TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI QUAY THEO HƯỚNG MẶT TRỜI

HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ VŨ NGỌC SANG MSSV: 04138033 Đề tài: TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI QUAY THEO HƯỚNG MẶT TRỜI TP... HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CÔNG N

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ

VŨ NGỌC SANG MSSV: 04138033

Đề tài:

TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ THU NĂNG LƯỢNG MẶT

TRỜI QUAY THEO HƯỚNG MẶT TRỜI

TP Hồ Chí Minh Tháng 06 - 2008

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ

Đề tài:

TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ THU NĂNG LƯỢNG MẶT

TRỜI QUAY THEO HƯỚNG MẶT TRỜI

Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động

Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện:

Tp Hồ Chí Minh Tháng 06 - 2008

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINNING

NONG LAM UNIVERSITY

FACULTY OF ENGINERING AND TECHNOLOGY

Thesis:

DESIGN AND MANUFACTURE THE SUN ENERGY COLLECTOR EQUIPMENT AUTOMATIC FOLLOW

THE SUN LIGHT DIRECTION

Speciality: Automatic Control

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên 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 báu trong suốt thời gian học tập tại trường

Trân trọng gửi đến Thầy Th.S Phạm Đức Dũng lời cảm ơn chân thành nhất, Thầy đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều để hoàn thành tốt

TÓM TẮT

Trong bối cảnh các nguồn năng lượng hóa thạch đang bị cạn kiệt và giá thành của nó ngày càng tăng cao Nhiều nước trên thế giới đã bắt đầu chuyển sang 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 cụ thể như sau:

 Tìm hiểu thiết bị thu năng lượng kiểu parapolic

 Tìm hiểu và thiết kế mạch điều khiển động cơ điện một chiều

 Thiết kế bộ cảm biến ánh sáng dùng quang trở

 Thiết kế bo mạch điều khiển dùng Atmega8

 Tính toán thiết kế bộ truyền trục vít bánh vít

 Thiết kế khung mô hình

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

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên: Th.S Phạm Đức Dũng Vũ Ngọc Sang

SUMMARY

Theme:

Design and manufacture the sun energy collector equipment automatic follow the sun light direction

Nowadays, fossil energy is being run out and its price is increased day

by day Therefore Many countries in the world have researching and using solar energy replace of this energy to lessen their dependent in old energy

In Viet Nam, using solar energy is still a new application But there are some provinces have applied solar energy for drying, or cooking as in Quang Nam province, Ho Chi Minh City, Can Tho City,… And these provinces have achieved some results With appearance of automatic system in this field will achieved many great result

Through this thesis, I designed and manufactured the sun energy collector equipment automatic follow the sun light direction, detail is as below:  Survery energy collellecting equipment

 Designing and manufacturing the circuit which uses photosensor  Designing and manufacturing H bridge circuit

 Designing and manufacturing control circuit by Atmega8

 Designing and manufacturing model frame

The result is: Model has been manufactured successfully Howerver, this model still has limitations on applying practical circumtances

MỤC LỤC

Trang Danh mục các hình

Danh mục phụ lục

Chương 1 Mở đầu 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích của đề tài 2

1.3 Yêu cầu của đề tài 2

Chương 2 Tra cứu tài liệu 3

2.1 Tra cứu nguồn năng lượng mặt trời 3

2.1.1 Nguồn gốc và bản chất của năng lượng mặt trời 3

2.1.2 Tình hình sử dụng 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 năng lượng mặt trời 8

2.2 Tra cứu vi mạch 7805 8

2.3 Các thiết bị công suất 8

2.3.1 Tra cứu Transistor IRF540 8

2.3.2 Opto P521 9

2.4 Tìm hiểu về vi xử lý 9

2.4.1 Định nghĩa 9

2.4.2 Tìm hiểu về AVR 10

2.4.3 Tìm hiểu mạch nạp cho AVR 10

2.4.4 Vi điều khiển Atmega8 12

2.5 Tìm hiểu về quang trở 13

2.6 Tra cứu bộ hiển thị LCD 14

2.7 Tìm hiểu bộ truyền động 15

2.8 Tìm hiểu về Động cơ điện 1 chiều 16

2.9 Tra cứu mạch đảo chiều động cơ điện một chiều 16

2.10 Một số phương pháp điều khiển thiết bị hướng theo mặt trời 16

Chương 3 Phương pháp và phương tiện 17

3.1 Phương pháp thực hiện đề tài 17

3.1.1 Chọn phương pháp thiết kế mô hình 17

3.1.2 Phương pháp thực hiện phần cơ khí 17

3.1.3 Phương pháp thực hiện mạch công suất 18

3.1.4 Phương pháp thực hiện mạch điều khiển 18

3.1.5 Phương pháp viết chương trình điều khiển 18

3.2 Phương tiện thực hiện đề tài 18

Chương 4 Thực hiện đề tài 19

4.1.Thực hiện phần cơ khí: 19

4.1.1 Thiết kế khung mô hình 19

4.1.2 Thiết kế trục quay 22

4.1.3 Thiết kế hộp điện 23

4.1.4 Thiết kế giá đỡ ổ lăn cho trục vít 24

4.1.5 Thiết kế giá đỡ động cơ điện 25

4.2 Thiết kế bộ cảm biến 25

4.3 Thực hiện phần điện tử 26

4.3.1 Thiết kế và chế tạo mạch nguồn 5V 26

4.3.2 Sơ đồ mạch cảm biến 27

4.3.3 Sơ đồ mạch cầu H 28

4.3.4 Sơ đồ mạch bảo vệ mạch cầu H 28

4.3.5 Sơ đồ mạch vi xử lý 30

4.4 Cơ cấu chấp hành 31

4.4.1 Tính toán bộ truyền trục vít bánh vít 31

4.4.2 Chọn ổ lăn 35

4.4.3 Chọn động cơ điện 35

4.5 Thực hiện phần chương trình điều khiển 35

4.5.1 Sơ đồ khối điều khiển mô hình 36

4.5.2 Lưu đồ giải thuật 37

4.6 Khảo sát 37

Chương 5 Kế luận và đề nghị 39

5.1 Kết luận 39

5.2 Đề nghị 40

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Máy đun nước nóng dùng năng lượng mặt trời 6

Hình 2.2 Bếp năng lượng mặt trời 6

Hình 2.3 Nhà máy nhiệt điện 7

Hình 2.4 Động cơ bơm nước 7

Hình 2.5 Phòng máy giặt ở Califonia 7

Hình 2.6 Sơ đồ chân của LM7805 8

Hình 2.7 Sơ đồ chân của IR540 9

Hình 2.8 Sơ đồ chân của opto P521 9

Hình 2.9 Mạch nạp theo STK200 11

Hình 2.10 Mạch nạp AVR ISP chỉ với bốn điện trở 11

Hình 2.11 Sơ đồ chân của Atmega8 12

Hình 4.1 Khung mô hình 19

Hình 4.2 Chân đỡ chính .20

Hình 4.3 Thanh ngang chính 21

Hình 4.4 Thanh đỡ phụ 21

Hình 4.5 Thanh ngang đỡ ổ lăn 21

Hình 4.6 Thanh ngang phụ 22

Hình 4.7 Tấm phẳng 22

Hình 4.8 Trục bánh vít 23

Hình 4.9 Bản vẽ gia công trục bánh vít 23

Hình 4.10 Vỏ hộp điện 24

Hình 4.11 Giá đỡ ổ lăn 24

Hình 4.12 Giá đỡ động cơ điện 25

Hình 4.13 Bộ cảm biến 25

Hình 4.14 Cách chỉnh cảm biến 26

Hình 4.15 Sơ đồ mạch nguồn 27

Hình 4.16 Sơ đồ mạch cảm biến 27

Hình 4.17 Sơ đồ mạch cầu H 28

Hình 4.18 Sơ đồ mạch bảo vệ mạch cầu H 29

Hình 4.19 Sơ đồ mạch vi xử lý 30

Hình 4.20 Lưu đồ giải thuật 36

Hình 4.21 Sơ đồ khối mạch điều khiển 37

Hình 4.22 Khảo sát mô hình 38

Hình 4.23 Bộ cảm biến chống nhiễu 39

 Phụ lục 04: Một số mẫu thiết bị đun nấu bằng năng lượng mặt trời

 Phụ lục 05: Chương trình điều khiển

Trong khi các dạng năng lượng truyền thống đang ngày một cạn kiệt như vậy thì ánh sáng mặt trời được coi là một trong những kho năng lượng quý giá có thể thay thế được So với các dạng năng lượng khác, năng lượng mặt trời có ưu thế hơn là vừa sạch, vừa rẻ, lại gần như vô tận Bởi thế, nó đã sớm được con người nghĩ đến và tìm cách khai thác Ở nước ta, từ hơn hai mươi năm trở lại đây đã sử dụng nhiều loại thiết bị thu hứng ánh sáng mặt trời

để phục vụ cho quá trình sản xuất như: Thiết bị sấy, thiết bị đun nước nóng, thiết bị chưng cất nước và dàn pin mặt trời Các thiết bị này nhìn chung phù hợp với điều kiện khí hậu và đặc điểm địa lí nước ta Thiết bị sấy dùng để làm khô các loại nông sản, hải sản hoặc dược liệu; thiết bị đun nóng được lắp đặt tại các trường học, bệnh viện hay tại các hộ gia đình để lấy nước nóng sử dụng trong mùa đông; 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 ngoài hải đảo hoặc trong công nghiệp Vì vậy nước ta đang rất cần nhiều hơn nữa những đề tài nghiên cứu để sử dụng nguồn năng lượng mặt trời đạt hiệu quả cao / 9 /

 Thay thế sức lao động của con người, giảm chi phí sản xuất, nâng

cao năng suất lao động

1.3 Yêu cầu của đề tài

 Tìm hiểu về các thiết bị thu nhận năng lượng mặt trời

 Tính toán thiết kế mô hình, chế tạo mô hình điều khiển thiết bị thu nhận năng lượng quay theo hướng mặt trời

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

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

 Khảo nghiệm và đánh giá hoạt động của mô hình

2 TRA CỨU TÀI LIỆU

2.1 Tra cứu nguồn năng lượng mặt trời

2.1.1 Nguồn gốc và bản chất của năng lượng mặt trời / 8 /

Mặt trời được xem là một ngôi sao hành tinh cách trái đất 150.000.000

km Trong đó trái đất chuyển động xoay quanh hành tinh này theo quỹ đạo xác định, đường kính mặt trời lớn hơn gấp 100 lần đường kính trái đất Mặt trời là nơi xảy ra những phản ứng hạt nhân nóng, qua đó khí Hydro được biến thành khí Heli toả ra một lượng nhiệt rất lớn Nhiệt độ ở trên bề mặt của mặt trời lên đến gần 6.0000C Theo các nhà nghiên cứu, trạng thái mặt trời vẫn không thay đổi trong thời gian 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 năng lượng mặt trời trên thế giới / 8 /

Ngày nay, sử dụng nguồn năng lượng mặt trời đã trở nên rất phổ biến ở các nước trên thế giới Cách đây hàng chục năm, người ta đã biết sử dụng nguồn năng lượng này một cách có hiệu quả như: phơi, sấy, sưởi ấm, làm mát nhà cửa,…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 nghiên cứu độc lập về nguồn năng lượng mặt trời Nước Nhật đã chi 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 nhiệt cho các vệ tinh, các con tàu vũ trụ qua các pin mặt trời (solar cell) bằng silicon và nó đã chính thức bước vào thời kì thương mại

Trên các lĩnh vực khác, thế giới đã sử dụng nguồn năng lượng mặt trời vào cuộc sống con người, nhưng việc sử dụng trên vẫn chưa rộng rãi Vì bức

xạ mặt trời có những đặc điểm riêng và khó khăn về kỹ thuật có liên quan đến việc biến đổi nó thành dạng năng lượng khác Chẳng hạn 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 hạn bởi nguyên tử vật lý và nhiệt động học

2.1.3 Nguồn năng lượng mặt trời ở nước ta / 8 /

a) Vài nét về nguồn năng lượng mặt trời ở nước ta

Việt Nam nằm ở khu vực xích đạo, có tiềm năng về năng lượng mặt trời Cường độ bức xạ năng lượng mặt trời vào khoảng 1346,8 đến 2153,5 kwh/m2/năm, và số giờ nắng trung bình từ 1.600-2.720 giờ/năm, rất thuận lợi cho việc phát triển và sử dụng nguồn năng lượng mặt trời (nguồn: khoa học

và công nghệ 17/02/2005)

Theo chương trình khoa học công nghệ ICC-01 phối hợp với đài thuỷ 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 có số giờ nắng trung bình một ngày khoảng 6,5 giờ Tuy nhiên có sự chênh lệch khá lớn ở các địa phương như Cần Thơ, lượng nắng đạt 6,9h/ngày, nhưng ở Đà Lạt chỉ đạt 6,1h/ngày

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

Tổng lượng bức xạ mặt trời tổng cộng trung bình 12 tháng được trình bày ở phần phụ lục 01

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

Nước ta thuộc vùng khí hậu nhiệt đới trải dài từ vĩ độ 230N đến 80N Chế độ bức xạ mặt trời và chế độ nắng khác nhau rõ rệt Tuỳ 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 Những giá trị này thay đổi nhiều theo vùng địa lí

và vĩ tuyến

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 cùng vĩ độ Ở nước ta, số giờ nắng 1000 – 2500

giờ/năm (Ấn Độ trên 2.500 giờ/năm, Bắc Phi và Trung Cận Đông trên 3.000

giờ/năm) Phân bố giờ nắng trong năm của Việt Nam như sau:

Vùng lãnh thổ Tổng số giờ nắng trong năm

Tây Bắc và khu 4 cũ trở ra < 1.759 giờ

Nam Trung Bộ và Nam Bộ 2.000 – 2.500 giờ

c) Tình hình sử dụng nguồn năng lượng ở nước ta hiện nay / 9 /

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 quan tâm

trên cả hai phương diện nghiên cứu cơ bản và triển khai ứng dụng

Tính đến cuối năm 1999, trên cả nước đã lắp đặt được khoảng 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

được cho Nhà nước hàng tỉ đồng

d) Một số mẫu thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời hiện nay / 9 /

Hình 2.1 Máy đun nước dùng năng lượng mặt trời

Hình 2.2 Bếp năng lượng

Hình 2.3 Nhà máy nhiệt điện

Hình 2.4 Động cơ bơm nước

Hình 2.5 Phòng giặt ở Califonia sử dụng năng lượng mặt trời

2.1.4 Các ưu điểm của việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời / 8 /

 Nguồn năng lượng 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 vi mạch 7805

Dùng để ổn định hiệu điện thế đầu ra ở mức 5V

Nguyên lý hoạt động: Nếu ta cung cấp vào chân 1 một điện thế dương, chân 3 một điện thế âm với hiệu điện thế khoảng 5V đến 25V thì giữa chân 2

và chân 1 sẽ có một hiệu điện thế ổn định là 5V

Hình 2.6 Sơ đồ chân của LM 7805

2.3 Các thiết bị công suất

2.3.1 Tra cứu Transistor IRF540

 Transistor IRF540 thuộc họ Mosfet, có khả năng đóng ngắt nhanh và

tổn hao cho đóng ngắt thấp Được sử dụng nhiều cho các ứng dụng có công suất nhỏ khoảng vài Kw

 Mosfet đòi hỏi công suất tiêu thụ ở mạch cổng kích thấp, tốc độ kích

đóng nhanh, tuy nhiên mosfet có điện trở khi dẫn điện lớn, do đó công suất tổn hao khi dẫn điện lớn

Hình 2.7 Sơ đồ chân IRF540

 Nguyên lý hoạt động: khi cực cổng G được kích với điện thế từ 0V

đến 20V thì cực D và S sẽ thông với nhau và cho dòng điện chạy qua

2.3.2 Opto P521

Hình 2.8 Sơ đồ chân của opto P521

Nguyên lý hoạt động: khi có dòng điện kích đủ lớn vào chân 1 sẽ làm led phát sáng, ánh sáng làm cho transistor dẫn điện từ chân 4 xuống chân 3

2.4 Tìm hiểu về vi xử lý

2.4.1 Định nghĩa

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

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

2.4.2 Tìm hiểu về AVR / 5 /

So với các chip vi điều khiển 8 bits khác, AVR có nhiều đặc tính hơn hẳn, và đặc biệt là về chức năng Gần như chúng ta không cần mắc thêm bất

kỳ linh kiện phụ nào khi sử dụng AVR, thậm chí không cần nguồn tạo xung clock cho chip (thường là các khối thạch anh)

Thiết nạp chương trình (mạch nạp) cho AVR rất đơn giản, có loại mạch nạp chỉ cần vài điện trở là có thể làm được Một số AVR còn hỗ trợ lập trình

on – chip bằng bootloader không cần mạch nạp…

Bên cạnh lập trình bằng ASM, cấu trúc AVR được thiết kế tương thích C…

Hầu hết các chip AVR có những tính năng (features) sau:

+ Có thể sử dụng xung clock lên đến 16MHz, hoặc sử dụng xung clock nội lên đến 8 MHz (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 vào ra (I/O PORT) 2 hướng (bi-directional)

+ 8 bits, 16 bits timer/counter tích hợp PWM

+ Các bộ chuyển đối Analog – Digital phân giải 10 bits, nhiều kênh Chức năng Analog comparator

+ Giao diện nối tiếp USART (tương thích chuẩn nối tiếp RS-232)

+ Giao diện nối tiếp Two –Wire –Serial (tương thích chuẩn I2C) Master

và Slaver

+ Giao diện nối tiếp Serial Peripheral Interface (SPI)

2.4.3 Tìm hiểu mạch nạp cho AVR

Mạch nạp: mạch nạp cho AVR có 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 xin giới thiệu 2 loại mạch nạp được coi là đơn giản nhất

Hình 2.9 Mạch nạp theo STK200

Hình 2.10 Mạch nạp AVR ISP với chỉ 4 điện trở

2.4.4 Vi điều khiển Atmega8 / 6 /

Hình 2.11 Sơ đồ chân Atmega8

Atmega8 là một vi điều khiển 8 bit do ATMEL sản xuất Chế tạo theo công nghệ CMOS, có chất lượng cao, công suất thấp với 8 KB Flash (flash programmable and erasable read only memory) Atmega8 là một vi điều khiển mạnh (có công suất lớn), cung cấp một sự linh động cao và giải pháp về giá

cả đối với nhiều ứng dụng vi điều khiển

 Các đặc điểm của vi điều khiển Atmega8

+ 130 lệnh mạnh, hầu hết được thực hiện trong một chu kỳ xung nhịp

+ 32 x 8 thanh ghi làm việc đa năng

+ Chịu được ghi xóa 100.000 lần

+ Bộ chuyển đổi AD 8 kênh 10 bit

+ Thạch anh dao động tới 16Mhz

+ Ba kênh PWM (điều chế độ rộng xung)

+ Bộ nhớ EEPROM 512 byte

+ Bộ nhớ SRAM 1kb

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

+ Port C (PC0_PC6): Là một cổng vào ra 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

+ Port D (PD0_PD7): Là một cổng vào ra 8 bit Các chân của cổng có các điện trở nối lên nguồn dương Các chân của cổng D 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

+ RST: Là ngõ vào reset Khi ngõ này được đưa lên cao (trong ít nhất hai chu kỳ máy), các thanh ghi bên trong vi xử lý được tải những giá trị thích hợp để khởi động lại hệ thống

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

+ XTAL2: Lối ra bộ khuếch đại đảo

2.5 Tìm hiểu về quang trở

Quang trở thường lý hiệu là LDR là một loại biến trở mà giá trị điện trở thay đổi tùy thuộc vào cường độ ánh sáng Khi ánh sáng chiếu vào thì giá trị điện trở sẽ giảm, ánh sáng càng lớn thì điện trở càng nhỏ

2.6 Tra cứu bộ hiển thị LCD

Chọn bộ hiển thị tinh thể lỏng LCD, có 2 dòng , 16 ký tự và việc ghép nối với vi điều khiển bằng loại 4 bit, có tổng cộng 16 chân môđun hiển thị

Mô tả tính năng các chân của LCD:

2.7 Tìm hiểu bộ truyền động / 2 /

Có rất nhiều bộ truyền động cơ khí như: Bộ truyền đai, bộ truyền bánh răng, bộ truyền trục vít bánh vít…Mỗi bộ truyền đều có những ưu nhược điểm riêng, tùy theo yêu cầu thiết kế mà ta chọn được bộ truyền có những đặc điểm phù hợp

Trong đề tài này, mô hình máy quay tương đối chậm khoảng vài vòng/phút, yêu cầu phải êm, chạy chính xác và phải tự hãm để tránh tình trạng khi ngừng chuyển động trục quay bị lắc qua lắc lại gây nhiễu cho quang trở nên ở đây ta chọn bộ truyền động trục vít bánh vít

 Một số công thức tính toán bộ truyền trục vít bánh vít

170

q

K T Z

a w



2

2 (công thức 2.6)

q Z Z

H w

2

3 2 2





cos 000 60

m d b

K Y T

.

4 , 1

2 2

2



 (công thức2.10)

2.8 Tìm hiểu về động cơ điện 1 chiều

 Động cơ điện 1 chiều có cấu tạo gồm phần cảm stator và phần ứng roto

+ Phần cảm: Gồm lõi thép làm 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 rotor: 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 phần ứng sẽ có dòng điện Các thanh dẫn mang dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng tương hỗ lên nhau tạo ra momen tác dụng lên rotor, làm rotor quay

2.9 Tra cứu mạch đảo chiều động cơ điện một chiều

Có nhiều cách để đảo chiều động cơ điện một chiều thông thường người ta dùng mạch rơle, hoặc mạch cầu H Vì động cơ điện trong đề tài này

có công suất nhỏ, yêu cầu của đề tài là kích nhả liên tục, đòi hỏi mức độ đáp ứng nhanh nên ta chọn mạch cầu H để đảo chiều động cơ

2.10 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 hướng về phía mặt trời

 Điều khiển bằng timer: Người sử dụng cài đặt thời gian để điều khiển thiết bị hướng theo mặt trời

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

 Điều khiển bằng quang trở: Dùng hai quang trở (hoặc nhiều hơn) kết nối vào mạch phân thế rồi lấy hai tín hiệu đầu ra để so sánh và điều khiển thiết

bị hướng theo mặt trời

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

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 có thể chọn tùy ý Qua quá trình khảo sát các mẫu thiết bị thu năng lượng ta chọn thiết bị thu năng lượng có kiểu dáng hình paraboloic

Trong đề tài này quá trình quay theo hướng mặt trời của paraboloic 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

Từ tài liệu tham khảo ta chọn ra mẫu parapolic chính là ăngten chảo parapol cũ

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

 Phác thảo bản vẽ hình khối của toàn bộ mô hình trên máy tính

 Vẽ phác 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 đỡ, giá đỡ

 Lắp ráp 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 rơle để chọn ra phương pháp thích hợp sử dụng cho đề tài Khi chọn xong ta tiến hành thiết kế mạch nguyên lý để thực hiện các bước tiếp theo:

 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 lý Atmega8 gồm: Mạch nguồn +5V, mạch nạp chương trình, mạch giao tiếp với bộ hiển thị LCD

 Vẽ sơ đồ nguyên lý mạch điều điển trên máy tính

 Lắp ráp 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 điều khiển bằng phần mềm bascom cho vi xử lý

4 THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

4.1 Thực hiện phần cơ khí

Qua 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 Thiết kế khung mô hình

a) 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 thẩm mỹ; các thanh đỡ ngang dọc phải song song hoặc vuông góc với nhau nhằm tạo ra độ cứng vững cho khung đỡ; các bề mặt gắn giá đỡ và gắn 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 hình 4.1

Hình 4.1 khung mô hình