NGHIÊN cứu – CHẾ tạo mô HÌNH tự ĐỘNG điều KHIỂN HƯỚNG PIN mặt TRỜI

Phụ lục 01 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU – CHẾ TẠO MƠ HÌNH TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN HƯỚNG PIN MẶT TRỜI Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Thịnh Sinh viên thực hiện: Dương Chí Hiếu Trần Văn Hào Lớp: 18DT1 Đà Nẵng, … /20.… Phụ lục 01 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU – CHẾ TẠO MƠ HÌNH TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN HƯỚNG PIN MẶT TRỜI Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Thịnh Sinh viên thực hiện: Dương Chí Hiếu Trần Văn Hào Lớp: 18DT1 Đà Nẵng, … /20… NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN TÓM TẮT Tên đề tài: Nghiên Cứu – Chế Tạo Mơ Hình Tự Động Điều Khiển Hướng Pin Mặt Trời Sinh viên thực hiện: Dương Chí Hiếu Trần Văn Hào - 1811505410109 Lớp: 18DT1 Chương : Tổng Quan Về Hệ Thống - Chương trình bày trạng phát triển yếu tố ảnh hưởng đến hiệu hoạt động pin - Đặt vấn đề Chương : Cơ Sở Lý Thuyết - Chương tìm hiểu pin trình chuyễn hoá lượng pin lượng mặt trời - Tìm hiểu ắc quy trình sạc – xả điện cho ắc quy Chương : Thiết Kế Tính tốn - Chương tìm hiểu lựa chọn linh kiện cho phù hợp Chướng Thi Công Hệ Thống - Chương lắp ráp chế tạo mơ hình hồn chỉnh Chương Đánh Giá Và Hướng Phát Triển - Chương đánh giá đưa hướng phát triển i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: ThS NGUYỄN VĂN THỊNH Sinh viên thực hiện: DƯƠNG CHÍ HIẾU Mã SV: 1811505410112 TRẦN VĂN HÀO Mã SV: 1811505410109 Thời gian thực : Từ ngày: 14/02/2022 đến ngày 27/05/2022 Mục tiêu Mục đích: Phát triển lý thuyết tính tốn hệ thống lượng mặt trời tự điều hướng, đồng thời tiến hành kiểm nghiệm so sánh hiệu suất pin hệ thống cố định đặt mơ hình tự diều hướng pin mặt trời Mục tiêu: Thực nghiệm đánh giá hiệu mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời tính hiệu suất chênh lệch khơng sử dụng mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời loại pin Nội dung  Tạo mơ hình điều khiển pin mặt trời  Viết chương trình giao tiếp cảm biến, truyền nhận từ khối với  Thiết kế thi cơng mơ hình  Viết báo cáo Kết dự kiến đạt Hoàn thành mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời hoạt động ổn định cơng suất nhỏ Từ làm tiền đề để chế tạo mơ hình cỡ lớn, trạm điện mặt trời công nghệ cao, giúp phần giảm gánh nặng cho hệ thống lưới điện Hệ thống tự động điều hướng pin mặt trời làm cỡ nhỏ, có ưu điểm kết cấu gọn nhẹ, dễ chế tạo, dễ thi công lắp đặt, giá thành thấp Có thể thu thập ánh sáng tốt, không địa điểm khảo sát, mà nhiều nơi khác Vì loại mơ hình ứng dụng đại trà, chế tạo hàng loạt để người dân dễ tiếp cận Tiến độ thực dự kiến TT Thời gian Nội dung công việc Tuần 1,2 Gặp giảng viên hướng dẫn trao đổi đề tài đồ án tốt nghiệp ii Kết dự kiến đạt GVHD duyệt đề tài Tuần Viết đề cương lịch trình thưc đồ án tốt nghiệp Nêu ý nội dung có đồ án Tuần 4, 5, Tìm hiểu linh kiện, vẽ sơ đồ nguyên lý, sơ đồ khối Viết chương trình Nắm rõ linh kiện thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch Tuẩn 8, 9,10,11 Thi công sản phẩm lắp đặt mơ hình Tạo mơ hình phân loại sản phẩm Tuần 12 Kiểm tra mô hình chạy thử nghiệm Hồn thành nhiệm vụ ban đầu đặt Tuần 13, 14, 15 Chạy thử chỉnh hệ thống Đánh giá kết đạt được, viết báo cáo Hoàn thiện hệ thống phân loại sản phẩm Bảo vệ đồ án BỘ MÔN DUYỆT Đà nẵng, ngày tháng… năm 2022 NGƯỜI HƯỚNG DẪN SINH VIÊN iii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, chúng em xin chân thành biết ơn Ths.Nguyễn Văn Thịnh người hướng dẫn trực tiếp ln theo sát tận tình hướng dẫn em tường bước suốt trình thực thiện đồ án tốt nghiệp này, giúp em hoàn thành đồ án cách hoàn thiện thời hạn Em xin gửi đến tất quý thầy cô trường đại học sư phạm kỹ thuật – đại học Đà Nẵng, đặt biệt thầy cô môn điện tử - viễn thông, khoa điện – điện tử lời biết ơn chân thành nhất, người tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho sinh viên chúng em, để hồn thành tốt chương trình học công việc sau Cuối cùng, em xin cảm ơn tất gia đình , bạn bè người quan tâm, giúp đỡ em hoàn thành đồ án Xin chân thành cảm ơn! Dương Chí HIếu Trần Văn Hào iv CAM ĐOAN Đề tài: “ Nghiên Cứu – Chế Tạo Mơ Hình Tự Động Điều Khiển Hướng Pin Mặt TRời” đề tài nhóm tự thực dựa vào tham khảo số tài liệu trước khơng chép tài liệu hay cơng trình khác Đã bổ sung, cập nhập theo yêu cầu giảng viên phản biện hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp họp ngày 17, 18/06/2022 Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực v Và mức độ dẫn điện quang trở tùy thuộc vào photo hấp thụ Khi mà ánh sáng lọt vào quang trở, electron giải phóng độ dẫn điện tăng lên Do đó, chất bán dẫn quang trở có phản ứng với loại sóng photo  Ưu điểm: nói giá thành rẻ, đa dạng kích cỡ ứng dụng cho bo mạch Hiện kích thước phổ biến đường kính mặt 10mm Đặc biệt khả tiêu thụ lượng điệ tiêu thụ điện áp hoạt động tương đối nhỏ  Nhược điểm: có thời gian phản hồi chậm dẫn đến độ xác khơng cao thiết bị khác Theo thơng số đo thời gian phản hồi nằm khoảng từ hàng chục đến hàng trăm mili giây 3.6 CHỌN MÀN HÌNH HIỂN THỊ THƠNG TIN HỆ THỐNG LCD (Liquid Crystal Display) sử dụng nhiều ứng dụng Vi điều khiển Điều Khiển LCD có nhiều ưu điểm so với dạng hiển thị khác Nó có khả hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn tài nguyên hệ thống giá thành rẻ… Thông số kỹ thuật:  Điện áp hoạt động: 5V  Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm  Chữ trắng, xanh  Khoảng cách hai chân kết nối 0.1inch tiện dụng kết nối với Breadboard  Đèn led dùng biến trở PWM điều chình độ sáng thích hợp  Có thể điều khiển với dây tín hiệu Hình 11: Màn hình LCD 41 SVTH:Dương Chí Hiếu, Trần Văn Hào GVHD:Th.s Nguyễn Văn Thịnh Module I2C hiển thị LCD LCD có nhiều chân gây khó khăn trình kết nối chiếm dụng nhiều chân vi điều khiển? Module chuyển đổi I2C cho LCD giải vấn đề cho bạn, thay sử dụng tối thiểu chân vi điều khiển để kết nối với LCD (RS, EN, D7, D6, D5 D4) với module chuyển đổi bạn cần sử dụng chân (SCL, SDA) để kết nối Module chuyển đổi I2C hỗ trợ loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 1602, LCD 2004, … ), kết nối với vi điều khiển thơng qua giao tiếp I2C, tương thích với hầu hết vi điều khiển Ưu điểm  Tiết kiệm chân cho vi điều khiển  Dễ dàng kết nối với LCD Hình 12: Module I2C LCD Thông số kĩ thuật  Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC  Hỗ trợ hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780)  Giao tiếp: I2C  Địa mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh ngắn mạch chân A0/A1/A2)  Kích thước: 41.5mm(L)x19mm(W)x15.3mm(H)  Trọng lượng: 5g  Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD ngắt  Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD 42 SVTH:Dương Chí Hiếu, Trần Văn Hào GVHD:Th.s Nguyễn Văn Thịnh 3.7 LỰA CHỌN MẠCH HẠ ÁP CHO BO MẠCH ĐIỀU KHIỂN Toàn mạch điều khiển động Servo hoạt động 5VDC nguồn cấp điện cho mạch ắc quy 12V, điều đặt yêu cầu phải có mạch điện đảm nhiệm việc hạ áp xác xuống 5VDC ổn định điện áp để cấp cho mạch hoạt động với yêu cầu sau đây:  Điện áp vào: 10V – 26V  Điện áp ra: 5VDC  Dòng điện ra: >1.5A Với yêu cầu ta có nhiều lựa chọn, chúng tơi chọn module LM2596 để đảm nhận việc LM2596 IC hạ áp sử dụng phổ biến Phiên điều chỉnh nhận điện áp đầu vào từ 4,5V đến 40V chuyển đổi thành nguồn điện áp thay đổi với dòng điện liên tục lên tới 3V Khả dịng điện cao thường sử dụng module nguồn để cấp nguồn điều khiển tải nặng Hình 13: IC Lm2596 Đặc tính thơng số kỹ thuật LM2596  IC giảm áp 3A  Có điều chỉnh 3.3V, điều chỉnh 5V, điều chỉnh 12V điều chỉnh biến đổi  Điện áp đầu vào: 4,5V đến 40V  Điện áp đầu tối thiểu: 3,16V 43 SVTH:Dương Chí Hiếu, Trần Văn Hào GVHD:Th.s Nguyễn Văn Thịnh  Dòng điện đầu liên tục: 3A  Dòng đầu đỉnh: 6.9A  Tần số chuyển mạch: 150KHz  Gói To-220 To-263 LM2596 biết đến với định mức dịng điện cao 3A Nó có nhiều phiên với điện áp đầu cố định 3.3V, 5V 12V Nhưng, tiếng LM2596-ADJ có điện áp đầu thay đổi Về bản, IC chuyển đổi buck hoạt động tần số chuyển mạch 150KHz, nhận điện áp đầu vào sử dụng mạch chuyển mạch bên để điều chỉnh điện áp đầu mong muốn Nó có hiệu suất cao tích hợp chức ngắt nhiệt giới hạn dịng điện Vì vậy, bạn tìm kiếm IC chuyển đổi dòng điện cao nhỏ gọn, dễ sử dụng LM2596 lựa chọn phù hợp LM2596 dễ sử dụng u cầu linh kiện Điện áp không điều chỉnh cấp cho chân (Vin) qua tụ lọc để giảm nhiễu đầu vào Chân ON / OFF chân kích hoạt (chân 5) phải nối với đất để kích hoạt IC Nếu đặt mức cao, IC chuyển sang chế độ tắt ngăn chặn dòng điện rò rỉ Tính hữu ích để tiết kiệm điện đầu vào hoạt động qua pin Chân feedback chân quan trọng thiết lập điện áp đầu Nó cảm nhận điện áp đầu dựa giá trị điện áp đầu này, tần số chuyển mạch công tắc bên điều chỉnh để cung cấp điện áp đầu mong muốn Cuối điện áp đầu thu thông qua chân thông qua lọc LC Sơ đồ mạch đầy đủ bên dưới, bạn thường tìm thấy mạch module chuyển đổi DC LM2596 Hình 14: Sơ đồ nguyên lý module LM2596 44 SVTH:Dương Chí Hiếu, Trần Văn Hào GVHD:Th.s Nguyễn Văn Thịnh 3.8 THIẾT KẾ KHUNG ĐỠ TẤM PIN Với hành trình mặt trời ổn định quỹ đạo đông – tây, ta cần thiết kế pin di chuyển với trục quay đủ hiệu Bên cạnh đó, việc thiết kế với trục quay so với trục quay giúp giảm chi phí nhiều mà lại tăng độ cứng vững hệ thống Phần khung đỡ thiết kế để gia công CNC với vật liệu mica kết hợp với thép chi độ cứng vững tốt Hình 15: Thiết kế khung đỡ phần mềm Hình 16: Kết cấu khung đỡ gia công thực tế 45 SVTH:Dương Chí Hiếu, Trần Văn Hào GVHD:Th.s Nguyễn Văn Thịnh 3.9 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỆN VÀ CHỨC NANG LINH KIỆN Hình 17: Sơ đồ nguyên lý mạch điện  Điện áp từ pin mặt trời đưa vào mạch thông qua cổng kết nối J1 Sau diode D1 dẫn điện vào mạch  Diode D1 có tác dụng chống lắp ngược cực pin mặt trời vào mạch, đồng thời ngăn chặn dòng điện ngược từ ắc quy chạy ngược pin điều kiện ánh sáng  Điện áp pin đo đạc liên tục vi điều khiển thông qua mạch cầu phân áp R2 R3  Diode zenner D2 có tác dụng khóa an tồn cho đọc điện áp, đề phòng trường hợp đấu nối sai, không làm hư hỏng vi điều khiển  Điện áp từ pin mặt trời điện trở R1 nắn, định dòng nạp cho ắc quy  Role RL1 đảm nhiệm việc đóng, cắt dịng điện nạp cho ắc quy Khi ắc quy nạp đến ngưỡng điện áp đầy phải ngắt sạc để đảm bảo an toàn cho ắc quy  Điện áp ắc quy theo dõi liên tục nhờ vào cặp điện trở phân áp R4, R5 Diode zenner D3 tham gia vào mạch để đảm bảo an toàn cho mạch phân áp không bị vọt áp làm cháy vi điều khiển 46 SVTH:Dương Chí Hiếu, Trần Văn Hào GVHD:Th.s Nguyễn Văn Thịnh  Điện áp 12VDC từ ắc quy module LM2596 (U2) ổn áp thành 5V để cấp cho mạch điều khiển hoạt động  J3 jack kết nối servo để điều khiển động xoay pin mặt trời  LDR1, R7 LDR2, R8 tạo thành cụm cảm biến ánh sáng Cụm cảm biến kết hợp với vách che ánh sáng cho ta biết vị trí hướng sáng mặt trời so với pin để ta điều khiển pin di chyển tương ứng để lấy ánh sáng mạnh  Các thông số hệ thống hiển thị lên hình thơng qua module I2C LCD (L1) Lưu đồ thuật toán hệ thống 47 SVTH:Dương Chí Hiếu, Trần Văn Hào GVHD:Th.s Nguyễn Văn Thịnh CHƯƠNG 4: THI CƠNG HỆ THỐNG Các hình ảnh thực tế bo mạch mơ hình Hình 1: Bo mạch gia cơng hồn thiện Gồm thiết bị sử dụng bo mạch:  Module I2C LCD  module LM2596  Cảm biến cường độ ánh sáng – quang trở  Arduino nano  Relay  Ắc quy Ba nút nhấn bo mạch:  Nút giữa: chuyển chế độ tự động,lúc pin xoay hướng mặt trời  Nút nhấn bên trái : chuyển chế độ thủ công, nhấn nút bên trái pin xoay nằm nghiêng xuống  Nút nhấn bên phải:chuyển chế độ thủ công,nhất nút bên phải pin xoay nằm nghiêng lên 48 SVTH:Dương Chí Hiếu, Trần Văn Hào GVHD:Th.s Nguyễn Văn Thịnh Hình 2: Vị trí động servo mơ hình  Động servo có nhiệm vụ thực chức dùng để điều khiển xoay pin theo hướng mặt trời trạng thái tự động thủ cơng tùy thuộc vào người điều khiển Hình 3: Mạch điện hồn chỉnh với hình hiển thị đầy đủ thông số     So : điện áp pin Ac : điện áp ắc quy 0.03A : dòng điện sạc vào ắc quy 0.35w: Công suất pin tạo 49 SVTH:Dương Chí Hiếu, Trần Văn Hào GVHD:Th.s Nguyễn Văn Thịnh Hình 4: Tấm pin vận hành thực tế vị trí nằm ngang  Như hình 4.4 cho ta thấy cách vận hành pin mặt trời hướng 12h lúc mặt trời chiếu thẳng vng góc 90o với mặt phẳng pin lúc pin hoạt động tối đa Hình 5: Sản phảm hoàn thiện  Sản phẩm hoàn thiện đầy đủ chức hoạt động đề tài với thiết kể đơn giản, nhỏ gọn, dễ dàng việc sử dụng lắp ráp nơi cần sử dụng Tuy nhiên sản phẩm đáp ứng nhu cầu đơn giản, không triển khai hoạt động quy mô lớn 50 SVTH:Dương Chí Hiếu, Trần Văn Hào GVHD:Th.s Nguyễn Văn Thịnh KẾT QUẢ, ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN KẾT QUẢ Hồn thành mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời hoạt động ổn định công suất nhỏ Từ làm tiền đề để chế tạo mơ hình cỡ lớn, trạm điện mặt trời công nghệ cao, giúp phần giảm gánh nặng cho hệ thống lưới điện Hệ thống tự động điều hướng pin mặt trời làm cỡ nhỏ, có ưu điểm kết cấu gọn nhẹ, dễ chế tạo, dễ thi công lắp đặt, giá thành thấp Có thể thu thập ánh sáng tốt, không địa điểm khảo sát, mà nhiều nơi khác Vì loại mơ hình ứng dụng đại trà, chế tạo hàng loạt để người dân dễ tiếp cận Bộ sản phẩm mơ hình bao gồm:  Mơ hình điều hướng pin mặt trời hoạt động ổn định, xác  Công suất pin tối ưu  Phần điều khiển sạc ắc quy hoạt động xác, ngắt sạc lúc phận đo, báo, tính tốn điện áp, cơng suất hoạt động xác ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN  Hệ thống hoạt động ổn định, hiệu quả, đạt mong muốn đề  Có thể tiếp tục nghiên cứu, cải tiến, áp dụng vào thực tế  Có thể đưa mơ hình ứng dụng điện mặt trời vào nơng nghiệp trơng trọt lẫn chăn ni.( dùng sấy khơ sản phẩm, chăn ni thuỷ sản ứng dụng điện mặt trời việc tái tạo hệ thống oxi )  Có thể lắp đặt, cung cấp cho điện đường nơi vùng sâu vùng xa  Ứng dụng vào việc cung cấp nguồn điện cho thiết bị di động như: - Trạm lượng mặt trời - Balo lượng mặt trời - Thùng rác lượng mặt trời…  Cũng áp dụng vào sinh hoạt gia đình (làm hệ thống sưởi ấm, làm mát, thơng gió, làm nước nóng…) 51 SVTH:Dương Chí Hiếu, Trần Văn Hào GVHD:Th.s Nguyễn Văn Thịnh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Thu Hà, Trương Thị Bích Ngà, Nguyễn Thị Lưỡng, Bùi Thị Tuyết Đan (), Giáo trình Điện tử [2] PGS TS Đỗ Huy Giác - TS Phan Trọng Hanh - TS Phạm Minh Nghĩa (2016), Lý thuyết mạch, NXB Thông tin truyền thông [3] Trần Trọng Minh (2015), Giáo trình Điện tử cơng suất, NXB Giáo dục Việt Nam [4] TS Nguyễn Ngọc Cương (2017), Giáo trình Tin học sở, NXB Thông tin truyền thông [5] arduino.cc [6] arduino.vn [7] https://vuphong.vn/cau-tao-pin-nang-luong-mat-troi/ [8] https://arduinokit.vn/dong-co-servo-la-gi/ [9] http://www.phanphoiacquy.com.vn/tin-tuc/254-cau-tao-va-nguyen-ly-hoatdong-cua-ac-quy-axit lead-acid-battery.htm Sinh viên thực hiện: Người hướng dẫn: 52 PHỤ LỤC Code Nano #include Servo DC; int S = 90; #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x3f,16,2); #define QT_DONG analogRead(A3) #define QT_TAY (int)(analogRead(A2)*1.4) //Tang goc quay ve huong dong #define NGAT_SAC 12 float SUM_VOL_PIN, SUM_VOL_ACQUY,VOL_PIN, VOL_ACQUY, DONGDIEN, P_NAP; int demchuky = 0; void setup() { lcd.init(); lcd.backlight(); Serial.begin(9600); DC.attach(6); for(int i = 90; i>50; i ){ DC.write(i); delay(40); } for(int i = 50; i90; i ){ DC.write(i); delay(40); } pinMode(NGAT_SAC,OUTPUT); } void loop() { // Serial.println(analogRead(A0)/35.02); //pinMtroi // Serial.println(analogRead(A1)/35.84); // ACquy demchuky++; SUM_VOL_PIN += analogRead(A0)/35.02; SUM_VOL_ACQUY += analogRead(A1)/35.84; if(demchuky == 20){ Phụ lục VOL_PIN = SUM_VOL_PIN / demchuky; VOL_ACQUY = SUM_VOL_ACQUY / demchuky; demchuky=0;SUM_VOL_PIN =0;SUM_VOL_ACQUY=0; if(digitalRead(NGAT_SAC)==0){ DONGDIEN = (VOL_PIN - 0.6 - VOL_ACQUY)/10; } else{DONGDIEN = 0;} if(DONGDIEN < 0){DONGDIEN = 0;} P_NAP = VOL_PIN * DONGDIEN; if(VOL_ACQUY>= 14.4){digitalWrite(NGAT_SAC,1);} if(VOL_ACQUY