NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Em xin chân thành ả cm ơn tất Thầy Cô Giáo nhà trường, quý thầy cô khoa Điện- Điện Tử trường Đại Học Tôn Đức Thắng tận tình dạy dỗ em suốt năm qua Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc Thầy Lê Quang Đức, người tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận án NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Ngày tháng năm Giảng viên hướng dân NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Ngày tháng năm Giảng viên phản biện Danh mục hình vẽ độ Hình 1.1: Hệ toạ độ chân trời Hình 1.2: Hệ toạ độ xích đạo Hình 1.3: Hệ toạ độ hồng đạo Hình 1.4: Hình thơng số quỹ đạo Hình 1.5: Góc thiên thể quỹ đạo Hình 4.1: Sơ đồ khối IC L298 Hình 4.2: Sơ đồ chân IC L298 Hình 4.3: Sơ đồ chân IC DS1307 Hình 4.4: Cách đấu nối DS1307 Hình 4.5: Sơ đồ khối DS1307 Hình 4.6: Mạch tạo giao động ngồi Hình 4.7: Sự truyền nhận liệu chuỗi dây Hình 4.8: Sơ đồ đồng thời gian thực viêc đọc ,ghi liệu DS1307 Hình 4.9: Vi điều khiển PIC16F877A/PIC16F874A dạng sơ đồ chân Hình 4.10: Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A Hình 4.11: Bộ nhớ chương trình PIC16F877A Hình 4.12: Sơ đồ nhớ liệu PIC16F877A Hình 4.12: Sơ đồ khối khối truyền liệu USART Hình 4.13: Sơ đồ khối khối nhận liệu USART Hình 4.14: Sơ đồ chân IC 74HC74 Hình 4.15:Sơ đồ khối IC 74HC74 Hình 5.1 BUS I2C thiết bị ngoại vi Hình 5.2 Kết nối thiết bị vào bus I2C chế độ chuẩn (Standard mode) chế nhanh (Fast mode) Hình 5.3 Truyền nhận liệu chủ/tớ Hình 5.4 Điều kiện START STOP bus I2C Hình 5.5 Quá trình truyền bit liệu Hình 5.6 Dữ liệu truyền bus I2C Hình 5.7 Bit ACK bus I2C Hình 5.8 Lưu đồ thuật tốn q trình trung nhận liệu Hình 5.9 Cấu trúc byte liệu Hình 5.10 Quá trình truyền liệu Hình 5.11 Ghi liệu từ chủ đến tớ Hình 5.12 Đọc liệu từ thiết bị tớ Hình 5.13.Quá trình phối hợp đọc/ghi liệu Hìn 5.14 Cấu trúc khối I2C PIC LỜI MỞ ĐẦU Hiện có nhiều cách để sản xuất điện từ gió, nước, dầu, hạt nhân, lượng mặt trời… Nhưng Năng lượng mặt trời (NLMT) nguồn lượng thiên nhiên quý giá vô tận thân thiện với môi trường Khai thác tối đa nguồn lượng mặt trời mắt xích quan trọng chiến lược giới với định hướng Phát triển nguồn lượng nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế ngày tăng Đồng thời nỗ lực giảm mạnh phát thải khí "nhà kính" CO nhằm ngăn chặn mối hiểm họa biến đổi khí hậu tồn cầu Hiện giới tất nước đẩy mạnh việc khai thác lượng từ mặt trời Để công suất lớn khai thác điện từ Pin mặt trời phải đảm bảo góc chiếu từ mặt trời xuống Pin mặt trời phải góc 900 Nhưng biết mặt trời thay đổi theo ngày theo tháng năm Vậy để nguồn lượng có cơng suất lớn Pin mặt trời điều khiển quay hướng theo mặt trời Chúng em l ý tư ởng để làm đề tài nghiên cứu luận văn Luận văn chúng em trình bày cách thiết kế, thi cơng điều khiển lượng quay theo hướng mặt trời để tối ưu lượng quan thu Vì thực thời gian ngắn nên dù cố gắng luận văn chúng em hẳn cịn hạn chế sai sót Chúng em mong nhận góp ý thầy bạn bè CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ HỆ MẶT TRỜI VÀ CƠNG THỨC TÍNH TỐN 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CẦN THIẾT CHO TÍNH TỐN Để tính tốn vị trí mặt trời chúng em tham khảo cơng thức thiên văn học từ số webside uy tín số giáo trình thiên văn học đại 1.1.1 Hệ tọa độ: a Hệ tọa độ chân trời (horizontal coordinates): Là hệ toạ độ gắn liền với người quan sát Gồm hai giá trị độ cao thiên thể so với đường chân trời hướng thiên thể so với hướng bắc theo chiều kim đồng hồ Hình 1.1: Hệ toạ độ chân trời Ký hiệu Alt: độ cao, đơn vị độ, phút, giây Az: độ phương, đơn vị độ, phút, giây b Hệ tọa độ xích đạo (equatorial coordinates): Sử dụng mặt phẳng xích đạo làm mặt phẳng tham chiếu Hình 1.2: Hệ toạ độ xích đạo Vì tọa độ hệ không thay đổi theo thời gian (nếu bỏ qua tiến động) nơi quan sát nên dùng để ghi lại toạ độ thiên thể Ký hiệu: RA: xích kinh, đơn vị giờ, phút, giây Dec: xích vĩ, đơn vị độ, phút, giây c Hệ tọa độ hoàng đạo (ecliptic coordinates): Sử dụng mặt phẳng hoàng đạo làm mặt phẳng tham chiếu (có tâm Mặt trời) Hệ sử dụng giá trị hoàng kinh hoàng vĩ, tương t ự kinh độ vĩ độ Trái đất coi Mặt trời nằm tâm Trái đất Hình 1.3: Hệ toạ độ hồng đạo Điểm gốc điểm xuân phân, theo ngược chiều kim đồng hồ Ký hiệu: • Long: hồng kinh, đơn vị độ, phút, giây • Lat: hồng vĩ, đơn vị độ, phút, giây d Hệ toạ độ người quan sát Trái đất – hệ toạ độ địa lý: Sử dụng kinh độ vĩ độ Có thể sử dụng Google Maps để xác định vị trí Ký hiệu oLong oLat e Các hệ toạ độ tham chiếu: Hệ toạ độ lấy Mặt trời làm tâm (heliocentric) Hệ toạ độ lấy Trái đất làm tâm (geocentric), khơng tính đến bán kính trái đất Hệ toạ độ bề mặt Trái đất (topocentric), có tính đến bán kính trái đất, ảnh hưởng đến toạ độ Mặt trăng vệ tinh nhân tạo Thời gian thiên văn: a Giờ quốc tế (Universal Time): Là quốc tế nơi quan sát, khác với địa phương Ở Việt Nam UT = VN – Ký hiệu: UT, đơn vị giờ, phút, giây 1.1.2 b Giờ Mặt trời (Greenwich Sidereal Time): Là điểm xuân phân kinh tuyến gốc Ký hiệu: GST, đơn vị giờ, phút, giây Dùng để tính LST c Giờ Mặt trời địa phương (Local Sidereal Time): Là Mặt trời vị trí quan sát Ký hiệu: LST, đơn vị giờ, phút, giây d Góc (Hour Angle): Xem hình vẽ hệ tọa độ xích đạo Ký hiệu: HA, đơn vị giờ, phút, giây e Ngày Julian: Là số ngày (dạng thập phân) tính từ trưa Greenwich ngày tháng năm 4713 trước cơng ngun, dùng để tính tốn GST LST Ký hiệu: JD Các thông số thiên thể: Đối với thiên thể nói chung cần tính tốn vị trí đủ, cịn đ ối với hành tinh, chổi tiểu hành tinh có thêm thơng số sau: a Độ sáng biểu kiến: Độ sáng biểu kiến (m) của một thiên thể là thước đo độ sáng của nó quan sát từ Trái Đất , giá trị được tiêu chuẩn không có ảnh hưởng của không khí Nếu thiên thể càng sáng thì giá trị độ sáng của nó càng nhỏ Độ sáng biểu kiến của một số thiên thể quen thuộc: Mặt Trời: -26,74 Trăng tròn: -12,6 Sirius: -1,44 Arcturus: -0,05 Vega: 0,03 Spica: 0,98 Barnard's Star: 9,54 Proxima Centauri: 11,01 1.1.3 b Pha: Là phần chiếu sáng Mặt trời, đơn vị độ, phút, giây Pha = nhìn thấy tồn thiên thể = 90 thấy nửa = 180 bắt đầu chu kỳ pha c Góc nhìn biểu kiến: Là góc nhìn thấy thiên thể từ trái đất, đơn vị thường phút, giây d Thời gian mọc lặn: Tính giờ, phút, giây Đối với có xích vĩ l ớn 90 –vĩ độ quan sát không lặn… e Các thông số quỹ đạo (The orbital elements): Hình 1.4: Hình thơng số quỹ đạo Bán kính trục chính, khoảng cách trung bình đ ến Mặt trời (semi major axis), ký hiệu a Tâm sai:độ sai khác đường tròn elip, ký hiu e ã e=0 l ng trũn ã e=0ữ1 elíp Trong viết ta đề cập đến việc sử dụng giao tiếp I2C loại PIC có tích hợp khối I2C sẵn nó, mà cụ thể vi điều khiển PIC16F877A Đặc điểm phần cứng Hình cấu trúc phần cứng khối điều khiển Giao tiếp nối tiếp đồng (MSSP) hoạt động chế độ I2C Khối I2C có dầy đủ chức năng, hoạt động chế độ MASTER (chủ) SLAVE (tớ), có ngắt xảy có điều kiện START hay STOP xảy ra, nhằm định rõ đư ờng I2C có đổi hay khơng ( chức Multi‐master ) Chế độ địa 7‐bit hay 10‐bit Khối I2C có ghi điều khiển hoạt động, là: − SSPCON: Thanh ghi điều khiển − SSPCON2: Thanh ghi điều khiển thứ − SSPSTAT: Thanh ghi trạng thái − SSPBUF: Thanh ghi đệm truyền nhận − SSPSR: Thanh ghi dịch − SSPADD: Thanh ghi địa Các ghi SSPCON, SSPBUF, SSPADD SSPSON2 truy cập đọc/ghi Thanh ghi SSPSR truy cập trực tiếp, ghi dich liệu hay vào Các ghi SSPCON, SSPCON2 SSPSTAT định địa bit, bit có chức riêng Ý nghĩa ghi bit ghi đề cập kỹ tài liệu Datasheet PIC tài liệu TUT04.02.PVN.MAFD bạn Mạnh, không đề cập thêm Trong tài liệu nayg tập trung vào việc sử dụng khối I2C PIC chế độ Master Slave phần mềm biên dịch C cho PIC CCS Hìn 5.14 Cấu trúc khối I2C PIC 57 5.2 CÁCH THỨC SỬ DỤNG I2C TRONG CCS Trong việc lập trình cho PIC sử dụng giao tiếp I2C ứng dụng, người lập trình thực cách dễ dàng với trình dịch CCS Nói dễ dàng mặt cú pháp lệnh, ta khơng cần sử dụng nhiều câu lệnh khó nhớ lập trình ASM Việc khởi tạo, chọn chế độ hoạt động thực giao tiếp I2C có hàm dựng sẵn CCS thực Các hàm liệt kê phiên CCS 3.242, là: − i2c_isr_state(): Thơng báo trạng thái giao tiếp I2C − i2c_start(): Tạo điều kiện START − i2c_stop(): Tạo điều kiện STOP − i2c_read(): Đọc giá trị từ thiết bị I2C, trả giá trị bit − i2c_write(): Ghi giá trị bit đến thiết bị I2C Để sử dụng khối I2C ta sử dụng khai báo sau: #use i2c(chế_độ, tốc độ, sda = PIN_C4, scl=PIN_C3) − Chế độ: Master hay Slave − Tốc độ: Slow (100KHz) hay Fast (400KHz) − SDA SCL chân i2c tương ứng PIC Sau khai báo trên, ta sử dụng hàm nêu để thực hiện, xử lý giao tiếp i2c với thiết bị ngoại vi khác 58 CHƯƠNG 6: GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH Start Giải thuật xử lý: Y Phím mode nhấn Điều chỉnh thời gian N Y Hiển thị thời gian raLCD N 17h đến 7h Xoay ngang lượng nghỉ Y N N 7h đến 17h Y N Gía trị phút 50 đếnn 59 Y Tính tốn vị trí từ giá trị thời gian Điều khiển vị trí động Điều khiển vị trí động 59 Giao tiếp với DS1307 (ic thời gian thực): Start Lưu giá trị thời gian vào DS1307 Qt phím Phím mode nhấn Y Vào chương trình chỉnh thời gian N Cập nhật giá trị thời gian từ DS1307 Hiển thị giá trị thời gian lên LCD 60 Giải thuật điều chỉnh thời gian: Phím mode nhấn Chỉnh Chỉnh phút Chỉnh giây Chỉnh ngày Chỉnh tháng Chỉnh năm Lưu giá trị thời gian vào DS1307 61 Giải thuật chương trình chỉnh tăng giảm giá trị: Chỉnh thời gian Y Phím (+) đựơc nhấn Tăng 200ms phím giữ N Phím (-) đựơc nhấn Y Giảm 200ms phím giữ Lệnh điều chỉnh khác 62 Giải thuật điều khiển vị trí động cơ: Điều khiển vị trí động Nhập giá trị vị trí tính tốn So sánh vị trí với giá trị N Y Dừng động Y N Kiểm tra lại vị trí 63 J1 pin3v J2 12v C5 C4 33p 33p VCC SW3 Y2 32,687khz C10 104 SW KEY -SPST U1 X1 X2 VBAT VCC DS1307 C6 104 R9 4k7 CON3 J7 SW1 VOUT reset 4k7 R SDA SCL VIN U2 SQW/OUT C8 1000uf 7805 GND GND Điện CHƯƠNG 7: Sơ Đồ Mạch 7.1 MẠCH ĐIỀU KHIỂN VCC J6 10k R J4 C2 10u 3 CON6 CON3 C1 C3 33p 33p VCC C9 C7 470uf 104 R1 2k2 15 16 17 18 23 24 25 26 13 Y1 20mhz 14 12 31 VCC RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD R2 10k RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS*/C2OUT RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 MCLR*/VPP PVN1 RC0/T1OSO/T1CKI RC1/T1OSI/CCP2 RC2/CCP1 RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT OSC1/CLKIN VDD VDD RE0/RD*/AN5 RE1/WR*/AN6 RE2/CS*/AN7 PIC16F877A OSC2/CLKOUT VSS VSS D1 LED 33 34 35 36 37 38 39 40 19 20 21 22 27 28 29 30 10 11 32 LCD1 LCD LCD VSS VDD VEE RS RW ENB D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A K VCC J9 CON3 CON3 J5 10 11 12 13 14 15 16 R3 R SW2 VCC SW KEY -SPST HT2 giam SW7 HT1 SW8 SW6 SW5 tang R8R7R6R5R4 RRRRR mode SW4 VCC J8 Nap pic 64 7.2 MẠCH ĐỘNG CƠ J8 nguonE1 VCC J9 nguonE2 J2 J1 inDC1 inDC2 J3 DK 2 C1 100uf R1 0.5 VCC C2 104 10 12 15 11 J6 nguon DC 1A1 1A2 2Y 2Y 1Y 1Y U1 2A1 2A2 1E 2E 1EN 2EN VCC1 VCC2 L298 VDC D1 DIODE D2 DIODE D3 DIODE C4 100uf D4 DIODE J4 D8 DIODE DC2 J5 D7 DIODEDIODE DC1 D6 13 14 D5 DIODE C3 104 65 VCC nguon12v 1 SW KEY -SPST C6 104 C5 1000uf VIN 2 GND U2 SW1 J7 7805 VOUT C8 470uf C7 104 R2 D9 LED 2k2 Layout mạch: 66 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Viết Trinh, Nguyễn Đình Nỗn, Giáo trình thiên văn, NXBGD 1995 [2] Phạm Viết Trinh, Thiên văn mơ NXBGD 1995 [3] Lương Dun Bình, Vật lý đại cương 1,2,3 NXBGD 1996 [4] Trần Quôc Hà, Giáo trình thiên văn học đại cương [5] Khương Cơng Minh, Giáo trình truyền động tự động [6] Hồ Trung Mỹ, Giáo trình vy xử lý NXBTPHCM 2006 [7] www.vietatro.org [8]www.picvietnam.com [9]www.dientuvietnam.net MỤC LỤC CHƯƠNG 1: Tìm hiểu hệ mặt trời cơng thức tính tốn……………………………………………….6 1.1 Các khái niệm cần thiết cho tính tốn………………… 1.1.1 Hệ tọa độ 1.1.2 Thời gian thiên văn 1.1.3 Các thông số thiên thể 1.1.4 Đơn vị 1.2 Các cơng thức cần thiết cho tính tốn………………………….12 1.2.1 Tính chuyển đổi tọa độ 1.2.1.1 Tính Alt Az từ RA, Dec 1.2.1.2 Tính RA, Dec từ Alt Az 1.2.2 Chuyển đổi góc 1.2.3 Tính thời gian 1.2.3.1 Giờ UT: áp dụng cho Việt nam 1.2.3.2 Tính góc HA 1.2.3.3 Tính số ngày Julian 1.2.3.4 Tính GST 1.2.3.5 Tính LST 1.3 Tính tốn hệ mặt trời…………………………………………… 14 1.3.1 Các thông số……………………………………………… 14 1.3.1.1 Số ngày tính tốn: kí hiệu dtt 1.3.1.2 Các thơng số quỹ đạo 1.3.2 Các hệ toạ độ Đề-các chiều …………………………… 15 1.3.3 Tính tốn…………………………………………………….16 1.3.3.1 Thơng số quỹ đạo Mặt trời hành tinh 1.3.3.2 Vị trí Mặt trời CHƯƠNG 2: Giới thiệu giải pháp………………………… 18 CHƯƠNG 3: Sơ lược quy trình hoạt động……………… 19 CHƯƠNG 4: Giới thiệu linh kiện …………………………21 4.1 4.2 4.3 IC L298…………………………………………………………21 IC DS1307………………………………………………………25 4.2.1 Sơ đồ chân IC DS1307 4.2.2 Cơ chế hoạt động chức DS1307 4.2.3 DS 1307 hoạt động 2chế độ sau: PIC 16F877A………………………………………………… 33 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 Sơ đồ chân Pic 16F877…………………………………………… 33 Một vài thông số vi điều khiển Pic 16F877……………………34 Sơ đồ chân Pic 16F877…………………………………………… 35 TỔ CHỨC BỘ NHỚ 4.3.4.1 BỘ NHỚ CHƯƠNG TRÌNH 4.3.4.2 BỘ NHỚ DỮ LIỆU 4.3.5 Các cổng xuất nhập PIC16F877A……… …………… 39 4.3.5.1 PORTA 4.3.5.2 PORTB 4.3.5.3 PORTC 4.3.5.4 PORTD 4.3.5.5 PORTE 4.3.6 TIMER0……………………………………………………… 41 4.3.7 TIMER1……………………………………………………… 42 4.3.8 TIMER2……………………………………………………… 43 4.3.9 GIAO TIẾP NỐI TIẾP ……………………………………….44 4.3.9.1 USART 4.3.9.2 USART BẤT ĐỒNG BỘ 4.3.9.3 TRUYỀN DỮ LIỆU QUA CHUẨN GIAO TIẾP USART BẤT ĐỒNG BỘ 4.3.9.4 NHẬN DỮ LIỆU QUA CHUẨN GIAO TIẾP USART BẤT ĐỒNG BỘ 4.4 IC 74HC74……………………………………………………… 49 Sơ đồ chân IC 74HC74 CHƯƠNG 5: Tìm hiểu I2C ……………………………….51 5.1 Giới thiệu chung I2C………………………………………….51 5.1.1 Đặc điểm giao tiếp I2C…………………………………………53 5.1.2 START and STOP conditions…………………………………53 5.1.3 Định dạng liệu truyền………………………………………53 5.1.4 Định dạng địa thiết bị …………………………………… 55 5.1.5 Truyền liệu bus I2C, chế độ Master‐Slave………… 56 5.1.6 Chế độ Multi‐Master………………………………………… 57 5.2 Cách thức sử dụng Module I2C CCS…………………… .59 CHƯƠNG 6: CHƯƠNG 7: Giải thuật chương trình……………………….60 Sơ Đồ Mạch Điện…………………………… 65 7.1 Mạch điều khiển………………………………………………….65 7.2 Mạch động cơ…………………………………………………….66 7.3 Mạch in layout……………………………………………………67 Danh Mục Tư Viết Tắt FSG: File Select Register GST: Giờ Mặt trời (Greenwich Sidereal Time) HA: Góc (Hour Angle) LST: Giờ Mặt trời địa phương (Local Sidereal Time) JD: Ngày Julian ICSP: In Circuit Serial Programming OUT: output control GPR: General Purpose Register MSSP: Master Synchronous Serial Port ) PSP: Parallel Slave Port) RSR: Receive Shift Register SCL: serial clock input SCI : Serial Communication Interface SDA: Serial Data Line SFG: Special Function Register) SLC: Serial Clock Line SQR/OUT : square wave/output driver ) SQWE : square wave enable TSR: Transmit Shift Register USART: Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) UT: Giờ quốc tế (Universal Time) ... • Thanh ghi PORTD : chứa giá trị pin PORTD • Thanh ghi TRISD: điều khiển xuất nhập • Thanh ghi TRISE: điều khiển xuất nhập PORTE chuẩn giao tiếp PSP 39 4.3.5.5 PORTE PORTE (RPE) gồm chân I/O Thanh. .. cờ hiệu RCIE  Thanh ghi PIE1 (địa 8Ch): chứa bit cho phép ngắt RCIE  Thanh ghi RCSTA (địa 18h): xác định trang thái trình nhận liệu  Thanh ghi RCREG (địa 1Ah): chứa liệu nhận  Thanh ghi TXSTA... EEPROM Thanh ghi PIR2 (0Dh): chứa cờ ngắt khối chức ngoại vi, ngắt cho phép bit điều khiển chứa ghi PIE2 Thanh ghi PCON (8Eh): chứa cờ hiệu cho biết trạng thái chế độ reset vi điều khiển 37 b THANH