BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TỰ ĐỘNG ĐIỀU HƯỚNG Giáo viên hướng dẫn ThS Trần Anh.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ - - ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TÊN ĐỀ TÀI:THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TỰ ĐỘNG ĐIỀU HƯỚNG Giáo viên hướng dẫn: ThS Trần Anh Sơn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Tuấn 2020600446 Ngô Huy Vĩnh 2020601575 Đào Văn Trường 2020601002 Nguyễn Doãn Tấn 2020600393 Lớp: Cơ điện tử Khóa: K15 Hà Nội, 12 – 2022 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hà Nội, ngày … tháng … năm 20… Giáo viên hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Hà Nội, ngày … tháng … năm 20… Giáo viên phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIáO VIÊN PHẢN BIỆN DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẲNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU Error! Bookmark not defined CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Mục tiêu đề tài: 1.3 Các yêu cầu 1.4 Phương pháp nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu: 1.5 Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ khối chức năng: 2.2 Cấu tạo hệ thống 2.2.1 Quang trở (LDR) 2.2.2 Vi điều khiển 2.2.3 Động Servo 14 2.2.4 Tấm pin lượng mặt trời: 17 2.2.5 Module LED số HC595 18 2.3 Nguyên lí hoạt động điều hướng pin mặt trời 22 2.3.1 Nguyên lí hoạt động: 22 2.3.2 Nguyên tắc xoay: 23 2.3.3 Cách đọc giá trị quang trở: 23 2.3.4 So sánh tín hiệu quang trở 24 CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG 25 3.1 Thiết kế phần điều khiển 25 3.1.1 Sơ đồ nguyên lí 25 3.1.2 Các khối quan trọng mạch nguyên lí 25 3.1.3 Mơ mạch ngun lí Proteus 28 3.2 Thiết kế khí 28 3.2.1 Vật liệu nhựa in 3D 28 3.2.2 Quy trình thiết kế khí hệ thống 31 3.3 Xây dựng lưu đồ thuật tốn viết chương trình 33 3.3.1 Lưu đồ thuật toán 33 3.3.2 Viết chương trình 34 3.4 Thử nghiệm đánh giá hệ thống 37 KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Năng lượng mặt trời Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống Hình 2.2: Quang trở (LDR) Hình 2.3: PIC 16F887A Hình 2.4: Vi điều khiển 8051 10 Hình 2.5: Arduino UNO R3 11 Hình 2.6: Sơ đồ chân Arduino UNO R3 12 Hình 2.7: Động servo SG90 14 Hình 2.8: Động servo MG90S 15 Hình 2.9: Động servo MG996R 16 Hình 2.10: Tấm pin lượng mặt trời 17 Hình 2.11: Module LED số HC595 18 Hình 2.12: Cấu tạo LED 19 Hình 2.13: IC ghi dịch 74HC959 19 Hình 2.14: Cấu trúc nhớ IC ghi dịch 74HC595 21 Hình 2.15: Mơ ngun lí hoạt động IC ghi dịch 74HC595 21 Hình 2.16: Sơ đồ ngun lí module LED số HC595 22 Hình 2.17: Ngun lí làm việc 22 Hình 2.18: Nguyên tắc xoay 23 Hình 2.19: Đọc giá trị quang trở 23 Hình 2.20: So sánh quang trở 24 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý 25 Hình 3.2: Khối điều khiển 25 Hình 3.3: Khối cảm biến 26 Hình 3.4: Khối động 26 Hình 3.5: Khối pin lượng mặt trời 27 Hình 3.6: Khối hiển thị 27 Hình 3.7: Mơ phần mềm Proteus 8.13 28 Hình 3.8: Nhựa in 3D 29 Hình 3.9: Nhựa in 3D PLA 30 Hình 3.10: Thiết kế mơ hình 3D phần mềm Solidworks 2022 31 Hình 3.11: Mơ hình sau in 3D 31 Hình 3.12: Mơ hình 3D hệ thống sau lắp ráp phần mềm Solidworks32 Hình 3.13: Mơ hình hệ thống sau lắp ráp thực tế 32 DANH MỤC BẲNG BIỂU Bảng 2.1: Bảng thông số quang trở Bảng 2.2: Bảng chân lượng Arduino 11 Bảng 2.3: Bảng thông số Arduino UNO R3 13 Bảng 2.4: Bảng thông số servo SG90 14 Bảng 2.5: Bảng động servo RC MG90S 15 Bảng 2.6: Bảng động servo MG996R 16 Bảng 2.7: Bảng thông số pin lượng mặt trời 17 Bảng 3.1: Bảng thông tin nhựa PLA 30 LỜI NĨI ĐẦU Năng lượng tái tạo, có lượng mặt trời giới quan tâm nghiên cứu sử dụng Trên giới, nước phát triển có nhiều ứng dụng đời sống công nghiệp để thu nguồn lượng Với ưu điểm sẵn có, dồi dào, nguồn lượng sạch, thân thiện với môi trường, lượng mặt trời giải pháp thay cho nguồn lượng khác ngày cạn kiệt Trái Đất Tại nước phát triển, có Việt Nam việc sử dụng lượng mặt trời quan tâm khích lệ, nhiên ứng dụng hạn chế Với mong muốn đưa ứng dụng sử dụng lượng mặt trời Việt Nam phổ biến phát triển nữa, đem kiến thức học áp dụngvào thực tế sản xuất, nhóm sinh viên chúng em thực đề tài: “Thiết kế, chế tạo hệ điều khiển định hướng pin mặt trời” Sản phẩm làm kết hợp nghiên cứu lý thuyết triển khai thực tế sở làm việc theo nhóm Đề tài kết hợp khí- điện tử- tin học, thiết kế kết cấu khí, chọn động thiết kế chế tạo mạch điều khiển, xây dựng phần mềm điều khiển lập trình CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG Giới thiệu chung Khi nguồn lượng phổ biến thủy điện, nhiệt điện ngày cạn kiệt, việc sản xuất điện nhà máy thủy điện, nhà máy nhiệt điện gây ô nhiễm môi trường thay đổi môi trường sinh thái Trong nhu cầu điện ngày tăng cao, người cần phải tìm nguồn lượng để đáp ứng nhu cầu Hình 1.1: Năng lượng mặt trời Năng lượng mặt trời giải pháp tìm để thay thế, với ưu điểm nguồn lượng sạch, lâu dài, nguồn lượng tái tạo, thân thiện với môi trường Các ứng dụng lượng mặt trời phổ biến bao gồm hai lĩnh vực chủ yếu Thứ lượng mặt trời biến đổi trực tiếp thành điện nhờ tế bào quang điện bán dẫn hay gọi pin mặt trời Lĩnh vực thứ hai sử dụng lượng mặt trời dạng nhiệt năng, ta dùng thiết bị thu xạ nhiệt mặt trời tích trữ dạng nhiệt CHƯƠNG 3.1 MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG Thiết kế phần điều khiển 3.1.1 Sơ đồ ngun lí 1k Hình 3.1: Sơ đồ ngun lý 3.1.2 Các khối quan trọng mạch nguyên lí ❖ Khối điều khiển: Arduino Uno R3 Hình 3.2: Khối điều khiển 25 ❖ Khối cảm biến: gồm quang trở, quang trở kết nối với điện trở 10k hình Đầu kết nối với chân analog Arduino để đọc tín hiệu Hình 3.3: Khối cảm biến ❖ Khối động cơ: gồm động Servo điều khiển chân Digital Aruino Hình 3.4: Khối động 26 ❖ Khối pin lượng mặt trời: gồm pin mặt trời 6V-1.8W mắc với cầu chia áp cấu tạo điện trở 10k Ohm 1k Ohm Đầu kết nối với chân Analog Arduino để đọc điện áp thu từ pin mặt trời Hình 3.5: Khối pin lượng mặt trời • Khối hiển thị: gồm module led đoạn kết nối với arduino qua chân digital Hình 3.6: Khối hiển thị 27 3.1.3 Mơ mạch ngun lí Proteus Hình 3.7: Mô phần mềm Proteus 8.13 3.2 Thiết kế khí 3.2.1 Vật liệu nhựa in 3D Nhựa in 3D loại nhựa làm duối dạng sợi, có đường kính khoảng 1.75mm, 2mm, 2.85mm, 3mm tùy theo loại máy in, nung nóng chạy qua đầu đùn, đắp lớp lớp lên mơ hình sản phẩm máy in 3D phần mềm kỹ thuật Có nhiều loại vật liệu khác tùy thuộc vào nhu cầu loại máy để bạn chọn, vật liêu in 3D yếu tố quan trọng mấu chốt định sản phẩm có in thành công hay không (chất lượng, độ bền, độ cứng, độ dẻo bề mặt hồn thành, màu sắc…) 28 Hình 3.8: Nhựa in 3D ❖ Những loại nhựa in 3D thường thấy? Cho đến nay, vật liệu in 3D có khoảng 30 loại Từ loại thông dụng PLA, ABS, loại nhựa nhiệt dẻo TPU, TPE để làm sản phẩm có tính đàn hồi vỏ giày, xích xe tăng, băng tải, Rồi tới nhựa kỹ thuật POM, Acrylic, ngồi cịn có loại nhựa chuyên để in support PVA Về mỹ thuật có dòng vật liệu chuyên cho giả gỗ, thép, đồng,bạc, vàng vật liệu phản quang, suốt đổi màu gặp ánh sáng ❖ Nhựa PLA - Về ưu điểm: PLA loại nhựa phổ biến cho dịng máy quy mơ nhỏ dùng cho văn phịng nhỏ, gia đình, cá nhân khơng độc hại, khơng có mùi dễ in PLA khơng độc hại làm đa số từ bột bắp, mía khoai mì, phân hủy sinh học dễ dàng Thi thoảng, bạn ngửi thấy PLA phát mùi thơm nhè nhẹ, dễ chịu làm nóng Do đó, dịng nhựa cứng, PLA ưa chuộng so với ABS Do không độc hại nên PLA phù hợp cho sản phẩm tiếp xúc với thực phẩm, dẹp bỏ lo ngại người hay nghĩ nhựa không tốt cho sức khỏe Sau làm mát/ để nguội, PLA bị co lại so với ABS PLA có nhiều màu sắc để bạn lựa chọn, có màu đặc biệt “màu giả gỗ, “màu giả đồng/ vàng/ ”… 29 - Về nhược điểm: PLA dễ bị nóng khơng bền ABS Vì vậy, đa số người dùng ABS phận cần cho mục đích kỹ thuật Hình 3.9: Nhựa in 3D PLA Độ cứng Cao Độ dẻo Kém Độ bền Trung bình Nhiệt độ in 20-60 độ Độ co rút sau nguội Thấp Bảng 3.1: Bảng thông tin nhựa PLA Nhựa PLA chịu nhiệt kém, khơng nên để ngồi trười, gần cửa sổ hay môi trường 60 độ, đặc biệt với chi tiết nhỏ, mảnh ❖ Ứng dụng nhựa PLA: In loại hộp, đồ dùng nhà, văn phịng, in chi tiết bị chịu mịn, in đồ chơi, in mơ hình 30 3.2.2 Quy trình thiết kế khí hệ thống Bước 1: Thiết kế 3D phần khung vỏ cho hệ thống phần mềm Solidworks Hình 3.10: Thiết kế mơ hình 3D phần mềm Solidworks 2022 Bước 2: In 3D sản phẩm: Hình 3.11: Mơ hình sau in 3D 31 Bước 3: Lắp ráp hệ thống hoàn chỉnh: Hình 3.12: Mơ hình 3D hệ thống sau lắp ráp phần mềm Solidworks Hình 3.13: Mơ hình hệ thống sau lắp ráp thực tế 32 ❖ Bản vẽ lắp hệ thống: Hình 3.14: Bản vẽ lắp hệ thống 3.3 Xây dựng lưu đồ thuật toán viết chương trình 3.3.1 Lưu đồ thuật tốn 33 3.3.2 Viết chương trình #include #include Servo myservo1, myservo2; int LDR1 = A0, LDR2 = A1, LDR3 = A2, LDR4 = A3; int rRDL1 = 0, rRDL2 = 0, rRDL3 = 0, rRDL4 = 0; int max1=0, max2=0, max3=0; int ser1 = 80, ser2=0; float tmp2; int x = 0; int dataPin = 2; //DIO int latchPin = 3; //RCK int clockPin = 5; //SCK unsigned char Ledcode[10] = {0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8, 0x80, 0x90}; void setup() { myservo1.attach(9); myservo2.attach(8); Serial.begin(9600); myservo1.write(ser1); myservo2.write(ser2); pinMode(dataPin,OUTPUT); pinMode(latchPin,OUTPUT); pinMode(clockPin,OUTPUT); } void loop() { rRDL1 = analogRead(LDR1) / 100; rRDL2 = analogRead(LDR2) / 100; rRDL3 = analogRead(LDR3) / 100; rRDL4 = analogRead(LDR4) / 100; max1 = max(rRDL1, rRDL2); max2 = max(rRDL3, rRDL4); max3 = max(max1, max2); if(rRDL1