Nghiên cứu ứng dụng điện mặt trời để hiện đại hóa vườn ươm, trồng hoa lan quy mô nhỏ

Trong những năm gần đây trước sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹthuật đặc biệt là các ngành tự động hóa, kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin vànếu có thể ứng dụng những tiến bộ k

LỜI NÓI ĐẦU

Phát triển nông nghiệp công nghệ cao là một trong những nội dung của pháttriển kinh tế nước ta Trong thời gian vừa qua việc ứng dụng tiến bộ kỹ thuật vàosản xuất nông, lâm, ngư nghiệp nói chung, nông nghiệp nói riêng ngày càng đượcchú trọng đã góp phần chuyển dịch cơ cấu kinh tế, làm tăng giá trị sản xuất, tăng thunhập, góp phần xóa đói, giảm nghèo và làm giàu cho nhân dân

Mặc khác hoa và cây cảnh đã và đang mang lại giá trị kinh tế cao cho ngườinông dân, làm thay đổi diện mạo nông thôn, giúp cảnh quan môi trường thêm xanh,sạch, đẹp Nghề trồng hoa và cây cảnh đã mang lại hiệu quả cao cho người nôngdân khi mà thu nhập từ hoa, cây cảnh cao gấp 3 lần, thậm chí là rất nhiều lần so vớicấy lúa, trồng cây màu Đặc biệt trong những năm gần đây nghề trồng hoa lan đã cónhững bước phát triển đáng kể, và thâm nhập vào ngành nông nghiệp một cáchmạnh mẽ, hoa lan đã trở thành một mặt hàng có giá trị trong kinh doanh, xuất khẩutrên thế giới Hiện nay, nghề trồng hoa lan khá phát triển ở khắp cả nước, không ítnông dân đã khấm khá nhờ trồng lan Thuận lợi của nghề trồng lan là không cầndiện tích đất lớn, nếu chăm sóc tốt thu nhập mang lại khá cao Tuy nhiên, lan là loạicây trồng đòi hỏi cao về kỹ thuật, vì vậy người trồng phải tuân thủ kỹ các biện pháptrồng và chăm sóc

Trong những năm gần đây trước sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹthuật đặc biệt là các ngành tự động hóa, kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin vànếu có thể ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật của các nghành này vào nuôitrồng hoa thì nó có thể góp phần tích cực vào nâng cao chất lượng và có thể đápứng được các tiêu chuẩn về chất lượng của quốc tế Hơn nữa hiện nay việc khai thác

và sử dụng năng lượng mặt trời không còn là vấn đề quá xa lạ đối với mỗi ngườichúng ta Năng lượng mặt trời là một trong những loại năng lượng xanh hứa hẹn sẽđược áp dụng rộng rãi trong cuộc sống của con người trong tương lai Đây là mộtnguồn năng lượng dường như vô tận, dễ dàng khai thác sử dụng và giúp bảo vệ

được môi trường sống của con người Vì vậy việc ứng dụng năng lượng mặt trờivào sản xuất là hướng đi đúng cần phát triển Xuất phát từ những lý do trên tôi xinchọn thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu ứng dụng điện Mặt trời để hiện đại hóa vườnươm, trồng hoa lan quy mô nhỏ.”

Đồ án được thực hiện là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu của bảnthân cùng sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo

Để có được kết quả ngay từ khi bắt đầu đến lúc kết thúc đề tài, tôi xin gửi lờicảm ơn chân thành đến:

- Ban chủ nhiệm khoa đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi tốt nhất cho tôihoàn thành tốt đề tài

- Giảng viên hướng dẫn Th.s Nguyễn Văn Hân đã chỉ đạo đúng và kịp thờicác vấn đề liên quan trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn !

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Với đề tài: “ Nghiên cứu ứng dụng điện Mặt trời để hiện đại hóa vườn ươm,trồng hoa lan quy mô nhỏ.” Mục đích chính là tìm hiểu và thiết kế hệ thống điềukhiển hoạt động của vườn ươm hoa lan nhằm nâng cao năng xuất và chất lượng hoa.Đưa năng lượng mặt trời vào sản xuất góp phần bảo vệ mô trường Hưởng ứng vàchấp hành chủ trương, chính sách của Nhà nước về tiết kiệm điện năng, sử dụngnguồn năng lượng sạch, chủ động ứng phó với biến đổi khí hậu Chủ động nắm bắt

và ứng dụng những công nghệ, thành tựu của nhân loại vào phục vụ cuộc sống vàsản xuất

Dựa vào các điều kiện thực tế của việc chăm sóc hoa lan để thiết kế hệ thốngđiều khiển hoạt động vườn ươm Đề tài tập trung vào việc tìm hiểu và xây dựng hệthống điều khiển vườn ươm hoa lan và hệ thống lưu trữ điện mặt trời phục vụ cho

mô hình Quá trình thực hiện được khái quát như sau:

- Khảo sát đánh giá thực trạng vườn ươm, trồng hoa lan quy mô nhỏ

- Trình bày cơ sở lí thuyết của các thiết bị điều khiển, các thiết bị chấp hành

- Thiết kế hệ thống sạc và lưu trữ điện mặt trời cấp cho bộ điều khiển và phụtải phục vụ trong vườn ươm hoa lan

- Thiết kế hệ thống tự động giám sát và chăm sóc hoa lan để tăng năng suất

và hiệu quả vườn ươm, trồng hoa lan

- Đánh giá kết quả đạt được

Nội dung cụ thể của đề tài được trình bày trong 4 chương:

- Chương 1: Giới thiệu đề tài

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết

- Chương 3: Tìm hiểu quy trình chăm sóc hoa lan

- Chương 4: Thiết kế hệ thống

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

TÓM TẮT ĐỀ TÀI iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH HÌNH VẼ v

DANH SÁCH BẢNG BIỂU viii

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

Phương pháp nạp với dòng nạp không đổi 14

Phương pháp nạp với áp không đổi 14

Phương pháp nạp dòng – áp 15

CHƯƠNG 3 TÌM HIỂU QUY TRÌNH CHĂM SÓC HOA LAN 28

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 34

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

PHỤC LỤC 49

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sân vận động Veronas Bentegoldi Error: Reference source not foundHình 1.2: Hệ thống điện mặt trời nối lưới ở Ninh Thuận Error: Reference source not found

Hình 2.1: Một cell pin mặt trời Error: Reference source not foundHình 2.2: Cấu tạo của pin mặt trời Error: Reference source not foundHình 2.3: Các loại cấu trúc tinh thể của pin mặt trời Error: Reference source not found

Hình 2.4: Trạng thái 2 mức năng lượng của e lectron Error: Reference source not found

Hình 2.5: Các vùng năng lượng trong phần tử bán dẫn Error: Reference source not found

Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời Error: Reference source not found

Hình 2.7: Cấu tạo ac - qui chì - axit Error: Reference source not foundHình 2.8: Sơ đồ chân A tmega16 Error: Reference source not foundHình 2.9: Các khối chính của A tmega16 Error: Reference source not foundHình 2.10: Tổ chức bộ nhớ chương trình A tmega16 Error: Reference source not found

Hình 2.11: Tổ chức bộ nhớ dự liệu SRAM Error: Reference source not foundHình 2.12: Nguyên lý hoạt động cảm biến nhiệt độ độ ẩm Error: Reference source not found

Hình 2.13: Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt độ độ ẩm với vi điều khiển Error: Reference source not found

Hình 4.1: Sơ đồ khối của mô hình vườn ươm hoa lan Error: Reference source notfound

Hình 4.2: Lưu đồ thuật toán điều khiển tưới theo thời gian và độ ẩm Error: Reference source not found

Hình 4.3: Lưu đồ thuật toán hệ thống ổn định nhiệt độ và độ ẩm Error: Referencesource not found

Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển hệ thống Error: Reference source not found

Hình 4.5: Mạch in bộ điều khiển Error: Reference source not foundHình 4.6: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển rơle Error: Reference source not found

Hình 4.7: Mạch in bộ điều khiển rơle Error: Reference source not foundHình 4.8: Sơ đồ nguyên lý mạch sạc năng lượng mặt trời Error: Reference sourcenot found

Hình 4.9: Mạch in của mạch sạc năng lượng mặt trời Error: Reference source not found

Hình 4.10: Hệ thống quạt và máy bơm 12VDC Error: Reference source not foundHình 4.11: Đèn sợ đốt 12VDC Error: Reference source not foundHình 4.12: Ac - qui PTZ5S Error: Reference source not foundHình 4.13: Pin năng lượng mặt trời Error: Reference source not foundHình 4.14: Hoạt động của hệ thống điều khiển. Error: Reference source not foundHình 4.15: Hoạt động của mạch sạc ac - qui Error: Reference source not foundHình 4.16: Mô hình vườn ươm hoa lan Error: Reference source not found

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Trong chương này sẽ khái quát ngắn gọn nhất về đề tài cần nghiên cứu, vềmục tiêu, nội dung, phạm vi nghiên cứu và các kết quả cần đạt được

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI CẦN NGHIÊN CỨU.

Tên đề tài: “ Nghiên cứu ứng dụng điện Mặt trời để hiện đại hóa vườn ươm,trồng hoa lan quy mô nhỏ.”

1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài.

Phần lớn dân số nước ta sống bằng nghề nông nghiệp (khoảng 70%) [1] vì vậyviệc tìm ra hướng đi đúng để phát triển nông nghiệp là một vấn đề cần quan tâm.Trong những năm gần đây nghề trồng hoa lan đang trở thành xu hướng mới trongphát triển nông nghiệp đô thị Đây không chỉ là ngành nghề có sức hấp dẫn đối vớinông dân mà nó còn là tầm ngắm của nhiều doanh nghiệp Với mức lãi bình quângấp 10 lần trồng lúa [2] Những năm gần đây, mô hình trồng hoa lan phát triển vàbước đầu đem lại nguồn thu nhập ổn định, giúp nhiều nông hộ vươn lên khá giàu.Hiện nay với thực trạng chung của nghành kinh tế là đẩy nhanh sự phát triểncủa khoa học kỹ thuật, ứng dụng những sản phẩm khoa học vào trong các nghànhkhác đặc biệt là trong nghành công nghiệp và nông nghiệp Việc ứng dụng khoa học

kỹ thuật vào nông nghiệp sẽ giúp mang lại nhiều hiệu quả cho nền kinh tế: Tănghiệu quả sản suất, giảm nhiều chi phí đầu tư, tăng năng suất cây trồng, có thể tạosản phẩm nông nghiệp theo yêu cầu thị trường … Hiện nay với sự phát triển của cácngành kỹ thuật và công nghệ thông tin thì việc ứng dụng công nghệ vật liệu mới,nguồn năng lượng mới như năng lượng mặt trời vào trong nghành nông nghiệp rấtđược quan tâm Việt Nam được xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về nănglượng mặt trời, đặc biệt ở các vùng miền trung và miền nam của đất nước, vớicường độ bức xạ mặt trời trung bình khoảng 5 kWh/m2 [3] Rất thuận tiện cho việcứng dụng điện mặt trời vào sản suất

Chính vì những lý do đó Tôi chọn đề tài: “ Nghiên cứu ứng dụng điện Mặttrời để hiện đại hóa vườn ươm, trồng hoa lan quy mô nhỏ.”

1.1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

1.1.3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu

- Nghiên cứu về vi điều khiển, pin mặt trời, các phương pháp sạc, lưu trữđiện mặt trời

- Quy trình chăm sóc hoa lan

- Các thiết bị điện dùng để điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu điều khiển lập trình dùng

1.1.4 Tổng quan lịch sử nghiên cứu đề tài.

Hiện nay, năng nượng điện mặt trời đã được ứng dụng rất nhiều vào đời sống

và sản xuất tại Việt Nam và nhiều quốc gia khác trên thế giới, nhiều quốc gia trênthế giới như:

Hình 1.1: Sân vận động Veronas Bentegoldi.

Sân vận động Veronas Bentegoldi là khu phức hợp thể thao lớn nhất nước Ý

có lắp đặt hệ thống quang năng Hơn 13.000 tấm quang năng được lắp đặt tại sânvận động này đã cung cấp trên 1 MegaWatt/năm cho nhu cầu sử dụng điện của sânvận động, ước tính làm giảm phát thải CO2 trên 550 tấn/năm [4]

Hình 1.2: Hệ thống điện mặt trời nối lưới ở Ninh Thuận [5].

Ngoài ra còn rất nhiều mô hình sử dụng vi điều khiển và cảm biến nhiệt độ, độ

ẩm để điều khiển các thông số của vườn ươm:

- Ngiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống tưới cây tự độngcủa trường đại học giaothông vận tải [6]

- Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển tưới phun sương phục vụ trồng rautrong giai đoạn vườn ươm của trường đại học nông nghiệp Hà Nội [7]

Như vậy, đã có rất nhiều nghiên cứu về việc điều khiển các thông số của môhình vườn ươm Trong đề tài này tôi sẽ tập trung xây dựng mô hình vườn ươm gồm

hệ thống tưới nước tự động và hệ thống điều khiển nhiệt độ, độ ẩm hoạt động bằngnăng lượng mặt trời

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Bất kỳ một đề tài nào cũng cần có cơ sở lý thuyết làm nền tảng, để xây dựngđược cơ sở lý thuyết phải trải qua quá trình thu thập, xử lý và tóm tắt các vấn đề cóliên quan đến ý tưởng cho đề tài cần nghiên cứu Vì vậy chương này tập trung nói

về những vấn đề lý thuyết liên quan đến tất cả các thiết bị để xây dựng lên một môhình vườn ươm hoa lan

2.1 PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI.

2.1.1 Giới thiệu pin mặt trời.

Pin năng lượng mặt trời [8] (hay pin quang điện, tế bào quang điện), hình 2.1

là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các Diode p-n, duới sự hiện diện của ánh sángmặt trời có khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được Sự chuyển đổi này gọi là hiệuứng quang điện

Các 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

Hình 2.1: Một cell pin mặt trời

Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên năm 1839 bởi nhà vật lý PhápAlexandre Edmond Becquerel Tuy nhiên cho đến 1883 pin năng lượng mới đượcchế tạo thành công, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực

mỏng vàng để tạo nên mạch nối Russell Ohl được xem là người tạo ra pin nănglượng mặt trời đầu tiên năm 1946 tuy nhiên nó chỉ có hiệu suất 1% Pin mặt trời lầnđầu 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 nước tiêntiến như Mĩ, Đức, Tây Ban Nha

2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

 Cấu tạo.

Cấu tạo của pin mặt trời là một lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có khả năng biến đổitrực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện bêntrong Hình 2.2 là cấu tạo của một tế bào pin mặt trời gồm:

Hình 2.2: Cấu tạo của pin mặt trời.

Cho tới hiện tại thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời là các Silic tinh thể Pinmặt trời từ tinh thể Silic chia ra thành 3 loại như hình 2.3:

• 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 đơnthể này 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, nhưng hiệusuất kém hơn, từ 8% - 11% Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm

vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp.

• Dải Silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đatinh thể Loại pin này có hiệu suất thấp nhất, từ 3% - 6%, tuy nhiên loại này

rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon

Hình 2.3: Các loại cấu trúc tinh thể của pin mặt trời

Vật liệu để làm pin Mặt trời là bán dẫn Silic tinh khiết Ở dạng tinh khiết sốhạt tải điện của Si là electron và số lỗ trống là như nhau Để làm pin Mặt trời từ bándẫn 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 Để tạo ra lớp tiếp xúc p - n, cần pha thêm tinh thể Si một

ít nguyên tử khác loại, gọi là pha tạp Nguyên tử Si có 4 electron ở vành ngoài, cùngdùng để liên kết với bốn nguyên tử Si gần đó Nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tửphốt 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 (negative - 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 mốiliên kết nên có thể nói là tạo thành lỗ trống Vì là thiếu electron nên lỗ trống mạngđiện dương, bán dẫn pha tạp trở thành có tính dẫn điện lỗ trống, tức là bán dẫn loại

p (positive - dương) Trên cơ sở bán dẫn tinh khiết có thể pha tạp để trở thành cólớp là bán dẫn loại n, có lớp bán dẫn loại p, lớp tiếp giáp giữa hai loạị chính là lớpchuyển tiếp p - n Ở bề mặt tiếp xúc p - n này một ít electron ở bán dẫn loại n chạysang bán dẫn loại p lấp vào lỗ trống thiếu electron Kết quả là ở lớp tiếp xúc p-n có Cấu trúc đơn tinh thể Cấu trức đa tinh thể Cấu trúc tinh thể vô định

hình

một vùng thiếu electron cũng thiếu cả lỗ trống, đây là vùng nghèo Sự dịch chuyểnđiện tử để lấp vào lỗ trống tạo ra vùng nghèo này cũng tạo nên hiệu thế gọi là hiệuthế ở tiếp xúc p - n, đối với Si vào cỡ 0,6V đến 0,7V Đây là hiệu thế sinh ra ở bềmặt tiếp xúc không tạo ra dòng điện được

Nguyên lý hoạt động.

Để tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời trước tiên tatìm hiểu về hiện tượng quang điện trong:

Hệ thống hai mức năng lượng trong đó E1 < E2

Hình 2.4: Trạng thái 2 mức năng lượng của electron

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

Phương trình cân bằng năng lượng:

h.υ = E1 – E2 (2.1)Trong các vật rắn, do tương tác rất mạnh của mạng tinh thể lên điện tử vànhngoài, nên các năng lượng của nó bị tách ra nhiều mức năng lượng con rất sát nhau

và tạo thành vùng năng lượng Vùng năng lượng thấp bị các điện tử chiếm đầy khi ởtrạng thái cân bằng gọi là vùng hoá trị mà bên trên của nó có năng lượng EV Vùngnăng lượng phía trên tiếp đó hoàn toàn trống hoặc chỉ bị chiếm một phần gọi làvùng dẫn, bên dưới của vùng có năng lượng là EC, cách ly giữa vùng hóa trị và vùngdẫn đó gọi là một vùng cấm có độ rộng năng lượng là Eg, trong đó không có mức

năng lượng cho phép nào của điện tử.

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 điện tử tự do e-, lúc này vùng hoá trị sẽ có một lỗ trống có thể

di chuyển như “hạt” mang điện tích dương nguyên tố (kí hiệu h+) Lỗ trống này cóthể di chuyển và tham gia vào quá trình dẫn điện

Hình 2.5: Các vùng năng lượng trong phần tử bán dẫn

Phương trình hiệu ứng lượng tử:

EV+ h.υ → e- + h+ (2.2)Điều kiện để điện tử có thể hấp thụ năng lượng của photon và chuyển từ vùnghoá trị lên vùng dẫn, tạo ra căp điện tử lỗ trống là:

h.υ > Eg = EC - EV (2.3)Suy ra bước sóng tới hạn λC của ánh sáng để có thể tạo ra cặp e- và h+ là:

λC = hc/( EC – EV) (2.4)Vậy khi chiếu sáng vào vật rắn, điện tử ở vùng hoá trị hấp thụ năng lượngphoton hv và chuyển lên vùng dẫn tạo ra cặp hạt dẫn điện tử lỗ trống e- và h+, tức làtạo ra một điện thế Hiện tượng đó gọi là hiện tượng quang điện bên trong

Pin năng lượng mặt trời hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện trong xảy

ra trên lớp tiếp xúc p-n Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điềusau sẽ xảy ra:

• Photon truyền trực tiếp xuyên qua mảnh silic Điều này thường xảy ra khinăng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lênmức năng lượng cao hơn.

•Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic Điều này thường xảy ra khinăng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức nănglượng cao hơn

Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electrontrong màng tinh thể Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thườngđược kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa Khi electronđược kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyển trongbán dẫn Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là lỗ trống Lỗ trống này tạođiều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào lỗ trống,

và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có "lỗ trống" Cứ tiếp tục như vậy

lỗ trống di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn tạo nên dòng điện

Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời

Có thể giải thích nguyên lý hoạt động của pin mặt trời theo hình 2.6 như sau.Nếu đặt phiến bán dẫn đã tạo lớp tiếp xúc p - n đặt cho ánh sáng mặt trời chiếu vàothì photon của ánh sáng mặt trời có thể kích thích làm cho điện tử đang liên kết vớinguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện chỗ trống vìthiếu electron, đây là hiện tượng photon đến tạo ra cặp electron - lỗ trống Nếu cặpelectron - lỗ trống này sinh ra ở gần chỗ có tiếp p - n thì hiệu thế tiếp xúc sẽ đẩyelectron 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 ởmức cao hơn, có thể chuyển động tự do Càng có nhiều photon chiếu đến càng cónhiều cơ hội để electron nhảy lên miền dẫn Nếu ở bên ngoài ta dùng một dây dẫnnối bán dẫn loại n với bán dẫn loại p (qua một phụ tải như lèn LED chẳng hạn) thìelectron 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 Si sinh ra khi được chiếu sáng

2.2 THIẾT BỊ LƯU TRỮ ĐIỆN NĂNG AC - QUI.

Hiện nay có rất nhiều loại ac - qui như: ac - qui nước, ac - qui axit, ac - quiaxit kiểu hở, ac - qui kín khí, ac - qui không cần bảo dưỡng, ac - qui khô, ac - quikiềm Tuy nhiên trên thực tế thường phân biệt thành hai loại ac - qui thông dụnghiện nay là ac - qui sử dụng điện môi bằng axit (gọi tắt là ac - qui axit hoặc ac - quichì - axit) và ac - qui sử dụng điện môi bằng kiềm (gọi tắt là ac - qui kiềm) Tuy cóhai loại chính như vậy nhưng ac - qui kiềm ít gặp nên đa số các ac - qui được sửdụng hiện nay là ac - qui chì - axit Trong phạm vi đồ án tôi xin trình về cấu tạo của

ac - qui chì axit [9]

2.2.1 Cấu tạo của ac - qui chì - axit

Gồm có các bản cực bằng chì và oxit chì ngâm trong dung dịch axit sulfuaric.Các bản cực thường có cấu trúc phẳng, dẹp, dạng khung lưới, làm bằng hợp kim chìantimon, có nhồi các hạt hóa chất tích cực Các hóa chất này khi được nạp đầy

là dioxit chì ở cực dương, và chì nguyên chất ở cực âm

Các bản cực được nối với nhau bằng những thanh chì ở phía trên, bản cực

dương nối với bản cực dương, bản cực âm nối với bản cực âm Chiều dài, chiềungang, chiều dầy và số lượng các bản cực sẽ xác định dung lượng của bình ac - qui.Thông thường, các bản cực âm được đặt ở bên ngoài, do đó số lượng các bản cực

âm nhiều hơn bản cực dương Các bản cực âm ngoài cùng thường mỏng hơn, vìchúng sử dụng diện tích tiếp xúc ít hơn

Chất lỏng dùng trong bình ac - qui này là dung dịch axit sunfuaric Nồng độcủa dung dịch biểu trưng bằng tỷ trọng đo được, tuỳ thuộc vào loại bình ac - qui, vàtình trạng phóng nạp của bình

Hình 2.7: Cấu tạo ac - qui chì - axit

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của ac - qui

Trong quá trình nạp điện ac - qui đóng vai trò một máy thu, tích trữ điện năngdưới dạng hóa năng Khi nạp điện cho ac - qui người ta cho dòng điện một chiều đivào ac - qui Dung dịch axit Sunfuric bị điện phân, làm xuất hiện hidro và oxit ởhai bản chì Ở bản nối với cự câm (-) của nguồn điện chì dioxit (PbO2) khử mấtoxi và thành chì (Pb), bản này sẽ thành cực âm (-) của ac - qui Còn ở bản nối vớicực dương (+) của nguồn điện thì có oxit bám vào, oxi hóa Pb3O4 thành chì dioxit(PbO2), bản này sẽ trở thành cựcdương (+) của ac - qui Khi hai cực đã trở thành

Pb và PbO2 thì giữa chúng có một hiệu điện thế, ac - qui trở thành nguồn điện vàbây giờ tự nó có thể phát ra dòng điện

Phản ứng của quá trình theo phương trình:

2PbSO4 + 2H2O = Pb+PbO2+2H2SO4 (2.5)

Nếu ta nối hai cực của ac - qui đã được nạp điện bằng một dây dẫn thì dòngđiện chạy trong dây sẽ có chiều ngược với dòng điện lúc nạp vào ac - qui Dòngđiện này sẽ gây ra quá trình hóa học ngược lại, dung dịch axit lại bị điện phânnhưng lần này các ion chuyển dời ngược chiều với lúc đầu ,hidro sẽ chạy về bảnPbO2 và khử oxi, làm cho bản này trở thành PbO Cho đến khi hai cực đã hoàn toàngiống nhau thì dòng điện tắt Bây giờ muốn ac - qui lại phát điện, ta phải nạp điệncho nó để hai cực trở thành Pb và PbO2.

Phản ứng của quá trình diễn ra theo phương trình:

Pb+PbO2+2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O (2.6)

2.2.3 Điện áp của ac - qui.

Mặc dù điện áp của các ac - qui là một số chẵn của 2 như ac - qui 2V, 6V, 12V,24V nhưng trên thực tế thì điện áp thông thường của các ac - qui không như vậy.Mức điện áp mà các ac - qui cung cấp thường lớn hơn so với định mức của chúng,như ac - qui 12V sẽ cung cấp mức điện áp tới 13V hoặc hơn Điều này xuất phát từmức độ điện áp trên mỗi ngăn bình của chúng Mức điện áp mỗi ngăn bình ac - quiaxit là 2,1 đến 2,2 V (±0,05V) Do tính chất cố hữu của ac - qui axit mà các ngăncủa chúng không thể có mức điện áp cao hơn

Có thể đánh giá dung lượng của ac - qui axit qua dung lượng ac - qui phụthuộc vào mức độ điện áp (lúc không phát dòng) như bảng 2.1: [9]

Bảng 2.1: Dung lượng điện áp của ac - qui phụ thuộc vào điện áp

Bảng trên đúng trong trường hợp ac - qui không mang tải, điều đó có nghĩa lànếu như kích điện đang hoạt động thì có thể đo được điện áp các ac - qui là một sốlượng nào đó thì không thể lấy giá trị đó để đánh giá lưu lượng bình ac - qui còn lại

là bao nhiêu % Vì khi phát dòng thì các ac - qui có điện áp tụt xuống, trong trườnghợp không phát dòng nữa thì mức điện áp đo được mới phản ánh đúng trạng tháidung lượng còn lại của ac - qui Khi đang phát dòng thì điện áp ac - qui giảmxuống

Theo bảng trên thì dung lượng ac - qui sẽ cạn kiệt ở mức điện áp 10,5V, vì vậy khithiết kế mạch điện loại "điện tử" (tức là theo dõi được mức độ điện áp đầu vào) sẽlấy mốc 10,7V để ngừng hoạt động nhằm tránh cho sự sử dụng ac - qui cạn kệt (gâyhại cho ac - qui) Điều đó là hợp lý bởi nếu như sử dụng điện từ ac - qui ở trạng tháicạn kiệt thì các bản cực của ac - qui sẽ nhanh bị hư hỏng, dẫn đến hư hỏng chungcho toàn bộ ac - qui (trong một ac - qui 12V, chỉ một trong 6 ngăn hư hỏng thì toàn

bộ ac - qui đó sẽ hư hỏng)

2.2.4 Các phương pháp nạp điện cho ac - qui.

Phương pháp nạp với dòng nạp không đổi.

Phương pháp nạp điện với dòng nạp không đổi cho phép chọn dòng điện nạpthích hợp, đảm bảo cho acqui được nạp đầy

Các ac - qui được mắc nối tiếp với nhau và phải thoả mãn

Un > 2,7 Naq (2.7)Trong đó:

Un: Điện áp nạp (V)

Naq: Số ngăn ac - qui đơn mắc trong mạch nạp

Phương pháp nạp với áp không đổi.

Phương pháp nạp áp, ac - qui được mắc song song với nguồn nạp Hiệu điệnthế cho mỗi ngăn đơn được giữ ổn định và có giá trị 2,3-2,5V với độ chính xác đến3% Dòng nạp lúc đầu sẽ rất lớn sau đó khi điện áp ac - qui tăng dần lên thì dòng

nạp sẽ giảm đi khá nhanh [9]

Phương pháp nạp dòng – áp.

Ban đầu ta nạp với dòng nạp không đổi Khi thấy ac - qui "sôi" thì hiêu điênthế' giữa các cực của của ac - qui đơn 2,4V, tiếp tục nạp thì giá trị này nhanh chóngtăng tới giá trị là 2,7 V Sau đó chuyển sang chế độ nạp ổn áp với giá trị điên áp nạpkhông đổi cho 1 ngăn đơn là Un = 2,7Vvà thường kéo dài từ 2 đến 3 giờ hoặc khidòng nạp tiến tới không (In = 0) thì kết thúc quá trình nạp [9]

2.2.5 Dung lượng ac - qui và ảnh hưởng bởi chế độ phóng điện

Dung lượng là thông số cơ bản, tham số này cho biết được khả năng lưu trữđiện năng của ac - qui Đơn vị tính của thông số này được tính thông dụng theo Ah(Ampe giờ), một số acquy nhỏ hơn (và thường là các pin) thì tính theo mức mAh(mili-ampe giờ) Một cách đơn giản để dễ hình dung về tham số dung lượng ac - quinhư sau: Ah là tham số bằng số dòng điện phát ra (tính bằng Ampe) trong khoảngthời gian nào đó (tính bằng giờ) Trường hợp ac - qui 10 Ah thì có thể phát mộtdòng điện 10A trong vòng một giờ, hoặc 5A trong 2 giờ, hay 1A trong 10 Nhưngtrên thực tế thì dung lượng ac - qui lại bị thay đổi tuỳ theo cường độ dòng điệnphóng ra Nếu dòng điện phóng càng lớn thì dung lượng ac - qui còn lại càng nhỏ vàngược lại, dòng điện phóng nhỏ thì dung lượng được bảo toàn ở mức cao Về dunglượng của ac - qui phụ thuộc vào cường độ dòng phóng được thể hiện như bảng 2.1.Theo bảng 2.1 nếu như phóng điện với dòng 57A, ac - qui 100Ah chỉ còndung lượng là 85Ah và tương ứng chỉ phóng điện được 90 phút Vì đa số các kíchđiện đang được sử dụng thuộc loại công suất từ 800VA đến 1000VA nên dòng tiêuthụ cực đại sẽ xấp xỉ với mức 57A nêu trên nên người dùng nên chú ý đến thông sốnày.Vậy thì phóng dòng điện càng lớn thì dung lượng của ac - qui càng giảm đi.Muốn dung lượng ac - qui đúng như số liệu công bố của các hãng sản xuất thì có lẽphải phóng với một dòng đủ nhỏ mà chỉ có thể thực hiện được điều này thông quaviệc sử dụng điện tiết kiệm (sử dụng với nhu cầu tối thiểu) hoặc phải trang bị một

hệ thống nhiều ac - qui

Bảng 2.2: Dung lượng ac - qui phụ thuộc vào dòng điện.

Thời gian

(phút)

Dòng phát (A) Dung lượng (Ah) Dòng phát (A) Dung lượng (Ah)

2.3 GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA16.

2.3.1 Giới thiệu chung về vi điều khiển.

Trong những thập niên cuối thế kỉ XX, từ sự ra đời của công nghệ bán dẫn, kĩthuật điện tử đã có sự phát triển vượt bậc Các thiết bị điện tử sau đó đã được tíchhợp với mật độ cao và rất cao trong các diện tích nhỏ, nhờ vậy các thiết bị điện tửnhỏ hơn và nhiều chức năng hơn Các thiết bị điện tử ngày càng nhiều chức năngtrong khi giá thành ngày càng rẻ hơn, chính vì vậy điện tử có mặt khắp mọi nơi.Bước đột phá mới trong công nghệ điện tử, công ty Intel cho ra đời bộ vi xử lý đầutiên Từ các bộ vi xử lý ban đầu chỉ là các bộ xử lý trung tâm trong một hệ thống,không thể hoạt động nếu thiếu các bộ phận như RAM, ROM, bo mạch chủ cáchãng đã phát triển các bộ vi xử lý này lên thành các bộ vi điều khiển để phục vụ cácmục đích riêng biệt, khác nhau trong công nghiệp

Hiện nay có rất nhiều họ vi điều khiển trên thị trường với nhiều dòng vi điều khiển của các hãng sản xuất khác nhau như: Motorola, Microchip Technology(PIC), Atmel, Mitsubishi, Toshiba, … [10]

Vi điều khiển 8 bit của Motorola.

Các họ vi điều khiển của Motorola được kí hiệu bắt đầu bởi chữ cái MC Vì cốgắng giữ lại phần mềm các nhà chế tạo linh kiện bán dẫn thường duy trì sự tươngthích với các bộ vi xử lí đầu đời Hãng Motorola đưa ra bộ vi điều khiển M6801 đầutiên của hãng trên thị trường thế giới vào năm 1978 và bộ vi điều khiển này đượcchế tạo trên cơ sở sử dụng bộ vi xử lí M6800 Bộ vi điều khiển M6801 có bộ nhớROM và RAM ngoài lớn nhất lên đến 64KB với mạch giao diện vào/ra, truyềnthông nối tiếp không đồng bộ đã bắt đầu phổ biến trong hệ thống điều khiển ôtô Sau đó vào năm 1985 Motorola đã phát triển bộ vi điều khiển 68HC11 tươngthích với bộ vi xử lí M6800 Bộ vi điều khiển MC68HC11 tiêu thụ ít công suất hơn

và cho phép tín hiệu nhiễu cao hơn so với các bộ vi xử lí đầu đời MC68HC11 cónhiều phiên bản, như MC68HC11A8 và MC68HC11E9 Một số hãng nhưMitsubishi, Toshiba cũng sản xuất các bộ vi điều khiển này theo công nghệ củaMotorola

Họ vi điều khiển 8 bit của hãng Microchip Technology.

Hãng Microchip Technology là một trong những nhà cung cấp hàng đầu vềcác giải pháp điều khiển cho các hệ thống nhúng (Embedded control system) Haidòng sản phẩm chính của hãng là các họ vi điều khiển 8-bit PIC16/17, những sảnphẩm này được đưa vào ứng dụng cho việc đưa ra các giải pháp thiết kế các hệthống điều khiển nhúng của hãng cung cấp cho khách hàng Các họ vi điều khiểnPIC16Cxx và PIC17Cxx của hãng Microchip Technology được sử dụng khá thôngdụng và rộng rãi cho các ứng dụng điều khiển trong việc chế tạo các sản phẩm tiêudùng, trong tự động hóa văn phòng, thiết bị ngoại vi của máy tính, các hệ thống tựđộng điều khiển

Vi điều khiển AVR của hãng Atmel.

Vi điều khiển AVR thuộc họ vi điều khiển do Atmel sản xuất (Atmel cũng lànhà sản xuất các vi điều khiển họ 89C51) Đây là họ vi điều khiển được chế tạo theokiến trúc RISC (Reduced Intruction Set Computer) có cấu trúc tập lệnh rút gọn.Ngoài các tính năng như các họ vi điều khiển khác, chúng còn tích hợp nhiều tínhnăng mới rất tiện lợi cho người thiết kế và lập trình Sự ra đời của AVR bắt nguồn từyêu cầu thực tế là hầu hết khi cần lập trình cho vi điều khiển, chúng ta thường dùngnhững ngôn ngữ bậc cao HLL (Hight Level Language) để lập trình ngay cả với loạichip xử lí 8 bit trong đó ngôn ngữ C là ngôn ngữ phổ biến nhất Tuy nhiên khi biêndịch thì kích thước đoạn mã sẽ tăng nhiều so với dùng ngôn ngữ Assembly HãngAtmel nhận thấy rằng cần phải phát triển một cấu trúc đặc biệt cho ngôn ngữ C đểgiảm thiểu sự chênh lệch kích thước mã đã nói trên Và kết quả là họ vi điều khiểnAVR ra đời với việc làm giảm kích thước đoạn mã khi biên dịch và thêm vào đó làthực hiện lệnh đúng đơn chu kỳ máy với 32 thanh ghi tích lũy và đạt tốc độ nhanhhơn các họ vi điều khiển khác từ 4 đến 12 lần Vi điều khiển AVR được thiết kế theokiểu kiến trúc RISC: Kiến trúc RISC với hầu hết các lệnh có chiều dài cố định, truynhập bộ nhớ nạp lưu trữ và 32 thanh ghi đa năng

Một số chip AVR.

- AT90S8535: Không có lệnh nhân hoặc chia trên thanh ghi

- Atmega 8, 16, 32, 64, 128 (AVR loại 8 bit, 16 bit, 32 bit): Là loại AVR tốc độcao, tích hợp sẵn ADC 10 bit

- Atmega169, 329: AVR tích hợp sẵn LCD driver

- Attiny11, 12, 15: AVR loại nhỏ

Lựa chọn vi điều khiển avr.

Có rất nhiều họ vi điều khiển nhưng ở đây tôi lựa chọn họ vi điều khiển AVR

để thực hiện mô hình vì các lý do sau:

- Được chế tạo theo kiến trúc RISC, hiệu suất cao và điện năng tiêu thụ thấp

- Có kiến trúc đơn giản và hợp lý

- Bộ nhớ chương trình, dữ liệu và nhiều bộ phận ngoại vi được tích hợp ngaytrên chip

- Tốc độ xử lý lớn hơn đến 12 lần so với các vi điều khiển thông thường, viđiều khiển AVR có khả năng đạt đến tốc độ xử lý 12MPIS (triệu lệnh trong mộtgiây)

- Khả năng lập trình được và hỗ trợ cho việc lập trình bằng ngôn ngữ cấp cao

- Có trên thị trường ở Việt Nam

- Giá thành rẻ

2.3.2 Sơ đồ chân vi điều khiển Atmega16.

Hình 2.8: Sơ đồ chân Atmega16

Các Port xuất nhập

•Port A:

Port A là bên cạnh là Port xuất nhập thông thường 8 bit còn được thiết kế

cho bộ ADC chuyến đối tương tự số Port A thiết kế với điện trở nội treo lên ởmức cao.

- 16 Kbyte bộ nhớ lập trình được (flash), có thể nạp lại 10.000 lần

- 512 Byte EEPROM, có thể nạp lại 100.000 lần

- 1 Kbyte SRAM nội

• Giao tiếp chuẩn JTAG (IEEE):

- Hỗ trợ chế độ Debug mở rộng trên chip

- Lập trình cho Flash, EEPROM, set Fuse bit và lock bit thông qua chuẩngiao tiếp JTAG

• Đặc điểm thiết bị ngoại vi:

- 2 bộ Timer/Counter 8 bit hoat động riêng biệt

- 1 bộ Timer/Counter 16 bit với Compare mode và Capture mode

- Bộ đếm thời gian thực với bộ tạo dao động riêng biệt

- 4 kênh PWM (Pulse Width Modulator)

- 8 kênh 10 bit ADC

- Giao tiếp chuẩn nối tiếp 2 dây

- Lập trình truyền thông nối tiếp USART

- Bộ dao động nội khả trình với bộ tạo dao động riêng biệt trên chip

• Những điểm đặc biệt của vi điều khiển:

- Bao gồm cả ngắt nội lẫn ngắt ngoại

- 6 chế độ Sleep: Idle, ADC noise reduction, Power-save, Power-down, Standby, Extended Standby

2.3.3 Cấu trúc vi điều khiển Atmega16.

Hình 2.9: Các khối chính của Atmega16

Các bộ phận ngoại vi được tích hợp ngay trên chip, bao gồm cổng I/O số, bộbiến đổi ADC, bộ nhớ EFPROM, bộ định thời, UART, bộ định thời RTC, bộ điềuchế độ rộng xung (PWM), Đặc điểm này được xem là nổi bật so với nhiều viđiều khiển khác vì trong khi nhiều bộ xử lý khác phải tạo bộ truyền nhận UARThoặc giao diện SPI bằng phần mềm thì trên vi điều khiển AVR lại được thực hiệnbằng phần cứng

 Thanh ghi trạng thái.

Đây là thanh ghi 8 bit lưu trữ trạng thái của ALU sau các phép tính số học vàlogic

- Bit 7 – I: Global Interrupt Enable: cho phép ngắt toàn cục hoặc cấm tất

cả các ngắt

- Bit 6–T: Bit Copy Storage: dùng nạp bit BLD (bit load) và lưu trữ bitBST (bit store) để nạp và lưu trữ các bit từ một thanh ghi này vào thanhghi khác

- Bit 5 – H: Half Carry Flag : báo cho thấy sự nhớ một nửa trong một sốlệnh số học

- Bit 4- S: Sing Flag: cờ dấu, bit này là kết quả EX-OR giữa cờ phủ định

N và cờ tràn

- Bit 3- V: Cờ tràn lấy bù nhị phân

- Bit 2 – N (Negative Flag): Cờ phủ định

- Bit 1 – Z: Zero Flag: cờ số không, chỉ báo một kết quả bằng 0 sau khithực hiện một phép tính số học hoặc logic

- Bit 0 – C: Carry Flag: cờ nhớ, chỉ cho sự nhớ trong trong phép tính số.học hoặc logic

Thanh ghi chức năng chung.

Atmega 16 có 32 thanh ghi chức năng chung thực thi nhiều tác vụ trong đó:

• Một 8 bit output toán hạng và một 8 bit cho input kết quả

• Hai 8 bit output toán hạng và một 8 bit cho input kết quả

• Hai 8 bit cho output kết quả và một 16 bit cho input kết quả

• Một 16 bit cho output toán hạng và một 16 bit cho input kết quả

2.3.4 Bộ nhớ chương trình Flash.

Bộ nhớ chương trình là bộ nhớ Flash lập trình được có chứa mục ứng dụng,phần này lại bao gồm hai phần nhỏ: Phần chứa mã lệnh lập trình cho chip, phần cònlại chứa các vector ngắt Các vector ngắt nằm ở phần đầu từ địa chỉ chỉ 0x0000phần chứa lệnh lập trình cho chip nằm ngay sau đó, chương trình viết cho chip bắtbuộc phải nạp vào phần này

• Phần 1: là phần đầu tiên trong bộ nhớ dữ liệu bao gồm 32 Tất cả các thanh

ghi này đều là các thanh ghi 8 bit Tất cả các chip trong họ AVR đều bao gồm

32 thanh ghi Register File có địa chỉ tuyệt đối từ 0x0000 đến 0x00FF Mỗithanh ghi có thế chứa giá trị dương từ 0 đến 255 hoặc các giá trị có dấu từ-128 đến 127 hoặc mã ASCII của một ký tự nào đó Các thanh ghi này đượcđặt tên theo thứ tự là R0 đến R31 Chúng được chia thành 2 phần, phần 1 baogồm các thanh ghi từ R0 đến RI5 và phần 2 là các thanh ghi RI6 đến R31.

• Phần 2: Sau tệp thanh ghi là 64 thanh ghi I/0 hay còn gọi là vùng nhớ I/0.

Vùng nhớ I/0 là cửa ngõ giao tiếp giữa CPU và thiết bị ngoại vi Vừng nhớ I/0

có thê được truy cập như SRAM hay như các thanh ghi I/0 Nếu sử dụnginstruction truy xuất SRAM để truy xuất vùng nhớ này thì địa chi của chúngđược tính từ 0x0020 đến 0x005F Nhưng nếu truy xuất như các thanh ghi I/0thì địa chỉ của chúng được tính từ 0x0000 đến 0x003F

• Phần 3: SRAM nội là vùng không gian cho chứa các biến trong lúc thực thi

chương trình

Bộ nhớ dữ liệu EEPROM.

Atmega l6 chứa bộ nhớ dữ liệu EEPROM dung lượng 512 byte, và đượcsắp xếp theo từng byte, cho phép các thao tác đọc/ghi từng byte một.EEPROM được tách riêng và có địa chỉ tính từ 0x000H

2.4 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM DHT 11.

2.4.1 Nguyên lý hoạt động.

Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý thực hiện theo 2bước: [11]

• Gửi tin hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại

• Khi đã giao tiếp được với DHT11, Cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu vànhiệt độ đo được

Bước 1: Gửi tín hiệu Start

MCU thiết lập chân DATA là Output, kéo chân DATA xuống 0 trong khoảngthời gian >18ms Khi đó DHT11 sẽ hiểu MCU muốn đo giá trị nhiệt độ và độ ẩm.MCU đưa chân DATA lên 1, sau đó thiết lập lại là chân đầu vào Sau khoảng 20-

40us, DHT11 sẽ kéo chân DATA xuống thấp Nếu lớn hơn 40us mà chân DATA kođược kéo xuống thấp nghĩa là ko giao tiếp được với DHT11 Chân DATA sẽ ở mứcthấp 80us sau đó nó được DHT11 kéo nên cao trong 80us Bằng việc giám sát chânDATA, MCU có thể biết được có giao tiếp được với DHT11 không Nếu tín hiệu đođược DHT11 lên cao, khi đó hoàn thiện quá trình giao tiếp của MCU với DHT

Hình 2.12: Nguyên lý hoạt động cảm biến nhiệt độ độ ẩm

Bước 2: Đọc giá trị trên DHT11

DHT11 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dưới dạng 5 byte Trong đó:

• Byte 1: Giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH%)

• Byte 2: Giá trị phần thập phân của độ ẩm (RH%)

• Byte 3: Giá trị phần nguyên của nhiệt độ (TC)

• Byte 4 : Giá trị phần thập phân của nhiệt độ (TC)

• Byte 5 : Kiểm tra tổng

• Nếu Byte 5 = (8 bit) (Byte1 +Byte2 +Byte3 + Byte4) thì giá trị độ ẩm vànhiệt độ là chính xác, nếu sai thì kết quả đo không có nghĩa

• Đọc dữ liệu: Sau khi giao tiếp được với DHT11, DHT11 sẽ gửi liên tiếp 40bit 0 hoặc 1 về MCU, tương ứng chia thành 5 byte kết quả của nhiệt độ và độ ẩm

Sau khi tín hiệu được đưa về 0, chân DATA của MCU được DHT11 kéo lên 1.Nếu chân DATA là 1 trong khoảng 26-28 us thì là 0, còn nếu tồn tại 70us là 1.

Thông số kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11.

2.4.2 Sơ đồ kết nối vi điều khiển.

Hình 2.13: Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt độ độ ẩm với vi điều khiển

CHƯƠNG 3 TÌM HIỂU QUY TRÌNH CHĂM SÓC HOA LAN

Chương này sẽ trình bày trình bày về quy trình chăm sóc của giống hoa lan

vũ nữ Gồm các phần giới thiệu về giống lan vũ nữ oncidium, đặc điểm sinh trườngnhư cầu tới nước bón phân và cách chăm sóc sâu bệnh cho cây Trong chương nàytôi cũng trình bày yêu cầu thiết kế cho hệ thống giám sát vườn ươm hoa lan từ cácđiều kiện thực tế trên

3.1 GỚI THIỆU VỀ LAN VŨ NỮ

Cây lan vũ nữ (Oncidium) [12], hay là Dancing lady là một loài hoa lan cókhoảng 700 loài phân bố rất rộng ở bắc bán cầu từ Mexico đến Tây Ấn độ và Nambán cầu tới tận Balivia, Paraguay Đa số các loài hoa Oncidium đều có giả hành dẹphay hình trụ hoa, hoa thường nhỏ nhưng đặc biệt có cánh môi rất lớn, hoa thường cómàu vàng và có điểm đốm nâu trên cánh hoa, ngoài ra còn có một số loài hoa mangmàu đỏ hoặc màu trắng …, chúng có thể mọc thành chùm và đôi khi có phân nhánh,ngồng bông hoa rất dài nó có thể dài khoảng 80-120cm Ở rừng Việt Nam khôngtìm thấy loài hoa này các giống đang được nuôi trồng hiện nay ở Việt Nam đều làgiống nhập nội Đặc điểm của cánh hoa này là có thể lưu giữ được khoảng 35- 45ngày, đặc biệt hoa này là có thể nở vào tất cả các mùa trong năm, cánh hoa có màuvàng tươi trông rất sáng và đẹp

3.2.1 Nhiệt độ ẩm độ và tưới nước.

Oncidium là giống lan thích nghi được với biên độ sinh thái khá rộng, chúng

có thể trồng được ở khắp nơi: các tỉnh phía Nam, phía Bắc và trên vùng cao nguyên.Nhiệt độ thích hợp là từ 18 – 350C Oncidium là cây cần ẩm độ cao, đặc biệt trongthời kỳ tăng vì vậy trong suốt mùa sinh trưởng cây cần được tưới 3lần/ngày vàomùa khô, 2lần/ngày trong mùa mưa Mùa nghỉ (sau khi trổ hoa) chỉ cần tưới nướccho cây 1lần/ngày để duy trì sự sống

3.2.2 Ánh sáng, nhu cầu phân bón và giá thể.

Oncidium là loài ưa ánh sáng nhưng không chịu được ánh sáng trực tiếp, đểcây ra hoa tốt cần 70% ánh sáng.Về nhu cầu phân bón, Oncidium là loài lan đòi hỏidinh dưỡng cao, có thể dùng phân bón dưới nhiều dạng khác nhau Phân bò khô vòthành từng viên đặt trên bề mặt giá thể rất hữu hiệu cho việc hấp thu của cây quaquá trình tưới nước hàng ngày Các loại phân vô cơ thường được dùng có công thức30-10-10 tưới 5 ngày/lần với nồng độ một muỗng cà phê /4lít nước trong suốt mùasinh trưởng, nếu cây có nụ hoa ta thay phân 30-10-10 bằng 20-20-20 để đảm bảocành hoa dài với số lượng hoa nhiều Một tháng trước khi vào mùa nghỉ có thể bónphân 6-30-30, 15-30-15, 10-20-20 2lần/tuần để nâng cao sức chịu đựng của cây.Giá thể của Oncidium tương tự như trồng Dendrobium nhưng không nên trồngchậu lớn, chất trồng có thể là dớn, xơ dừa, than nhưng nếu là than thì kích thướcphải nhỏ hơn so với trồng Dendrobium

3.2.3 Cách nhân giống.

Oncidium có thể nhân giống một cách dễ dàng nhờ cách cấu tạo giả hànhkiểu “nâng bụi” nghĩa là giả hành sau mọc cao hơn giả hành trước Có thể nhângiống bằng cách tách mỗi đơn vị 2-3 giả hành, đôi khi với một giả hành đã có chồimới cây vẫn phát triển bình thường Điều lưu ý là không nên trồng cây mới vàochậu quá sâu làm trở ngại đến sự phát triển của cây sau này

3.2.4 Cách phòng trừ sâu bệnh.

Oncidium thường mắc 2 bệnh phổ biến là thối đen giả hành và bệnh đốm lá,

có thể phòng bệnh này bằng các loại thuốc nấm như Dithane M45, Topsil, Zineb,Cocman, Brdo cop 25wp, Hidro cop 77wp hoặc Coc 85 … nửa tháng một lần, liềulượng một muỗng canh/4lít nước [12]

Nhìn vào lá lan người ta có thể biết tình trạng của cây lan như thế nào:

• Lá xanh đậm và quặt quẹo: Dấu hiệu thiếu ánh sáng

• Lá vàng úa cây còi cọc: Quá nhiều ánh sáng, quá nóng

• Lá cứng cát và hơi ngả mầu vàng: Vừa đủ ánh sáng.

• Lá bị đốm thối và loang dần: Bị bệnh thối lá thối đọt

• Lá bị chấm, có sọc, có quầng: Triệu chứng bị vi rút

• Lá bị đốm nhưng không loang: Đọng nước và bị lạnh

• Đầu lá bị cháy: Muối đọng trong chậu vì bón quá nhiều, hoặc lá già

• Lá nhăn nheo: Thiếu độ ẩm hay thối rễ

Khi thấy lá lan nhăn nheo, đó là dấu hiệu của tình trạng: Thiếu độ ẩm hay thối

rễ Nên nhớ rễ có nhiệm vụ hút nước và chất bổ dưỡng để nuôi cây Nếu vật liệunuôi trồng khô ráo, rễ sẽ mọc dài ra để tìm nước Trái lại lúc nào cũng có sẵn nước

ở bên, rễ sẽ không mọc thêm ra nữa Ngay cả những giống lan cần phải tưới nhiềunhư Vanda chẳng hạn, cũng đợi một vài giờ sau cho khô rễ rồi hãy tưới hay phunnước Nhưng nếu tình trang sũng nước kéo dài ngày này qua ngày khác, rễ sẽ bịthối Rễ bị thối, không có gì để hút nước, lá cũng có thể thấm nước nhưng không đủ

để nuôi cây cho nên lá bị nhăn nheo, thân, bẹ cây bị tóp lại

Khi chăm sóc cũng cần phân biệt rõ giữa thối rễ và tưới không đủ nước Nếutưới không đủ, cây sẽ bị cằn cỗi và không tăng trưởng đúng mức chứ không bị nhănnheo, ngoại trừ trường hợp bỏ quên không tưới cả tháng Những loại lan có lá dài vàmềm như Oncidium, Brassia hay Odontoglossum khi thiếu nước lá sẽ có triệuchứng chun xếp lại Nếu tưới thấy lá lan vàng ra, mềm nhũn và rụng đó là dấu hiệucủa việc tưới quá thường xuyên và hậu quả là thối rễ, lá nhăn nheo và rụng (ngoạitrừ trường hợp của những loài lan rụng lá vào cuối mùa thu)

Cây lan không ra hoa có nhiều nguyên do sau đây là nhưng nguyên nhân khiếncho cây không ra hoa:

• Không đủ ánh sáng

• Cây chứa đủ lớn để ra hoa

• Chưa đến mùa ra hoa.

• Nuôi trồng không đúng cách

Không đủ ánh sáng: 90% nguyên nhân lan không ra hoa là thiếu ánh sáng hayánh nắng Mỗi loại lan cần nhiều ánh nắng hay ít, lâu hay mau Những loài lan nhưVanda, Mokara cần nhiều ánh nắng gần như ở ngoài nắng Các loài như Cattleya,Oncidium cần ít nắng hơn Vanda và các loài như Paphiopedilum chẳng hạn cần ởtrong bóng rợp Thông thường thấy lá xanh đậm là thiếu nắng, lá vàng vọt hay cómầu tím hay cây còi cọc là nhiều nắng, bị cháy lá là quá nhiều nắng Lá mầu xanhhơi vàng là đủ ánh sáng Có những loài lan chỉ cần ánh nắng khoảng 4-5 giờ là đủnhư Hồ điêp (Phalaenopsis) lan Hài (Paphiopedilum) nhưng cũng có loài cần phải8-10 tiếng như Vanda nhưng không quá 12 giờ một ngày Những cây non cần từ 12-

16 giờ mới đủ để tăng trưởng Ngược lại khi ban đêm đèn sáng quá, lan sẽ lẫn lộnngày đêm và không ra hoa

Cây chứa đủ lớn để ra: Hoa lan cũng như người, phải tới tuổi trưởng thànhmới có thể đơm hoa kết trái Lan gieo từ hạt trung bình những giống lan Hồ điệpmọc ra từ hạt và trồng trong điều kiện tốt nhất cũng phải 2-3 năm mới có hoa.Những giống như Cattleya, Dendrobium Oncidium từ 4-6 năm, riêng giốngDendrobium speciosum và nhiều giống khác phải từ 9-10 năm mới ra hoa Lan táchnhánh thông thường những cây lan nếu tách nhánh đúng cách, nghĩa là phải đủ tốithiểu 3 củ hay 3 nhánh, vào đúng mùa và nuôi trồng đúng cách có thể ra hoa ngaytrong năm đó Nếu cây non bị èo uột chậm lớn không đủ trưởng thành, quá nhỏ sovới kích thước của cây mẹ không thể ra hoa Lại có những giống lan không ưa bịquấy nhiễu hay đụng chạm đến như Coelogyne, Dendrobium … do đó nếu thaychậu phải đợi đến năm sau mới có hoa

Chưa đến mùa ra hoa: Tuy cùng một loài, nhưng mỗi giống lan nở hoa vàomột thời gian khác nhau Một số lòa hoa như Cymbidium phần lớn nở vào Đông-Xuân, nhưng Cym ensifolium và môt số khác lại ra hoa vào hè - thu Tuy nhiêncũng có khá nhiều giống lan như Cattleya và Phalaenopsis khi đủ trưởng thành là sẽ

ra hoa bất kỳ mùa nào, nhất là các cây đã lai giống nhiều lần Cũng có những giốngOncidium chỉ ra hoa ở thân cây đã mọc từ năm trước.

Nuôi trồng không đúng cách: Mỗi giống lan đòi hỏi một nhiệt độ nuôi trồngkhác nhau Cần nhiệt độ cao mà lại trồng nơi quá lạnh, cây yếu đuối không thể rahoa Không có sự cách biệt giữa nhiệt độ ban ngày và ban đêm tối thiểu từ 10°F hay6°C, lan sẽ không ra hoa Bón quá nhiều phân có chỉ số Nitrogen cao (30-10-10) màlại không đủ nắng, cây lan quá xanh tốt cũng khó lòng ra hoa Ngược lại nếu bónquá nhiều phân 0-50-0 làm cho cây còi cọc, dù có ra hoa nhưng cũng yếu ớt, nhất làlại bỏ vào chậu quá nhiều những loại phân viên, phân hột hay là dùng phân bón cho

cỏ như hình bao phân ở bên Trong trường hợp hoa lan không ra hoa, nên hiểunguyên nhân và tìm cách sửa đổi lại cho thích hợp

3.2.6 Giúp hoa lan ra rễ.

Rễ lan có 2 nhiệm vụ:

• Hút nước và chất bổ dưỡng để nuôi cây

• Giữ cho cây bám vào trên cành cây, hốc đá hay dưới đất

Nếu rễ quá ít, cây sẽ không đủ nước, không bám cành cây hốc đá đươc, hoa sẽkhông nhiều và không đẹp Nếu rễ không mọc được, bị thối, bị bệnh hay bi chết,cây sẽ thiếu nước, thiếu chất bổ dưỡng cây sẽ còi cọc và sẽ chết dần chết mòn Nếuphân tích kỹ rễ chia ra làm 5 phần: Lõi rễ, thân rễ, vỏ rễ, lông rễ và đầu rễ Đầu rễ

có nhiệm vụ hút nước và chất bổ dưỡng để nuôi cây Nếu vật liệu nuôi trồng khôráo, rễ sẽ mọc dài ra để tìm nước Trái lại lúc nào cũng có sẵn nước ở bên, rễ sẽkhông mọc thêm ra Ngay cả nhưng giống lan cần tưới nhiều như Vanda,Renanthera chẳng hạn, cũng nên đợi một vài giờ sau cho khô rễ rồi mới tưới Nếutình trạng sũng nước kéo dài ngày này qua ngày khác, rễ sẽ bị thối Rễ bị thối không

có gì để hút nước, lá cũng có thể thấm nước nhưng không đủ để nuôi cây cho nên lá

bị nhăn nheo, thân, bẹ cây bị tóp lại Cẩn phân biệt rõ tránh nhầm lẫn giữa thối rễ vàtưới không đủ nước Nếu tưới không đủ, cây sẽ bị cằn cỗi và không tăng trưởngđúng mức Những loại lan có lá dài và mềm như Oncidium, Brassia hay