BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY RỬA PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Giảng viên hướng dẫn ThS Nguyễn Thị Ngọc Anh Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Tất Vĩnh Hùng 1711020071 17DDCB1 Chung Ngọc Phát 1711020504 17DDCB1 Hoàng Nhật Huy 1711020103 17DDCB1 TP Hồ Chí Minh, 2021 LỜI CẢM ƠN Trước hết nhóm tác giả xin gửi tới các thầy cô Viện Kỹ Thuật trường Đại học Công Nghệ TP HCM lời chào trân t.
Giới thiệu
Tính cấp thiết của đề tài
Sự bùng nổ trong việc sử dụng điện năng lượng mặt trời trên toàn cầu trong những năm gần đây được thúc đẩy bởi sự phát triển công nghệ sản xuất pin Việt Nam, với tiềm năng nắng lớn nhất Đông Nam Á, có số giờ nắng trung bình từ 4-8 giờ tùy theo từng khu vực, đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai thác và phát triển năng lượng mặt trời trở nên phổ biến hơn bao giờ hết.
Hiện nay, nhiều doanh nghiệp tại Việt Nam đã lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời để tiết kiệm chi phí điện năng Tuy nhiên, hiệu suất của hệ thống thường giảm do ô nhiễm không khí và môi trường, khiến các tấm pin không đạt công suất tối ưu Do đó, việc vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời để nâng cao hiệu suất sử dụng đang trở thành mối quan tâm lớn của mọi người.
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đồ án là ứng dụng công nghệ trong việc vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời áp mái cho hệ thống có công suất dưới 1 MW Thiết bị này giúp giảm thiểu rủi ro từ phương pháp vệ sinh thủ công, đồng thời đảm bảo an toàn, tiết kiệm chi phí và thời gian cho các doanh nghiệp trong quá trình bảo trì pin năng lượng mặt trời.
Mục đích nghiên cứu
Trên thị trường hiện nay có nhiều sản phẩm sử dụng công nghệ để vệ sinh tấm năng lượng, nhưng giá thành vẫn còn cao, khiến chúng chưa phải là sự lựa chọn tối ưu cho các doanh nghiệp.
Nhóm sẽ nghiên cứu các giải pháp hiện có trên thị trường và tiến hành đánh giá ưu điểm cũng như nhược điểm của từng sản phẩm Mục tiêu là phát triển một giải pháp tối ưu cho việc vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời, nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động và kéo dài tuổi thọ của hệ thống.
- Máy nhỏ gọn và dễ di chuyển
- Giảm chi phí và nhân công vệ sinh pin
- An toàn cho việc vệ sinh.
Nhiệm vụ nghiên cứu
➢ Tìm hiểu về tình hình lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời ngày càng phổ biến tại Việt Nam
➢ Tìm hiểu các tác hại của việc không vệ sinh pin năng lượng thường xuyên
➢ Khảo sát các giải pháp hiện có trên thị trường
Khảo sát nhu cầu của khách hàng đã lắp đặt hệ thống năng lượng điện mặt trời là bước quan trọng để hiểu rõ mong muốn và yêu cầu của họ Từ những thông tin thu thập được, chúng tôi sẽ xây dựng bộ đặc tính thiết kế phù hợp, nhằm đáp ứng tối đa nhu cầu của khách hàng và nâng cao hiệu quả sử dụng hệ thống năng lượng mặt trời.
➢ Tính toán và thiết kế thi công cho động cơ của máy
➢ Lập trình điều khiển cho hệ thống máy
➢ Hoàn thiện máy vệ sinh năng lượng mặt trời.
Phương pháp nghiên cứu
➢ Phát hiện vấn đề, chứng minh thực trạng
➢ Tìm hiểu nhu cầu khách hàng, khảo sát thị trường
➢ Tham quan thực tế vệ sinh hệ thống điện mặt trời tại Công ty TNHH MT
Ngân Long xã Đình Hòa H.Gò Quao, Kiên Giang
➢ Tìm hiểu các giải pháp hiện có trên thị trường
Đánh giá các giải pháp máy rửa pin năng lượng mặt trời hiện có trên thị trường giúp xác định điểm mạnh và điểm yếu của chúng Từ đó, áp dụng kiến thức chuyên ngành để thiết kế hệ thống máy rửa pin đáp ứng tốt nhất nhu cầu của người tiêu dùng.
Nhóm đã hợp tác với sinh viên ngành cơ khí từ Viện Công nghệ Việt Nhật để giải quyết khó khăn trong thiết kế cơ khí Trong khi đó, nhóm chính sẽ đảm nhận việc thi công hệ thống điện và mạch điều khiển cho máy.
Kết quả đạt được của đề tài
➢ Máy di chuyển được trên bề mặt pin 35 0
➢ Máy có thể hoạt động liên tục 4-6h
➢ Máy có thể di chuyển tiến, lui, trái, phải
➢ Hệ thống vệ sinh hoạt động tốt
➢ Máy có thể điều khiển từ xa
➢ Có thể bật tắt chổi và máy bơm từ xa
Kết cấu của đồ án: gồm 6 chương
Giới thiệu về pin năng lượng mặt trời tình hình lắp đặt tại Việt Nam Trình bày thực trạng về việc vệ sinh tấm pin năng lượng
- Chương 2: Tổng quan giải pháp
Giải pháp của nhóm về việc vệ sinh tấm pin năng lượng
- Chương 3: Phương pháp giải quyết
Khảo sát ý kiến, nhu cầu khách hàng nhằm tìm ra các nhu cầu của sản phẩm tương lai, từ đó xây dựng mục tiêu thiết kế
- Chương 4: Quy trình thiết kế
Xây dựng ý tưởng thiết kế
Giới thiệu các linh kiện sử dụng trong đề tài
Xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch và tính toán thiết kế
Viết chương trình điều khiển hệ thống
Quy trình thi công mô hình
Hoàn chỉnh hệ thống và demo thử nghiệm hoạt động
- Chương 6: Đánh giá kết quả, kết luận
Kết quả và hướng phát triển của đề tài
Tổng quan giải pháp
Tổng quan về tình hình lắp đặt các hệ ĐMT tại Việt Nam
Hiện nay, Việt Nam chứng kiến sự bùng nổ của các hệ thống điện mặt trời với quy mô lớn Theo nghiên cứu của BloombergNEF, Việt Nam đứng thứ 7 thế giới về sản lượng điện mặt trời vào năm 2020, chỉ sau Mỹ và Trung Quốc về số lượng tấm pin năng lượng mặt trời được lắp đặt.
Trong bối cảnh thiếu điện ngày càng nghiêm trọng, đe dọa tăng trưởng kinh tế, Chính phủ Việt Nam đã chuyển hướng tập trung vào năng lượng mặt trời Nhu cầu điện tại các nhà máy của doanh nghiệp đa quốc gia, như SamSung và các nhà cung cấp cho Apple, đã gia tăng đáng kể.
Hình 2 1: Sự phát triển của pin năng lượng mặt trời từ năm 2019 - 2020
Trong hai năm qua, sản xuất điện mặt trời tại Việt Nam đã tăng gấp 100 lần, theo thông tin từ BNN Bloomberg, trang tin chuyên về tài chính-thị trường của Canada Đây được xem là một thị trường tiềm năng cho các giải pháp của nhóm trong tương lai.
Tổng quan về hệ thống pin năng lượng mặt trời
Pin mặt trời, hay còn gọi là tấm năng lượng mặt trời, bao gồm nhiều tế bào quang điện Các tế bào này là những phần tử bán dẫn, có chức năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng.
Hình 2 2: Biểu đồ thống kê lắp đặt pin NLMT của VN
Hình 2 3: Biểu đồ mục tiêu sản xuất điện từ các nguồn tái tạo
Trang 8 mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là diot quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ thuộc bởi lượng ánh sáng chiếu lên chúng Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để trở thành pin mặt trời (thông thường 60 hoặc 72 tế bào quang điện được ghép lại thành khối để trở thành pin mặt trời) Tế bào quang điện có khả năng hoạt động dưới ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo Chúng có thể được dùng như cảm biến ánh sáng (ví dụ cảm biến hồng ngoại), hoặc các phát xạ điện từ gần ngưỡng ánh sáng nhìn thấy hoặc đo cường độ ánh sáng Điện mặt trời hiện nay được xem là nguồn năng lượng sạch, dồi dào và ổn định nhất trên thế giới Ngoài những lợi ích về môi trường, hệ thống điện sử dụng năng lượng mặt trời còn là một phương án kinh doanh mang lại hiệu quả kinh tế cao đối với chủ đầu tư Hệ thống điện năng lượng mặt trời hiện nay được lắp đặt với 3 quy mô khác nhau về công suất đó là nhà máy điện mặt trời công suất hàng
GWP (cánh đồng pin năng lượng mặt trời) và hệ thống điện mặt trời áp mái nhà xưởng với công suất hàng MWP, cùng với hệ thống điện mặt trời áp mái dân dụng công suất KWP, đang trở thành giải pháp năng lượng bền vững và hiệu quả cho cả doanh nghiệp và hộ gia đình.
Hình 2 4: Hệ thống điện mặt trời
Một số thông tin cơ bản về hiệu quả đầu tư của hệ thống pin năng lượng mặt trời công suất 1MWP
Bảng 1: Bảng thông tin cơ bản về hiệu quả đầu tư
Hiệu quả phát điện của hệ thống pin năng lượng mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu tố chính, bao gồm cường độ chiếu sáng, thời gian chiếu sáng trung bình 4-5 giờ mỗi ngày, nhiệt độ môi trường xung quanh khoảng 25 độ C, và hiệu suất phát điện của tấm pin đạt 20% Trong số đó, cường độ chiếu sáng thường bị ảnh hưởng bởi cách lắp đặt như bị che khuất hoặc góc nghiêng của bề mặt, và đặc biệt là do không vệ sinh định kỳ.
Để duy trì hiệu suất tối ưu cho hệ thống pin năng lượng mặt trời, việc vệ sinh định kỳ 2-3 tháng một lần là cần thiết, mặc dù tần suất này có thể thay đổi tùy thuộc vào mức độ bụi bẩn trong môi trường cụ thể.
Hiện nay, việc sử dụng sản phẩm vệ sinh pin năng lượng mặt trời tại Việt Nam là rất cần thiết để đảm bảo hiệu quả hoạt động tối ưu của các tấm pin này Sản phẩm vệ sinh giúp loại bỏ bụi bẩn và cặn bã, từ đó nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin mặt trời.
Hình 2 5: Tấm pin năng lượng trước và sau khi vệ sinh
Với sự gia tăng lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời, việc vệ sinh các tấm pin trở nên quan trọng Bài viết này sẽ khám phá thực trạng vệ sinh pin mặt trời hiện nay và các phương pháp được áp dụng để duy trì hiệu suất tối ưu cho hệ thống năng lượng.
Thực trạng về việc vệ sinh pin mặt trời
Thông qua khảo sát thực trạng vệ sinh pin năng lượng mặt trời, nhóm tác giả nhận thấy rằng các phương pháp vệ sinh thủ công hiện nay chưa đúng cách và có thể gây hại cho các tấm pin Từ đó, nhóm đã xác định mục tiêu cải thiện quy trình vệ sinh nhằm đạt hiệu quả cao hơn.
Hiện nay, thị trường đã phát triển nhiều phương pháp vệ sinh pin năng lượng mặt trời, giúp tăng cường hiệu suất làm việc và kéo dài tuổi thọ của tấm pin.
Trước tiên hãy cùng tìm hiểu những lưu ý khi bắt đầu việc vệ sinh tấm pin năng lượng:
Bảng 2: Những lưu ý khi vệ sinh pin năng lượng mặt trời
Những lưu ý khi vệ sinh pin năng lượng mặt trời
• Đầy đủ trang thiết bị bảo hộ lao động cho người thực hiện vệ sinh pin trên cao
• Lau sạch pin khi mặt pin mặt trời vẫn còn ướt nước hỗn hợp xà bông
• Sử dụng vòi nước có áp lực cao, lưu lượng nước lớn phun trực tiếp lên mặt pin
• Sử dụng hóa chất tẩy rửa như: axit, dầu mỡ trên bề mặt tấm pin
• Sử dụng nước quá lạnh khi nhiệt độ mặt tấm kính pin đang nóng hoặc ngược lại
• Đi lại, tì đè, để vật cứng trên bề mặt tấm pin
• Sử dụng chổi cứng, vật bằng kim loại vệ sinh tấm pin
Dưới đây là hình ảnh thực tế về những sai lầm trong phương pháp vệ sinh pin năng lượng mặt trời mà nhiều người thường mắc phải, có thể dẫn đến hư hại cho tấm pin.
Về vấn đề vệ sinh, việc sử dụng vòi xịt áp lực nước mạnh có thể gây hại cho hệ thống điện nếu các hộp nối hoặc phích cắm không được bịt kín hoàn toàn, dẫn đến nguy cơ nước xâm nhập và làm hỏng các tấm pin.
Sử dụng nước với nhiệt độ quá nóng hoặc quá lạnh có thể gây ra sự thay đổi nhiệt độ đột ngột, dẫn đến tình trạng nứt bề mặt của các tấm pin.
Nhiều người thường nhầm lẫn khi sử dụng xà phòng và nước tẩy rửa để vệ sinh tấm pin năng lượng, nhưng điều này có thể làm hỏng bề mặt kính và làm mất hiệu lực bảo hành của sản phẩm.
Hình 2 6: Vệ sinh bằng vòi nước áp suất lớn
Hình 2 7: Vệ sinh bằng xà phòng
Thao tác vệ sinh không an toàn:
Trong quá trình vệ sinh, việc tiếp xúc với toàn bộ bề mặt kính có thể gặp khó khăn, dẫn đến nguy cơ người thực hiện vệ sinh có thể đi trực tiếp lên bề mặt pin, điều này rất nguy hiểm.
Việc làm này không chỉ gây hại cho các tấm pin mà còn đe dọa đến an toàn của người thực hiện Mặc dù các tấm pin được thiết kế để chịu đựng lực tác động từ bên ngoài, chúng vẫn có thể bị vỡ hoặc trơn trượt sau khi vệ sinh.
Mất nhiều thời gian và chi phí nhưng kết quả đem lại không cao:
Việc phải mướn nhân công vệ sinh theo phương pháp thủ công mà không sử dụng công nghệ làm tốn nhiều thời gian và chi phí
Hình 2 8: Dẫm đạp lên tấm pin năng lượng
Hình 2 9: Tốn nhiều nhân công cho việc vệ sinh
Các phương pháp thủ công không chỉ kém hiệu quả mà còn có nguy cơ làm hư hỏng và trầy xước tấm pin, gây tốn kém nguồn lực và chi phí, đồng thời giảm hiệu suất thu điện cho doanh nghiệp.
Công nhân vệ sinh đối mặt với rủi ro cao khi làm việc với pin, do bề mặt pin có thể trơn trượt hoặc dễ vỡ khi bị dẫm đạp.
Hạn chế lớn nhất trong việc vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời hiện nay là việc chưa áp dụng công nghệ một cách hiệu quả.
Phương pháp giải quyết
Khảo sát ý kiến khách hàng và các bên liên quan
Khảo sát nhu cầu khách hàng là yếu tố quan trọng trong việc triển khai dự án, giúp thu thập ý kiến và thông tin từ khách hàng để xây dựng một dự án tối ưu Dữ liệu thu thập được cho phép chúng ta hiểu rõ hơn về mong muốn của khách hàng, từ đó lựa chọn và chuyển đổi thông tin thành giải pháp hiệu quả Phương pháp thực hiện của nhóm bao gồm phỏng vấn trực tiếp các kỹ thuật viên chuyên về vệ sinh, bảo trì và bảo hành hệ thống điện mặt trời tại công ty Ngân Long.
❖ Đối tượng phỏng vấn: Anh Trần Cao Phi – Kỹ thuật viên Công ty TNHH
❖ Địa điểm: Ấp Đường Xuồng, xã Định Hòa, huyện Gò Quao, tỉnh Kiên Giang
❖ Mục tiêu: Làm thế nào để việc vệ sinh pin năng lượng mặt trời đạt hiệu quả cao
Kết quả nhóm tác giả đã thu được như sau:
Hiện nay công ty của anh(chị) thường vệ sinh pin năng lượng mặt trời như thế nào?
Trả lời: Vệ sinh pin vẫn còn làm theo cách thủ công, thuê công nhân vệ sinh pin đồng thời xịt nước
Anh(chị) có những khó khăn nào khi vệ sinh pin năng lượng mặt trời?
Tốn nhiều chi phí như thuê nhân công vệ sinh pin
Hiện tại diện tích nhà xưởng rộng lớn nên phải sử dụng máy bơm có áp suất cao mới cấp nước lên đủ
Hiện tại công ty của anh(chị) thường vệ sinh pin định kì khoảng bao lâu? Diện tích mỗi lần vệ sinh pin là bao nhiêu?
Trả lời: Mất thời gian vệ sinh 3 ngày (1MW/ diện tích lắp đặt khoảng 5000m2)
Anh(chị) tốn nhiều chi phí cho mỗi lần vệ sinh pin không? Anh (chị) mất thời gian bao lâu để vệ sinh pin?
Trả lời: Chi phí bao gồm máy móc, thiết bị, dung dịch vệ sinh và các chi phí khác thì khoảng 20 đến 28 triệu
Máy rửa pin tự động đã xuất hiện trên thị trường, và bạn đã từng thấy sản phẩm này chưa? Nếu có, bạn đánh giá thế nào về chất lượng, giá cả và tính năng hoạt động của nó?
Công ty TNHH TM Ngân Long nhận thấy rằng trên thị trường hiện có nhiều máy rửa pin năng lượng mặt trời, nhưng kích thước của chúng quá lớn, gây khó khăn trong việc di chuyển và vệ sinh Hơn nữa, những sản phẩm này không phù hợp với nhiều kiểu lắp đặt và có giá cả tương đối cao.
Chúng tôi hiện có giải pháp máy rửa pin tự động, giúp giảm chi phí thuê nhân công và nâng cao năng suất làm việc của pin Bạn có muốn sử dụng giải pháp này không?
Trả lời: Có nhu cầu sử dụng
Anh(chị) mong muốn hiệu suất làm việc như thế nào? Giá cả và kích thước bao nhiêu là phù hợp?
Công ty hiện đang tìm kiếm máy rửa pin với hiệu suất rửa nhanh, giá thành hợp lý và kích thước tiện lợi cho việc di chuyển.
Sau khi khảo sát trực tiếp kỹ thuật viên thì nhóm rút ra được kết quả là:
❖ Việc vệ sinh vẫn còn thực hiện theo cách thủ công là thuê nhân công và phải sử dụng máy bơm áp suất để cấp nước
❖ Chi phí vệ sinh từ 20 đến 28 triệu cho 1 lần vệ sinh nhưng thời gian vệ sinh vẫn còn quá lâu ảnh hưởng đến quá trình sản xuất
❖ Các máy vệ sinh pin năng lượng vẫn còn quá lớn, chi phí quá cao Vẫn gặp nhiều khó khăn trong vấn đề lắp đặt và di chuyển
❖ Có nhu cầu sử dụng máy rửa pin có hiệu suất nhanh, giá cả và kích thước phù hợp, di chuyển dễ dàng hơn
Kết luận: Kết quả khảo sát cho thấy các doanh nghiệp đang tìm kiếm giải pháp công nghệ để vệ sinh pin năng lượng mặt trời, thay thế các phương pháp thủ công Việc này không chỉ giúp giảm bớt công sức lao động mà còn tiết kiệm chi phí và đảm bảo an toàn cho người lao động.
Các giải pháp hiện có về việc vệ sinh pin mặt trời
Mục tiêu của phần này là tổng hợp các ưu và nhược điểm của những giải pháp hiện có trên thị trường, từ đó đưa ra giải pháp tối ưu nhất cho người tiêu dùng.
Các giải pháp cho việc vệ sinh tấm năng lượng mặt trời hiện có trên thị trường:
Vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời bằng chổi thủ công:
➢ Chổi vệ sinh loại thủ công:
Chổi vệ sinh thủ công với hệ thống bơm nước và lông mềm giúp dễ dàng vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời.
Thích hợp vệ sinh những nơi có tấm năng lượng mặt trời không quá nhiều, diện tích vệ sinh nhỏ như nhà cửa, công ty,…
Hình 3 1: Vệ sinh bằng chổi
Trang 17 Ưu điểm Nhược điểm
• Nhẹ, dễ dàng vận chuyển
• Có nhiều kích thước khác nhau
• Việc di chuyển trên tấm pin và lấy nguồn nước rất bất tiện
• Tốn nhiều thời gian và sức người cho việc vệ sinh
• Không cẩn thận có thể làm ảnh hưởng đến tấm năng lượng
• Khó vệ sinh những tấm pin mặt trời được lắp đặt quá cao
• Khi di chuyển trong quá trình vệ sinh có những vị trí sẽ không với tới được
Bảng 3: Bảng ưu khuyết điểm của việc vệ sinh bằng chổi
➢ Chổi vệ sinh dạng chổi xoay:
Chổi xoay lau pin mặt trời hoạt động hoàn toàn nhờ vào áp lực nước, không cần sử dụng pin hay điện Thiết bị này sử dụng máy bơm áp lực nước kết nối với vòi nước, giúp làm sạch hiệu quả bề mặt.
Chổi xoay vệ sinh pin mặt trời sử dụng áp lực nước thay vì điện hay pin, mang lại sự an toàn và tiện lợi cho người dùng Sản phẩm này rất thích hợp cho việc vệ sinh các khu vực có tấm năng lượng mặt trời không quá nhiều, như nhà ở và công ty, với diện tích vệ sinh nhỏ.
Hình 3 2: Vệ sinh bằng chổi xoay
Trang 18 Ưu điểm Nhược điểm
• Nhẹ, di chuyển dễ dàng
• Sử dụng áp lực nước nên sẽ an toàn và tiện lợi
• Tuy sử dụng áp lực nước để vệ sinh tuy nhiên vẫn phải dùng sức người cho việc vận hành và di chuyển trong quá trình vệ sinh
• Tốn nhiều thời gian cho việc vệ sinh
• Khó vệ sinh những tấm pin mặt trời được lắp đặt quá cao
• Khi di chuyển trong quá trình vệ sinh có những vị trí sẽ không với tới được
• Làm sai cách sẽ ảnh hưởng đến bề mặt pin
Bảng 4: Bảng ưu khuyết điểm của việc vệ sinh chổi xoay
Vệ sinh tấm năng lượng mặt trời bằng máy móc là phương pháp được ưa chuộng bởi các doanh nghiệp và nhà máy điện mặt trời Máy rửa pin mặt trời hiện đại giúp làm sạch hiệu quả các tấm pin, đồng thời quá trình vệ sinh được tự động hóa, tối ưu hóa thời gian và công sức, mang lại hiệu quả cao.
• Trọng lượng máy: 45 đến 50kg
• Diện tích tiếp xúc: 4 mét
• Chế độ rửa: Bán tự động
• Áp suất nước vận hành 2-8 bar
• Sản phẩm được vận hành một cách dễ dàng bằng thiết bị điều khiển và bán kính điều khiển lên đến 100m
Bảng 5: Bảng ưu khuyết điểm của máy vệ sinh pin Ưu điểm Nhược điểm
• Không tốn nhiều sức người
• Có thể vệ sinh toàn bộ vị trí pin
• Tối ưu hóa thời gian và hệ quả làm sạch
• Diện tích tiếp xúc bề mặt của máy lên đến 4 mét và tải trọng tiếp xúc bề mặt thấp hơn tải trọng của gió
Vì vậy bảo vệ bề mặt của tấm pin một cách tốt nhất
• Giá thành cao (thường phải đi thuê)
• Vì máy nặng nên khó cho việc vệ sinh nhưng vị trí trên cao
• Máy quá to, nặng nên phải có thiết bị di chuyển chuyển dụng
• Chỉ vệ sinh được những hệ thống pin năng lượng mặt trời có diện tích to
• Tốn nhiều thời gian cho việc chuẩn bị trước khi vệ sinh
Hình 3 3: Vệ sinh bằng máy
Kết luận của nhóm sau khi tham khảo qua các giải pháp hiện có trên thị trường:
❖ Đa số các biện pháp vẫn sử dụng phương pháp thủ công để vệ sinh
❖ Tốn nhiều thời gian và chi phí cho việc vệ sinh
❖ Vẫn chưa đảm bảo an toàn cho bề mặt pin và con người trong quá trình vệ sinh
❖ Máy vệ sinh pin hiện có trên thị trường còn quá to khó khăn trong việc di chuyển cũng như chuẩn bị
❖ Giá thành của máy khá cao gây khó khăn cho doanh nghiệp Việt Nam.
Xây dựng các chỉ số mục tiêu thiết kế
Sau khi khảo sát thực trạng và yêu cầu của khách hàng thì nhóm xây dựng những chỉ số mục tiêu thiết kế như sau:
Bảng 6: Mục tiêu thiết kế
Xây dựng bộ đặc tính kỹ thuật từ ý kiến khách hàng:
Sau khi xác định các yêu cầu kỹ thuật của mô hình máy rửa pin năng lượng mặt trời, thì nhóm đã xây dựng giải pháp như sau:
Số lượng nhân công Sẽ giảm số lượng nhân công so với hiện nay Thời gian rửa pin Tốc độ nhanh hơn
Trọng lượng của máy Máy sẽ được thiết kế nhỏ gọn tránh trầy pin Giá thành của máy Thấp hơn so với thị trường
An toàn Sẽ giảm bớt độ rủi ro trong quá trình vệ sinh do bề mặt pin trơn trượt
Bảng 7: Bảng xây dựng bộ đặc tính kỹ thuật
Sau khi tổng hợp kết quả khảo sát và đã tìm hiểu các giải pháp trên thị trường, nhóm đã xây dựng giải pháp gồm các tiêu chí:
❖ Giảm chi phí và thời gian cho việc vệ sinh
❖ Giá thành của máy thấp hơn thị trường
❖ Thiết kế máy nhỏ gọn dễ dàng di chuyển
❖ Máy phải có các tính năng tối thiểu: di chuyển lên xuống, trái phải, có chổi lau và máy bơm nước
❖ Máy di chuyển với độ nghiêng 35 0
Nội Dung Yêu cầu Thiết kế kỹ thuật
Số lượng nhân công Giảm số lượng nhân công so với hiện nay
Máy được điều khiển từ xa, chỉ cần người điều khiển, không làm thủ công
Thời gian rửa pin Tốc độ nhanh hơn Máy có thể điều khiển tốc độ nhanh chậm
Máy sẽ được thiết kế nhỏ gọn
Trọng lượng máy phải thấp hơn trọng lượng tối đa đặt trên mặt pin
Giá thành của máy Thấp hơn so với thị trường
Với các thiết bị điện Arduino giá mềm, dễ sử dụng
An toàn Giảm bớt rủi ro trong quá trình vệ sinh
35 0 , có bánh đai cao su tránh gây tổn hại mặt pin
Hệ thống tự dừng hoạt động khi cảm biến nhận biết hệ thống vượt ra ngoài bề mặt tấm pin
Khảo sát chuyên gia về tính khả thi của giải pháp
Nhóm đã gặp gỡ các chuyên gia trong lĩnh vực này để khảo sát và xác định những vấn đề còn thiếu sót, từ đó lựa chọn giải pháp phù hợp nhất.
Nhóm đã chọn khảo sát bằng phương pháp phỏng vấn trực tiếp
❖ Phương pháp: Phỏng vấn trực tiếp ý kiến chuyên gia
❖ Đối tượng phỏng vấn: Anh Lâm Quang Ngọc – Kỹ thuật viên Công ty
TNHH TM Ngân Long (chuyên ngành điện tử viễn thông)
❖ Địa điểm: Ấp Đường Xuồng, xã Định Hòa, huyện Gò Quao, tỉnh Kiên Giang
❖ Mục tiêu: Làm thế nào để việc vệ sinh pin năng lượng mặt trời đạt hiệu quả cao, cần chú ý gì để thiết kế khả thi
Với câu hỏi: Thiết kế máy vệ sinh thì cần chú ý những yếu tố nào?
Sau khi phỏng vấn xong nhóm tác giả đã thu được kết quả như sau:
➢ Chú ý trọng lượng máy ảnh hưởng đến mặt pin
➢ Tránh trầy xước mặt pin
➢ Hệ thống cấp nước đủ mạnh
➢ Cách di chuyển của máy trên mặt pin
➢ Một chổi rửa và một hệ thống làm khô mặt pin.
Đề xuất giải pháp
Sau khi tiếp nhận ý kiến của chuyên gia thì nhóm thống nhất giải pháp gồm các tiêu chí sau:
❖ Thiết kế nhỏ gọn thuận tiện cho việc di chuyển trên các tấm pin
❖ Bánh xích nhựa tránh gây trầy xước cho mặt pin
❖ Bộ điều khiển đặt trong thân máy được bảo quản cách nước
❖ Có hệ thống cấp nước cho việc vệ sinh và quạt sấy để làm khô mặt pin
Quy trình thiết kế
Mục tiêu
Hiện nay, điện mặt trời đang phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam, với nhiều doanh nghiệp lắp đặt hệ thống nhằm giảm hóa đơn tiền điện Tuy nhiên, sau khi lắp đặt, hiệu suất của các tấm pin mặt trời thường giảm do khả năng hấp thụ bức xạ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như bụi, lá cây, phân chim và mảnh vụn, dẫn đến hiệu quả đầu tư không như mong đợi.
Để giúp các doanh nghiệp vệ sinh pin một cách tiện lợi và dễ dàng, cần thiết phải áp dụng biện pháp đảm bảo an toàn, không làm hư hại bề mặt pin và tiết kiệm chi phí.
Mục tiêu mô hình đặt ra để giải quyết các vấn đề:
➢ Thiết kế điều khiển máy một cách tự động
➢ Có thể điều khiển từ xa qua app bằng điện thoại để không tốn nhiều nhân công
➢ Vệ sinh sạch sẽ, không làm tổn hại đến mặt pin
Máy có khả năng điều chỉnh tốc độ di chuyển, cho phép rửa nhanh chóng khi tấm pin bị bám bụi, và sẽ giảm tốc độ khi làm sạch các vết bẩn cứng như phân chim.
Giới thiệu mô hình
Sau quá trình nghiên cứu thông qua phỏng vấn trực tiếp và khảo sát thực tế, nhóm tác giả đã thống nhất hoàn thiện và công bố kết quả cuối cùng là mô hình "Máy rửa pin năng lượng mặt trời công suất dưới 1MW".
Các bộ phận máy có thể tháo lắp dễ dàng, có các mối tháo lắp nhanh giữa các hệ thống:
❖ Mối tháo lắp nhanh giữa hệ thống rửa trước và thân máy
❖ Mối tháo lắp nhanh giữa hệ thống làm khô và thân máy
Nhóm tác giả sử dụng cảm biến tiệm cận để biết máy đã đi ra khỏi vùng an toàn, máy sẽ dừng lại hoặc đi theo hướng khác
Mô hình máy rửa pin năng lượng mặt trời công suất dưới 1MW gồm có bốn phần chính:
❖ Hệ thống bánh di chuyển
❖ Hệ thống bộ hút nước sau
Như nhóm tác giả đã trình bày thì mô hình máy rửa pin năng lượng mặt trời công suất dưới 1MW gồm có bốn bộ phận chính:
Hình 4 1: Máy vệ sinh pin năng lượng mặt trời công suất dưới 1MW
• Hệ thống rửa trước: Sử dụng chổi cước và hệ thống phun nước kết hợp với động cơ để đánh bay mọi bụi bẩn bám trên mặt pin
Nhóm nghiên cứu đã thực hiện khảo sát tại công trình pin năng lượng mặt trời ở Gò Quao, Kiên Giang Qua quá trình nghiên cứu, nhóm đã sử dụng động cơ XD-37GB555 để tạo ra lực quay cho chổi cước nhựa, kết hợp với hệ thống phun nước nhằm làm sạch bề mặt pin trong một lần rửa hiệu quả.
Hệ thống thân máy được thiết kế từ nhôm 7075, mang lại độ cứng cáp cần thiết để chịu tải trọng từ các bộ phận khác, đồng thời giảm trọng lượng lên pin.
Hình 4 2: Hệ thống rửa trước
• Hệ thống bánh di chuyển: Hai bánh đai có lớp cao su đỏ vật liệu chống trơn trượt trên mặt pin
Nhóm đã quyết định chọn động cơ DSD-37RS5550246000-30K cho nhiệm vụ di chuyển chính của máy, cho phép máy di chuyển tiến, lùi, trái và phải.
• Hệ thống hút nước làm khô: Sau khi hệ thống rửa trước đi qua mặt pin, hệ
`thống hút nước làm khô ở phía sau sẽ hút hết nước và làm khô mặt pin để tránh tình trạng lượng nước thừa làm bẩn mặt pin
Hình 4 7: Hệ thống làm khô Hình 4 6: Động cơ di chuyển
Giới thiệu linh kiện
4.3.1 Nguồn Adapter 24V 10A cung cấp điện cho hệ thống
Nguồn sử dụng để chuyển đổi điện năng từ 220VAC sang 24VDC
Nguồn Tổ Ong 24V 10A, hay còn gọi là bộ nguồn một chiều, được thiết kế để chuyển đổi điện áp từ nguồn xoay chiều 220VAC thành nguồn một chiều 24VDC, phục vụ cho việc cung cấp năng lượng cho các thiết bị hoạt động hiệu quả.
Nguồn tổ ong là một thành phần quan trọng trong các thiết bị điện và dân dụng, thường được ứng dụng rộng rãi để cung cấp năng lượng cho nhiều thiết bị trong tủ điện trong ngành công nghiệp.
❖ Điện áp đầu vào : 220vAC
❖ Điện áp đầu ra : 24VDC
❖ Kích thước : 200mm x 110mm x 50mm
4.3.2 Mạch giảm áp LM2596 3A cung cấp cho thiết bị điều khiển
Mạch giảm áp DC LM2596 3A là giải pháp nhỏ gọn và hiệu quả, có khả năng hạ áp từ 30V xuống 1.5V với hiệu suất lên đến 92% Sản phẩm này rất phù hợp cho các ứng dụng chia nguồn, giảm áp và cung cấp năng lượng cho các thiết bị như camera, motor và robot.
Module này có hai đầu vào IN và OUT, cùng với một biến trở để điều chỉnh điện áp đầu ra Khi cấp điện cho đầu vào, người dùng có thể vặn biến trở và sử dụng VOM để đo điện áp ở đầu ra nhằm đạt được mức điện áp mong muốn Điện áp đầu vào dao động từ 4-35V, trong khi điện áp đầu ra từ 1,25-30V với dòng tối đa 3A, phù hợp để cấp nguồn cho các thiết bị như Raspberry Pi và module SIM.
Khi cung cấp điện áp đầu vào 24V, cần sử dụng mạch giảm áp LM2596 để điều chỉnh điện áp đầu ra xuống 5V, phù hợp cho các thiết bị như Arduino và relay trong ứng dụng này.
Hình 4 10: Sơ đồ chân LM2596
❖ Điện áp đầu vào: Từ 3V đến 30V
❖ Điện áp đầu ra: Điều chỉnh được trong khoảng 1.5V đến 30V
❖ Dòng đáp ứng tối đa là 3A
❖ Kích thước: 45 (dài) * 20 (rộng) * 14 (cao) mm
4.3.3 Arduino Mega2560 R3 điều khiển hệ thống
Arduino là một thiết bị tương tự như máy tính nhỏ, cho phép người dùng lập trình và thực hiện các dự án điện tử mà không cần sử dụng các công cụ chuyên dụng để nạp mã.
Có thể dùng Arduino tương tác với môi trường bên ngoài thông qua các cảm biến điện tử, đèn, và động cơ
Arduino được dùng như trung tâm chính để điều khiển, vận hành , kết nối các thiết bị ta sử dụng trong bài lại với nhau
• Phần cứng gồm một board mạch mã nguồn mở (thường gọi là vi điều khiển): có thể lập trình được
• Các phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp IDE (Integrated Development Environment) dùng để soạn thảo, biên dịch code và nạp chương trình cho board
❖ Số chân I/O: 54 chân (trong đó 15 chân PWM)
❖ Số chân input analog: 16 chân
❖ Giao tiếp SPI: 1 bộ(chân 50 - 53), dùng thư viện SPI của Arduino
❖ Bộ nhớ Flash: 256 KB, 8 KB sử dụng cho Bootloader
❖ 54 Chân digital trong đó có 15 chân chúng ta có thể sử dụng như PWM
❖ Và nhiều thành phần khác
4.3.4 Kit RF Thu Phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua V3 CH340 kết nối wifi
Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua V3 CH340 được dùng cho các ứng dụng cần kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi
ESP8266 là một vi điều khiển mạnh mẽ, cho phép người dùng điều khiển các thiết bị điện tử một cách linh hoạt Với khả năng tích hợp Wi-Fi 2.4GHz, ESP8266 trở thành công cụ lý tưởng cho các dự án lập trình IoT.
ESP8266 có nhiệm vụ thu, phát Wifi liên kết Arduino với ứng dụng để có thể điều khiển từ xa
❖ WiFi: 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n
❖ Điện áp vào: 5V thông qua cổng USB
❖ Số chân I/O: 11 (tất cả các chân I/O đều có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0)
Hình 4 13: Sơ đồ chân mạch ESP8266
❖ Số chân Analog Input: 1 (điện áp vào tối đa 3.3V)
❖ Giao tiếp: Cable Micro USB ( tương đương cáp sạc điện thoại )
❖ Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2
❖ Tích hợp giao thức TCP/IP
❖ Lập trình trên các ngôn ngữ: C/C++, Micropython,…
4.3.5 Cảm biến HC-SR04 cảnh báo khi di chuyển ra khỏi mặt pin để đảm bảo an toàn cho hệ thống
Cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04 là thiết bị phổ biến để đo khoảng cách, hoạt động dựa trên sóng siêu âm Nó có khả năng đo khoảng cách từ 2 đến 300 cm, với độ chính xác chủ yếu phụ thuộc vào cách lập trình.
Cảm biến siêu âm hoạt động như một thiết bị dò đường, giúp phát hiện các sự cố trong quá trình vận hành Khi cảm biến này nhận diện được sự cố, nó sẽ gửi tín hiệu đến Arduino để ngừng hoạt động của máy, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình sử dụng.
Cảm biến HC-SR04 có 4 chân là: Vcc, Trig, Echo, GND
Trig Một chân Digital output
Echo Một chân Digital input
Bảng 8: Sơ đồ nối chân giữa HC-SR04 và Arduino
Cảm biến siêu âm bao gồm hai module: một module phát sóng siêu âm và một module thu sóng phản xạ Khi bắt đầu, cảm biến phát ra một sóng siêu âm với tần số nhất định.
Hình 4 14: Cảm biến HC-SR04
Sóng siêu âm 40kHz sẽ phản xạ khi gặp chướng ngại vật, tác động lên module nhận sóng Bằng cách đo thời gian từ khi phát đến khi nhận sóng, ta có thể xác định khoảng cách từ cảm biến đến chướng ngại vật.
Khoảng cách = (thời gian * vận tốc âm thanh (340 m/s) / 2)
4.3.6 Module 1 relay với OPTO cách ly kích H/L (5VDC) đóng mở hệ thống
Module 1 Relay với opto cách ly nhỏ gọn, có opto và transistor cách ly giúp cho việc sử dụng trở nên an toàn với board mạch chính, module 1 Relay với opto cách ly 5v được sử dụng để đóng ngắt nguồn điện công suất cao AC hoặc DC, có thể chọn đóng khi kích mức cao hoặc mức thấp bằng Jumper
Một module rơ-le được tạo nên bởi 2 linh kiện thụ động cơ bản là rơ-le và transistor, nên module rơ-le có những thông số của chúng
Relay có nhiệm vụ kết nối với Arduino điều khiển relay đóng ngắt chổi và bơm Relay kích cực ở mức thấp
Để điều khiển bật tắt bóng đèn 220V khi trời tối, chúng ta cần sử dụng một module relay phù hợp với cảm biến ánh sáng hoạt động ở mức 5-12V Do đó, lựa chọn lý tưởng là module relay 5V hoặc 12V với mức kích hoạt cao.
❖ Sử dụng điện áp nuôi DC 5V
❖ Relay mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA
❖ Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A hoặc DC30V ~ 10A
❖ Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi Relay
❖ Có thể chọn mức tín hiệu kích 0 hoặc 1 qua jumper
❖ Kích thước: 1.97 in x 1.02 in x 0.75 in (5.0 cm x 2.6 cm x 1.9 cm)
4.3.7 Mạch điều khiển động cơ DC BTS7960 43A theo các chiều mong muốn
Mạch cầu H BTS7960 43A là một module giao tiếp với vi điều khiển, tích hợp driver trong IC và hỗ trợ các tính năng như cảm biến dòng điện, chống quá nhiệt, quá áp, quá dòng, sụt áp và bảo vệ ngắn mạch Để điều khiển chiều quay của động cơ, người dùng có thể kết nối các chân RPWM và LPWM với GPIO, ví dụ như chân digital 2 và 3.
Chân R_EN , L_EN nối chung lại rồi nối với PWM (VD chân digital 5) để điều khiển tốc độ động cơ
Khi nhận lệnh điều khiển, Arduino sẽ phát tín hiệu đến các chân LPW và RPW của mạch điều khiển động cơ, cho phép điều chỉnh động cơ theo hướng mong muốn.
❖ Tín hiệu logic điều khiển: 3.3 ~ 5V
❖ Tần số điều khiển tối đa: 25KHz
Tính toán và thiết kế
Hệ thống bao gồm các khối ghép lại với nhau tạo nên hệ thống hoạt động ổn định được trình bày trong sơ đồ khối sau:
Khối xử lý trung tâm
Khối động cơ (di chuyển)
Khối động cơ (chổi quét)
Chức năng của từng khối gồm:
➢ Khối nguồn: Có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống
Khối xử lý trung tâm ARDUINO MEGA 2560 R3 đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hệ thống, thu thập dữ liệu từ các thiết bị và xử lý thông tin để truyền tín hiệu đến các khối khác, từ đó đảm bảo việc điều khiển và vận hành máy một cách hiệu quả.
➢ Khối giao tiếp wifi (NodeMCU ESP8266): Có chức năng dùng để truyền và nhận dữ liệu
Khối cảm biến sử dụng Arduino để đọc dữ liệu từ cảm biến HC-SR04, có nhiệm vụ gửi thông tin khi máy vệ sinh di chuyển ra khỏi mặt pin, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của máy.
➢ Khối công suất: Nhận tín hiệu ngõ ra của khối xử lý trung tâm để điều khiển động cơ
➢ Khối relay: Có nhiệm vụ nhận và ngắt tín hiệu của động cơ khi điều khiển thông qua Smart Phone
Khối động cơ đóng vai trò quan trọng trong việc nhận tín hiệu từ khối điều khiển và khối giao tiếp Blynk để điều khiển hoạt động của hệ thống Nó bao gồm hai động cơ chính: động cơ bánh xe giúp xe di chuyển tiến, lùi, trái, phải, và động cơ chổi thực hiện nhiệm vụ vệ sinh bề mặt tấm năng lượng.
Cung cấp điện năng cho toàn bộ hệ thống máy
Nhóm sử dụng nguồn Adapter 24V 3A chuyển đổi điện năng từ 220VAC sang 24VDC
Nguồn 24V sẽ được cung cấp cho các khối relay và khối công suất, trong khi nguồn 5V, sau khi được điều chỉnh qua module giảm áp LM2596, sẽ được sử dụng cho khối xử lý trung tâm và khối cảm biến.
Cấp nguồn 220V vào 2 cổng L N của nguồn
Sau khi qua chuyền đổi lấy nguồn 24V từ 2 chân V- V+ của Adapter
Mạch nguồn được giảm áp xuống 24V và tiếp tục qua thiết bị LM2596 để giảm áp xuống 5V, cung cấp điện cho Arduino và cảm biến.
Khối xử lý trung tâm (Arduino mega 2560 R3)
Khối này có nhiệm vụ xử lý tín hiệu từ cảm biến, thu thập dữ liệu từ các thiết bị và truyền tín hiệu đến các khối khác, nhằm điều khiển toàn bộ hệ thống một cách hiệu quả.
Hình 4 21: Hạ áp từ 220v còn 12-24v
Hình 4 22: Hạ áp từ 24v còn 5v
Cách kết nối dây và cách thức giao tiếp:
❖ Chân 7 Arduino nối chân R_EM L_EN của BTS7960
❖ Chân 6,5 Arduino nối 2 chân LPWM RPWM
❖ Chân 4 Arduino nối chân R_EM L_EN của BTS7960
❖ Chân 3,2 Arduino nối 2 chân LPWM RPWM
❖ Chân 16 17 Arduino nối chân D5 D6 của ESP8266
❖ Chân 23 25 Arduino nối 2 chân Trigger và Echo của HC-SR04
❖ Chân 27 Arduino nối chân DC+ của relay cấp nguồn 5V
❖ Chân 29 Arduino nối chân NI của relay
❖ Arduino nhận tín hiệu từ cảm biến để khi máy gặp vật cản sẽ báo tín hiệu lên thiết bị điều khiển để ngừng hoạt động
Hình 4 23: Sơ đồ nguyên lý khối trung tâm
Arduino gửi tín hiệu để điều khiển các thiết bị như BTS7960 và relay, cho phép điều khiển máy tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải, cũng như bật tắt bơm và chổi vệ sinh thông qua thiết bị điều khiển.
❖ Arduino kết nối Wifi thông qua Esp8266
Khối giao tiếp wifi (NodeMCU ESP8266)
Làm cầu nối để giúp khối xử lý trung tâm có thể giao tiếp wifi và điều khiển bằng điện thoại thông qua app BLYNK
Cách kết nối dây và cách thức giao tiếp:
❖ Chân D6, D5 của ESP8266 đấu vào chân 17(RX2) 16(TX2)
❖ Dây Vcc của NodeMCU nối vào chân nguồn 5V của Arduino và dây GND NodeMCU nối vào chân GND của Arduino
Khi tín hiệu được gửi từ chân RX2 của Arduino, chân TX2 sẽ nhận dữ liệu, tạo ra một quá trình truyền nhận liên tục Dữ liệu được truyền và nhận thông qua giao thức UART.
Hình 4 24: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp
Khối cảm biến HC-SR04
Khối đo khoảng cách có nhiệm vụ truyền tín hiệu về khối xử lý trung tâm Khi máy di chuyển ra khỏi bề mặt pin, thiết bị điều khiển sẽ nhận thông báo để ngừng hoạt động của hệ thống máy.
Cách kết nói dây và cách thức giao tiếp:
❖ Chân Vcc kết nối với nguồn 5V
❖ Trigger kết nối chân 23 của Arduino
❖ Echo kết nối với chân 25 của Arduino
❖ Chân 4 kết nối với GND
❖ Khi kết nối với Arduino tính hiệu đầu ra digital Output, chân trigger sẽ phát ra tần số sóng siêu âm từ loa để đo tín hiệu
Khi máy vệ sinh vượt qua khoảng cách an toàn khỏi bề mặt pin, tín hiệu sẽ được gửi đến chân echo digital Input của Arduino Tín hiệu cảnh báo này sẽ hiển thị trên thiết bị điều khiển, khiến máy dừng hoạt động để đảm bảo an toàn.
Nhận tín hiệu từ Arduino để điều khiển động cơ thông qua app Blynk
Hình 4 25: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến
Cách kết nối dây và cách thức giao tiếp:
❖ Chân 7 Arduino nối với chân L_EN R_EN của BTS7960
❖ Chân 6 5 Arduino nối với chân LPWN RPWN của BTS7960
❖ Chân 4 Arduino nối với chân L_EN R_EN của BTS7960
❖ Chân 3 2 Arduino nối với chân LPWN RPWN của BTS7960
❖ Nhận tín hiệu từ Arduino thông qua thiết bị điều khiển truyền tín hiệu cho động cơ di chuyển tiến, lùi , rẽ phải, rẽ trái, dừng
❖ Nhận tín hiệu từ Arduino điều khiển tốc độ bằng phương pháp xung PWM
Có nhiệm vụ đóng ngắt động cơ máy pump và động cơ chổi vệ sinh khi nhận tín hiệu Arduino
Hình 4 26: Sơ đồ nguyên lý khối công suất
Cách kết nối dây và cách thức giao tiếp:
❖ Chân 27 Arduino nối chân DC+ của relay cấp nguồn 5V
❖ Chân 29 Arduino nối chân NI
❖ Chân NO (thường mở) của relay nối với đầu dây chung của máy pump và động cơ chổi để điều khiển chúng
❖ Chân COM nối nguồn 24V để cấp nguồn cho relay
Các thiết bị động cơ chổi và bơm sẽ được kích hoạt khi nhận tín hiệu từ Arduino thông qua thiết bị điều khiển Tín hiệu sẽ được truyền vào chân NI qua relay; khi có tín hiệu ON, chân NO sẽ chuyển thành trạng thái thường đóng, từ đó cấp điện cho các thiết bị.
Gồm 2 nhóm động cơ: Động cơ vận hành di chuyển máy và động cơ vận hành vệ sinh
➢ Động cơ vận hành di chuyển máy
Máy di chuyển trên các tấm pin và nhận tín hiệu từ thiết bị điều khiển để thực hiện các thao tác như tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải và dừng lại Tốc độ di chuyển của máy có thể được điều chỉnh nhanh hoặc chậm thông qua phương pháp điều chỉnh xung PWM.
Hình 4 27: Sơ đồ nguyên lý khối relay
Cách kết nối dây và cách thức giao tiếp:
❖ Chân M+ của modun BTS7960 nối vào chân của động cơ
❖ Chân M- của modun BTS7960 nối vào chân còn lại
Tính toán công suất động cơ:
Hệ số ma sát trượt của bề mặt cao su tiếp xúc với đường trơn được chọn là 0,4, theo bảng "Hệ số ma sát trượt của một số vật liệu".
• Công suất động cơ cho phép có ghi trên nhãn động cơ
• F(N): lực để đẩy toàn bộ xe chạy
• V(m/s): vận tốc tối đã đạt được ứng với công suất và khối lượng Định nghĩa cơ bản: Công suất là lượng công (J) thực hiện trong 1s (w=J/s)
❖ Vậy trong 1s , công thực hiện được là:
❖ Trong 1s, muốn xe có thể chạy thì:
Hình 4 28: Sơ đồ nguyên lý khối động cơ di chuyển
Vậy tỉ số giữa công suất trên quãng đường chạy được trong 1s phải lớn hơn ma sát Mà ‘‘quãng đường chạy được trong 1s’’ đây rõ ràng là vận tốc v(m/s)
Bảng 9: Hệ số ma sát trượt của một số vật liệu
• Bán kính của bánh xe = 8cm
• Chu vi bánh xe = 50,24cm
• Ta có khối lượng tối đa của nữa chiếc xe là 15kg
• Ta chọn chu kỳ của chương trình là 125ms
• Khoảng cách đứt quãng lớn nhất mong muốn là 5cm
• Vận tốc tối đa mong muốn: Vmax = 0,05/0.125 = 0,4m/s
• Số vòng tối đa động cơ cần quay trong 1s N = 0,4/0,5024 = 0,79 vòng/s 47,8 vòng/phút
Vật liệu Hệ số ma sát trượt
Gỗ rắn trên gỗ rắn 0,25
Thép trên đất cứng 0,2 – 0,4 Lớp cao su trên đất cứng 0,4 – 0,6
Hình 4 29: Mô tả lực ma sát trượt
• Vậy ta chọn động cơ giảm tốc DSD-37RS5550246000-30k có điện áp là 24v dòng điện là 0,8A
• Số vòng quay tối đa: 6000 vòng/phút Tỉ số truyền: 30:1
• Số vòng quay tối đa khi qua hộp số có tỉ số truyền: 200 vòng/phút
➢ Đông cơ vận hành vệ sinh chổi, pump, quạt hút:
Thực hiện công việc vệ sinh cúa máy khi nhận tín hiệu từ Arduino thông qua relay.
Cách kết nối dây và cách thức giao tiếp:
• 2 chân động cơ nối chung vào đầu NO (Thường mở)
Tính toán công suất động cơ:
• Pct: Công suất cần thiết
• Plv: Công suất làm việc
• Pmm: Công suất mở máy
Hình 4 30: Sơ đồ nguyên lý động cơ chổi và pump
• m: khối lượng của chổi vệ sinh (5kg)
• ƞ: hiệu suất của hộp sô chuyển động (0,89)
Từ (1) và (2) ta có công thức tính công suất cần thiết:
Số vòng quay sơ bộ trên động cơ nsb = nlv 𝑥 uc nlv= 60000 𝑥 𝑉 π D (3) uc= un 𝑥 ut = uđ 𝑥 ubr = (2÷4) (10÷30) => uc= (20÷120) (4)
• nsb: Số vòng quay sơ bộ
• nlv: Số vòng quay trên trục làm việc
• uc: Tỉ số truyền chung của hệ
• un: Tỉ số truyền ngoài u đ : Tỉ số truyền đai (2÷4)
• ut: Tỉ số truyền trong ubr: Tỉ số truyền bánh răng (10÷30)
Từ (3) và (4) ta có công thức tính số vòng quay sơ bộ: nsb = nlv 𝑥 uc
Dựa vào (*) và (**) để tiến hành chọn động cơ:
➔ Chọn động cơ XD-37GB555 24V có Pct= 15W và nsb= 5000 vòng/phút
Sơ đồ nguyên lý - Nguyên lý hoạt động:
Hình 4 31: Sơ đồ nguyên lý
Máy vệ sinh pin năng lượng mặt trời sử dụng nguồn điện 220V, qua bộ hạ áp để chuyển đổi xuống 24V, sau đó sử dụng mạch hạ áp LM2566 để cung cấp nguồn cho Arduino và các thiết bị 5V Arduino đóng vai trò điều khiển chính, kết nối với các linh kiện để tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh.
ESP8266 (WIFI) đóng vai trò quan trọng trong việc xuất và thu thập dữ liệu, thiết lập kết nối giữa Arduino và máy chủ IP để truy cập internet Qua đó, người dùng có thể kết nối với điện thoại thông qua ứng dụng Blynk trên CH Play hoặc App Store, giúp dễ dàng điều khiển máy rửa pin từ xa.
Giới thiệu các công cụ lập trình
Arduino đã tạo ra một cơn sốt trong cộng đồng DIY toàn cầu, tương tự như thành công của Apple trong lĩnh vực thiết bị di động Sự đa dạng và đông đảo của người dùng, từ học sinh đến sinh viên đại học, đã khiến ngay cả những người sáng tạo ra Arduino cũng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến của nó.
Trang 64 Đề tài sử dụng phần mềm ArduinoIDE (Arduino Intergrated Development Environment) để lập trình cho NodeMCU, ngôn ngữ được sử dụng ở ArduinoIDE là C/C++ Tất cả đều là mã nguồn mở, được đóng góp và hỗ trợ rất nhiều từ cộng đồng, rất thích hợp cho những ai mới bắt đầu tìm hiểu hoặc không chuyên để dễ dàng tiếp cận, nắm bắt và triển khai nhanh chóng ArduinoIDE hoạt động được trên cả 3 nền tảng: Windows, MAC OS và Linux
Hình 4 41: Giao diện chính của Arduino IDE
Bài viết mô tả các nút lệnh menu trong IDE bao gồm File, Edit, Sketch, Tools, và Help Ngoài ra, phía dưới là các biểu tượng giúp người dùng truy cập nhanh vào các chức năng thường dùng của IDE.
Trong khu vực viết mã, tên chương trình của bạn sẽ hiển thị ngay dưới dãy icon, với tên gọi là “Blink” Nếu tên chương trình có dấu “§” phía sau, điều này cho thấy đoạn mã chưa được lưu lại.
Hình 4 43: Vùng viết chương trình
Thông báo từ IDE sẽ hiển thị tại đây, và bạn cần chú ý đến góc dưới cùng bên phải, nơi hiển thị loại board Arduino và cổng COM đang sử dụng Việc chọn đúng loại board và cổng COM là rất quan trọng, vì nếu chọn sai, bạn sẽ không thể upload code của mình.
Để đơn giản hóa quá trình lập trình trên Arduino IDE, bạn cần cài đặt thư viện bổ sung Điều này có thể thực hiện bằng cách chọn Sketch -> Include Library -> Add ZIP Library và chỉ định thư mục chứa file zip Ngoài ra, bạn cũng có thể cài đặt thư viện gián tiếp thông qua mục Manage.
Hình 4 45: Vùng viết chương trình
Giới thiệu chung về Blynk
Có ba thành phần chính của nền tảng Blynk
• Thư viện Blynk Ứng dụng Blynk - cho phép tạo giao diện tuyệt vời cho các dự án bằng nhiều công cụ khác nhau mà chúng tôi cung cấp
Blynk Server là nền tảng quản lý giao tiếp giữa điện thoại thông minh và phần cứng, cho phép người dùng chọn giữa Blynk Cloud hoặc thiết lập máy chủ Blynk riêng tại chỗ Với mã nguồn mở, Blynk Server có khả năng xử lý hàng ngàn thiết bị một cách dễ dàng và có thể được triển khai trên Raspberry Pi.
Thư viện Blynk hỗ trợ tất cả các nền tảng phần cứng phổ biến, giúp giao tiếp hiệu quả với máy chủ và quản lý mọi lệnh gửi đi và nhận về.
Những điều mà ứng dụng blynk mang lại:
❖ Điều khiển phần cứng từ xa
❖ Hiển thị dữ liệu cảm biến
❖ Ngoài ra còn có vài tùy chọn nên nó giúp chúng ta có thể làm những điều hay ho
1 Kết nối wifi: (chỉ làm 1 lần khi muốn đổi mạng wifi)
Ngay sau khi cấp nguồn, hãy nhấn và giữ nút reset màu vàng trong 5 giây cho đến khi đèn wifi nhấp nháy rồi sáng liên tục Hành động này sẽ xóa toàn bộ cấu hình wifi đã lưu trong thiết bị.
Sau khi module hoạt động, nó sẽ phát sóng một mạng Wi-Fi có tên là CLEAN ROBOT Bạn cần sử dụng điện thoại để kết nối với mạng này, với mật khẩu là qwer1234 Tiếp theo, mở trình duyệt Chrome và nhập địa chỉ IP 192.168.4.1 để truy cập vào trang cấu hình Wi-Fi cho hệ thống.
Sau khi chọn mạng wifi kết nối cho hệ thống xong bấm nút save để lưu lại
Hệ thống sau khi khởi động và kết nối wifi đèn wifi sẽ chớp 3 cái rồi tắt
Hình 4 47: Sơ đồ kết nối Blynk
3 Kết nối wifi: (chỉ làm 1 lần khi muốn đổi mạng wifi)
Khi cấp nguồn cho thiết bị, hãy nhấn và giữ nút reset màu vàng trong 5 giây cho đến khi đèn Wi-Fi nhấp nháy và sau đó sáng liên tục Hành động này sẽ xóa toàn bộ cấu hình Wi-Fi đã lưu trước đó.
Sau khi module được kích hoạt, nó sẽ phát sóng một mạng wifi có tên là CLEAN ROBOT Để kết nối, bạn cần sử dụng điện thoại và nhập mật khẩu: qwer1234 Tiếp theo, mở trình duyệt Chrome và nhập địa chỉ IP 192.168.4.1 để truy cập vào trang cấu hình wifi cho hệ thống.
Sau khi chọn mạng wifi kết nối cho hệ thống xong bấm nút save để lưu lại
Hệ thống sau khi khởi động và kết nối wifi đèn wifi sẽ chớp 3 cái rồi tắt
1 Từ trình duyệt gõ 192.168.4.1 để vào trang cấu hình mạng wifi và Blynk cho ESP8266
Hình 4 48: Gõ 192.168.4.1 trên Chrome để vào trình duyệt
2 Bấm vào Configure WiFi sẽ suất hiện cấu hình wifi
3 ESP8266 sẽ tự động dò tất cả các mạng wifi hiện có Chọn 1 mạng cho ESP8266 kết nối và nhập password nếu có (chú ý không thay đổi mã blynkToken)
4 Bấm nút Save ESP sẽ tự khởi động lại và kết nối vào mạng và Blynk đã nhập
5 Những lần sau ESP8266 sẽ tự động kết nối vào thông tin cũ
Hình 4 49: Dò các dòng wifi hiện có
Hình 4 50: Kết nối vào Wifi
Hình 4 51: Sau khi đã kết nối Wifi
6 Ngoài ra ta có thể xem thông tin và điều khiển
Hình 4 52: Trang xem thông tin
