Luận văn thạc sĩ Công nghệ Điện tử Viễn thông: Nghiên cứu hệ thống điều khiển bám cho panel lắp đặt pin năng lượng mặt trời

Mục tiêu của luận văn này là thiết kế hệ thống bám mặt trời 2 trục cho các tấm năng lượng được đặt trên các hệ thống chuyển động, cụ thể ở đây là trên các tàu hoạt động trên biển. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Equation Chapter 1 Section 1Đ I H C QU C GIA HÀ N I Ạ Ọ Ố Ộ

TRƯỜNG Đ I H C CÔNG NGHẠ Ọ Ệ

LÊ VĂN DU NẨ

NGHIÊN C U H  TH NG ĐI U KHI N BÁM CHO PANEL L P Đ TỨ Ệ Ố Ề Ể Ắ Ặ  

PIN NĂNG LƯỢNG M T TR IẶ Ờ

Ngành:  Công ngh  Đi n t  Vi n thôngệ ệ ử ễ

Chuyên ngành:  K  thu t Đi n tỹ ậ ệ ử

Mã s : ố 60520203

LU N VĂN TH C SĨ CÔNG NGH  ĐI N T  VI N THÔNGẬ Ạ Ệ Ệ Ử Ễ

NGƯỜI HƯỚNG D N KHOA H C:  PGS.TS. TR N Đ C TÂNẪ Ọ Ầ Ứ

Hà N i ­ 2015ộ

L I C M  N Ờ Ả Ơ

Đ  hoàn thành để ược lu n văn này em đã nh n đậ ậ ượ ấc r t nhi u s  đ ngề ự ộ  viên, giúp đ  c a nhi u cá nhân và t p th  ỡ ủ ề ậ ể

Trước h t, em xin bày t  lòng bi t  n sâu s c đ n PGS. TS Tr n Đ c Tânế ỏ ế ơ ắ ế ầ ứ  

đã t n tình hậ ướng d n em th c hi n lu n văn này.ẫ ự ệ ậ

Em   xin   c m   n   s   h   tr   m t   ph n   c a   đ   tài   khoa   h c   mã   sả ơ ự ỗ ợ ộ ầ ủ ề ọ ố QGĐA.14.03 trong quá trình em th c hi n lu n văn này.ự ệ ậ

Em xin bày t  lòng bi t  n chân thành t i các th y cô giáo c a Trỏ ế ơ ớ ầ ủ ườ  ng

Đ i h c Công ngh  ­ Đ i h c Qu c gia Hà n i, ngạ ọ ệ ạ ọ ố ộ ười đã đem l i cho em nh ngạ ữ  

ki n th c vô cùng có ích trong nh ng năm h c v a qua.ế ứ ữ ọ ừ

Em cũng xin g i l i c m  n chân thành t i Ban Giám hi u, Phòng Đào t o,ử ờ ả ơ ớ ệ ạ  

Trường Đ i h c Công ngh  ­ Đ i h c Qu c gia Hà n i đã t o đi u ki n cho emạ ọ ệ ạ ọ ố ộ ạ ề ệ  trong quá trình h c t p.ọ ậ

Cu i cùng em xin g i l i c m  n đ n gia đình, b n bè nh ng ngố ử ờ ả ơ ế ạ ữ ười đã luôn đ ng viên và khuy n khích em trong quá trình th c hi n đ  tài này.ộ ế ự ệ ề

Hà N i, ngày 26 tháng 10 năm 2015ộ

Tác giả

Lê Văn Du nẩ

L I CAM ĐOAN Ờ

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng tôi và đứ ủ ược sự 

hướng d n khoa h c c a PGS.TS Tr n Đ c Tân. Các n i dung nghiên c u, k tẫ ọ ủ ầ ứ ộ ứ ế  

qu  trong đ  tài này là trung th c và ch a công b  dả ề ự ư ố ướ ấ ỳi b t k  hình th c nàoứ  

trước đây. Nh ng s  li u, công th c, hình  nh, b ng bi u và các d  li u khácữ ố ệ ứ ả ả ể ữ ệ  

ph c v  cho vi c phân tích, nh n xét, đánh giá đụ ụ ệ ậ ược chính tác gi  thu th p t  cácả ậ ừ  ngu n khác nhau có ghi rõ trong ph n tài li u tham kh o.ồ ầ ệ ả

N u phát hi n có b t k  s  gian l n nào tôi xin hoàn toàn ch u trách nhi mế ệ ấ ỳ ự ậ ị ệ  

v  n i dung lu n văn c a mình. Trề ộ ậ ủ ường đ i h c Công Ngh  không liên quanạ ọ ệ  

đ n nh ng vi ph m tác quy n, b n quy n do tôi gây ra trong quá trình th c hi nế ữ ạ ề ả ề ự ệ  (n u có).ế

Hà N i, ngày 26 tháng 10 năm 2015ộ

Tác giả

   Lê Văn Du nẩ

M C L C Ụ Ụ

DANH SÁCH CÁC T  VI T T T Ừ Ế Ắ

Tên vi t t tế ắ Ti ng Anhế Ti ng Vi tế ệ

IMU Inertial Measurement Unit Kh i đo quán tínhố

GPIO General Purpose Input Output C ng vào ra đa m c đíchổ ụI2C Inter­Integrated Circuit Chu n giao ti p n i ti p 2 dâyẩ ế ố ếIDE Integrated Development 

Environment

Môi trường phát tri n tích h pể ợ

LST Local Solar Time Gi  m t tr i đ a phờ ặ ờ ị ương

LSTM Local Solar Time Meridian Gi  kinh tuy n đ a phờ ế ị ương

TC Time Correction Factor H  s  hi u ch nh th i gianệ ố ệ ỉ ờGMT Greenwich Mean Time Gi  Greenwichờ

EoT Equation of Time Phương trình th i gianờ

C m bi n ti p giáp đả ế ế ường 

h mầ

JTAG Joint Test Action Group Chu n giao ti p g  l i JTAGẩ ế ỡ ỗHDMI High­Definition Multimedia 

LCD Liquid Crystal Display Màn hình hi n th  tinh th  l ngể ị ể ỏUSB OTG USB On The Go Bus USB ho t đ ng theo mô ạ ộ

hình ch  kháchủUSB Universal Serial Bus Chu n k t n i tu n t  đa ẩ ế ố ầ ự

d ngụ

SDA Serial Data Line Đường d  li u n i ti pữ ệ ố ế

SCL Serial Clock Line Xung đ ng h  n i ti pồ ồ ố ế

DANH SÁCH HÌNH VẼ

DANH SÁCH B NG BI U Ả Ể

d ng b c x  t i đa c a m t tr i vào t t c  các th i gian trong ngày. Đ i v i cácụ ứ ạ ố ủ ặ ờ ấ ả ờ ố ớ  

h  th ng năng lệ ố ượng m t tr i trên các h  th ng chuy n đ ng (ví d : tàu thuy n,ặ ờ ệ ố ể ộ ụ ề  

xe quân s , v  tinh, cáp treo …), chúng không nh ng b   nh hự ệ ữ ị ả ưởng b i chuy nở ể  

đ ng c a m t tr i mà còn b   nh hộ ủ ặ ờ ị ả ưởng b i s  d ch chuy n và v  trí c a chúng. ở ự ị ể ị ủTheo dõi m t tr i là cách t t nh t đ  ti p nh n b c x  t i đa. B ng cách diặ ờ ố ấ ể ế ậ ứ ạ ố ằ  chuy n các t m năng lể ấ ượng theo hướng d ch chuy n c a m t tr i, chúng ta cóị ể ủ ặ ờ  

th  thu để ược các b c x  t i đa.ứ ạ ố

M c tiêu c a lu n văn này là thi t k  h  th ng bám m t tr i 2 tr c cho cácụ ủ ậ ế ế ệ ố ặ ờ ụ  

t m năng lấ ượng được đ t trên các h  th ng chuy n đ ng, c  th    đây là trênặ ệ ố ể ộ ụ ể ở  các tàu ho t đ ng trên bi n. ạ ộ ể

N i dung c a lu n văn g m 5 ph n chính nh  sau:ộ ủ ậ ồ ầ ư

Ph n I. T ng quan: nêu lên khái quát v  năng lầ ổ ề ượng s ch nói chung và năngạ  

lượng m t tr i nói riêng. Gi i thi u chung v  m t s  h  th ng bám m t tr iặ ờ ớ ệ ề ộ ố ệ ố ặ ờ  

đ ng th i ch  ra m c tiêu c a lu n văn: ồ ờ ỉ ụ ủ ậ “Nghiên c u h  th ng đi u khi n bám ứ ệ ố ề ể   cho panel l p đ t pin năng l ắ ặ ượ ng m t tr i ặ ờ ”.

Ph n II. Nguyên t c ho t đ ng: nghiên c u lý thuy t v  qu  đ o chuy nầ ắ ạ ộ ứ ế ề ỹ ạ ể  

đ ng c a m t tr i và s  d ch chuy n c a v t th  chuy n đ ng, gi i h n là cácộ ủ ặ ờ ự ị ể ủ ậ ể ể ộ ớ ạ  tàu di chuy n trên bi n. T  đó đ a ra đ  xu t cho h  th ng bám cho panel l pể ể ừ ư ề ấ ệ ố ắ  

đ t pin m t tr i.ặ ặ ờ

Ph n III. Mô hình th c t : lu n văn đ  xu t và phát tri n m t mô hình th cầ ự ế ậ ề ấ ể ộ ự  

t  c a h  th ng d a trên mô hình đ  xu t   ph n II bao g m c  ph n c ng vàế ủ ệ ố ự ề ấ ở ầ ồ ả ầ ứ  

ph n m m.ầ ề

Ph n IV. K t qu : ch  ra k t qu  thu đầ ế ả ỉ ế ả ượ ừ ệc t  vi c xây d ng mô hình th c t ự ự ế

Ph n V. K t lu n: đ a ra k t lu n chung v  k t qu  nghiên c u và phát tri nầ ế ậ ư ế ậ ề ế ả ứ ể  

h  th ng, ch  ra  u và nhệ ố ỉ ư ược đi m c a h  th ng khi so sánh v i các h  th ngể ủ ệ ố ớ ệ ố  khác

Ph n VI. Hầ ướng phát tri n: Nêu ra gi i pháp đ  kh c ph c m t s  nhể ả ề ắ ụ ộ ố ượ  c

đi m c a h  th ng hi n t i đ ng th i đ a ra hể ủ ệ ố ệ ạ ồ ờ ư ướng phát tri n cho h  th ngể ệ ố  trong tương lai

I. T NG QUANỔ

I.1. Năng lượng s chạ

Năng lượng s ch không gây ô nhi m không khí hay t o ra các s n ph m phạ ễ ạ ả ẩ ụ gây ô nhi m môi trễ ường trong ti n trình phát đi n.  Gió, năng lế ệ ượng m t tr i vàặ ờ  

đ a nhi t là nh ng thí d  v  các tài nguyên có th  cung c p năng lị ệ ữ ụ ề ể ấ ượng s chạ  

hi n nay. Năng lệ ượng s ch   đây ch  xét đ n ti n trình phát đi n.ạ ở ỉ ế ế ệ

Hi n nay, đi n và khí đ t là nh ng ngu n năng lệ ệ ố ữ ồ ượng chính và đượ ử ụ  c s  d ng

r ng rãi trên toàn th  gi i. Tuy nhiên, chúng l i chính là nh ng ngu n năngộ ế ớ ạ ữ ồ  

lượng gây ra lượng khí th i nhà kính l n nh t. Đ  ch ng l i tác đ ng n ng nả ớ ấ ể ố ạ ộ ặ ề 

c a bi n đ i khí h u, chúng ta c n chuy n sang s  d ng các ngu n năng lủ ế ổ ậ ầ ể ử ụ ồ ượ  ng

s ch đ  cung c p cho vi c sinh ho t và s n xu t.ạ ể ấ ệ ạ ả ấ

Hi n t i, r t nhi u các công ty, phòng nghiên c u trên kh p th  gi i cùngệ ạ ấ ề ứ ắ ế ớ  chính ph  các nủ ước đang r t n  l c đ  tìm ra nh ng bi n pháp gi i quy t h uấ ỗ ự ể ữ ệ ả ế ậ  

qu  môi trả ường m t cách t i  u nh t. Tuy nhiên, m t s  gi i pháp v n ch a điộ ố ư ấ ộ ố ả ẫ ư  vào th c t  và đự ế ược k  v ng phát tri n trong tỳ ọ ể ương lai

Năng lượng gió [National   Geographic   Environment   (2007),   "Wind   Power", accessed   on   14   November   2015, http://environment.nationalgeographic.com/environment/­global­warming/wind­power­ profile.]

Năng lượng gió là đ ng năng c a không khí di chuy n trong b u khí quy nộ ủ ể ầ ể  trái đ t. Năng lấ ượng gió là m t hình th c gián ti p c a năng lộ ứ ế ủ ượng m t tr i. Sặ ờ ử 

d ng năng lụ ượng gió là m t trong nh ng cách l y năng lộ ữ ấ ượng xa x a nh t t  môiư ấ ừ  

trường t  nhiên và đã đự ược bi t đ n t  th i k  c  đ i.ế ế ừ ờ ỳ ổ ạ

T  hàng trăm năm nay, con ngừ ười đã dùng năng lượng gió đ  di chuy nể ể  thuy n bu m hay khinh khí c u, ngoài ra năng lề ồ ầ ượng gió còn đượ ử ục s  d ng để 

t o công c  h c nh  vào các c i xay gió. Ý tạ ơ ọ ờ ố ưởng dùng năng lượng gió đ  s nể ả  

xu t đi n hình thành ngay sau các phát minh ra đi n và máy phát đi n. Lúc đ uấ ệ ệ ệ ầ  nguyên t c c a c i xay gió ch  đắ ủ ố ỉ ược bi n đ i nh  và thay vì là chuy n đ i đ ngế ổ ỏ ể ổ ộ  năng c a gió thành năng lủ ượng c  h c thì dùng máy phát đi n đ  s n xu t năngơ ọ ệ ể ả ấ  

lượng đi n. Khi b  môn c  h c dòng ch y ti p t c phát tri n thì các thi t b  xâyệ ộ ơ ọ ả ế ụ ể ế ị  

d ng và hình dáng c a các cánh qu t cũng đự ủ ạ ược ch  t o đ c bi t h n. Ngày nayế ạ ặ ệ ơ  

người ta g i đó là tu c bin gió, khái ni m c i xay gió không còn phù h p n a vìọ ố ệ ố ợ ữ  chúng không còn có thi t b  nghi n. T  sau nh ng cu c kh ng ho ng d u trongế ị ề ừ ữ ộ ủ ả ầ  

th p niên 1970 vi c nghiên c u s n xu t năng lậ ệ ứ ả ấ ượng t  các ngu n khác đừ ồ ượ  c

đ y m nh trên toàn th  gi i, k  c  vi c phát tri n các tu c bin gió hi n đ i.ẩ ạ ế ớ ể ả ệ ể ố ệ ạ

u đi m n i b t nh t c a đi n gió là không lo h t hay c n ki t ngu n nhiên

li u, không gây ô nhi m môi trệ ễ ường nh  các nhà máy nhi t đi n, d  ch n đ aư ệ ệ ễ ọ ị  

đi m và ti t ki m đ t xây d ng. Chính vì nh ng  u đi m này mà năng lể ế ệ ấ ự ữ ư ể ượng gió đang được khuy n khích s  d ng   nhi u qu c gia trên th  gi i đ  gi m s  phế ử ụ ở ề ố ế ớ ể ả ự ụ thu c vào ngu n năng lộ ồ ượng hóa th ch và gi m thi u hi u  ng nhà kính.ạ ả ể ệ ứ

Đ a nhi t [ị ệ Qu n Lý Ngành Đi n (2009), “C  s  cho vi c s n xu t và s  d ng: ả ệ ơ ở ệ ả ấ ử ụ Năng l ượ ng đ a nhi t”, T p chí Qu n Lý Ngành Đi n s  10/2009 ị ệ ạ ả ệ ố ]

Năng lượng đ a nhi t là năng lị ệ ượng được tách ra t  nhi t trong lòng trái đ t.ừ ệ ấ  Năng lượng này có ngu n g c t  s  hình thành ban đ u c a hành tinh, t  ho tồ ố ừ ự ầ ủ ừ ạ  

đ ng phân h y phóng x  c a các khoáng v t và t  năng lộ ủ ạ ủ ậ ừ ượng m t tr i đặ ờ ượ  c

h p th  t i b  m t trái đ t. Năng lấ ụ ạ ề ặ ấ ượng đ a nhi t đã đị ệ ượ ử ục s  d ng đ  nung vàể  

t m k  t  th i La Mã c  đ i, nh ng ngày nay nó đắ ể ừ ờ ổ ạ ư ược dùng đ  phát đi n.ể ệ

Khai thác năng lượng đ a nhi t có hi u qu  v  kinh t , có kh  năng th c hi nị ệ ệ ả ề ế ả ự ệ  

và thân thi n v i môi trệ ớ ường, nh ng trư ước đây b  gi i h n v  m t đ a lý đ i v iị ớ ạ ề ặ ị ố ớ  các khu v c g n các ranh gi i ki n t o m ng. Các ti n b  khoa h c k  thu tự ầ ớ ế ạ ả ế ộ ọ ỹ ậ  

g n đây đã t ng bầ ừ ước m  r ng ph m vi và quy mô c a các tài nguyên ti m năngở ộ ạ ủ ề  này, đ c bi t là các  ng d ng tr c ti p nh  dùng đ  sặ ệ ứ ụ ự ế ư ể ưởi trong các h  gia đình.ộ  Các gi ng đ a nhi t có khuynh hế ị ệ ướng gi i phóng khí th i nhà kính b  gi  dả ả ị ữ ướ  isâu trong lòng đ t, nh ng s  phát th i này th p h n nhi u so v i phát th i tấ ư ự ả ấ ơ ề ớ ả ừ 

vi c đ t nhiên li u hóa th ch thông thệ ố ệ ạ ường. Công ngh  này có kh  năng giúpệ ả  

gi m thi u s  nóng lên toàn c u n u nó đả ể ự ầ ế ược tri n khai r ng rãi.ể ộ

Năng   lượng   M t   Tr i   [ặ ờ National   Geographic   Education   (2012),   “Solar Energy”,   accessed   on   14   November   2015, http://education.nationalgeographic.com/encyclopedia/­solar­energy.]

Năng lượng m t tr i thu đặ ờ ược trên trái đ t là năng lấ ượng c a dòng b c xủ ứ ạ 

đi n t  xu t phát t  m t tr i đ n trái đ t. Chúng ta s  ti p t c nh n đệ ừ ấ ừ ặ ờ ế ấ ẽ ế ụ ậ ược dòng năng lượng này cho đ n khi ph n  ng h t nhân trên M t Tr i h t nhiên li u, vàoế ả ứ ạ ặ ờ ế ệ  

kho ng 5 t  năm n a. Có th  tr c ti p thu l y năng lả ỷ ữ ể ự ế ấ ượng này thông qua hi uệ  

ng quang đi n, chuy n năng l ng các photon c a M t Tr i thành đi n năng,

nh  trong pin M t Tr i. Năng lư ặ ờ ượng c a các photon cũng có th  đủ ể ược h p thấ ụ 

đ  làm nóng các v t th , t c là chuy n thành nhi t năng, s  d ng cho bình đunể ậ ể ứ ể ệ ử ụ  

nước M t Tr i, ho c làm sôi nặ ờ ặ ước trong các máy nhi t đi n c a tháp M t Tr i,ệ ệ ủ ặ ờ  

ho c v n đ ng các h  th ng nhi t nh  máy đi u hòa M t Tr i.ặ ậ ộ ệ ố ệ ư ề ặ ờ

I.2. Năng lượng m t tr iặ ờ

Năng lượng m t tr i là r t l n và là ngu n năng lặ ờ ấ ớ ồ ượng vô t n [ậ National Geographic   Education   (2012),   “Solar   Energy”,   accessed   on   14   November   2015, http://education.nationalgeographic.com/encyclopedia/­solar­energy.]. Theo nghiên c uứ  

c a các nhà khoa h c, Trái đ t nh n đủ ọ ấ ậ ược 16 x 1018 đ n v  c a năng lơ ị ủ ượng từ 

m t tr i hàng năm, g p 20.000 l n so v i nhu c u s  d ng c a nhân lo i trênặ ờ ấ ầ ớ ầ ử ụ ủ ạ  trái đ t.ấ

Năng lượng m t tr i có th  cung c p t t c  các nhu c u năng lặ ờ ể ấ ấ ả ầ ượng hi n t iệ ạ  

và tương lai. Đi u này h a h n làm cho nó tr  thành m t trong nh ng ngu nề ứ ẹ ở ộ ữ ồ  năng lượng quan tr ng trong tọ ương lai

Theo báo cáo d  đoán c a t  ch c năng lự ủ ổ ứ ượng qu c t , đ n năm 2050 m tố ế ế ặ  

tr i có th  s  tr  trành ngu n đi n năng l n nh t, x p trên c  nhiên li u hóaờ ể ẽ ở ồ ệ ớ ấ ế ả ệ  

th ch, năng lạ ượng gió, th y năng và năng lủ ượng h t nhân [ạ Th ch Anh (2015), ạ

“Ngu n năng l ồ ượ ng c a t ủ ươ ng lai”, T p chí PC World VN s  06/2015 ạ ố ]. H i nămồ  

2006   Úc, tháp năng lở ượng m t tr i kh ng l  cao 1km v i 32 tu c bin khí cóặ ờ ổ ồ ớ ố  

t ng công su t 200MW đã đi vào s  d ng. H  năng lổ ấ ử ụ ệ ượng m t tr i này đặ ờ ược bao quanh b i 1 nhà kính kh ng l  có tác d ng làm nóng không khí đ  làm quay tu cở ổ ồ ụ ể ố  bin xung quanh chân tháp. Gi i chuyên gia ớ ước tính r ng các nhà máy đi n s  cóằ ệ ẽ  

th  t o ra 200MW đi n và gi m để ạ ệ ả ược 700.000 t n khí gây hi u  ng nhà kínhấ ệ ứ  

m i năm. Và g n đây nh t là nhà máy đi n năng lỗ ầ ấ ệ ượng m t tr i Topaz có năngặ ờ  

su t 550MW v i 9 tri u t m pin quan đi n, bao ph  h n 20 héc ta t i California.ấ ớ ệ ấ ệ ủ ơ ạ  Đây được xem là ngu n năng lồ ượng m t tr i l n nh t th  gi i hi n nay vàặ ờ ớ ấ ế ớ ệ  Topaz cung c p đi n năng cho kho ng 160.000 h  gia đình.ấ ệ ả ộ

H  th ng năng lệ ố ượng m t tr i không đòi h i thêm nhiên li u khác đ  ho tặ ờ ỏ ệ ể ạ  

đ ng và tác đ ng ô nhi m môi trộ ộ ễ ường g n nh  là không có. Ánh sáng m t tr i cóầ ư ặ ờ  

th  để ượ ư ạc l u l i thành nhi t đ  s  d ng ngay ho c chuy n đ i thành đi n năng.ệ ể ử ụ ặ ể ổ ệ  

Ngoài ra công ngh  còn cho phép bi n đ i ánh sáng thành năng lệ ế ổ ượng đi n thôngệ  qua hi u  ng quang đi n…ệ ứ ệ

L i th  c a năng lợ ế ủ ượng m t tr i:ặ ờ

Năng lượng m t tr i là m t ngu n năng lặ ờ ộ ồ ượng s ch.ạ

Mi n phí và có s n v i s  lễ ẵ ớ ố ượng đ y đ  trong h u nh  t t c  các ph nầ ủ ầ ư ấ ả ầ  

I.3. V n đ  c a lu n vănấ ề ủ ậ

Năng lượng m t tr i ngày nay đang tr  nên r t ph  bi n. R t nhi u t m năngặ ờ ở ấ ổ ế ấ ề ấ  

lượng m t tr i đã đặ ờ ượ ắc l p đ t trên toàn th  gi i. H u h t trong s  chúng đ uặ ế ớ ầ ế ố ề  

được cài đ t c  đ nh theo hặ ố ị ướng c a b c x  ánh sáng m t tr i t i đa. V n đủ ứ ạ ặ ờ ố ấ ề 

đ t ra là m t tr i đang chuy n đ ng h ng ngày. Vì v y, chúng ta không th  sặ ặ ờ ể ộ ằ ậ ể ử 

d ng b c x  t i đa c a m t tr i t t c  các th i gian. Đ i v i các h  th ng năngụ ứ ạ ố ủ ặ ờ ấ ả ờ ố ớ ệ ố  

lượng m t tr i trên các h  th ng chuy n đ ng (ví d : tàu thuy n, xe quân s , vặ ờ ệ ố ể ộ ụ ề ự ệ tinh, cáp treo …), chúng không nh ng b   nh hữ ị ả ưởng b i chuy n đ ng c a m tở ể ộ ủ ặ  

tr i mà còn b   nh hờ ị ả ưởng b i s  d ch chuy n và v  trí c a chúng. ở ự ị ể ị ủ

V n đ  x y ra trên các h  th ng tĩnh: năng lấ ề ả ệ ố ượng thu được trên các t mấ  chênh l ch r t l n t i các th i đi m khác nhau. Năng lệ ấ ớ ạ ờ ể ượng b c x  t i đa thuứ ạ ố  

được trên t m năng lấ ượng m t tr i ch  xu t hi n t i m t th i đi m trong ngày.ặ ờ ỉ ấ ệ ạ ộ ờ ể

Hình : T m năng lấ ượng m t tr i trên các h  th ng tĩnh.ặ ờ ệ ố

2 lo i chính: h  th ng bám m t tr c, h  th ng bám 2 tr c [ạ ệ ố ộ ụ ệ ố ụ Hossein M., Alireza K., Arzhang J., Hossein M., Karen A., Ahmad S. (2009), “A review of principle and sun­ tracking   methods   for   maximizing   solar   systems   output”,   Renewable   and   Sustainable Energy Reviews 13, pp. 1800–1818.].

 H  th ng theo dõi m t tr i m t tr cệ ố ặ ờ ộ ụ

H  th ng này có th  có m t tr c ngang ho c m t tr c d c. Lo i m t tr cệ ố ể ộ ụ ặ ộ ụ ọ ạ ộ ụ  ngang đượ ử ục s  d ng   nh ng vùng nhi t đ i, n i nh n đở ữ ệ ớ ơ ậ ượ ấc r t nhi u ánh n ngề ắ  

m t tr i vào bu i chi u, tuy nhiên ngày   đây ng n. Lo i m t tr c đ ng đặ ờ ổ ề ở ắ ạ ộ ụ ứ ượ  c

s  d ng   nh ng đ a đi m có vĩ đ  cao, v i ánh sáng m t tr i không m nhử ụ ở ữ ị ể ộ ớ ặ ờ ạ  

nh ng th i gian ban ngày vào mùa hè r t dài.ư ờ ấ

 H  th ng bám m t tr i 2 tr cệ ố ặ ờ ụ

H  th ng này có 2 tr c: tr c d c và tr c ngang. Do đó, nó có th  bám theoệ ố ụ ụ ọ ụ ể  

hướng m t tr i m t cách chính xác t i b t k  n i nào trên trái đ t. H  th ng nàyặ ờ ộ ạ ấ ỳ ơ ấ ệ ố  theo dõi m t tr i theo c  2 hặ ờ ả ướng Đông­Tây, B c­Nam, b i v y cho năng su tắ ở ậ ấ  

r t cao, năng lấ ượng đi n thu đệ ược có th  tăng đ n 40%.ể ế

I.3.2. M t s  h  th ng theo dõi m t tr i hi n nayộ ố ệ ố ặ ờ ệ

H  th ng theo dõi m t tr i đệ ố ặ ờ ược chia làm 3 lo i chính, tùy thu c vào s  k tạ ộ ự ế  

h p các thành ph n đi u khi n, c m bi n và h  th ng đ nh v : h  th ng thợ ầ ề ể ả ế ệ ố ị ị ệ ố ụ 

đ ng, h  th ng ch  đ ng và h  th ng vòng l p m  [ộ ệ ố ủ ộ ệ ố ặ ở Hossein M., Alireza K., Arzhang J., Hossein M., Karen A., Ahmad S. (2009), “A review of principle and sun­ tracking   methods   for   maximizing   solar   systems   output”,   Renewable   and   Sustainable Energy Reviews 13, pp. 1800–1818.]

Nhược đi m: Đáp  ng ch m do ph c thu c vào nhi t đ  m t tr i và hể ứ ậ ụ ộ ệ ộ ặ ờ ệ 

th ng khí đố ượ ử ục s  d ng, c n b o trì thầ ả ường xuyên

b) H  th ng ch  đ ngệ ố ủ ộ

S  d ng h  th ng đi u khi n b ng đi n ho c th y l c cùng v i c  c u bánhử ụ ệ ố ề ể ằ ệ ặ ủ ự ớ ơ ấ  răng, c  c u ch p hành đ  d ch chuy n h  th ng. H  th ng này đo đ  sáng c aơ ấ ấ ể ị ể ệ ố ệ ố ộ ủ  

m t tr i b ng các c m bi n ánh sáng t  đó xác đ nh đặ ờ ằ ả ế ừ ị ược v  trí mà mô đun theoị  dõi c n hầ ướng đ n. Các c m bi n ánh sáng đế ả ế ược đ t trên các v  trí c a khácặ ị ủ  nhau trên h  th ng theo dõi. N u m t tr i không chi u th ng vào t m năngệ ố ế ặ ờ ế ẳ ấ  

lượng m t tr i. Khi đó s  có s  chênh l ch v  cặ ờ ẽ ự ệ ề ường đ  sáng   đ u ra c a cácộ ở ầ ủ  

c m bi n. T  đó chúng ta có th  xác đ nh đả ế ừ ể ị ược hướng chi u sáng c a m t tr iế ủ ặ ờ  

đ  d ch chuy n t m năng lể ị ể ấ ượng đ n hế ướng chi u sáng c a m t tr i. Vi c d chế ủ ặ ờ ệ ị  chuy n các t m năng lể ấ ượng có th  để ược th c hi n b ng cách s  d ng đ ng cự ệ ằ ử ụ ộ ơ 

bước ho c đ ng c  servo.ặ ộ ơ

u đi m: đáp  ng nhanh h n so v i h  th ng th  đ ng

Nhược đi m: vào nh ng ngày tr i u ám ho c tr i m a h  th ng có th  ho tể ữ ờ ặ ờ ư ệ ố ể ạ  

đ ng không chính xác.ộ

c) H  th ng theo dõi vòng l p mệ ố ặ ở

H  th ng theo dõi vòng l p m  tính toán v  trí c a m t tr i b ng cách  ngệ ố ặ ở ị ủ ặ ờ ằ ứ  

d ng các k t qu  nghiên c u v  qu  đ o m t tr i. H  th ng này s  d ng thu tụ ế ả ứ ề ỹ ạ ặ ờ ệ ố ử ụ ậ  toán trên vi đi u khi n đ  tính toán v  trí c a m t tr i d a vào th i gian, t a đề ể ể ị ủ ặ ờ ự ờ ọ ộ 

và góc phương v  c a m t tr i.ị ủ ặ ờ

 Theo dõi theo th i gianờ :

 M t b  đ nh th i độ ộ ị ờ ược dùng đ  d ch chuy n h  th ng theo m t chu k  nh tể ị ể ệ ố ộ ỳ ấ  

đ nh đ  gi  t m năng lị ể ữ ấ ượng hướng v  phía m t tr i. Chu k  d ch chuy n c aề ặ ờ ỳ ị ể ủ  

h  th ng ph  thu c vào chu k  d ch chuy n c a m t tr i.ệ ố ụ ộ ỳ ị ể ủ ặ ờ

u đi m:  có th  s  d ng trong h  th ng m t tr c ho c hai tr c

Nhược đi m:  b   nh hể ị ả ưởng b i s  thay đ i c a các mùa trong nămở ự ổ ủ

 Theo dõi theo t a đ  và góc phọ ộ ương v  c a m t tr iị ủ ặ ờ

 S  d ng các d  li u thiên văn ho c các thu t toán đ  tính toán v  trí c a m tử ụ ữ ệ ặ ậ ể ị ủ ặ  

tr i đ  xác đ nh v  trí c a m t tr i tài m t th i đi m và đ a đi m xác đ nh. Hờ ể ị ị ủ ặ ờ ộ ờ ể ị ể ị ệ 

th ng này s  d ng vi đi u khi n đ  tính toán các v  trí đó, đ ng th i đi u khi nố ử ụ ề ể ể ị ồ ờ ề ể  các đ ng c  (đ ng c  bộ ơ ộ ơ ước ho c đ ng c  servo) đ  d ch chuy n t m năngặ ộ ơ ể ị ể ấ  

lượng đ n v  trí mong mu n.ế ị ố

I.3.3. M c tiêu c a lu n văn.ụ ủ ậ

M c tiêu c a lu n văn này là thi t k  h  th ng bám m t tr i cho các t mụ ủ ậ ế ế ệ ố ặ ờ ấ  năng lượng được đ t trên các h  th ng chuy n đ ng, c  th    đây là trên các tàuặ ệ ố ể ộ ụ ể ở  

ho t đ ng trên bi n. H  th ng đi u khi n t m năng lạ ộ ể ệ ố ề ể ấ ượng m t tr i trên tàu đặ ờ ề 

xu t g m các thành ph n sau.ấ ồ ầ

Xác đ nh v  trí c a m t tr i b ng cách tính góc nâng và gócị ị ủ ặ ờ ằ  

phương v  c a m t tr i d a trên các nghiên c u v  qu  đ o c a m tị ủ ặ ờ ự ứ ề ỹ ạ ủ ặ  

tr i.ờ

Xác đ nh v  trí c a tàu d a trên các c m bi n mà c  th  là c m bi n laị ị ủ ự ả ế ụ ể ả ế  bàn s  và IMU. Trong đó, c m bi n la bàn s  đố ả ế ố ược s  d ng đ  xácử ụ ể  

đ nh hị ướng c a tàu so v i tr c b c­nam. IMU đủ ớ ụ ắ ượ ử ục s  d ng đ  đi uể ề  

ch nh d  li u đ u ra c a la bàn [ỉ ữ ệ ầ ủ   Caruso M. (1997), "Applications of Magnetoresistive   Sensors   in   Navigation   Systems",   SAE   Technical   Paper

970602.] do la bàn   v  trí n m nghiêng so v i m t ph ng n m ngangở ị ằ ớ ặ ẳ ằ  

c a trái đ t và đ  nghiêng c a tàu so v i phủ ấ ộ ủ ớ ương th ng đ ng. Hẳ ứ ệ 

th ng s  d ng b  l c bù đ  k t h p  u đi m c a 2 thành ph n c aố ử ụ ộ ọ ể ế ợ ư ể ủ ầ ủ  

c m bi n IMU (gia t c góc và con quay h i chuy n) đ  đ a ra d  li uả ế ố ồ ể ể ư ữ ệ  chính xác v  góc.ề

Xác đ nh đ  l ch c a t m năng lị ộ ệ ủ ấ ượng m t tr i đ t trên tàu soặ ờ ặ  

v i m t tr i theo c  phớ ặ ờ ả ương th ng đ ng và phẳ ứ ương ngang

Đi u khi n t m năng lể ể ấ ượng m t tr i xoay đ n v  trí nhi uặ ờ ế ị ề  

b c x  nh t. Vi c đi u khi n đứ ạ ấ ệ ề ể ược th c hi n b i 2 đ ng c  bự ệ ở ộ ơ ướ  c

M t độ ộng c  bơ ước được dùng đ  đi u khi n t m năng lề ề ể ấ ượng m t tr iặ ờ  quay theo phương ngang và đ ng c  còn l i độ ơ ạ ược dùng đ  quay t mể ấ  năng lượng theo phương th ng đ ng.ẳ ứ

H  th ng này d a trên h  th ng theo dõi vòng l p m    trên. Tuy nhiên, hệ ố ự ệ ố ặ ở ở ệ 

th ng này đố ược g n trên tàu, do tàu luôn d ch chuy n nên chúng ta c n tính đ nắ ị ể ầ ế  

c  v  trí c a tàu cùng v i các tác đ ng c a các thành ph n bên ngoài lên tàu (víả ị ủ ớ ộ ủ ầ  

d : l c đ y c a sóng bi n…).ụ ự ẩ ủ ế

II. NGUYÊN T C HO T Đ NGẮ Ạ Ộ

II.1 Qu  đ o c a m t tr iỹ ạ ủ ặ ờ

Qu  đ o m t tr i trên h  t a đ  trái đ t thay đ i theo hỹ ạ ặ ờ ệ ọ ộ ấ ổ ướng t  tây sang đôngừ  trên cùng m t độ ường v i kinh đ  trái đ t. Kinh đ  c a m t tr i thay đ i t  0ớ ộ ấ ộ ủ ặ ờ ổ ừ 0 

đ n 180ế 0 so v i đớ ường xích đ o khi m t tr i chi u sáng. T c đ  góc nâng c aạ ặ ờ ế ố ộ ủ  

m t tr i là 15ặ ờ 0/gi  Góc phờ ương v  c a m t tr i d ch chuy n t  23.45ị ủ ặ ờ ị ể ừ 0 hướ  ng

b c t i ­23.45ắ ớ 0 hướng nam và quay l i theo chu k  1 năm. Gây ra b i s  nghiêngạ ỳ ở ự  

c a Trái đ t v  phía m t tr i hàng năm. Góc nghiêng và góc l ch theo gi  đủ ấ ề ặ ờ ệ ờ ượ  ctính toán theo công th c sau [6]:ứ

 , \* MERGEFORMAT ()  , \* MERGEFORMAT ()

ΔTGMT: là múi gi  so v i gi  tiêu chu n GMTờ ớ ờ ẩ

Phương trình c a th i gian (EoT) (tính b ng phút) là m t phủ ờ ằ ộ ương trình th cự  nghi m dùng đ  s a ch a đ  l ch tâm c a qu  đ o c a trái đ t và đ  nghiêngệ ể ử ữ ộ ệ ủ ỹ ạ ủ ấ ộ  

Đ  l ch gi a gi  đ a phộ ệ ữ ờ ị ương (LT) và gi  m t tr i đ a phờ ặ ờ ị ương (LST):

,  \* MERGEFORMAT ()

trong đó:

Long: Kinh đ  t i v  trí xác đ nh.ộ ạ ị ịLSTM: Gi  kinh tuy n đ a phờ ế ị ương

EoT: Phương trình c a th i gian.ủ ờ

Gi  m t tr i đ a phờ ặ ờ ị ương (LST) được tính theo công th c sau [12]:ứ

M t tàu l n trên bi n th c hi n các d ch chuy n v i 6 b c t  do bao g m:ộ ớ ể ự ệ ị ể ớ ậ ự ồ

 ­ D ch chuy n theo phị ể ương d c.ọ ­ D ch chuy n l c l  theo phị ể ắ ư ương ngang

 ­ Nâng lên theo phương th ng đ ng.ẳ ứ ­ Quay theo tr c d c.ụ ọ

 ­ Quay quanh tr c ngang.ụ ­ Quay quanh tr c th ng đ ng.ụ ẳ ứ

phương vuông góc v i tr c Z) thay vì góc nâng c a m t tr i trên tr c X . S   nhớ ụ ủ ặ ờ ụ ự ả  

hưởng lên tr c Y bao g m:  góc chúc  (quay quanh tr c Y, theo phụ ồ ụ ương vuông góc v i tr c Y) và góc hớ ụ ướng, thay vì góc nâng c a m t tr i trên tr c Y. ủ ặ ờ ụ

II.3 Mô hình toán h cọ

T  k t qu  c a phân tích toán h c cho h  th ng theo dõi m t tr i   trên taừ ế ả ủ ọ ệ ố ặ ờ ở  

th y, các tr c t a đ  là trung tâm c a các góc đ u vào và đ u ra. T  ấ ụ ọ ộ ủ ầ ầ ừ Hình  ta th yấ  góc c a tr c X đủ ụ ược tính theo công th c sau [7]:ứ

 , \* MERGEFORMAT ()

và c a tr c Y đủ ụ ược tính theo công th c sau [7]:ứ

, \* MERGEFORMAT ()

trong đó:

 ­ Góc l ch c a m t tr i trên tr c X so v i góc nghiêngệ ủ ặ ờ ụ ớ .

 ­ Góc l ch c a m t tr i trên tr c Y so v i góc chúc hệ ủ ặ ờ ụ ớ ướ ng ­ Góc l ch c a m t tr i trên tr c X so v i phệ ủ ặ ờ ụ ớ ương ngang

 ­ Góc l ch c a m t tr i trên tr c Y so v i phệ ủ ặ ờ ụ ớ ương ngang

 ­ Góc cu n so v i phộ ớ ương th ng đ ng.ẳ ứ ­ Góc chúc ngóc so v i phớ ướng th ng đ ng.ẳ ứ

Hình : Mô hình toán h c c a tr c X trên m t ph ng Y­Z.ọ ủ ụ ặ ẳII.4 H  th ng đ  xu tệ ố ề ấ

V  trí c n đị ầ ược xác đ nh là đ  l ch c a tàu so v i hị ộ ệ ủ ớ ướng b c­nam. Trong n iắ ộ  dung đ  tài này, c m bi n la bàn s  đề ả ế ố ượ ử ục s  d ng đ  xác đ nh đ  l ch c a tàuể ị ộ ệ ủ  

so v i hớ ướng b c­nam.ắ

II.4.1. S  lơ ược v  c m bi n la bàn sề ả ế ố

C m bi n la bàn s  đả ế ố ược dùng đ  đo t  trể ừ ường c a trái đ t nh m xác đ nhủ ấ ằ ị  các hướng b c, nam, đông, tây   trên m t trái đ t. Ban đ u nó đắ ở ặ ấ ầ ược phát tri n vàể  

s  d ng g n nh  dành riêng cho m c đích đ nh v  và theo dõi, ch  y u là trongử ụ ầ ư ụ ị ị ủ ế  quân đ i và hàng không vũ tr  Tuy nhiên ngày nay nó đang độ ụ ượ ử ục s  d ng r ngộ  rãi trong r t nhi u lĩnh v c: Ô tô, hàng h i, hàng không vũ tr , công nghi p, đi nấ ề ự ả ụ ệ ệ  

Hình : T  trừ ường c a trái đ t.ủ ấ

II.4.2. Tính toán phương hướng d a trên la bàn sự ố

Đ u ra c a la bàn s  là t  trầ ủ ố ừ ường đo được theo 3 tr c X, Y, Z l n lụ ầ ượt là Hx, 

Hy, Hz nh  trong ư Hình . Hướng c a v t th  theo tr c B c­Nam có th  đủ ậ ể ụ ắ ể ược xác 

đ nh ch  b ng các giá tr  t  trị ỉ ằ ị ừ ường Hx và Hy b ng cách đ t la bàn s  trên m tằ ặ ố ộ  

m t ph ng n m ngan song song v i b  m t Trái đ t. Hặ ẳ ằ ớ ề ặ ấ ướng mà la bàn s  ch  raố ỉ  

được tính toán d a trên đ u ra X, Y c a nó theo công th c [8]:ự ầ ủ ứ

  \* MERGEFORMAT ()

 Khi xét đ n gi i h n c a hàm arctan và d u c a đ u vào X, Y. Hế ớ ạ ủ ấ ủ ầ ướng c aủ  

v t th  đậ ể ược tính theo b  công th c sau [8]:ộ ứ

  \* MERGEFORMAT ()

Hình : T  trừ ường c a trái đ t trên 3 tr c t a đ ủ ấ ụ ọ ộ

H n ch :ạ ế

Công th c ứ  ch  đúng khi la bàn n m trên m t ph ng song song v i bỉ ằ ặ ẳ ớ ề 

m t ti p tuy n c a trái đ t.ặ ế ế ủ ấKhi la bàn đ t nghiêng so v i b  m t ti p tuy n, sai s  c a phép đo làặ ớ ề ặ ế ế ố ủ  

r t l n.ấ ớ

Hình : La bàn s  đ t nghiêng so v i m t ph ng n m ngang c a trái đ t.ố ặ ớ ặ ẳ ằ ủ ấ

Đ  gi i quy t h n ch  trên, chúng ta c n s  d ng la bàn 3 tr c (X­Y­Z) vàể ả ế ạ ế ầ ử ụ ụ  

c m bi n IMU đ  đi u ch nh hả ế ể ề ỉ ướng c a v t th  d a trên đ  nghiêng c a la bàn.ủ ậ ể ự ộ ủ

II.4.3. C m bi n IMUả ế

C m bi n IMU tích h p c m bi n gia t c 3 tr c và con quay h i chuy n 3ả ế ợ ả ế ố ụ ồ ể  

tr c trên cùng 1 đ  silicon. C m bi n IMU có đ c tr ng là các góc nghiêng (),ụ ế ả ế ặ ư  góc chúc () và góc hướng () theo các tr c X, Y, Z tụ ương  ng. Đ u ra c a c mứ ầ ủ ả  

bi n gia t c chính là gia t c chính là gia t c theo các tr c X, Y, Z, đ n v  là gế ố ố ố ụ ơ ị  (v iớ  1g = 9.8m/s2). Đ u ra c a c m bi n con quay h i chuy n 3 tr c là v n t c gócầ ủ ả ế ồ ể ụ ậ ố  theo các tr c X, Y và Z, đ n v  là ụ ơ ị 0/s

Tính các góc quay d a trên đ u ra c a c m bi n gia t c [9]:ự ầ ủ ả ế ố

  \* MERGEFORMAT ()   Góc chúc ():

II.4.4. Xác đ nh v  trí c a tàu d a trên các c m bi nị ị ủ ự ả ế

V i các góc nghiêng đo đớ ược b ng c m bi n IMU, giá tr  X, Y trên m tằ ả ế ị ặ  

ph ng song song v i m t ph ng ti p tuy n đẳ ớ ặ ẳ ế ế ược tính nh  sau [10]:ư

  \* MERGEFORMAT ()

 Khi đó công th c ứ  được vi t l i nh  sau:ế ạ ư

  \* MERGEFORMAT ()

II.4.5. V  trí c a tàu so v i m t tr iị ủ ớ ặ ờ

Góc l ch c a tàu so v i m t tr i theo phệ ủ ớ ặ ờ ương ngang được tính theo công 

th c:ứ

,  \* MERGEFORMAT ()

trong đó: A và D được tính theo các công th cứ ,

Góc l ch c a tàu so v i m t tr i theo phệ ủ ớ ặ ờ ương ngang được tính theo công 

th cứ  Trong đó gi  m t tr i hờ ặ ờ sn là xác đ nh t i m t khu v c nh t đ nh.ị ạ ộ ự ấ ị

II.5 B  l c bùộ ọ

M t b  l c bù v  c  b n là s  k t h p c a m t b  l c thông t p và m t bộ ộ ọ ề ơ ả ự ế ợ ủ ộ ộ ọ ấ ộ ộ 

l c thông cao tín hi u s  đ  t o ra m t ọ ệ ố ể ạ ộ ướ ược l ng chính xác v  góc.ề

M c đích c a b  l c thông th p [11] [13] là l c ra nh ng thay đ i ng n h nụ ủ ộ ọ ấ ọ ữ ổ ắ ạ  

và lo i b  đi nh ng thay đ i dài h n. M t cách đ  làm đi u này là tính toán cácạ ỏ ữ ổ ạ ộ ể ề  thay đ i t ng bổ ừ ước m t thông qua vòng l p chộ ặ ương trình. Phương trình c a bủ ộ 

l c thông th p:ọ ấ

,  \* MERGEFORMAT ()

trong đó:  yn – Giá tr  c a đ u ra t i th i đi m n.ị ủ ầ ạ ờ ể

yn­1 – Giá tr  đ u ra t i th i đi m n­1.ị ầ ạ ờ ể

xn – Giá tr  đ u vào t i th i đi m n.ị ầ ạ ờ ể

Ví d , m t góc   thay đ i đ t ng t t  giá tr  0 đ n 10°, khi đó nh ng ụ ộ θ ổ ộ ộ ừ ị ế ữ ướ  c

lượng v  góc thay đ i t ng bề ổ ừ ước thay vì c p nh t thay đ i m t cách ngay l pậ ậ ổ ộ ậ  

t c:ứ

B  l c thông cao [14] l c ra nh ng d  li u  n đ nh theo th i gian và lo i bộ ọ ọ ữ ữ ệ ổ ị ờ ạ ỏ 

đi nh ng thay đ i ng n h n. Phữ ổ ắ ạ ương trình c a b  l c thông cao:ủ ộ ọ

, \* MERGEFORMAT ()

trong đó:  yn – Giá tr  c a đ u ra t i th i đi m n.ị ủ ầ ạ ờ ể

yn­1 – Giá tr  đ u ra t i th i đi m n­1.ị ầ ạ ờ ể

xn, xn­1 – Giá tr  đ u vào t i th i đi m n và n­1.ị ầ ạ ờ ể

a – H  s  c a b  l c.ệ ố ủ ộ ọ Hình  là mô hình c a b  l c bù đủ ộ ọ ược s  d ng đ  ử ụ ể ướ ược l ng góc quay d aự  trên d  li u đ c đữ ệ ọ ược t  c m bi n c a gia t c và c m bi n con quay h iừ ả ế ủ ố ả ế ồ  chuy n. B  tích phân để ộ ược dùng đ  tính góc quay c a IMU t i m t th i đi mể ủ ạ ộ ờ ể  

d a trên s  thay đ i c a v n t c góc ự ự ổ ủ ậ ố gyroData ( 0 /s) trong m t kho ng th i gianộ ả ờ  

dt (s) nh t đ nh. ấ ị

  \* MERGEFORMAT ()

Các thành ph n d  li u đo đầ ữ ệ ượ ừ ảc t  c m bi n gia t c  n đ nh trong m tế ố ổ ị ộ  kho ng th i gian dài. Do đó chúng ta có th  x  d ng b  l c thông th p cho cácả ờ ể ử ụ ộ ọ ấ  thành ph n d  li u này. D  li u t  c m bi n con quay h i chuy n ch  đáng tinầ ữ ệ ữ ệ ừ ả ế ồ ể ỉ  

c y   ng n h n, nó s  b  trôi sau m t kho ng th i gian đ  dài. Vì v y b  l cậ ở ắ ạ ẽ ị ộ ả ờ ủ ậ ộ ọ  thông cao đượ ử ục s  d ng đ  x  lý d  li u t  c m bi n con quay h i chuy n. Vìể ử ữ ệ ừ ả ế ồ ể  các c m bi n gia t c và con quay h i chuy n đả ế ố ồ ể ược đ t trên cùng m t chip đặ ộ ượ  c

g i là IMU. Do đó chu k  l y m u c a IMU là c  đ nh do đó h  s  c a b  l cọ ỳ ấ ẫ ủ ố ị ệ ố ủ ộ ọ  thông th p và b  l c thông cao là nh  nhau trong trấ ộ ọ ư ường h p này.ợ

H  s  c a b  l c đệ ố ủ ộ ọ ược tính theo công th cứ , trong đó   là h ng s  th i gian.τ ằ ố ờ  

H ng s  th i gian ( ) đằ ố ờ τ ược ch n sao cho ph i l n h n kho ng th i gian c aọ ả ớ ơ ả ờ ủ  nhi u đi n hình trên c m bi n gia t c, đ ng th i giá tr  này ph i đ m b o saoễ ể ả ế ố ồ ờ ị ả ả ả  cho đi m g c c a c m bi n c a c m bi n không b  l ch trong m t kho ng ch pể ố ủ ả ế ủ ả ế ị ệ ộ ả ấ  

nh n đậ ược

Ví d : đ i v i c m bi n IMU, thành ph n đ u ra t  con quay h i chuy n x yụ ố ớ ả ế ầ ầ ừ ồ ể ả  

ra hi n tệ ượng trôi đi m không v i v n t c ±20ể ớ ậ ố 0/s [15] trên toàn d i ±2000ả 0/s [16], 

nh  v y hi n tư ậ ệ ượng trôi đi m không s  chi m kho ng 1% toàn d i trong 1 giây.ể ẽ ế ả ả  

Đ  gi m hi n tể ả ệ ượng trôi đi m không, chúng ta có th  ch n h ng s  th i gianể ể ọ ằ ố ờ  

nh  h n 1 giây. N u chúng ta ch n h ng s  th i gian   = 0.75s < 1s. V i t n sỏ ơ ế ọ ằ ố ờ τ ớ ầ ố 

l y m u là 500Hz, tấ ẫ ương  ng v i kho ng th i gian gi a 2 l n l y m u là 0.02s.ứ ớ ả ờ ữ ầ ấ ẫ  

H  s  c a b  l c s  có giá tr  nh  sau:ệ ố ủ ộ ọ ẽ ị ư

. Khi đó công th c ứ  được vi t l i nh  sau:ế ạ ư

.  \* MERGEFORMAT ()

III. MÔ HÌNH TH C TỰ Ế

III.1. Ph n c ngầ ứ

H  th ng đ  xu t trong n i dung lu n văn này là h  th ng theo dõi m t tr i 2ệ ố ề ấ ộ ậ ệ ố ặ ờ  

tr c nh  trong ụ ư Hình . T m năng lấ ượng m t tr i đặ ờ ược đi u khi n theo 2 hề ể ướng: 

Thay đ i góc nâng theo hổ ướng t  đông sang tây v i v n t cừ ớ ậ ố  

150/h. Thay đ i này đổ ược tính theo công th cứ

Thay đ i theo hổ ướng B c­Nam tùy thu c vào đ  l ch c a m tắ ộ ộ ệ ủ ặ  

tr i (tính theo ngày) và đ  l ch c a tàu so v i tr c B c­Nam. Thay đ iờ ộ ệ ủ ớ ụ ắ ổ  này được tính theo công th cứ

r t nhi u các giao di n m  r ng nh  Ethernet, USB host và OTG, th  TF, serial,ấ ề ệ ở ộ ư ẻ  JTAG, micro HDMI, EMMC, ADC, I2C, SPI, PWM và LCD. BeagleBone Black (Rev C) được thi t k  đ  đáp  ng các yêu c u khác nhau c a các lĩnh v c khácế ế ể ứ ầ ủ ự  nhau bao g m: các thi t b  trò ch i, gia đình và t  đ ng hóa công nghi p, thi t bồ ế ị ơ ự ộ ệ ế ị 

y t  tiêu dùng, máy in, h  th ng thu phí thông minh, h  th ng tr ng lế ệ ố ệ ố ọ ượng c aủ  máy bán hàng t  đ ng thông minh, thi t b  đ u cu i giáo d c và đ  ch i cao c p.ự ộ ế ị ầ ố ụ ồ ơ ấ

B ng : Các thông s  k  thu t c a kit BeagleBone Blackả ố ỹ ậ ủ

Tính năng

B  vi x  lý ộ ử Sitara AM3358BZCZ100 – 1GHz, 2000 MIPS

B  x  lý đ  h a ộ ử ồ ọ SGX530 3D

Nút nh n ấ Nút kh i đ ng, nút ngu n, nút nh n đ u ra ở ộ ồ ấ ầ

C ng xu t hình  nh ổ ấ ả 16bit HDMI, đ  phân gi i t i đa 1280x1024 ộ ả ố

C ng xu t âm thanh ổ ấ Thông qua giao di n HDMI ệ

Beaglebone Black có th  để ược k t h p v i các m ch m  r ng "Capes" và cácế ợ ớ ạ ở ộ  

th  vi n mã ngu n m  Nh ng tính năng này cho phép nâng c p và m  r ng hư ệ ồ ở ữ ấ ở ộ ệ 

th ng m t cách nhanh chóng. S  đa d ng c a Capes đ  m  r ng các tính năngố ộ ự ạ ủ ể ở ộ  

x  lý có s n và hi n t i đang có trên 35 Capes khác nhau cho BeagleBone Black.ử ẵ ệ ạ

V  ph n m m Beaglebone Black đề ầ ề ược cài đ t s n h  đi u hành Angstromặ ẵ ệ ề  Linux, môi trường phát  tri n tích h p Cloud9 (IDE), th  vi n và ngôn ngể ợ ư ệ ữ Bonescript giúp cho vi c phát tri n  ng d ng nhanh chóng. Ngoài ra, Beagleboneệ ể ứ ụ  Black cũng được b  sung các ch c năng d a trên ngôn ng  C đ  t n d ng s cổ ứ ự ữ ể ậ ụ ứ  

m nh c a b  vi x  lý ARM Cortex A8 cũng nh  s  d ng các ngo i vi m t cáchạ ủ ộ ử ư ử ụ ạ ộ  

hi u qu ệ ả

b) S  d ng kit BeagleBone Black đ  đi u khi n h  th ng.ử ụ ể ề ể ệ ố

Trong n i dung lu n văn này kit Beaglebone Black độ ậ ượ ử ục s  d ng làm b  ph nộ ậ  

x  lý chính c a h  th ng. Các ch c năng chính c a kit bao g m:ử ủ ệ ố ứ ủ ồ

Thu th p d  li u t  các c m bi n.ậ ữ ệ ừ ả ế

X  lý d  li u t  các c m bi n đ  xác đ nh đ  l ch v  v  trí.ử ữ ệ ừ ả ế ể ị ộ ệ ề ị

Đi u khi n đ ng c  bề ể ộ ơ ước d a trên các giá tr  đ  l ch v  vự ị ộ ệ ề ị trí

Tài nguyên s  d ng bao g m:ử ụ ồ

I2C2: dùng đ  giao ti p v i c m bi n la bàn s ể ế ớ ả ế ốI2C1: dùng đ  giao ti p v i c m bi n IMU.ể ế ớ ả ế

8 chân GPIO: đi u khi n 2 đ ng c  bề ể ộ ơ ước

Ngu n VCC:  c p ngu n cho các c m bi n và m ch  đi uồ ấ ồ ả ế ạ ề  khi n đ ng c ể ộ ơ

Hình : S  đ  k t n i các thành ph n c a h  th ng.ơ ồ ế ố ầ ủ ệ ố

III.1.2. H  th ng c m bi n.ệ ố ả ế

I.3.4. Các c m bi n đả ế ượ ử ục s  d ng trong h  th ng này bao g m: c m bi nệ ố ồ ả ế  

la bàn s  GY­271 HMC5883L và c m bi n IMU GY­521 MPU6050.ố ả ế

a) Mô đun c m bi n la bàn s  GY271 HMC5883Lả ế ố

I.3.5. GY­271 HMC5883L là mô đun c m bi n la bàn s  dùng đ  đo tả ế ố ể ừ 

trường theo 3 tr c X, Y, Z, xác đ nh đ  l ch c a v t th  so v i c c B c, Nam.ụ ị ộ ệ ủ ậ ể ớ ự ắ  Thông s  k  thu t c a mô đun GY271 nh  sau:ố ỹ ậ ủ ư

Chip x  lý: HMC5883LửNgu n cung c p :3­5Vồ ấ

C ng giao ti p: I2Cổ ế

D i đo ± 1.3­8 Gaussian.ả

I.3.6.

I.3.7. Hình : Mô đun c m bi n la bàn s  GY­271 HMC5883Lả ế ố

b) Mô đun c m bi n IMU GY­521.ả ế

I.3.8. Mô đun GY­521 MPU6050 là mô đun c m bi n gia t c và con quayả ế ố  

h i chuy n 3 tr c.ồ ể ụ

I.3.9. Thông s  k  thu t:ố ỹ ậ

Chip : MPU­6050 ( Đo được 3 tr c góc + 3 tr c gia t c)ụ ụ ố

Đi n áp s  d ng: 3­5Vệ ử ụGiao ti p: I2Cế

H  tr  AD 16 Bitỗ ợ

Đ  phân gi i góc : ± 250 500 1000 2000 °/sộ ả

Đ  phân gi i gia t c : ± 2 ± 4 ± 8 ± 16gộ ả ố

I.3.10.

I.3.11.Hình : Mô đun c m bi n IMU GY­521 MPU6050ả ế

I.3.12. C m bi n MPU6050 là m t thi t b  theo dõi chuy n đ ng t  công tyả ế ộ ế ị ể ộ ừ  Invensense. C m bi n này tích h p m t c m bi n gia t c 3 tr c và m t con quayả ế ợ ộ ả ế ố ụ ộ  

h i chuy n 3 tr c trên cùng m t đ  silicon cùng v i b  x  lý tín hi u s  chuy nồ ể ụ ộ ế ớ ộ ử ệ ố ể  

đ ng v i kh  năng x  lý thu t toán ph c t p.ộ ớ ả ử ậ ứ ạ

III.1.3. Thi t b  truy n đ ngế ị ề ộ

a) Đ ng c  bộ ơ ước

I.3.13. Đ ng c  bộ ơ ước là m t lo i đ ng c  đi n có nguyên lý và  ng d ngộ ạ ộ ơ ệ ứ ụ  khác bi t v i đa s  các lo i đ ng c  đi n thông thệ ớ ố ạ ộ ơ ệ ường. Chúng th c ch t là m tự ấ ộ  

đ ng c  đ ng b  dùng đ  bi n đ i các tín hi u đi u khi n dộ ơ ồ ộ ể ế ổ ệ ề ể ướ ại d ng các xung 

đi n r i r c k  ti p nhau thành các chuy n đ ng góc quay ho c các chuy nệ ờ ạ ế ế ể ộ ặ ể  

đ ng c a rô to và có kh  năng c  đ nh rô to vào nh ng v  trí c n thi t.ộ ủ ả ố ị ữ ị ầ ế

I.3.14. Đ ng   cộ ơ bước   phong   phú   về góc   quay   Các đ ngộ  

cơ kém nh t quay 90ấ 0 m i bỗ ước, trong khi đó các đ ngộ  

cơ nam châm vĩnh c u xử ử lý cao thường quay 1.80 đ nế  0.720  m i bỗ ước. V i m t bớ ộ ộ đi u khi n, h u h t cácề ể ầ ế  

lo iạ  đ ng cộ ơ nam châm vĩnh c u và h n h pử ỗ ợ  đ u cóề  thể ch yạ  ở chế độ n a bử ước, m t vài bộ ộ đi u khi n cóề ể  thể đi u khi n các phân bề ể ước nhỏ h n hay còn g i làơ ọ  

vi   bước   Đ i   v i   cố ớ ả đ ng   cộ ơ nam   châm   vĩnh   c uử  

ho cặ  đ ng cộ ơ bi n tế ừ tr , n u chở ế ỉ m t m u c aộ ấ ủ  đ ngộ  

cơ được kích, rô to (ở ch  đ  không t i) sế ộ ả ẽ nh yả  đ nế  

m t góc cộ ố đ nh và sauị  đó giữ nguyên ở góc đó cho đ nế  khi   mô   men   xo n   vắ ượt   qua   giá   trị mô   men   xo nắ  giữ c aủ  đ ng c  Do nh ng  u đi m trên mà đ ng cộ ơ ữ ư ể ộ ơ 

bước thường được s  d ng trong các  ng d ng đi uử ụ ứ ụ ề  khi n chính xác. Trong n i dung lu n văn này, đ ng cể ộ ậ ộ ơ 

bước được s  d ng đ  đi u ch nh góc quay m t cácử ụ ể ề ỉ ộ  chính xác

I.3.15. H  th ng theo dõi m t tr i trong n i dung lu n văn này s  d ng 2ệ ố ặ ờ ộ ậ ử ụ  

đ ng c  bộ ơ ước 28BYJ­48 đ  đi u khi n t m năng lể ề ể ấ ượng xoay theo 2 tr c nhụ ư trong Hình . Các thông s  k  thu t c a đ ng c  28BYJ­48:ố ỹ ậ ủ ộ ơ

I.3.17.Hình : Đ ng c  bộ ơ ước 28BYJ­48

I.3.18.

I.3.19.Hình : S  đ  cu n dâyơ ồ ộ

I.3.20. Nh  trong ư Hình  và Hình  ta th y đ ng c  bấ ộ ơ ước 28BYJ­

48 g m có 5 dây k t n i g m: dây c p ngu n VCCồ ế ố ồ ấ ồ  màu đ  và 4 đ u vào đi u khi n (xanh, vàng, h ng vàỏ ầ ề ể ồ  

da cam). Đ ng c  này có th  đi u khi n độ ơ ể ề ể ượ ởc   2 chế 

đ : đ  bộ ủ ước và n a bử ước

Đi u khi n đ  bề ể ủ ước: m i l n c p đi n áp cho các cu n dây,ỗ ầ ấ ệ ộ  

đ ng c  s  quay đ  1 bộ ơ ẽ ủ ước (5.6250), th  t  c p xung đi u khi n nhứ ự ấ ề ể ư sau:

I.3.21. B ng : Th  t  c p xung đi u khi n đ  bả ứ ự ấ ề ể ủ ước

I.3.45.1 I.3.46.0 I.3.47.0 I.3.48.1

Đi u khi n n a bề ể ử ước: đ  đi u khi n đ ng c  quay n a bể ề ể ộ ơ ử ướ  c,

th  t  các xung c p vào các cu n dây nh    b ng dứ ự ấ ộ ư ở ả ưới. Khi đó m iỗ  

bước đ ng c  quay độ ơ ược 2.81250

I.3.49.

I.3.50. B ng : Th  t  c p xung đi u khi n n a bả ứ ự ấ ề ể ử ước

I.3.56.B3

I.3.57.B4

b) M ch đi u khi n đ ng c  bạ ề ể ộ ơ ước:

I.3.98. Mô   đun   đi u   khi n   đ ng   c   s   d ng   m ch   đ mề ể ộ ơ ử ụ ạ ệ  

ULN2803 v i  u đi m nh  g n, có s n m ch đ m choớ ư ể ỏ ọ ẵ ạ ệ  

đ ng c  ULN2003 là t  h p c a 7 m ch Darlingtonộ ơ ổ ợ ủ ạ  

được tích h p l i. Nó đợ ạ ược dùng r ng dãi trong cácộ  

ng d ng đi u khi n đ ng c , đèn LED…M i kênh

c a UNL2803 có th  cho dòng đi qua t i đa là 0.5A.ủ ể ố