TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ SO SÁNH HIỆU SUẤT THU NĂNG LƯỢNG HAI PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH VÀ TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ ***** KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ SO SÁNH HIỆU SUẤT THU N

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ

*****

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ

SO SÁNH HIỆU SUẤT THU NĂNG LƯỢNG HAI PHƯƠNG

PHÁP CỐ ĐỊNH VÀ TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG

Họ tên sinh viên: LƯƠNG HOÀNG MINH Ngành: Điều khiển tự động

Niên khóa: 2007-2011

TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ SO SÁNH HIỆU SUẤT THEO NĂNG LƯỢNG HAI PHƯƠNG PHÁP CỐ

ĐỊNH VÀ TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG

Tác giả

LƯƠNG HOÀNG MINH

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng kỹ sư ngành Điều Khiển Tự Động

Giáo viên hướng dẫn:

Ths LÊ VĂN BẠN

TÓM TẮT

Trong bối cảnh nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt và giá thành của nó ngày càng tăng cao như hiện nay Nhiều nước trên thế giới đã bắt đầu tiến hành nghiên cứu và sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời nhằm giảm bớt sự phụ thuộc của con người vào các nguồn năng lượng truyền thống

Ở Việt Nam, việc sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời còn nhiều hạn chế về phạm vi ứng dụng Tuy nhiên một số tỉnh đã ứng dụng nguồn năng lượng Mặt Trời

để phơi sấy, đun nấu như: Quảng Nam, Cần Thơ, TP Hồ Chí Minh… bước đầu mang lại hiệu quả nhất định nhưng hiệu suất chưa cao Với sự có mặt của hệ thống tự động trong lĩnh vực này chắc chắn sẽ mang lại nhiều hiệu quả hơn

Trong đề tài này tiến hành khảo sát và thiết kế mô hình tự động điều khiển thiết bị thu năng lượng Mặt Trời quay theo hướng Mặt Trời, lấy số liệu và so sánh hiệu suất giữa hai trường hợp khi sử dụng hệ thống tự động và khi đặt cố định

Cụ thể như sau:

 Tìm hiểu thiết bị thu năng lượng

 Tìm hiểu và thiết kế mạch điều khiển động cơ điện một chiều điều khiển định hướng pin Mặt Trời

 Khảo ngiệm và tiến hành lấy số liệu

 So sánh hiệu suất khi đặt cố định và khi sử dụng hệ thống

Kết quả đã chế tạo được mô hình hoạt động khá ổn định Tuy nhiên, mô hình chỉ mới dừng lại ở mức thí nghiệm chưa áp dụng vào thực tế

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

LỜI CẢM ƠN

Trươc hết con xin chân thành cảm ơn công lao sinh thành, dạy bảo và tất cả những gì tốt đẹp nhất mà ba mẹ đã dành cho con, cho con có được như ngày hôm nay

Và em xin chân thành cảm ơn:

Ban giám hiệu trường Đại Học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh, quý thầy cô Khoa Cơ Khí Công Nghệ đã tận tình truyền đạt cho em những kiến thức quý giá tronh suốt thời gian học tập tại trường

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Ths.Lê Văn Bạn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình làm đề tài

Cuối cùng em xin cảm ơn các bạn sinh viên lớp DH07TD và bạn bè đã tận tình giúp đỡ mình trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài này

Do hạn chế về thời gian và kiến thức nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn đền tất cả mọi người!

MỤC LỤC

TÓM TẮT ii

LỜI CẢM ƠN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC PHỤ LỤC viii

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề: 1

1.2 Mục đích của đề tài: 1

1.3 Yêu cầu cảu đề tài: 2

Chương 2 TRA CỨU TÀI LIỆU 3

2.1: Tra cứu nguồn năng lượng Mặt Trời: 3

2.11: Nguồn gốc và bản chất của năng lượng Mặt Trời: 3

2.1.2: Tình hình sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời trên thế giới: 3

2.1.3: Nguồn năng lượng Mặt Trời ở nước ta: 4

2.1.4: Các ưu điểm của việc sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời: 7

2.2: Tra cứu các linh kiện sử dụng: 8

2.2.1: IC 7805: 8

2.2.2:Transistor IRF540: 8

2.2.3: Opto PC521: 9

2.2.4 IC 74HC04: 9

2.2.5 IC74HC08: 11

2.2.6 DS1307: 11

2.3 Tìm hiểu về vi xư lý: 12

2.3.1 Đình nghĩa: 12

2.3.2 Tìm hiểu vi xử lí AVR: 12

2.3.3 Tìm hiểu mạch nạp cho AVR: 13

2.3 Quang trở: 16

2.4 Bộ hiển thị LCD: 16

2.5: Tìm hiểu động cơ điện một chiều: 18

2.6: Một số phương pháp điều khiển thiết bị theo hướng Mặt Trời: 18

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 19

3.1 Phương pháp thực hiện đề tài: 19

3.1.1 Chọn phương pháp thiết kế mô hình: 19

3.1.2 Phương pháp thực hiện phần cơ khí: 19

3.1.3 Phương pháp thực hiện mạch công suất: 19

3.1.4 Phương pháp thực hiện mạch điều khiển: 20

3.1.5 Phương pháp viết chương trình điều khiển: 20

3.2: Phương tiện thực hiện đề tài: 20

4.1.3 Thiết kế trục quay: 23

4.1.4 Thiết kế hộp điện: 24

4.1.5 Thiết kế giá đỡ ổ lăn cho trục vít: 24

4.1.6 Thiết kế giá đỡ động cơ điện 25

4.1.7 Thiết kế bộ cảm biến: 25

4.1.8 Khung gắn tấm pin năng lượng: 27

4.1.9 Bánh vít trục vít: 27

4.2 Thực hiện phần điện tử: 28

4.2.1 Sơ đồ mạch cảm biến: 29

4.2.2 Sơ đồ mạch cầu H: 29

4.2.3 Sơ đồ mạch bảo vệ mạch cầu H: 30

4.2.4 Sơ đồ mạch vi xử lí: 32

4.2.5 Sơ đồ khối: 33

4.2.6 Lưu đồ giải thuật: 34

4.3 Khảo sát lấy số liệu: 35

4.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm: 35

4.3.2 Phương pháp bố trí tiến hành thí nghiệm, lấy số liệu và cách tính số liệu: 35

4.3.3 Các dụng cụ thí nghiệm: 38

4.3.4 Tiến hành khảo sát lấy số liệu: 39

4.3.5 Bảng số liệu và tính toán số liệu và nhận xét: 40

4.3.6 Kết luận khảo sát: 46

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 47

5.1 Kết luận: 47

5.2 Đề nghị: 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Bếp năng lượng Mặt Trời 6

Hình 2.2: Máy nước nóng năng lượng Mặt Trời 6

Hình 2.3: Nhà máy năng lượng Mặt Trời 7

Hình 2.4: Đèn giao thông dùng năng lượng Mặt Trời 7

Hình 2.5: Trạm xe buýt dùng năng lượng Mặt Trời 7

Hình 2.6: Sơ đồ chân 7805 8

Hình 2.7: Sơ đồ chân IRF540 9

Hình 2.8: Sơ đồ chân OPTO PC512 9

Hình 2.9: Sơ đồ chân IC74HC04 và IC74HC04 10

Hình 2.10: IC74HC08 và sơ đồ chân IC74HC08 11

Hình 2.11: Bảng logic cổng AND 11

Hình 2.12: Sơ đồ chân DS1307 11

Hình 2.13: Mạch nạp theo STK200 13

Hình 2.14: Mạch nạp AVR – ISP USB 910 14

Hình 2.15: Sơ đồ chân Atmega 8 14

Hình 2.16: Quang trở 16

Hình 2.17: LCD hiển thị thông số và thời gian 17

Hình 4.0: Mô hình tổng thể của máy 22

Hình 4.1: Khung mô hình 23

Hình 4.2: Chân đỡ chính 24

Hình 4.3: Thanh ngang chính 24

Hình 4.4: Trục quay chính 25

Hình 4.5: Vỏ hộp điện 25

Hình 4.6: Giá đỡ ổ lăn 26

Hình 4.7: Giá đỡ động cơ điện 26

Hình 4.11: Bộ truyền động bánh vít trục vít 29

Hình 4.12: Mạch nguồn + 5v 30

Hình 4.13: Sơ đồ mạch cảm biến 30

Hình 4.14: Sơ đồ mạch cầu H 30

Hình 4.15: Sơ đồ mạch bảo vệ 31

Hình 4.16: Sơ đổ mạch điều khiển 33

Hình 4.17: Sơ đồ khối mạch điều khiển 34

Hình 4.18: Lưu đồ giải thuật 34

Hình 4.19: Sơ đồ kết nối pin Mặt Trời và bảng led và acquy 36

Hình 4.20: Thực tế kết nối khi lấy số liệu 39

Hình 4.21: Hình pin Mặt Trời 12m x 0.6m 39

Hình 4.22: Đồng hồ VOM 39

Hình 4.23: Môđun 1000 led 40

Hình 4.24: Ácquy 40

Hình 4.25: Hệ thống hoạt động 41

Hình 4.26: Biểu đồ so sánh cọng suất hai trường hợp sau khi khảo sát 46

Trong khi các nguồn năng lượng truyền thống đang ngày một cạn kiệt thì ánh sáng Mặt Trời được xem là nguồn năng lượng thay thế lí tưởng So với các nguồn năng lượng khác năng lượng Mặt Trời có ưu thế hơn là vừa sạch vừa rẻ, lại gần như

vô tận Bởi thế nó sớm được con người nghỉ tới và tìm cách khai thác Ở nước ta, các thiết bị thu năng lượng Mặt Trời được sử dụng ngày càng nhiều nhằm phục vụ cho đời sống và sản xuất như: thiết bị sấy, thiết bị đun nước nóng, thiết bị chưng cất nước

và dàn pin Mặt Trời Nhìn chung các thiết bị này phù hợp với điều kiện khí hậu và đặc điểm địa lí nước ta Thiết bị sấy dùng làm khô các loại nông sản, hải sản hoặc dược liệu, thiết bị đun nóng được trang bị tại các trường học, bệnh viện hoặc các hộ gia đình để lấy nước nóng sử dụng, thiết bị chưng cất nước được ứng dụng nhằm cung cấp nước ngọt cho người dân vùng biển, vùng nước chua phèn cho bộ đội ở đảo hoặc trong công nghiệp Vì vậy nước ta đang rất cần nhiều hơn nửa những đề tài nghiên cứu để sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời đạt hiệu quả cao

 Lấy số liệu và so sánh hiệu suất với trường hợp khi đặt thiết bị nầm cố định một hướng

1.3 Yêu cầu cảu đề tài:

 Tìm hiểu các thiết bị thu nhận năng lượng Mặt Trời

 Thiết kế mạch điều khiển, mạch công suất, mạch đảo chiều động cơ

 Viết lưu đồ giải thuật, viết chương trình điều khiển cho vi xử lí Atmega8

 Khảo nghiệm, lấy số liệu và so sánh hiệu suất giữa hai trường hợp khi tấm pin

được đặt cố định và khi sử dụng thiết bị tự động định hướng

 Đánh giá hoạt động của mô hình

Chương 2 TRA CỨU TÀI LIỆU

2.1: Tra cứu nguồn năng lượng Mặt Trời:

2.11: Nguồn gốc và bản chất của năng lượng Mặt Trời:

Mặt Trời được xem là một ngôi sao hành tinh cách trái đất 150.000.000 km Trong đó trái đất chuyển động xung quanh hành tinh này theo quĩ đạo xác định, đường kính Mặt Trời lớn hơn 100 lần đường kính trái đất.Mặt Trời là nơi xảy ra những phản ứng hạt nhân nóng, qua đó khí Hidro biến thành khí Heli tỏa ra một lượng nhiệt rất lớn Nhiệt độ ở bề mặt của Mặt Trời lên đến gần 6.000oC Theo các nhà nghiên cứu, trạng thái Mặt Trời vẫn không thay đổi trong hàng tỷ năm nữa Như vậy, sự tồn tại của năng lượng Mặt Trời gần như vĩnh cửu với sự tồn tại và phát triển của trái đất

2.1.2: Tình hình sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời trên thế giới:

Ngày nay, việc sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời đã trở nên phổ biến ở các nước trên thế giới Cách đây hàng chục năm, người ta đã biết sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời một cách có hiệu quả như: phơi, sấy … Vào những năm 1978-1980 nước Mỹ đã chi hàng chục tỷ đô la cho các công trình nghiên cứu về nguồn năng lượng Mặt Trời chủ yếu làm mát và sưởi ấm

Nhật là một nước nghèo về tài nguyên Ở nước này có chương trình nghiên cứu rộng lớn về nguồn năng lượng Mặt Trời như chương trình “ ánh sáng Mặt Trời ” Đặt nhiệm vụ cho nước Nhật độc lập nghiên cứu về nguồn năng lượng Mặt Trời nước Nhật đã chi ra 3,5 tỷ đô la cho các nghiên cứu phần lớn dành cho ngành quang điện

Hiện nay các nước tiên tiến dùng ánh sáng Mặt Trời tạo năng lượng cho các

vệ tinh, các con tàu vũ trụ qua các tấm pin Mặt Trời (solar sell) bằng silicon và nó đã chính thức bước vào thời kì thương mại

Trên các lĩnh vực khác trên thế giới sử dụng năng lượng Mặt Trời vào cuộc

có những đặc điểm riêng và khó khăn về kĩ thuật có liên quan đến việc biến đổi thành dạng năng lượng khác Chẳng hạng như bức xạ Mặt Trời khá phân tán, có mật

độ nhỏ thay đổi theo thời gian Hiệu suất biến đổi năng lượng tia sáng Mặt Trời thành cơ năng và điện năng bị giới hạng bởi nguyên tử vật lý và nhiệt động học

2.1.3: Nguồn năng lượng Mặt Trời ở nước ta:

a) Vài nét về nguồn năng lượng Mặt Trời ở nước ta:

Việt Nam ở gần khu vực xích đạo nên có tiềm năng về năng lượng Mặt Trời Cường độ bức xạ năng lượng Mặt Trời vào khoảng 1346,8 đến 2153,5 KW/m2/năm,

và số giờ nắng trung bình từ 1.600 – 2.720 giờ/năm, rất thuận lợi việc phát triển và

sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời ( nguồn: khoa học công nghệ 17/02/2005) Theo chương trình khoa học công nghệ ICC-01 phối hợp với đài thủy văn TP.HCM đo đạc và khảo sát lượng bức xạ Mặt Trời ở các tỉnh phía nam Việt Nam,kết quả cho thấy ở các tỉnh phía nam số giờ nắng trung bình một ngày là 6,5 giờ Tuy nhiên có sự chênh lệch khá lớn ở các địa phương như Cần Thơ, lượng nắng đạt 6,9 h/ngày, nhưng Đà Lạt chỉ đạt 6,1h/ngày

Cường độ bức xạ trung bình ngày trong 12 tháng chỉ đạt khoảng 4KW/m2/ngày

Tồng cường độ bức xạ Mặt Trời tổng cộng trung bình 12 tháng được trình bày

ở phụ lục 1

b) Tình hình phân bố bức xạ và giờ nắng ở nước ta:

Nước ta ở vùng khí hậu nhiệt đới trãi dài từ vĩ độ 230N đến 80N Chế độ bức

xạ và chế độ nắng khác nhau rõ rệt Tùy theo điều kiện địa hình và chế độ gió mùa tạo nên mây mưa của các vùng lãnh thổ khác nhau trong năm

Nếu tính trung bình thì giá trị tổng bức xạ trên toàn lãnh thổ đạt khoảng 69,8 đến 122,2 KW/m2/năm Nhưng giá trị này thay đổi theo vùng địa lí và vĩ tuyến

Vùng lãnh thổ Tổng bức xạ trung bình (KW/m2/năm)

Từ vĩ độ 170N ra Bắc (trừ vùng Tây Bắc) 69,80 – 87,25 Tây Bấc, phía tây dãy Hoàng Liên Sơn 87,25 – 104,70

Từ vĩ độ 170N xuống 140N 87,25 – 104,70

Nam Trung Bộ và Tây Nguyên 104,70 – 122,25

Bảng trích từ tài liệu tham khảo số 13

Về số giờ nắng trong năm cũng thay đổi theo vùng lãnh thổ và theo mùa Do đặc điểm địa lí và đặc điểm khí hậu, nước ta có nhiều mây thấp trong thời kì gió mùa đông xuân nên tổng số giờ nắng trong năm không cao, thấp hơn nhiều so với các nước vùng vĩ độ Ở nước ta, số giờ nắng 1000 – 2500 giờ/năm (Ấn Độ trên 2500 giờ/năm, Bắc Phi và Trung Cận Đông trên 3000 giờ/năm ) Phân bố giờ nắng trong năm của Việt Nam như sau:

Vùng lãnh thổ Tổng số giờ nắng trong năm

Miền núi cực Bắc < 1500 giờ

Tây Bắc và khu 4 cũ trở ra < 1759 giờ

Nam Trung Bộ và Nam Bổ 2000 – 2500 giờ

Bảng trích từ tài liệu tham khảo số 13 c) Tình hình sử dụng nguồn năng lượng ở nước ta hiện nay:

Từ những năm 30 nước ta đã có những kỹ sư chế tạo bếp Mặt Trời và nồi nước nóng dùng trong gia đình Trong những năm gần đây, vấn đề nghiên cứu, khai thác và sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời đang được quang tâm trên cả hai phương diện nghiên cứu cơ bản và triển khai ứng dụng

Tính đến năm 1999, trên cả nước đã lắp được 70 thiết bị sấy, 70 thiết bị đun nóng, 600 dàn pin và hàng loạt thiết bị chưng cất nước tại nhiều khu vực Những

thiết bị này hàng năm đã tạo ra một lượng điện năng đáng kể từ ánh sáng Mặt Trời cung cấp cho người dân, đồng thời tiết kiệm cho nhà nước hàng tỉ đồng

d) Một số thiết bị sử dụng năng lượng Mặt Trời hiện nay:

Hình 2.1: Bếp năng lượng Mặt Trời

Hình 2.2: Máy nước nóng năng lượng Mặt Trời

Hình 2.3: Nhà máy năng lượng Mặt Trời

Hình 2.4 Đèn giao thông dùng năng lượng Mặt Trời

Hình 2.5 Trạm xe buýt dùng năng lượng Mặt Trời

2.1.4: Các ưu điểm của việc sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời:

 Nguồn năng lượng Mặt Trời gần như vô tận

 Đầu tư một lần có thể sử dụng lâu dài

 Không làm ô nhiễm không khí

 Không tạo ra hiệu ứng nhà kính

 Không tạo ra phế thải rắn và khí như nguồn năng lượng do than đá, khí đốt

và năng lượng nguyên tử

2.2: Tra cứu các linh kiện sử dụng:

2.2.1: IC 7805:

Dùng ổn định hiệu điện thế đầu ra 5V

Nguyên lí hoạt động: nếu ta cung cấp vào chân 1 một hiệu điện thế dương chân 2 một hiệu điện thế âm với hiệu điện thế khoảng 5V đến 25V thì giữa chân 2 và chân 3 có một hiệu điện thế ổn định là 5V

Hình 2.7: Sơ đồ chân IRF540

Nguyên lí hoạt động: khi cực cổng G được kích với hiệu điện thế từ 0V đến 20V thì cực D và S sẽ thông với nhau cho dòng điện chạy qua

2.2.4 IC 74HC04:

Đây là dòng IC đảo có sáu cổng logic NOT có tín hiệu ngõ ra sẽ ngược lại với tín hiệu ở ngõ vào

Hình 2.9: Sơ đồ chân IC74HC04 và IC74HC04

2.2.5 IC74HC08:

Đây là IC có bốn cổng logic AND

Hình 2.10: IC74HC08 và sơ đồ chân IC74HC08

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1 Hình 2.11: Bảng logic cổng AND

2.2.6 DS1307:

DS1307 là dòng IC thời gian thực real time,dòng IC này có tác dụng tự động cập nhật ngày tháng năm sau đó giao tiếp với vi xử lí theo chuẩn I2C và vi xử lí sẽ hiển thi thời gian đó ra led 7 đoạn hoặc LCD

Hình 2.12: sơ đồ chân DS1307

I2C (inter integrated circuit) là một chuẩn truyền thông do Semiconductor sáng

2.3 Tìm hiểu về vi xư lý:

2.3.1 Đình nghĩa:

Vi điều khiển là một mạch có mật độ tích hợp cao, trong đó có khả năng xử lí

và xuất dữ liệu Đặc biệt là quá trình xử lí được điều khiển theo một chương trình gồm các tập lệnh mà người sử dụng có thể thay đổi dễ dàng Một vi xử lí có thể hiẻu được vài trăm đến vài ngàn lệnh Vì vậy, nó có thể thực hiện được nhiều yêu cầu điều khiển khác nhau

2.3.2 Tìm hiểu vi xử lí AVR:

So với các vi xử lí điều khiển 8 bits khác, AVR có nhiều đặc tính hơn hẳn và đặc biệt là về chức năng Gần như chùng ta không cần mắc thêm bất kì linh kiện phụ nào khi sử dụng AVR, thậm chí không cần nguồn tạo xung clock cho chip(thường là khối thạch anh)

Thiết bị nạp chương trình (mạch nạp ) cho AVR rất đơn giản, có loại mạch nạp chỉ cần vài điện trở có thể làm được Một số AVR có hổ trợ lập trình on-chip bằng bootloader không cần mạch nạp

Bên cạnh lập trình ASM, cấu trúc AVR được thiết kế tương thích với ngôn ngữ C

Có thể sử dụng xung clock lên đến 16MHz, hoặc sử dụng xung clock nội lên đến 8MHz(sai số 3%)

Bộ nhớ chương trình flash có thể lập trình lại rất nhiều lần và dung lượng lớn,

có SRAM (Ram tĩnh) lớn, và đặc biệt có bộ nhớ lưu trữ lập trình được

Nhiều ngõ ra (I/O PORT) 2 hướng (bi-directional)

8bits, 16 bits timer/couter tích hợp PWM

Các bộ chuyển đổi Analog – Digital phân giải 10 bits, nhiều kênh

Chức năng Analog comparator

Giao diện nối tiếp Serial Peripheral Interface (SPI)

2.3.3 Tìm hiểu mạch nạp cho AVR:

Mạch nạp cho AVR co nhiều chuẩn, có thể sử dụng cổng nối tiếp (COM) hay song song (LPT) của máy tính làm đường nạp Nhìn chung mạch nạp cho AVR thường đơn giản, rất dễ làm Dưới đây là hai loại mạch nạp được xem là đơn giản nhất

Hình 2.13: Mạch nạp theo STK200

Hình 2.14: Mạch nạp AVR – ISP USB 910

a Vi điều khiển Atmega8

Hình 2.15: Sơ đồ chân Atmega 8

Atmega 8 là hệ vi điều khiển 8 bit do ATMEL sàn xuất Chế tạo theo công nghệ CMOS, có chất lượng cao, công suất thấp với 8KB FLASH ( flash

b Các đặc điểm của vi điều khiển Atmega8:

 130 lệnh mạnh, hầu hết được thực hiện trong một chu kì xung nhịp

 32 x 8 thanh ghi làm việc đa năng

 Chịu được ghi xóa 10.000 lần

 Bộ chuyển đổi AD 8 kênh 10 bit

 Thạch anh dao động tới 16Mhz

 Ba kênh PWM (điều chế độ rộng xung)

o Port C (PC0 – PC6 ): là một cổng ra vào 7 bit Các chân của cổng có các điện trở nối lên nguồn dương Các chân của cổng C ở trạng thái có điện trở cao khi tín hiệu reset ở mức tích cực hoặc ngay cả khi không có tín hiệu giữ nhịp

o Port D (PD0 - PD7): là cổng vào ra 8 bit Cá chân của cổng có các điện trở nối lên nguồn dương Các chân của cổng B ở trạng thái có điện trở cao khi tín hiệu reset ở mức tích cực hoặc ngay cả khi không có tín hiệu giữ nhịp

o RST: Là ngõ vào reset Khi ngõ vào này được đưa lên cao ( trong ít nhất 2 chu kì máy ), các thanh ghi bên trong vi xử lí được tải những giá trị thích hợp

để khởi động lại hệ thống

o XTAL1, XTAL2: Lối vào bộ khuếch đại đảo và lối vào mạch tạo xung nhịp bên trong

2.3 Quang trở:

Hình 2.16: Quang trở Quang trở là một loại biến trở mà giá trị thay đổi tùy thuộc vào cường độ ánh sáng Khi ánh sáng chiếu vào thì giá trị của điện trở sẽ giảm, ánh sáng càng lớn thì điện trở sẽ càng nhỏ

2.4 Bộ hiển thị LCD:

Chân số Ký hiệu chân Tính năng

2.5: Tìm hiểu động cơ điện một chiều:

 Động cơ điện một chiều cấu tạo gồm phần cảm startor và phần ứng roto

 Phần cảm starto: Gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ máy và các cực từ chính có dây quấn kích từ Dòng điện chạy trong dây quấn kích từ sao cho các cực từ tạo ra có cực tính liên tiếp luân phiên nhau

 Phần ứng roto: gồm lõi thép, dây quấn phần ứng, cổ góp và trục máy

 Nguyên lý làm việc: khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện,trong dây quấn sẽ có dòng điện Các thanh dẫn mang dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng tương hỗ lên nhau tạo ra mômen tác dụng lên roto, làm roto quay

2.6: Một số phương pháp điều khiển thiết bị theo hướng Mặt Trời:

 Điều khiển bằng tay: người sử dụng tự canh thời gian và dùng tay để quay thiết bị theo hướng Mặt Trời

 Điều khiển bằng Timer: người sử dụng cài đặt thời gian để điều khiển thiết

bị theo hướng Mặt Trời

 Điều khiển bằng CCD – Camera: Người sử dụng sẽ tính toán góc nghiêng của tia sáng chiếu lên bề mặt của CCD – Camera để điều khiển thiết bị theo hướng Mặt Trời

 Điều khiển bằng quang trở: Dùng hai quang trở (hoặc nhiều hơn)kết nối vào mạch phân thế rồi lấy tính hiệu đẩu ra để so sánh và điều khiển thiết bị theo hướng Mặt Trời

Trong đề tài này chọn phương pháp điều khiển bằng quang trở vì giá thành rẻ, thi công mạch cảm biến khá dễ và độ chính xác cao

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN

3.1 Phương pháp thực hiện đề tài:

3.1.1 Chọn phương pháp thiết kế mô hình:

 Nhiệm vụ chính của đề tài này là tự động điều khiển hướng quay của thiết

bị thu năng lượng theo hướng Mặt Trời, nên mô hình thiết bị thu năng lượng ta chọn pin năng lượng Mặt Trời kích thước 1.2 m x 0.6 m

 Trong đề tài này quá trình quay theo hướng Mặt Trời của tấm pin được thực hiện một cách linh hoạt, tự động thông qua việc so sánh tín hiệu điện áp nhận về giữa hai mạch phân áp Quá trình so sánh sẽ được hiển thị trên LCD

3.1.2 Phương pháp thực hiện phần cơ khí:

Để thực hiện phần cơ khí một cách chính xác và tiết kiệm thời gian khi tiến hành gia công các chi tiết ta tiến hành thực hiện trình tự các bước như sau:

 Phát thảo bảng vẽ về hình khối của toàn bộ mô hình trên máy tính

 Vẽ phát thảo bản vẽ lắp của mô hình

 Thành lập bản vẽ chi tiết

 Phân tích quy trình công nghệ để gia công các chi tiết

 Chế tạo các chi tiết trục, ổ trượt

 Chế tạo khung đở, giá đở

 Lắp láp các chi tiết, giá đỡ lên khung mô hình

3.1.3 Phương pháp thực hiện mạch công suất:

Tìm hiểu các phương pháp đảo chiều động cơ điện một chiều, so sánh phân tích các ưu nhược điểm của hai phương pháp phổ biến là mạch cầu H và mạch rowle

để chọn phương pháp thích hợp sử dụng cho đề tài Khi chọn xong ta tiến hành thiết

 Kiểm tra và chạy thử mạch công suất trên projectboard

 Làm mạch in và hàn linh kiện lên board mạch in

 Kiểm tra và chạy thử mạch công suất trên board mạch in

3.1.4 Phương pháp thực hiện mạch điều khiển:

 Thiết kế mạch điều khiển cho vi xử lí Atmega8 gồm: Mạch nguồn +5V, mạch nạp chương trình, mạch giao tiếp với bộ hiển thị LCD

 Vẽ sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển trên máy vi tính

 Lắp láp toàn bộ linh kiện trên project board và kiểm tra mạch

 Viết chương trình thử nghiệm

 Hoàn thành chương trình phần mềm

 Làm mạch in và hàn linh kiện

 Chạy thử nghiệm và kiểm tra mạch

3.1.5 Phương pháp viết chương trình điều khiển:

 Từ mô hình cơ khí ta vẽ ra lưu đồ giải thuật điều khiển

 Viết chương trình điiều khiển bằng phần mềm bascom cho vi xử lí Atmega8

3.2: Phương tiện thực hiện đề tài:

Chương 4 THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

4.1 Thực hiện phần cơ khí:

Quá trình tìm hiểu tra cứu tài liệu ta bắt đầu thiết kế bản vẽ lắp, bản vẽ chi tiết

và tiến hành lập quy trình công nghệ để gia công chế tạo các chi tiết theo bản vẽ, trình tự thực hiện như sau

4.1.1 Mô hình tổng thể:

Hình 4.0: Mô hình tổng thể của máy

1 Tấm pin năng lượng 7 Trục quay chính

2 Đối trọng 8 Khung gắn tấm pin

3 Khung mô hình 9 Bộ phận chỉnh độ nghiêng của tấm pin

4 Bộ điều khiển

5 Động cơ điều chỉnh góc xoay của tấm pin

6 Biến trở đo góc xoay của tấm pin

4.1.2 Thiết kế khung mô hình:

Cấu tạo khung mô hình:

Khung mô hình là nơi gắn toàn bộ các giá đỡ, ổ lăn và trục quay, chính vì vậy cần phải thiết kế khung mô hình theo một số yêu cầu như sau: khung mô hình phải cứng vững vuông vắn có thẫm mỹ, các thanh đỡ ngang dọc phải song song hoặc vuông gốc với nhau nhằm tạo ra độ cứng vững cho khung đỡ, các bề mặt gắn giá đỡ

và ổ lăn cho trục quay phải có độ đồng phẳng cao, đảm bảo cho các trục quay nhẹ và

êm Từ những yêu cầu trên đề tài này tiến hành thiết kế và gia công khung mô hình như khung mô hình 4.1

Hình 4.1: Khung mô hình Khung mô hình bao gồm những phần sau:

 Chân đỡ chính: được làm bằng sắt vuông 4 để đảm bảo độ cứng vững khi gắn các chi tiết lên khung và đảm bảo độ an toàn cho mô hình khi di chuyển trong quá trình khảo sát đề tài

 Chế tạo các bộ phận

 Chân đỡ chính: số lượng 4 cái

Cắt sắt hộp vuông 40x40 mm thành 4 đoạn, mỗi đoạn dài 300mm, bên dưới có hàn một bas hình tròn dầy 2mm để gắn bánh xe:

Hình 4.2: Chân đỡ chính Thanh ngang chính: số lượng 4 thanh

Cắt sắt V25 dầy 2mm thành 4 đoạn, mỗi đoạn dài 600mm, một nhánh chữ V được vát gốc ở hai đầu và được hàn vuông vào mặt trên của chân đỡ chính

Hình 4.3: Thanh ngang chính Thanh đỡ phụ: số lượng 4 thanh

Cắt sắt V25 dầy 2mm, dài 460mm, mặt trên được hàn với thanh ngang chính một góc

600

Thanh ngang gắn ổ lăn: số lượng 2 thanh

Cắt sắt V25 dầy 2mm, dài 142mm, trên thanh có khoan hai lỗ đường kính 6mm để bắt bulông gắn ổ lăn cho trục quay

4.1.3 Thiết kế trục quay:

a) Cấu tạo: Trục quay chịu tải trọng và momen xoắn nhỏ nên để mô hình được gọn nhẹ ta chọn trục có cấu tạo như hình:

Hình 4.4: Trục quay chính

Chú thích:

1 Vai tựa của bánh vít 2 Nơi gắn bánh vít

4.1.4 Thiết kế hộp điện:

Để đảm bảo mạch điện tử không bị bụi bám vào, các đường dây điện không bị

lộ ra ngoài ta tiến hành thiết kế hộp điện như hình 4.5

Hình 4.5: Vỏ hộp điện

Bo mạch điều khiển và bo mạch công suất được gắn chồng lên nhau thành hai tầng trong hộp điện nhờ các ốc đồng

4.1.5 Thiết kế giá đỡ ổ lăn cho trục vít:

Vì trục vít quay tương đối chậm, làm việc với tải trọng nhẹ nên chọn thanh la