BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG DÀN PIN MẶT TRỜI Sinh viên thực hiện TRẦN ĐĂNG LUẬN T.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG DÀN PIN MẶT TRỜI Sinh viên thực hiện: TRẦN ĐĂNG LUẬN TRẦN HỒNG THÁI NGUYỄN VĂN TRƯỜNG Lớp: ĐIỆN K10 Hà Nội 05/2019 LỜI NÓI ĐẦU Trong sống ngày nay, nguồn điện thứ cần thiết vơ quan trọng Vì nguồn điện quan trọng thiết bị tạo điện ngày đa dạng nhiều Mà thiết bị muốn nguồn điện thường gây hại cho môi trường, đồng thường nguồn tài nguyên hóa thạch dần cạn kiệt nguồn lượng tái tạo trở thành ưu tiên hàng đầu Và nguồn lượng mặt trời loại lượng tái tạo tuyệt vời Một thiết bị lượng măt trời dùng ánh sáng mặt trời (quang năng) chuyển hóa thành điện mà giới sử dụng khuyến khích người sử dụng pin lượng mặt trời Tuy nhiên, pin mặt trời ta cố định chúng vị trí cố định hiệu suất chúng thấp Vậy để nâng cao hiệu suất , phải làm sao? Vận dụng kiến thức học khảo sát thực tế, nhóm chúng em định chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống điều khiển định hướng dàn PIN Mặt trời” Dưới hướng dẫn bảo nhiệt tình Thầy Trịnh Trọng Chưởng, nhóm em hồn thành báo cáo thời gian giao Tuy nhiên vấn đề thời gian, kiến thức hạn chế, chúng em khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì chúng em mong nhận nhiều ý kiến đánh giá, góp ý q thầy để phát triền hoàn thiện đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn ! MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH ẢNH .5 CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1.1: Mục đích yêu cầu đề tài 1.2: Cấu tạo nguyên lý Pin mặt trời .1 1.2.1: Cấu tạo 1.2.2: Nguyên lý hoạt động Pin mặt trời 1.3: Biện pháp sử dụng hiệu lượng mặt trời 1.4: Hệ thống điều hướng Pin mặt trời Việc sử dụng Pin mặt trời gắn mái nhà nhà nhằm thu lấy lượng mặt trời để sử dụng diễn phổ biến số nước giới : 1.4.1: Các hệ thống điều hướng .9 CHƯƠNG 2: Tổng quan Linh kiện .11 2.1: Arduino UNO R3 .11 2.1.1: Các chân lượng 13 2.1.2: Bộ nhớ .14 2.1.3: Các cổng vào/ra 14 2.1.4: Lập trình cho Arduino .15 2.2: PIN mặt trời (Pin lượng mặt trời poly 6Wp 9V) .15 2.3: Module LM2596 16 2.4: Động servo MG995 18 2.5: Quang trở 5mm .18 2.6: Module Bluetooth HC-06 19 2.7: Module DHT11 Đo Nhiệt Độ Và Độ Ẩm 21 2.8: Relay 12V10A Chân SRD-12VDC-SL-C .22 2.9: Cịi chip (Khơng IC) 16R 12x6.5MM .23 2.10: Túp quạt công nghiệp 24 CHƯƠNG 3: Thiết kế thi công .26 3.1: Điều khiển định hướng dàn PIN mặt trời 26 3.1.1: Thiết kế phần khung mơ hình 26 3.1.2: Sơ đồ nguyên lý 27 3.1.3: Nguyên lý hoạt động 28 3.1.4: Sơ đồ mạch in 31 3.1.5: Chương trình điều khiển Arduino .31 3.2: Hiển thị giá trị từ PIN Mặt Trời lên Android App 37 3.2.1: Nguyên lý hoạt động 37 3.2.2: Cấp nguồn cho mạch định hướng điều khiển App 38 3.2.3: Sơ đồ kết nối mạch in 39 3.2.4: Chương trình .40 Kết luận kiến nghị 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 MỤC LỤC HÌNH Ả Hình 1: Cấu tạo PIN mặt trời Hình 2: Nguyên lý hoạt động Pin mặt trời Hình 3: bình nước lượng mặt trời Hình 4: Mái nhà với PIN mặt trời Hình 5: Các loại mơ hình trục trục định hướng pin mặt trời Hình 6: Hệ thống điều khiển quay theo trục .10 Y Hình 1: Những thành viên khởi xướng Arduino .11 Hình 2: Bo mạch Arduino UNO R3 .12 Hình 3: Các cổng kết nối Arduino UNO 14 Hình 4: pin lượng mặt trời poly 6w .16 Hình 5: Mạch Giảm Áp LM2596 17 Hình 6: Các chân Mạch Giảm Áp LM2596 17 Hình 7: Động servo MG995 18 Hình 8: Quang trở 5mm 19 Hình 9: Nguyên lý làm việc quang trở .19 Hình 10: Module Bluetooth HC-06 20 Hình 11: Kích thước thực Module Bluetooth HC-06 .21 Hình 12: Cảm biến độ ẩm nhiệt độ DHT11 .21 Hình 13: Relay 12V10A Chân SRD-12VDC-SL-C 22 Hình 14: Kích thước chân Relay 12V10A chân .23 Hình 15: Cịi chip (khơng IC) 24 Hình 16: Túp quạt công nghiệp .24 Hình 17: Cơ cấu bánh trục vít 25 Hình 18: Tup quạt cơng nghiệp sử dụng mơ hình 25 Hình 1: Bản vẽ CAD mơ hình 26 Hình 2: Hình ảnh thực tế mơ hình 26 Hình 3: Sơ đồ nguyên lý 27 Hình 5: Góc quay động độ rộng xung 28 Hình 6: Công tắc chuyển chế độ 28 Hình 7: Mô mạch quang trở 29 Hình 8: Hình ảnh thực tế mạch quang trở 30 Hình 9: Mạch in mạch điều hướng 31 Hình 10: hiển thị điện áp LCD App 37 Hình 11: Sơ đồ nối DHT!! .37 Hình 12: Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm app LCD 38 Hình 13: Nút ON/OFF nguồn mạch điều hướng 39 Hình 14: Mơ linh kiện 39 Hình 15: Mạch in mạch hiển thị điều khiển App 40 CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1.1: Mục đích yêu cầu đề tài Mục đích: Tự động điều chỉnh thiết bị thu lượng Mặt Trời quay theo hướng Mặt Trời gồm hai mục đích: - Làm cho thiết thiết bị thu lượng Mặt Trời hướng phía Mặt - Trời, phát huy tối đa khả thu nhận lượng Lấy số liệu so sánh hiệu suất với trường hợp đặt thiết bị nầm cố định hướng Yêu cầu cảu đề tài: - Tìm hiểu thiết bị thu nhận lượng Mặt Trời - Thiết kế mạch điều khiển, mạch công suất, mạch điều khiển động - servo Viết chương trình điều khiển cho vi xử lí Arduino UNO R3 Khảo nghiệm, lấy số liệu so sánh hiệu suất hai trường hợp - pin đặt cố định sử dụng thiết bị tự động định hướng Đánh giá hoạt động mơ hình 1.2: Cấu tạo nguyên lý Pin mặt trời Năng lượng mặt trời nguồn lượng mà người biết sử dụng từ sớm, ứng dụng lượng mặt trời vào công nghệ sản xuất quy mơ rộng thực vào cuối kỷ 18 chủ yếu nước nhiều lượng mặt trời, vùng sa mạc Từ sau khủng hoảng lượng giới năm 1968 1973, lượng mặt trời đặc biệt quan tâm Các nước công nghiệp phát triển tiên phong việc nghiên cứu ứng dụng lượng mặt trời Các ứng dụng lượng mặt trời phổ biến bao gồm lĩnh vực chủ yếu sau: Pin mặt trời, Pin mặt trời phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ lượng mặt trời qua thiết bị biến đổi quang điện Pin mặt trời có ưu điểm gọn nhẹ lắp đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt lĩnh vực tàu vũ trụ ứng dụng lượng mặt trời dạng phát triển với tốc độ nhanh, nước phát triển Ngày người ứng dụng pin lượng mặt trời để chạy xe thay dần nguồn lượng truyền thống Tuy nhiên giá thành thiết bị pin mặt trời cịn cao, trung bình khoảng 5USD/WP, nên nước phát triển pin mặt trời có khả cung cấp lượng điện sử dụng cho vùng sâu, xa nơi mà đường điện quốc gia chưa có Việt Nam, với hỗ trợ số tổ chức quốc tế thực thành công việc xây dựng trạm pin mặt trời có cơng suất khác phục vụ nhu cầu sinh hoạt văn hoá địa phương vùng sâu, vùng xa, đồng sông Cửu Long Tây Nguyên Tuy nhiên pin mặt trời cịn hàng xa xỉ nước nghèo 1.2.1: Cấu tạo Pin mặt trời( Pin quang điện) thiết bị bán dẫn silic tinh khiết chứa lượng lớn diod p-n, thiết bị biến đổi trực tiếp lượng mặt trời thành điện Hình 1: Cấu tạo PIN mặt trời Bộ điều khiển sạc: Là thiết bị thực chức điều tiết sạc cho ắc quy, bảo vệ cho ắc quy chống nạp tải xả sâu nhắm nâng cao tuổi thọ cho bình ắc quy giúp hệ thống pin mặt trời sử dụng hiệu lâu dài Bộ điều khiển cho biết tình trạng nạp điện pin mặt trời vào ắc quy giúp cho người sử dụng kiểm soát phụ tải Bộ điều khiển thực việc bảo vệ nạp điện (>13,8 V) điện thấp ( dvert || dvert > tol) // kiem tra gia tri cac quang tro { if (avt > avd) 34 { servov = servov + 1; delay(100); if (servov > servovLimitHigh) { servov = servovLimitHigh; } } else if (avt < avd) { servov= servov- 1; delay(100); if (servov < servovLimitLow) { servov = servovLimitLow; } } vertical.write(servov); } if (-1*tol > dhoriz || dhoriz > tol) // kiem tra gia tri cac quang tro { if (avl > avr) { servoh = servoh- 1; delay(100); if (servoh < servohLimitLow) 35 { servoh = servohLimitLow; } } else if (avl < avr) { servoh = servoh + 1; delay(100); if (servoh > servohLimitHigh) { servoh = servohLimitHigh; } } else if (avl = avr) { // nothing } horizontal.write(servoh); } delay(dtime); }} 36 3.2: Hiển thị giá trị từ PIN Mặt Trời lên Android App 3.2.1: Nguyên lý hoạt động a Hiển thị giá trị điện áp đưa cảnh báo Ta đọc giá trị hiệu điện cảm biến, giá trị số hóa thành số nguyên có giá trịtrong khoảng từ đến 1023 Bây ta cần tính giá trị dòng điện: float volt = value * 10.0 /1023 Hiển thị giá trị điện áp LCD APP điên thoại, đưa cảnh báo điện áp từ PIN 5V (chuông kêu đèn ) Hình 9: hiển thị điện áp LCD App b Đọc nhiệt độ - độ ẩm xuất hình LCD Hình 10: Sơ đồ nối DHT!! 37 Cảm biến DHT11 tích hợp mạch nhất, bạn việc nối dây nguồn (Vcc, GND) dây tín hiệu (Signal) vào mạch Arduino xong Hình 11: Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm app LCD 3.2.2: Cấp nguồn cho mạch định hướng điều khiển App Tín hiệu cấp nguồn điều khiển từ ứng dụng Sử dụng nút ON/OFF hình để bật/tắt nguồn Khi ấn ON App, Arduino nhận tín hiệu đưa xử lý cấp điện vào cuộn hút Relay 12V10A Cấp nguồn cho mạch điều hướng hoạt động 38 Hình 12: Nút ON/OFF nguồn mạch điều hướng 3.2.3: Sơ đồ kết nối mạch in Hình 13: Mơ linh kiện 39 Hình 14: Mạch in mạch hiển thị điều khiển App 3.2.4: Chương trình #include #include //khai báo thư viện #include #define DHTPIN //khai báo chân cảm biến nhiệt độ độ ẩm dht11 #define DHTTYPE DHT11 DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); int OutPin = A0; // Lưu chân cảm biến char state; float volt; int h; byte t; LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2); //khai báo chân lcd void setup() { // put your setup code here, to run once: 40 Serial.begin(9600); pinMode(12, OUTPUT); pinMode(13, OUTPUT); dht.begin(); lcd.begin(16, 2); //======================hiển thị lcd lcd.setCursor(0, 0); //sét dòng lcd lcd.print("Khoi Tao: "); //hiển thị lcd delay(1000); //trễ lcd.clear(); } void dht_() { int h = dht.readHumidity(); //đọc độ ẩm byte t = dht.readTemperature(); //đọc nhiệt độ lcd.setCursor(0, 0); //sét dòng lcd lcd.print("T: "); //hiển thị lcd lcd.print(t); lcd.print("C"); lcd.setCursor(0, 1); //sét dòng lcd lcd.print("D.am: "); //hiển thị lcd lcd.print(h); lcd.print("%"); int value = analogRead(OutPin); // đọc giá trị hiệu điện cảm biến // Giá trị số hóa thành số nguyên có giá trị // khoảng từ đến 1023 float volt = value * 10.0 /1023; // Bây ta cần tính giá trị dịng điện lcd.setCursor(9, 0); //sét dịng lcd lcd.print("V:"); //hiển thị lcd lcd.print(volt); lcd.print(" "); //==================================== if(volt