởi động động cơ bước.

Trong chương 2 này, chúng ta sẽ tìm hiểu cơ bản về pin mặt trời, động cơbước, vi điều khiển (VDK) ATmega16,…

2.1 PIN NĂNG L ƯỢ NG M T TR I VÀ PH Ặ Ờ ƯƠ NG PHÁP Đ NH H Ị ƯỚ NG

CHO PIN M T TR I Ặ Ờ

2.1.1 Pin m t tr i ặ ờ

Pin năng lượng mặt trời[2] (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là phần tửbán dẫn chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang,thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện Sự chuyển đổi nàygọi là hiệu ứng quang điện Hình 2.1 là một cell pin mặt trời

Hình 2.1 Một tế bào quang điệnCác pin năng lượng mặt trời có nhiều ứng dụng Chúng đặc biệt thích hợp chocác vùng mà điện năng trong mạng lưới chưa vươn tới, các vệ tinh quay xung quanhquỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy từ xa, thiết bị bơm nước Pin nănglượng mặt trời (tạo thành các module hay các tấm năng lượng mặt trời) xuất hiệntrên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện.Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên năm 1839 bởi nhà vật lý PhápAlexandre Edmond Becquerel Tuy nhiên cho đến 1883 một pin năng lượng mớiđược chế tạo thành công, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen mộtlớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối Russell Ohl được xem là người tạo ra pinnăng lượng mặt trời đầu tiên năm 1946 tuy nhiên nó chỉ có hiệu suất 1% Pin mặttrời lần đầu tiên được ứng dụng là trên vệ tinh Vangaurd 1 của Mĩ, được phóng năm

1958 Ngày nay pin mặt trời được sản xuất trên toàn thế giới đặt biệt là ở các nướctiên tiến như Mĩ, Đức, Tây Ban Nha, Nhật Bản

Với các nghiên cứu tiên tiến hiện hay, việc nâng cao hiệu suất của những tấmpin không còn xa nữa Do đó, công nghệ nano hay tế bào nhiều lớp đã được pháthiện và ứng dụng vào thực tế

Công nghệ nano

Các t m pin m t tr i hi n nay ph n chi u l i quá nhi u ánh sáng, n uấ ặ ờ ệ ả ế ạ ề ế

ch t o s m màu h n chúng sẽ h p th ánh sáng t t h n, đi u này có th th cế ạ ậ ơ ấ ụ ố ơ ề ể ự

hi n nh công ngh nano (công ngh cho phép x lý v t li u m c vi mô).ệ ờ ệ ệ ử ậ ệ ở ứ

80%, theo Nhóm Nghiên c u Braun t i Đ i h c Illinois.ứ ạ ạ ọ

Hình 2.2 Công ngh nano ng d ng trên pin m t tr iệ ứ ụ ặ ờ

Công ngh nano đã hi n h u và ngày càng hoàn thi n Tuy nhiên, tháchệ ệ ữ ệ

th c l n trong vi c s d ng công ngh nano đ c i thi n pin năng l ng m tứ ớ ệ ử ụ ệ ể ả ệ ượ ặ

tr i đó là làm cho hai công ngh này “h p tác” v i nhau, hi n nay r t khó khănờ ệ ợ ớ ệ ấ

đ khoác chi c áo nano lên t m pin m t tr i N u gi i quy t đ c v n đ này,ể ế ấ ặ ờ ế ả ế ượ ấ ề

t ng lai chúng ta sẽ có các t m pin m t tr i hi u su t cao v i giá r ươ ấ ặ ờ ệ ấ ớ ẻ

Tế bào nhiều lớp

Đ khai thác các b c sóng ánh sáng khác nhau mà t bào năng l ngể ướ ế ượ

m t tr i 1 l p thông th ng b sót, ng i ta thi t k các t bào có nhi u l pặ ờ ớ ườ ỏ ườ ế ế ế ề ớ

(hay “n i ghép” ố ) T bào năng l ng m t tr i 3 l p nh m m c đích này, sế ượ ặ ờ ớ ằ ụ ử

d ng 3 l p v t li u h p th quang là indium, galium và arsenide có th tăngụ ớ ậ ệ ấ ụ ể

Hình 2.3 Công ngh t bào nhi u l p trên pin m t tr iệ ế ề ớ ặ ờ

Cấu tạo của pin mặt trời (hình 2.4) là một lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện bên trong[3]

Hình 2.4 Cấu tạo của pin mặt trời

Cho tới hiện tại thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời (và cho các thiết bị bándẫn) là các silic tinh thể Hình 2.5là các loại cấu trúc của tinh thể silic[4]:

 Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trìnhCzochralski Pin mặt trời đơn tinh thể có thể đạt hiệu suất từ 11% - 16%.Chúng thường rất mắc tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thểnày có các mặt trống ở góc nối các module

 Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làmnguội và làm rắn Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệusuất kém hơn, từ 8% - 11% Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuôngche phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó

 Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đatinh thể Loại này có hiệu suất thấp nhất, từ 3% - 6%, tuy nhiên loại này rẻnhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon

Khi để trực tiếp dưới ánh sáng mặt trời, một pin silic có đường kính 6 cm có

Các tấm tinh thể mỏng hình đĩa, được đánh bóng để loại bỏ các khuyết tậttrong quá trình cắt, chất kích thích được dùng cho các pin, và các tấm kim loại dẫntruyền đặt vào một mặt: một lưới mỏng trên bề mặt chiếu ánh sáng mặt trời, và mặt

Hình 2.5 Cấu trúc tinh thể của pin mặt trời

phẳng trên mặt còn lại Tấm năng lượng mặt trời tạo thành từ các pin như vậy cắt theo hình dạng thích hợp, được bảo vệ khỏi tia bức xạ và hư hại trên mặt trướcbằng các miếng gương, dán vào chất nền Sự liền mạch được tạo nên thành các dãysong song để quyết định năng lượng tạo ra Chất keo và chất nền phải có tính dẫnnhiệt, vì khi các pin được làm nóng khi hấp thụ năng lượng hồng ngoại, vốn khôngthể chuyển hóa thành năng lượng Một khi các pin bị làm nóng thì giảm hiệu suấthoạt động vì thế nên phải làm giảm thiểu nhiệt năng

2.1.2.2 Nguyên lý hoạt động

Pin năng lượng mặt trời hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện Hiệu ứng quang điện là khả năng phát ra điện tử (electron) khi được ánh sáng chiếu vào của vật chất

Silicon được biết đến là một chất bán dẫn. “Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng”. Với tính chất như

vậy, silicon là một thành phần quan trọng trong cấu tạo của pin năng lượng mặt trời

Cấu trúc đơn tinh thể Cấu trức đa tinh thể Cấu trúc tinh thể vô định hình

Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trờiNguyên lý hoạt động của pin mặt trời ở hình 2.6 được mô tả như sau:

Bình thường điện tử chiếm mức năng lượng thấp hơn E1 Khi chiếu sáng hệthống, lượng tử ánh sáng (photon) mang năng lượng hv (h là hằng số Plank và v làtần số ánh sáng) bị điện tử hấp thụ và chuyển lên mức E2

Hệ thống hai mức năng lượng trong đó E1 < E2

Hình 2.7 Trạng thái 2 mức năng lượng của Electron

Phương trình cân bằng năng lượng:

Khi ánh sáng chiếu đến vật rắn có vùng năng lượng nói trên, photon có nănglượng hv tới hệ thống, bị điện tử của vùng hoá trị hấp thụ và nó có thể chuyển lênvùng dẫn để trở thành electron tự do (e-), lúc này vùng hoá trị sẽ có một lỗ trống cóthể di chuyển như “hạt” mang điện tích dương nguyên tố (kí hiệu h+) Lỗ trống này

có thể di chuyển và tham gia vào quá trình dẫn điện

Phương trình hiệu ứng lượng tử:

Hình 2.8 Các vùng năng lượng trong phần tử bán dẫnNguyên lý hoạt động của pin mặt trời chính là hiện tượng quang điện xảy ratrên lớp tiếp xúc p-n Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau

sẽ xảy ra:

- Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic Điều này thường xảy ra khi nănglượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức nănglượng cao hơn Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic Điều này thườngxảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mứcnăng lượng cao hơn

- Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạtelectron trong màng tinh thể Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, vàthường 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 lỗtrống Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh dichuyển 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 lỗ trống di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn.Một photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng luợng đủ để kích thíchelectron lớp ngoài cùng dẫn điện Tuy nhiên, nhiệt độ của mặt trời thường tươngđương 6000°K, vì thế nên phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi silic.Hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành năng lượng nhiệt nhiều hơn là nănglượng điện sử dụng được

2.1.2.3 Phương pháp định hướng cho pin mặt trời

Các h th ng có b đ nh h ng có th đ t công su t g n nh t i đa su tệ ố ộ ị ướ ể ạ ấ ầ ư ố ố

th i gian ho t đ ng vào nh ng ngày n ng, quang mây trong khi h th ng cóờ ạ ộ ữ ắ ệ ố

m t thu c đ nh ch đ t công su t t i đa trong m t vài gi trong gi a ngày ặ ố ị ỉ ạ ấ ố ộ ờ ữ

H th ng có b đ nh h ng theo v trí m t tr i sẽ nh n đ c nhi u năngệ ố ộ ị ướ ị ặ ờ ậ ượ ề

l ng h n so v i h th ng có m t thu c đ nh vào các gi bu i sáng và bu iượ ơ ớ ệ ố ặ ố ị ờ ổ ổchi u Đi u đó ch ra r ng các dàn pin có b đ nh h ng sẽ c n công su t đ tề ề ỉ ằ ộ ị ướ ầ ấ ặ

nh h n so v i các dàn pin l p c đ nh mà v n s n ra cùng m c đi n năng.ỏ ơ ớ ắ ố ị ẫ ả ứ ệ

Hình 2.9 Các ph ng pháp đ nh h ng cho dàn pin m t tr iươ ị ướ ặ ờ

Hi n nay, có hai lo i h th ng năng l ng m t tr i đ nh h ng, h th ngệ ạ ệ ố ượ ặ ờ ị ướ ệ ố

đ nh h ng theo tr c đ n, và h th ng đ nh h ng theo tr c kép H th ngị ướ ụ ơ ệ ố ị ướ ụ ệ ố

đ nh h ng theo m t tr c duy nh t sẽ đ nh h ng theo v trí m t tr i t Đôngị ướ ộ ụ ấ ị ướ ị ặ ờ ừsang Tây trên m t tr c đ t theo h ng B c Nam H th ng tr c kép đ nhộ ụ ặ ướ ắ ệ ố ụ ị

h ng Đông sang phía Tây và đ nh h ng theo phía B c đ n phía Nam.ướ ị ướ ắ ế

Qua nghiên c u các tài li u, đánh giá u khuy t đi m c a các h th ngứ ệ ư ế ể ủ ệ ố

đ nh h ng theo v trí m t tr i trên th gi i đ tài đã phân tích đ đi đ n l aị ướ ị ặ ờ ế ớ ề ể ế ự

ch n m t ph ng án thi t k ch t o h th ng, căn c phân tích nh d iọ ộ ươ ế ế ế ạ ệ ố ứ ư ướđây:

H th ng đ nh h ng theo hai tr c ệ ố ị ướ ụ

 Đ nh h ng theo v trí m t tr i t Đông sang Tây, và phía B c đ n phíaị ướ ị ặ ờ ừ ắ ếNam

b ng cách s d ng hai tr c quay ằ ử ụ ụ

 Tăng hi u su t thu năng l ng m t tr i t i 37% ệ ấ ượ ặ ờ ớ

 Thi t k ph c t p h th ng các c m bi n và đi u khi n đ ng c ế ế ứ ạ ệ ố ả ế ề ể ộ ơ

 Chi phí đ u t cao h n do các b ph n b sung và th i gian l p đ tầ ư ơ ộ ậ ổ ờ ắ ặ

 Chi phí b o trì cao h n ả ơ

 Các b ph n b sung thêm tăng thêm kh năng h h ngộ ậ ổ ả ư ỏ

Các nghiên c u c a th gi i đã ch ra h th ng đ nh h ng theo tr c képứ ủ ế ớ ỉ ệ ố ị ướ ụ

ch có th tăng thêm thêm 3% năng l ng so v i tr c đ n V i chi phí thi t b ,ỉ ể ượ ớ ụ ơ ớ ế ịchi phí b o trì cao h n, và có th i gian ng ng đ s a ch a cao, h th ng đ nhả ơ ờ ừ ể ử ữ ệ ố ị

h ng theo tr c kép th c t có th ít kh năng phát tri n m nh nh lo i m tướ ụ ự ế ể ả ể ạ ư ạ ộ

tr c ụ Tuy nhiên, d a ự vào nh ng phân tích, so sánh trên ữ đ đáp ng là hi u su tể ứ ệ ấpin m t tr i ph i đ t t i đa vào các ngày trong nămặ ờ ả ạ ố , nên đ tài l a ch nề ự ọ

ph ng án h th ng ươ ệ ố hai tr c quay đ nh h ng theo v trí m t tr iụ ị ướ ị ặ ờ [1]

2.1.2.4 Hiệu suất pin mặt trời

Hiệu suất là tỉ số của năng lượng điện từ ánh sáng mặt trời Vào buổi trưa mộtngày trời trong, ánh mặt trời tỏa nhiệt khoảng 1000 W/m² Trong đó 10% hiệu suất

của 1 module 1 m² cung cấp năng lượng khoảng 100 W Hiệu suất của pin mặt trờithay đổi từ 6% từ pin mặt trời làm từ silic không thù hình, và có thể lên đến 30%hay cao hơn nữa, sử dụng pin có nhiều mối nối nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.

Có nhiều cách để nói đến giá cả của hệ thống tạo điện, là tính toán cụ thể trêntừng kilo Watt giờ (kWh) Hiệu suất của pin mặt trời kết hợp với sự bức xạ là 1 yếu

tố quyết định trong giá thành Nói chung hiệu suất của toàn hệ thống là tầm quantrọng của nó Để tạo nên ứng dụng thực sự của pin tích hợp năng lượng, điện năngtạo nên nối với mạng lưới điện sử dụng inverter; trong các phương tiện di chuyển,

hệ thống ắc quy sử dụng để lưu trữ nguồn năng lượng không sử dụng hiện tại Cácpin năng lượng thương mại và hệ thống công nghệ có hiệu suất từ 5% đến 15%[2]

2.2 KHÁI QUÁT V Đ NG C B Ề Ộ Ơ ƯỚ C

2.2.1 Gi i thi u chung v đ ng c b ớ ệ ề ộ ơ ướ c (step motor)

đ ng c đ c thi t l p b i m t s l ng h u h n các góc b c, là góc quayộ ơ ượ ế ậ ở ộ ố ượ ữ ạ ướ

c a rôto m i khi cu n dây stato b đ o c c tính.ủ ỗ ộ ị ả ự

Đ ng c b c có 2 lo i:ộ ơ ướ ạ

- Đ ng c bi n t tr ộ ơ ế ừ ở

- Đ ng c nam châm vĩnh c u.ộ ơ ử

2.2.2.1 Động cơ bước biến từ trở

Đ ng c bi n t tr có stato làm t các lá thép kĩ thu t đi n không b tộ ơ ế ừ ở ừ ậ ệ ị ừ

d và có rãnh đ đ t các cu n dây Rôto làm t thép non không b t d , cóư ể ặ ộ ừ ị ừ ưhình d ng nh bánh răng C p dòng đi n m t chi u vào cu n dây stato sẽ t oạ ư ấ ệ ộ ề ộ ạthành m t nam châm đi n T tr ng stato t hóa các răng rôto n m g n đóộ ệ ừ ườ ừ ằ ầ

và hút các răng này quay t i v trí c a nó Ng t dòng kh i cu n dây này và c pớ ị ủ ắ ỏ ộ ấngu n cho cu n dây k ti p sẽ làm thay đ i t tr ng stato và làm cho rôtoồ ộ ế ế ổ ừ ườquay đi m t góc b c Vì stato và rôto làm t v t li u không b t d nên khiộ ướ ừ ậ ệ ị ừ ư

ng t dòng kh i cu n dây stato thì t tr ng rôto và stato b tri t tiêu hoànắ ỏ ộ ừ ườ ị ệtoàn Đi u này làm t i thi u hóa t tr trong đ ng c khi v n hành Và cũngề ố ể ừ ở ộ ơ ậchính vì v y mà khi quay rôto b ng tay khi không c p đi n ta th y rôto h uậ ằ ấ ệ ấ ầ

nh quay tr n M i quan h gi a góc b c, sô răng rôto và s c c stato đ cư ơ ố ệ ữ ướ ố ự ượ

Đ làm quay đ ng c liên t c, ta ph i c p dòng cho 3 cu n dây m t cáchể ộ ơ ụ ả ấ ộ ộ

tu n t B ng vi c s d ng các ký hi u logic, trong đó m c “1” là c p dòng vàầ ự ằ ệ ử ụ ệ ứ ấ

m c “0” là ng t dòng qua m t cu n dây.ứ ắ ộ ộ

Hình 2.10 S đ đ u dây và m t c t ngang đ ng c bi n t tr ba cu n dâyơ ồ ấ ặ ắ ộ ơ ế ừ ở ộ

Tu n t đi u khi n sau sẽ làm quay đ ng c minh h a trong hình 2.10ầ ự ề ể ộ ơ ọtheo chi u kim đ ng h 24 b c hay 2 vòng quay:ề ồ ồ ướ

2.2.2.2 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu

Đ ng c nam châm vĩnh c u có rôto là m t nam châm vĩnh c u v i cácộ ơ ử ộ ử ớ

c c b c – nam n m xen kẽ nhau xung quanh biên d ng hình tr c a rôto Cácự ắ ằ ạ ụ ủ

c c rôto đ i di n ho c c nh nhau thì đ u ng c nhau Stato có các cu n dâyự ố ệ ặ ạ ấ ượ ộ

qu n quanh các rãnh đ i di n nhau t o thành các c c stato Khi c p dòng đi nấ ố ệ ạ ự ấ ệ

m t chi u cho cu n dây, c c stato sẽ hình thành m t nam châm và hút các c cộ ề ộ ự ộ ự

t c a rôto làm rôto quay đi m t góc b c Đ ng c có càng nhi u c c stato vàừ ủ ộ ướ ộ ơ ề ựrôto thì có góc b c càng nh ướ ỏ

Hình 2.11 C u t o đ ng c nam châm vĩnh c uấ ạ ộ ơ ử

Đ ng c nam châm vĩnh c u có nhi u lo i: đ ng c đ n c c, đ ng c ộ ơ ử ề ạ ộ ơ ơ ự ộ ơ

l ng c c, đ ng c hai dây song song và đ ng c nhi u pha ưỡ ự ộ ơ ộ ơ ề

a Đ ng c đ n c c ộ ơ ơ ự

Hình 2.12 S đ đ u dâu và m t c t ngang đ ng c đ n c c rôto có 2 c cơ ồ ấ ặ ắ ộ ơ ơ ự ự

Đ ng c đ n c c là đ ng c nam châm vĩnh c u có 2 cu n dây stato đ cộ ơ ơ ự ộ ơ ử ộ ượ

đ u n i theo s đ nh trong hình 2.12 v i m t n c phân gi a m i cu nấ ố ơ ồ ư ớ ộ ấ ở ữ ỗ ộdây N c phân gi a các cu n dây này đ c n i v i c c d ng c a ngu n vàấ ở ữ ộ ượ ố ớ ự ươ ủ ồhai đ u còn l i c a m i cu n dây đ c luân phiên n i đ t đ đ o chi u c a tầ ạ ủ ỗ ộ ượ ố ấ ể ả ề ủ ừ

tr ng sinh ra b i các cu n dây đó.ườ ở ộ

Hình 2.13 S đ đ u dâu và m t c t ngang đ ng c đ n c c rôto có 6 ơ ồ ấ ặ ắ ộ ơ ơ ự

c cự

Hình 2.13 là m t c t ngang và s đ đ u dây c a đ ng c nam câm vĩnhặ ắ ơ ồ ấ ủ ộ ơ

c u có góc b c 30ử ướ o Cu n dây s 1 qu n quanh các c c stato trên và d i,ộ ố ấ ự ướ

Nh ch ra trong hình 2.13, dòng đi n ch y t ngu n qua đi phân n cư ỉ ệ ạ ừ ồ ể ấ

t i đ u ớ ầ a c a cu n dây 1 làm cho c c stato trên tr thành c c b c và c c statoủ ộ ự ở ự ắ ự

d i tr thành c c nam c a các nam châm đi n Các c c này sẽ hút các c cướ ở ự ủ ệ ự ựrôto ng c d u làm rôto quay t i v trí nh ch ra trên hình vẽ N u ng t dòngượ ấ ớ ị ư ỉ ế ắqua cu n 1 và c p dòng cho cu n 2 thì rôto sẽ quay đi m t góc 30ộ ấ ộ ộ o (hay 1 góc

b Động cơ lưỡng cực

Hình 2.14 S đ đ u dây và m t c t ngang c a đ ng c l ng c cơ ồ ấ ặ ắ ủ ộ ơ ưỡ ự

Đ ng c l ng c c là đ ng c nam châm vĩnh c u có 2 cu n dây statoộ ơ ưỡ ự ộ ơ ử ộ

đ c đ u n i theo s đ nh hình 2.14 Đ ng c l ng c c có c u t o gi ngượ ấ ố ơ ồ ư ộ ơ ưỡ ự ấ ạ ố

đ ng c đ n c c, ch khác là không có các phân n c gi a các cu n dây.ộ ơ ơ ự ỉ ấ ở ữ ộ

Vì không có phân n c gi a m i cu n dây nên đ đ o chi u t tr ngấ ở ữ ỗ ộ ể ả ề ừ ườ

t i các c p c c stato ta ph i đ o chi u dòng đi n ch y qua cu n dây t ngạ ặ ự ả ả ề ệ ạ ộ ươ

ng Đ làm đ c vi c này c n m t C u H (H-brigde) cho m i cu n dây C u

H là m t m ch đi n có tác d ng thi t l p c c tính c a ngu n c p t i m i đ uộ ạ ệ ụ ế ậ ự ủ ồ ấ ớ ỗ ầ

cu n dây Ta có tu n t đi u khi n gi ng v i tr ng h p đ ng c đ n c cộ ầ ự ề ể ố ớ ườ ợ ộ ơ ơ ự

c Đ ng c hai dây song song ộ ơ

Đ ng c hai dây song song là đ ng c nam châm vĩnh c u có 4 dây qu nộ ơ ộ ơ ử ấstato Có c u t o gi ng v i đ ng c l ng c c, ch khác ch là các c c statoấ ạ ố ớ ộ ơ ưỡ ự ỉ ở ỗ ự

Hình 2.15 S đ đ u dây và m t c t ngang đ ng c hai dây song songơ ồ ấ ặ ắ ộ ơTrong th c t , đ ng c hai dây song song đ c dùng nh là đ ng c đ nự ế ộ ơ ượ ư ộ ơ ơ

c c ho c đ ng c l ng c c tùy thu c vào cách đ u n i các đ u cu n dây Đự ặ ộ ơ ưỡ ự ộ ấ ố ầ ộ ể

s d ng đ ng c hai dây song song nh là m t đ ng c đ n c c, hai dây qu nử ụ ộ ơ ư ộ ộ ơ ơ ự ấ

c a m i cu n dây đ c m c n i ti p v i nhau và đi m n i đ c s d ng nhủ ỗ ộ ượ ắ ố ế ớ ể ố ượ ử ụ ư

là đi m phân n c Đ s d ng đ ng c hai dây song song nh m t đ ng cể ấ ể ử ụ ộ ơ ư ộ ộ ơ

l ng c c thì hai dây qu n m i cu n dây đ c m c song song ho c n i ti pưỡ ự ấ ỗ ộ ượ ắ ặ ố ế

v i nhau Trong hình 2.15 cu n 2 bi u di n cách đ u song song còn cu n 1 thìớ ộ ể ễ ấ ộ

bi u di n cách đ u n i ti p (b qua đi m phân n c).ể ễ ấ ố ế ỏ ể ấ

d Đ ng c nhi u pha ộ ơ ề

Đ ng c nhi u pha là đ ng c nam châm vĩnh c u có các cu n dây statoộ ơ ề ộ ơ ử ộ

đ c m c thành m t vòng n i ti p v i m t đi m phân n c gi a m i c pượ ắ ộ ố ế ớ ộ ể ấ ở ữ ố ặ

cu n dây Là lo i đ ng c ít ph bi n và th ng đ c s d ng nhi u nh t làộ ạ ộ ơ ổ ế ườ ượ ử ụ ề ấ

đ ng c 3 pha và 5 pha Vi c đi u khi n đòi h i ph i có n a c u-H (half H-ộ ơ ệ ề ể ỏ ả ử ầBrigde) cho m i đ u c c c a đ ng c Nh ng đ ng c lo i này cung c p đi nỗ ầ ự ủ ộ ơ ữ ộ ơ ạ ấ ệcùng m t lúc trong tu n t đi u khi n M t vài đ ng c 5 pha có đ phân gi iộ ầ ự ề ể ộ ộ ơ ộ ảgóc quay cao lên t i 0.72ớ o/b c (t c 500 b c/vòng quay).ướ ứ ướ

D i đây là tu n t đi u khi n c a đ ng c 5 pha có chu kỳ 10 b c:ướ ầ ự ề ể ủ ộ ơ ướ

2.3 T NG QUAN V VI ĐI U KHI N ATMEGA 16 Ổ Ề Ề Ể

H vi đi u khi nọ ề ể (VDK) AVR là dòng s n ph m đ c phát tri n b i hãngả ẩ ượ ể ởAtmel (1996)[9], nó đ c ch t o d a trên c u trúc AVR RISC (Reducedượ ế ạ ự ấInstruction Set Computer) đ ng th i AVR là m t trong nh ng h vi đi u khi nồ ờ ộ ữ ọ ề ể

đ u tiên s d ng b nh Flash đ l u tr ch ng trình Có th th y r ngầ ử ụ ộ ớ ể ư ữ ươ ể ấ ằtrong nh ng năm g n đây Atmel đã tr thành nhà tiên phong trên th gi i vữ ầ ở ế ớ ềphát tri n kỹ thu t b nh Flash (không bi n đ i, có th xóa b ng đi n và l pể ậ ộ ớ ế ổ ể ằ ệ ậtrình l i b nhạ ộ ớ)

Vi đi u khi n Aề ể Tmega AVR có hi uệ su t cao, tiêu th năng l ng th p,ấ ụ ượ ấ

c u trúc RISC ti n v i 130 l nh v i chu kỳ th c hi n đ n xung l n nh t, 32ấ ế ớ ệ ớ ự ệ ơ ớ ấthanh ghi đa m c đích 8 bít, 16 MIPSụ (Microprocessor without Interlocked

th l p trình các m c, 5 Mode ng (Idle, ADC Noise Reduction, Power-save,ể ậ ứ ủPower-down và Standby), có kh năng Reset khi b t ngu nả ậ ồ

Hình 2.17 Vi đi u khi n ATmega16ề ể

C t lõi c a AVR là s k t h p các câu l nh phong phú v i 32 thanh ghi đaố ủ ự ế ợ ệ ớ

m c đích T t c 32 thanh ghi đ u tr c ti p k t n i t i b x lý logíc s h c -ụ ấ ả ề ự ế ế ố ớ ộ ử ố ọArithmetic Logic Unit (ALU), cho phép truy nh p 2 thanh ghi đ c l p trong m tậ ộ ậ ộcâu l nh đ n đ c th c hi n trong m t chu kỳ xung K t qu c a c u trúc trệ ơ ượ ự ệ ộ ế ả ủ ấ ởnên g n nh , hi u qu h n, trong khi v n đ t đ c th i gian x lý nhanh h nọ ẹ ệ ả ơ ẫ ạ ượ ờ ử ơ

g p 10 l n các vi đi u khi n CISCấ ầ ề ể (Customer Information Control System) thông

th ng khác.ườ

8K byte Flash trên chíp có thể lập trình với các khả năng đọc trong khi ghi While-Write), 512 byte EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 1K byte SRAM, 23 đường vào ra đa mục đích, 32 thanh ghi đa mụcđích, 3 Timer/Counter rất linh hoạt với các compare mode, các ngắt trong và ngắtngoài, một bộ USART nối tiếp có thể lập trình được, ghép nối nối tiếp 2 dây định

(Read-có đ chính xác 8-bit, Watchdog Timer (Read-có th l p trình đ c v i b dao đ ngộ ể ậ ượ ớ ộ ộbên trong, m t c ng n i ti p SPI và 5 mode ti t ki m năng l ng có th l aộ ổ ố ế ế ệ ượ ể ự

ch n m m.ọ ề

2.3.1 Ch c năng c a VDK ATmega16 ứ ủ

ATmega16 có c u trúc RISC v i:ấ ớ

- 131 l nh, h u h t đ c th c thi trong 1chu kỳ xung nh p.ệ ầ ế ượ ự ị

- 32 I/O v i 8 thanh ghi đa d ng.ớ ụ

Giao ti p JTAGế (Joint Test Action Group) :

- Kh năng quét toàn di n theo chu n JTAG.ả ệ ẩ

- H tr kh năng ỗ ợ ả g r i (ỡ ố Debug onchip)

- H tr l p trình Flash, EEROM, fuse…ỗ ợ ậ

- Lock bit qua giao ti p JTAGế

Ngo i vi :ạ

- Timer/ counter 8 bit v i các ch đ : so sánh và chia t n s ớ ế ộ ầ ố

- Timer/counter 16 bit v i các ch đ : so sánh, chia t n s , captureớ ế ộ ầ ố ,…PWM:

- Timer th i gian th c (Real time Clock) v i b dao đ ng riêng bi t.ờ ự ớ ộ ộ ệ

- Các kênh PWM(Pulse Width Modulation)

- Kênh bi n đ i ADC 10 bit.ế ổ

- H tr giao ti p I2C.ỗ ợ ế

- B giao ti p n i ti p l p trình đ c USARTộ ế ố ế ậ ượ (Universal Synchronous andAsynchronous serial Receiver and Transmitter)

- Giao ti p SPIế (Serial Peripheral Interface)

- Watch_dog timer v i b dao đ ng on_chip riêng bi t.ớ ộ ộ ệ

Hình 2.18 S đ chân c a VDK Atmega16ơ ồ ủATmega16 có 40 chân [5]:

- Chân 1 đ n chân 8: C ng nh p xu t d li u song song B (PORTB) cóế ổ ậ ấ ữ ệ

th đ c s d ng các ch c năng đ c bi t thay vì nh p xu t d li u.ể ượ ử ụ ứ ặ ệ ậ ấ ữ ệ

- Chân 14 đ n chân 21: C ng nh p xu t d li u song song D (PORTD) cóế ổ ậ ấ ữ ệ

th đ c s d ng các ch c năng đ c bi t thay vì nh p xu t d li u.ể ượ ử ụ ứ ặ ệ ậ ấ ữ ệ

- Chân 22 đ n 29: C ng nh p xu t d li u song song C (PORTC) có thế ổ ậ ấ ữ ệ ể

đ c s d ng các ch c năng đ c bi t thay vì nh p xu t d li u.ượ ử ụ ứ ặ ệ ậ ấ ữ ệ

- Chân 30: AVCC c p đi n áp so sánh cho b ADC.ấ ệ ộ

- Chân 31: AVEF đi n áp so sánh tín hi u vào ADC.ệ ệ

- Chân 33 đ n chân 40: C ng nh p xu t d li u song song A (PORTA)ế ổ ậ ấ ữ ệngoài ra còn đ c tích h p b chuy n đ i tín hi u t ng t sang tín hi uượ ợ ộ ể ổ ệ ươ ự ệ

s ADC (Analog to Digital Converter).ố

Hình 2.19 Sơ đồ khối VDK ATmega16

Hình 2.20 CPU ATmega16Hình 2.20 bi u di n c u trong bên trong c a 1ể ễ ấ ủ AVR 32 thanh ghi trongRegister File đ c k t n i tr c ti p v iượ ế ố ự ế ớ ALU (Arithmetic Logic Unit) b ng 2ằ

đ ngườ , vì th ALU có th truy xu t tr c ti p cùng lúc 2 thanh ghi RF ch trongế ể ấ ự ế ỉ

1 chu kỳ xung clock

Các lệnh được chứa trong bộ nhớ chương trình (Flash memory) dưới dạng cácthanh ghi 16 bit Bộ nhớ chương trình được truy cập trong mỗi chu kỳ xung clock

và 1 lệnh chứa trong bộ nhớ chương trình (Flash memory) sẽ được đưa vào trongthanh ghi lệnh, thanh ghi này tác động và lựa chọn thanh ghi cũng như RAM choALU thực thi Trong lúc thực thi chương trình, chỉ của dòng lệnh đang thực thiđược quyết định bởi một bộ đếm chương trình – PC (Program counter) Đó chính làcách thức hoạt động của AVR

AVR có ưu điểm là hầu hết các lệnh đều được thực thi trong 1 chu kỳ xungclock, vì vậy có thể nguồn clock lớn nhất cho AVR có thể nhỏ hơn 1 số vi điềukhiển khác như PIC nhưng thời gian thực thi vẫn nhanh hơn

2.4 Đ NG Ồ HỒ TH I GIAN TH C DS1307 Ờ Ự

 DS1307[7]: là chip đồng hồ thời gian thực (RTC: Real Time Clock), khái

niệm thời gian thực ở đây được dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà con ngườiđang sử dụng, tính bằng giây, phút, giờ… DS1307 là một sản phẩm của DallasSemiconductor (một công ty thuộc Maxim Integrated Products) Chip này có 7thanh ghi 8-bit chứa thời gian là: giây, phút, giờ, thứ (trong tuần), ngày, tháng, năm.Ngoài ra DS1307 còn có một thanh ghi điều khiển ngõ ra phụ và 56 thanh ghi trống

có thể dùng như RAM DS1307 được đọc và ghi thông qua giao diện nối tiếp I2Cnên cấu tạo bên ngoài rất đơn giản DS1307 xuất hiện ở hai gói SOIC và DIP có 8chân như trong hình 4.4

Hình 2.21 Sơ đồ chân của DS1307

 Các chân của DS1307 được mô tả như sau:

 X1 và X2: là 2 ngõ kết nối với một thạch anh 32,768kHz làm nguồn tạo daođộng cho chip

 VBAT : cực dương của một nguồn pin 3V nuôi chip

 GND: chân mass chung cho cả pin 3V và Vcc

 Vcc: nguồn cho giao diện I2C, thường là 5V và dùng chung với vi điềukhiển Chú ý là nếu Vcc không được cấp nguồn nhưng VBAT được cấp thìDS1307 vẫn đang hoạt động (nhưng không ghi và đọc được)

 SQW/OUT: một ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver),tần số của xung được tạo có thể được lập trình Như vậy chân này hầu nhưkhông liên quan đến chức năng của DS1307 là đồng hồ thời gian thực, chúng

ta sẽ bỏ trống chân này khi nối mạch

 SCL và SDA là 2 đường giao xung nhịp và dữ liệu của giao diện I2C Cấu tạo bên trong DS1307 bao gồm một số thành phần như mạch nguồn,mạch dao động, mạch điều khiển logic, mạch giao diện I2C, con trỏ địa chỉ vàcác thanh ghi (hay RAM) Do đa số các thành phần bên trong DS1307 là thành