Luận văn thiết kế robot làm sạch tấm pin mặt trời2

Chƣơng Tổng quan Chƣơng 1.1 TỔNG QUAN GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PIN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI 1.1.1 Cấu tạo Pin lƣợng mặt trời hay pin mặt trời hay pin quang điện nhƣ hình 1.1 (Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) - phần tử bán dẫn có chứa bề mặt số lƣợng lớn cảm biến ánh sáng ốt quang, thực biến đổi lƣợng ánh sáng thành lƣợng điện Cƣờng độ dòng điện, hiệu điện điện trở pin mặt trời thay đổi phụ thuộc lƣợng ánh sáng chiếu lên chúng Tế bào quang điện đƣợc ghép lại thành khối để trở thành pin mặt trời (thông thƣờng 60 72 tế bào quang điện pin mặt trời) Tế bào quang điện có khả hoạt động dƣới ánh sáng mặt trời ánh sáng nhân tạo Chúng đƣợc dùng nhƣ cảm biến ánh sáng (ví dụ cảm biến hồng ngoại), phát xạ điện từ gần ngƣỡng ánh sáng nhìn thấy đo cƣờng độ ánh sáng Để bảo vệ cho pin không bị ngoại lực tác động lên bề mặt, pin đƣợc gắn kính cƣờng lực, kính cƣờng lực loại kính đƣợc tơi nhiệt độ cao khoảng 700oC làm nguội nhanh khí mát, điều tạo sức căng bề mặt kính làm tăng khả chịu bền, chịu tải trọng lớn chịu nhiệt cao Hình 1 Pin mặt trời 1.1.2 Nguyên lý hoạt động pin mặt trời: Chúng thƣờng đƣợc lắp đặt nơi hấp thu đƣợc nhiều ánh sáng mặt trời nhƣ mái tòa nhà hay cơng trình Hệ thống chuyển đổi quang từ ánh sáng mặt trời hấp thụ đƣợc thành điện năng, đƣợc sử dụng nhƣ điện lƣới thông thƣờng Chƣơng Tổng quan Silicon đƣợc biết đến chất bán dẫn, thành phần quan trọng cấu tạo pin lƣợng mặt trời “Chất bán dẫn vật liệu trung gian chất dẫn điện chất cách điện, hoạt động nhƣ chất cách điện nhiệt độ thấp có tính dẫn điện nhiệt độ phịng” Ánh sáng lƣợng mặt trời gồm hạt nhỏ gọi photon đƣợc tỏa từ mặt trời Nó va chạm với nguyên tử Silicon pin, lúc hạt photon truyền lƣợng chúng tới electron rời rạc, kích thích làm cho electron liên kết với nguyên tử bị bật khỏi nguyên tử, đồng thời nguyên tử xuất chỗ trống thiếu electron Tuy nhiên việc giải phóng electron nửa công đoạn pin mặt trời, tiếp đến dồn electron rải rác vào dòng điện Điều ảnh hƣởng đến việc tạo cân điện pin, có tác dụng giống nhƣ xây dốc để electron chảy theo hƣớng Sự cân đƣợc tạo tổ chức bên silicon nhƣ hình 1.2 Các nguyên tử silicon đƣợc xếp cấu trúc liên kết chặt chẽ Bằng cách ép lƣợng nhỏ nguyên tố khác vào cấu trúc này, tạo loại silicon là: loại n (bán dẫn âm – Negative) loại p (bán dẫn dƣơng – Positive) Chất bán dẫn loại n có tạp chất nguyên tố thuộc nhóm V, nguyên tử dùng electron tạo liên kết electron lớp liên kết lỏng lẻo với nhân, electron dẫn Chất bán dẫn loại p có tạp chất nguyên tố thuộc nhóm III, dẫn điện chủ yếu lỗ trống Hình Cấu tạo pin mặt trời [28] Chƣơng Tổng quan Khi hai loại bán dẫn n p đặt cạnh pin mặt trời, electron dẫn loại n chuyển qua lấp đầy khoảng trống loại p Điều có nghĩa silicon loại n tích điện dƣơng silicon loại p đƣợc tích điện âm, tạo nên điện trƣờng pin Vì silicon chất bán dẫn nên hoạt động nhƣ chất cách điện trì cân Khi làm cho electron liên kết với nguyên tử bị bật khỏi nguyên tử silicon, photon ánh sáng mặt trời đƣa electron vào trật tự định, từ cung cấp dịng điện cho máy tính, vệ tinh tất thiết bị 1.1.3 Phân loại pin lƣợng mặt trời:  Đơn tinh thể: Module sản xuất dựa trình Czochralski Đơn tinh thể loại có hiệu suất lên tới 16% Chúng thƣờng có giá thành cao đƣợc cắt từ thỏi hình ống, đơn thể có mặt trống góc nối module  Đa tinh thể: Đƣợc làm từ thỏi đúc- đúc từ silic nung chảy cẩn thận sau đƣợc làm nguội làm rắn Các loại pin có giá rẻ đơn tinh thể, nhiên hiệu suất Nhƣng chúng tạo thành vuông che phủ bề mặt nhiều đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp  Dải silic: Tạo từ miếng phim mỏng từ silic nóng chảy có cấu trúc đa tinh thể: Loại thƣờng có hiệu suất thấp có giá rẻ loại khơng cần phải cắt từ thỏi silicon Các công nghệ sản suất tấm, nói cách khác, loại có độ dày 300 μm tạo thành xếp lại để tạo nên module 1.2 MỨC ĐỘ PHÁT TRIỂN CỦA PIN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI 1.2.1 Đối với nƣớc giới Sự quan tâm ngày tăng lƣợng tái tạo khiến ngành công nghiệp quang điện mặt trời mở rộng đáng ý thập kỷ qua Nhiều nƣớc giới đầu tƣ phát triển pin mặt trời cách nhanh chóng để tăng nguồn điện tiêu thụ Đến năm 2013, tổng công suất pin mặt trời toàn cầu đạt đến 139 GW Nói riêng, cơng suất pin mặt trời lắp đặt sô nƣớc vùng lãnh thổ dẫn đầu nhƣ sau: Năm 2013, Đức lắp thêm 3,3 GW, đƣa tổng công suất đến 2013 lên 36 GW; Trung Quốc lắp thêm 12,9 GW, chiếm khoảng 72% tổng công suất pin mặt trời lắp thêm năm 2013 toàn giới, trở thành nƣớc có vị trí thứ 2, với tổng cơng suất khoảng 19 GW; vị trí thứ Ý, với tổng công suất đến 2013 khoảng 17,5 GW; Mỹ đứng vị trí thứ sau Nhật Bản, có tổng công suất 12,5 GW, năm 2013 lắp thêm 4,8 MW; Nhật Bản lắp thêm 6,9 GW, tăng 50% so với cơng suất xây dựng trƣớc đó, đƣa tổng cơng suất lên khoảng 14 GW [29] 1.2.2 Tình hình nƣớc Chƣơng Tổng quan Hiện trạng phát triển điện mặt trời nối lƣới Việt Nam, theo số liệu cập nhật đến 08/2017 cho biết, tổng công suất lắp đặt điện mặt trời khoảng 28MW, chủ yếu quy mô nhỏ cấp điện chỗ (vùng ngồi lƣới cho hộ gia đình số dự án trình diễn nối lƣới điện hạ áp – lặp đặt tịa nhà, cơng sở) Dự án điện mặt trời đƣợc nối lƣới nhà máy quang An Hội (Côn Đảo, Bà Rịa - Vũng Tàu) Dự án đƣợc triển khai từ tháng 3/2014 hoàn thành việc xây dựng lắp đặt đấu nối vào lƣới điện Điện lực Côn Đảo vào đầu tháng 12/2014 với công suất 36 kWp, điện lƣợng 50 MWh Tuy nhiên, vòng năm trở lại nhiều chủ đầu tƣ ngồi nƣớc xúc tiến tìm kiếm hội đầu tƣ vào dự án điện mặt trời nối lƣới quy mô lớn phạm vi nƣớc Mục tiêu nhằm góp phần nâng cơng suất nguồn điện mặt trời từ mức không đáng kể nhƣ lên khoảng 850 MW vào năm 2020, khoảng 4.000 MW vào năm 2025 khoảng 12.000 MW đến năm 2030 Năm 2016 nƣớc có khoảng 30 nhà đầu tƣ bắt đầu xúc tiến lập dự án điện mặt trời có cơng suất từ 20 đến 300 MW số địa phƣơng, tập trung chủ yếu khu vực miền Trung Trong đáng ý dự án Công ty Đầu tƣ Xây dựng Thiên Tân (tại tỉnh Quảng Ngãi Ninh Thuận) dự án Tuy Phong Công ty TNHH DooSung Vina (Hàn Quốc) đầu tƣ với quy mô 66 triệu USD, cơng suất 30 MW tỉnh Bình Thuận Tập đồn Điện lực Việt Nam dự định triển khai nghiên cứu phát triển dự án đất liền thủy điện Trị An (tỉnh Đồng Nai) dự án mặt nƣớc hồ thủy điện Đa Mi (tỉnh Bình Thuận) Ngồi EVN vừa đề xuất với tỉnh Ninh Thuận việc đầu tƣ dự án điện mặt trời với tổng vốn đầu tƣ khoảng 8.000 tỷ đồng, cơng suất 200 MW diện tích 400 xã Phƣớc Thái, huyện Ninh Phƣớc, tỉnh Ninh Thuận Dự án đƣợc tiến hành khởi cơng năm 2018 Tính tới hết tháng 4/2018, Bộ Công Thƣơng phê duyệt 70 dự án với tổng công suất 3.000 MW, dự án dự kiến đƣa vào vận hành vào tháng 6/2019 [30],[31] 1.3 VỀ MỨC ĐỘ TỔN THẤT VÀ LÀM SẠCH TẤM PIN 1.3.1 Nguyên nhân Bảng điều khiển lƣợng mặt trời bao gồm lớp phủ thủy tinh lớp kính chịu lực để bảo vệ pin mặt trời Do môi trƣờng ngày khắc nghiệt, biến đổi khí hậu, mức ô nhiễm bụi bẩn cao, lƣợng bụi tích tụ bề mặt ngày nhiều Vì pin đƣợc cài đặt môi trƣờng mở nên bẩn Kết lớp bụi bẩn bám dày lên mặt kính làm giảm độ sáng truyền qua làm giảm sản lƣợng điện toàn hệ thống Tốc độ giảm sức mạnh theo thời gian dự đốn đƣợc phụ thuộc vào yếu tố môi trƣờng khác nhƣ loại đất, hoạt động nông nghiệp, lƣợng mƣa, gió, phân chim, rác cây, phấn hoa Yếu tố Chƣơng Tổng quan bụi bẩn ảnh hƣởng đến hiệu pin mặt trời thách thức lớn Vì việc làm trở nên quan trọng cho pin Một số hình ảnh cho ta thấy bụi bám bề mặt pin Hình 1.3a thể mức độ bẩm phân chim gây ra, hình 1.3b thể lớp bụi lâu ngày bám bề mặt không đƣợc vệ sinh thƣờng xuyên a) Bề mặt bẩn phân chim b) Bề mặt bẩn bụi bám Hình Các pin bẩn bề mặt 1.3.2 Mức độ tổn thất Thứ tự phổ biến mức độ tổn thất làm dơ đƣợc ƣớc tính từ 3-8% nhƣng lên tới 30-40% vùng khí hậu khơ cát Nếu thiệt hại nhẹ làm cho lƣợng điện hấp thụ giảm gây nên tổn thất kinh tế cho việc kinh doanh điện, nặng dẫn đến lớp bụi đƣợc bám cứng nhƣ phân chim để lâu ngày, lên rêu, khó để làm Vì yếu tố làm phần quan trọng việc giảm hấp thụ pin Chúng ta thấy lƣợng mƣa đóng vai trị đáng kể khả làm sạch, nhƣng phải nói lƣợng mƣa thƣờng khơng đủ, số loại đất phân chim bám pin, Lƣợng mƣa nhiều khơng có ánh sáng mặt trời cho pin hấp thụ bất lợi lớn 1.3.3 Giải pháp làm Làm hoạt động cần thiết sống hàng ngày ngƣời nói chung làm pin nói riêng, làm để làm cho thiết bị hoạt động tốt vẻ bề trở nên gần nhƣ Tuy nhiên việc vệ sinh pin mặt trời lúc đơn giản Do có pin đƣợc đặt nơi cao khó tiếp cận, nên khó làm chúng tay cần có thời gian để làm điều cách an toàn Thứ hai, làm bảng lần năm khơng có tác động đáng kể đến suất lƣợng hàng năm lý đơn giản bụi bẩn tích tụ lại khoảng thời gian ngắn làm cho khác biệt không đáng kể Tuy nhiên, việc để không đƣợc làm khơng tốt việc làm bẩn dẫn đến hƣ hỏng vĩnh viễn kính làm hạn chế tuổi thọ việc lắp đặt Cho nên máy móc, robot Chƣơng Tổng quan đƣợc phát minh để hỗ trợ việc làm cần thiết Sử dụng robot làm xu hƣớng tƣơng lai đƣợc nhìn thấy năm gần Robot lau chùi thiết bị tự động di chuyển xung quanh làm bề mặt kỹ thuật khác nhƣ lau, hút bụi đơn giản chà rửa bề mặt bàn chải xoay Hệ thống làm bảng lƣợng mặt trời đƣợc đề xuất thuộc danh mục làm sạch, với quy mô lớn dành cho ứng dụng làm công nghiệp nhà máy điện mặt trời quy mơ lớn Ngồi hộ gia đình hay trang trại có hệ thống pin mặt trời có quy mơ vừa nhỏ đƣợc cần làm Các công nghệ phƣơng pháp làm phát triển cách nhanh chóng dần vào ứng dụng thực tiễn với ngƣời Vì mục đích luận văn phát triển robot làm để phục vụ làm bảng lƣợng mặt trời, trình robot làm trở nên xác nhanh chóng hơn, làm tăng sản lƣợng điện nhà máy nhƣ hộ dân sử dụng pin mặt trời 1.3.4 Các bƣớc làm Các bƣớc làm thủ công cho bề mặt pin nhƣ sau:  Bước 1: Làm sơ bin, lớp cát bề mặt phân chim đƣợc đánh sơ cho bề mặt hết vết bẩn bám cứng Dùng chổi dụng cụ máy chổi quét để làm  Bước 2: Dùng khăn mềm ƣớt nƣớc lau qua để giảm lớp bụi nhƣ nƣớc rửa trơi lớp bụi, dùng hố chất để làm mềm bụi, loại phân chim (nếu có)  Bước 3: Dùng cần gạt lớp cao su gạt cho nƣớc bụi bẩn cịn sót lại bề mặt, vệt nƣớc cịn sót lại ngồi rìa khung dùng khăn mềm khô lau cho Đối với robot chạy bề mặt kính việc thiết kế làm theo phƣơng pháp thủ cơng khó khăn, việc dùng cần gạt cao su khó khăn cho robot di chuyển linh hoạt Vì giải pháp đƣa dùng chổi lăn có tốc độ quay phù hợp để lớp bụi đƣợc làm sạch, kèm theo nƣớc phun lên bề mặt, có bụi bám khó robot di chuyển qua lại nhiều lần để làm sạch, thay chổi lăn tốc độ quay lăn Do làm chổi lăn nên phụ thuộc vào cấu tạo vật liệu chổi lăn Mức độ làm nằm khoảng 95% - 99% phụ thuộc vào thời gian lƣợng bụi bám bề mặt 1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ROBOT Ở NƢỚC NGỒI Chƣơng Tổng quan Nhiều nƣớc giới phát triển robot mạnh mẽ nhiều ngành cơng nghiệp có cơng nghiệp làm pin mặt trời Do nhu cầu thị trƣờng pin mặt trời mở rộng dẫn đến dịch vụ làm pin tăng theo Những robot làm pin mặt trời ngày đƣợc phát triển để cạnh tranh phù hợp với công việc Những công ty họ cho nhiều chủng loại, mẫu mã sản phẩm khác Trên thị trƣờng có nhiều nhà cung cấp robot làm pin mặt trời nhƣ SOLAR GLANZZ Hà Lan, SERBOT Thụy Sỹ, SUNPOWER California INTEGRA GLOBAL Hàn Quốc, solarCleano Bỉ…v.v.v Nhiều công ty nghiên cứu phát triển nhằm cải tiến robot để ngày linh hoạt, làm mái tiếp cận ngƣời, mang lại hiệu làm cho công việc giúp cho mức chi phí giảm Hình Hình logo số cơng ty 1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ROBOT Ở TRONG NƢỚC Với thị trƣờng giới ngày phát triển công cụ robot làm sạch, cơng ty nƣớc bắt đầu nghiên cứu giải pháp làm cho pin, nhƣng mức độ nghiên cứu robot nƣớc chƣa nhiều phổ biến Các công ty phân phối robot nƣớc để bán nhƣ làm dịch vụ Có cơng ty VUPHONG SOLAR GEC chế tạo thành công robot làm pin đƣa vào áp dụng làm công nghiệp 1.6 CÁC PHƢƠNG PHÁP LÀM SẠCH ĐƢỢC THỰC HIỆN 1.6.1 Phƣơng pháp học Có nhiều loại phƣơng pháp học khác đƣợc sử dụng để làm bảng lƣợng mặt trời Một vài số rung học, làm siêu âm, phun nƣớc, cọ rửa lau chùi Khi lau chùi đƣợc sử dụng để làm sạch, chủ yếu đƣợc thực với trợ giúp bàn chải máy chà sàn hình 1.5 Dùng xơ chứa hố chất hồ với nƣớc theo tỷ lệ định sau lấy dụng cụ làm nhúng vào xô đƣa lên chà để làm pin, phƣơng pháp ngƣời trực tiếp làm Nhƣng phƣơng pháp làm khơng hiệu tính chất dính kích thƣớc nhỏ hạt bụi Ngƣời ta thấy điều kiện làm việc khó khăn khắc nghiệt nhà máy điện mặt trời với nhiều bảng pin làm cho việc bảo trì máy trở nên khó khăn, cần số lƣợng ngƣời làm nhiều Chƣơng Tổng quan Hình Làm ngƣời Ngồi ra, sử dụng cho trang trại lớn, nhà máy điện mặt trời có mặt diện tích lớn khiến phƣơng pháp làm trở nên đắt đỏ không hiệu  Hệ thống phun nƣớc: Thƣờng đƣợc sử dụng khu vực khô để giữ cho Nó có tác dụng làm tƣơng tự nhƣ mƣa làm với chi phí thấp Là phần lớn hệ thống, bao gồm hệ thống lọc nƣớc hệ thống pha chế xà phòng Chất lƣợng nƣớc nên đƣợc kiểm tra nên xử lý, khơng đảm bảo cho vị trí có nƣớc chƣa đƣợc xử lý tốt Mặt khác nƣớc làm giảm độ bám bụi nƣớc bám bề mặt nhƣ hình 1.6 Hình Hệ thống làm nƣớc Chƣơng Tổng quan Mặc dù hệ thống làm việc tƣơng đối tốt, phù hợp với nơi cát khô, hộ gia đình có pin đặt mái Tuy nhiên hệ thống có số nhƣợc điểm Trƣớc hết, sử dụng nhiều nƣớc làm nhiều lần ngày tùy theo lịch trình Điều cần thiết vì, trở nên bẩn hơn, trở nên phức tạp vòi phun nƣớc để loại bỏ tất bụi bẩn Thứ hai, lọc mức độ xà phịng nên đƣợc theo dõi chăm sóc, điều dẫn đến việc tốn nhiều thời gian tiền bạc 1.6.2 Dùng thiết bị máy móc để làm Ƣu điểm hệ thống hiệu phƣơng pháp đƣợc sử dụng, nhờ vào lăn, cải thiện đáng kể hệ thống Nó làm giảm số lƣợng nhân viên cần thiết để sử dụng hệ thống Bạn tối ƣu hóa giảm việc sử dụng nƣớc khơng hoàn toàn Những nhƣợc điểm trái ngƣợc với hệ thống trƣớc đây, hệ thống thơ nhiều cần nhiều khơng gian để làm việc Kinh nghiệm đào tạo tính việc điều hành thiết bị Việc sử dụng lăn giúp cải thiện hiệu làm sạch, nhƣng việc sử dụng sai cách ảnh hƣởng nghiêm trọng đến kính pin Dễ làm hỏng hóc thiết bị Hình Dùng thiết bị máy móc Ngồi cịn có q trình thổi khơng khí bề mặt pin mặt trời phƣơng pháp hiệu nhƣng có số tính tiêu cực nhƣ hiệu thấp, sử dụng lƣợng lớn khó bảo trì bố trí quạt gió 1.6.3 Loại bỏ bụi cách sử dụng phim Nano Khi pin mặt trời có lớp màng nano dạng viên có khả tự làm sạch, tự động làm Phƣơng pháp Tự làm Nano-Films chủ yếu sử dụng hai chiến lƣợc để làm bảng lƣợng mặt trời, vật liệu siêu thấm nƣớc vật liệu siêu kỵ nƣớc Hai chiến lƣợc đƣợc giải thích dƣới Chƣơng Tổng quan a) Vật liệu siêu thấm nƣớc TiO2 vật liệu siêu ƣa nƣớc phổ biến có tính chất ƣa nƣớc nhƣ quang xúc tác Phƣơng pháp có hai giai đoạn quy trình làm Trong giai đoạn đầu tiên, q trình quang xúc tác, ánh sáng cực tím rơi vào màng TiO2 màng phản ứng với phân tách chất hữu bụi Bây giai đoạn thứ hai, chất ƣa nƣớc TiO2 khuếch tán nƣớc mƣa lên bề mặt pin mặt trời rửa bụi Nhƣng phƣơng pháp khơng phổ biến nhà máy điện mặt trời chủ yếu nằm khu vực khô cằn nơi có lƣợng mƣa khan thất thƣờng tự nhiên b) Vật liệu siêu kỵ nƣớc Siêu kỵ nƣớc vật liệu cho thấy mức độ đẩy cao phân tử nƣớc, ví dụ sen có độ ẩm thấp, lớp phủ hỗ trợ công nghệ nano đƣợc thiết kế đặc biệt để sử dụng pin mặt trời Sau đƣợc áp dụng, làm thay đổi bề mặt mang lại cho bề mặt đặc tính kỵ nƣớc tự làm hình 1.8 Hình Vật liệu siêu kỵ nƣớc Hiệu ứng tự làm lớp phủ ngăn bụi, phấn hoa, ô nhiễm phân chim dính vào pin, giữ cho chúng sẽ, trì hiệu chúng, đảm bảo lƣợng tối đa điện đƣợc sản xuất Trong thời gian gần đây, nhiều nghiên cứu đƣợc thực để tái tạo chất kỵ nƣớc cách hình thành cấu trúc vi mơ cấu trúc nano Các cấu trúc đƣợc thiết kế cho chúng tạo góc tiếp xúc 150o Do đó, 10 Chƣơng Thiết kế hệ thống điều khiển Bảng Các thông số HC06 Thông số Giá trị Điện áp hoạt động (V) Dòng hoạt động kết nối (mA) Dải tần số hoạt động 2,4 (GHz) Bluetooth chuẩn truyền - nhận không dây tầm ngắn từ 10m đến 100m, đƣợc thiết kế cho mạng PAN (Personal Area Network) Bluetooth công nghệ truyền liệu không dây đại, có cơng suất thấp giá thành thấp dùng sóng vơ tuyến kết nối với thiết bị nhƣ điện thoại di động, máy tính xách tay, máy in, máy ảnh số… Module Bluetooth HC06 module hỗ trợ thiết lập kết nối không dây hai thiết bị Bluetooth HC06 hoạt động hai chế độ Master Slave: truyền nhận liệu nhƣng thời điểm truyền nhận Khi kết nối với máy tính, Bluetooth HC06 đƣợc sử dụng nhƣ cổng COM ảo Các thông số cần quan tâm Bluetooth HC06 thể bảng 4.3 Một số đặc điểm bật đƣợc sử dụng cho đề tài HC06:  Đáp ứng đƣợc mục tiêu truyền nhận laptop vi điều khiển  Có thể hoạt động đƣợc hai chế độ Master Slave  Sử dụng đơn giản, có sẵn thị trƣờng, dễ thay  Các chân 3, HC06 nối lần lƣợt với chân 14, 15 vi điều khiển Cấp nguồn cho Bluetooth cách nối chân 1, HC06 với chân +5V (V_Out) GND vi điều khiển Hình Sơ đồ kết nối HC06 Giao tiếp máy tính vi điều khiển đƣợc bắt đầu việc xác định cổng COM ảo đƣợc tạo trình kết nối hai thiết bị Quá trình kết nối tạo hai cổng Input Output máy tính, cổng Output có khả giao 77 Chƣơng Thiết kế hệ thống điều khiển tiếp Thời gian truyền liệu từ laptop xuống vi điều khiển phụ thuộc vào tốc độ truyền liệu đƣợc cài đặt Module HC06 có tốc độ truyền 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 (𝑏𝑝𝑠) với tốc độ truyền đƣợc chọn theo mặc định 9600 (𝑏𝑝𝑠) Dữ liệu truyền gồm bit start, bit liệu, kết thúc với bit stop Tín hiệu truyền có dạng [Position] với Position ký hiệu quy định điểm đến cho AGV Ký hiệu Position đƣợc định dạng kiểu ASCII (1 byte) Do đó, thời gian truyền liệu qua module Bluetooth là: t 4.6 T 1 1   1.04 ( ms) BR 9600 KHỐI NGUỒN Do yêu cầu làm việc thiết kế robot, toàn hệ thống mạch điện đƣợc đặt hộp kín nên việc thiết kế nguồn vừa đảm bảo đủ công suất cho động mạch điều khiển hoạt động Có phƣơng án cho nguồn robot: Phương án 1: Dùng pin ắc quy, với phƣơng án robot phải kéo theo khối lƣợng diện tích lớn cho việc lắp đặt pin (ắcquy), thêm vào dịng cơng suất đáp ứng thấp khó cho việc vận hành động robot Phương án 2: Dùng nguồn từ bên ngoài, robot phải kéo theo đoạn dây dẫn tốn thêm công suất cho kéo dây ma sát, đồng thời khơng có tƣợng sụt áp đƣờng dây => Chọn phƣơng án phải kéo theo khối lƣợng diện tích lớn nhƣng việc thiết kế robot đảm bảo đủ diện tích khối lƣợng, nhiên việc sụt áp đòi hỏi phải thiết kế thêm mạch ổn áp ổn định tin cậy Dựa yếu tố tiện lợi CSP cần phải có nguồn rời để di chuyển tự môi trƣờng làm việc nên chọn nguồn pin để giảm khối lƣợng diện tích cho CSP Dịng tiêu thụ thành phần CSP bao gồm: Arduino Mega2560: 450 (𝑚𝐴) Bốn cặp driver – động động chổi con: × 600 = 2400 (𝑚𝐴) Module Bluetooth: (𝑚𝐴) Do đó, tổng dịng tiêu thụ CSP là: 𝐶 = 450 + 2400 + = 2858 (𝑚𝐴) thd  C pin C  6000  2,1 (h ) 2858 78 Chƣơng Thiết kế hệ thống điều khiển a) Pin sạc 18650 [20] b) Mạch ổn áp LM2596 [21] Hình Các thành phần nguồn CSP Pin sạc 18650 4.2 (𝑉), 6000 (𝑚𝐴ℎ) (hình 4.7 a) đƣợc sử dụng làm nguồn cho CSP Với dung lƣợng pin này, CSP hoạt động khoảng thời gian 2.1 (ℎ) để sử dụng thêm đạt (h) ta sử dụng pin Các module CSP đƣợc chia làm hai nhóm nhóm sử dụng nguồn 5V bao gồm Arduino Bluetooth Nhóm sử dụng nguồn 12V cặp driver – động bánh xe động chổi lăn CSP Mạch ổn áp LM2596 (hình 4.7 b) đƣợc sử dụng để tạo hai giá trị điện áp Hình Sơ đồ điện kết nối nguồn Sơ đồ kết nối khối nguồn nhƣ hình 4.8 bao gồm khối 5V 12V: Khối thứ sử dụng nguồn 5V : mắc nối tiếp khối với cell Pin 18650 3,7V 2500 mAh 5A mạch LM2596-ADJ để ổn định mức 5V Khối thứ hai sử dụng nguồn 12V : mắc nối tiếp khối với cell Pin 18650 3,7V 2500 mAh 5A mạch LM2596-ADJ để ổn định mức 12V 4.7 LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT 4.7.1 Lƣu đồ giải thuật điều khiển CSP chạy Hoạt động CSP đƣợc điều khiển giám sát thông qua mắt cảm nhận ngƣời để đƣa định điều khiển 79 Chƣơng Thiết kế hệ thống điều khiển Hình Lƣu đồ giải thuật điều khiển CSP Để CSP hoạt động xác cần xây dựng giải thuật điều khiển cho vận tốc động để chạy tốt hơn, nhƣng điều khiển tay cầm khơng cần độ xác robot chạy thẳng hay cua cao nên ta cần xuất xung cho động chạy phù hợp Để CSP thực di chuyển nhƣ lƣu đồ hình 4.9, trƣớc tiên CSP phải kết nối với bluetooth với bảng điều khiển điện thoại Dựa tín hiệu Bluetooth nhận đƣợc CSP thực điều khiển thơng qua nút nhấn, từ CSP làm đến vị trí cần thiết mà ngƣời điều khiển mong muốn 4.7.2 Lƣu đồ giải thuật cho Bluetooth 80 Chƣơng Thiết kế hệ thống điều khiển Để CSP điều khiển đƣợc phải thơng qua q trình kết nối liệu từ điện thoại qua bluetooth, nhằm mục đích truyền thơng tin điều khiển cho CSP hoạt động hình 4.10 Hình 10 Lƣu đồ giải thuật truyền nhận Bluetooth điện thoại CSP 81 Chƣơng BẢO TRÌ AN TỒN Để robot CSP làm việc hiệu quả, suất tốt tuổi thọ lâu dài, việc thiết kế chế tạo tốt, yêu cầu ngƣời vận hành, sử dụng CSP phải thành thạo kỹ thuật suốt trình làm việc Thƣờng xuyên kiểm tra định khâu kiểm tra bảo trì hoạt động thiết bị CSP, động cơ, hệ thống truyền động khác liên quan đến trình hoạt động CSP để làm cho CSP có trạng thái làm việc tốt 5.1 BẢO TRÌ Theo dõi kiểm tra định kỳ bulong đai ốc cần siết chặt, ổ lăn thêm chất bơi trơn, xem tình trạng động cơ, hộp số bơi trơn cần để trƣớc đƣa vào hoạt động, tiến hành chạy thử đề mô Kiểm tra pin hoạt động thiết bị điện an tồn, khơng cho vào nƣớc, bọc kín thiết bị điện trƣớc chạy Kiểm tra ống dẫn nƣớc, đầu nối có bị rị rỉ khơng, có rị rỉ cần phải thay Trong q trình làm việc, cần phải kéo dây cho CSP khỏi bị vƣớng đến vật cản, hoạch định tính tốn đƣờng trƣớc để đƣa phƣơng án để dây cho CSP kéo không bị vƣớng Sau CSP hoạt động xong cần tháo rời theo phận mang xuống vị trí để an tồn, vệ sinh bên cho thiết bị, nhằm đẩy bụi bám, chất tẩy rửa 5.2 AN TOÀN Để robot di chuyển an toàn mái nghiêng lớn cao cần có thêm dây nối an tồn, đầu nối với CSP đầu nối vào vị trí cố định an tồn, dùng thiết bị có bánh xe chạy ngang pin, đầu nối dây vào thiết bị đầu lại để nối dây nối vào CSP nhằm mục đích tránh rơi robot xuống đất Trƣớc làm việc phải để biển cảnh báo nguy hiểm quấn băng rôn cảnh báo Chấp hành điều khoản an tồn leo cao, phải có giây bảo hộ ngƣời, lắp giàn giáo xe nâng leo cao 82 Chƣơng 6.1 TỔNG KẾT ĐÁNH GIÁ CHUNG Đề tài hoàn thành cơng việc sau Nội dung chƣơng tính tốn thiết kế đƣợc mơ hình khí CSP với cấu bánh đai, hai bánh chủ động đƣợc truyền động động DC thông qua truyền động đai Chổi lăn đƣợc làm nhiệm vụ đánh bụi bẩn với truyền động đai động DC công suất nhỏ Các khung cho CSP đƣợc xây dựng nhôm định hình, đƣợc lắp ráp tháo rời linh hoạt theo cụm Các mơ hình đƣợc dựng 3D phần mềm Solidworks 6.2 NHỮNG HẠN CHẾ TRONG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Trong trình thực luận văn có điểm hạn chế nhƣ sau:  Chƣa áp dụng đƣợc phƣơng trình PID để xây dựng điều khiển cho động hoạt động xác  Chƣa thực nghiệm đƣợc tốc độ quay phù hợp để làm kính  Chỉ dùng nguyên lý quay chổi lăn để đánh mặt kính chƣa phát triển đƣợc cần gạt để làm cho bề mặt không bị đọng nƣớc  Điều khiển chƣa dùng nhiều chế độ khác nhƣ kích hoạt đóng ngắt bơm nƣớc, điều khiển có camera giám sát 6.3 CÁC HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Để phát triển mở rộng đề tài, số hƣớng nghiên cứu phát triển dựa đề tài đƣợc đề nghị nhƣ sau:  Phát triển giải thuật điều khiển để đƣa phƣơng án di chuyển tốt  Dựa vào phƣơng trình động lực học từ tìm đƣợc hàm truyền để đƣa giải pháp cho động chạy tốt PID giúp cho toán đồng tốc động ổn định Có thể phát triển đồng tốc động theo hƣớng khác là:  Điều khiển bám theo Dùng bánh xe làm bánh chủ Điều khiển bánh lại theo tốc độ bánh chủ theo PID Ta tìm hàm truyền cho động cơ, động lại chỉnh để bám theo  Điều khiển tốc độ bánh dựa hàm truyền Tìm hàm truyền bánh xe, điều khiển tốc độ bánh theo PID 83 PHỤ LỤC Chƣơng trình code cho robot CSP /* * IN1 IN2 driver L298 lần lƣợt arduino Mega - Cổng OUTPUT A gắn với động bánh xích bên trái * IN3 IN4 driver L298 lần lƣợt arduino Mega - Cổng OUTPUT B gắn với động bánh xích bên phải * IN1 IN2 driver L298 lần lƣợt arduino Mega - Cổng OUTPUT A gắn với động bánh xích bên trái * IN3 IN4 driver L298 lần lƣợt arduino Mega - Cổng OUTPUT B gắn với động bánh xích bên phải * Tx HC-06 nối vào RX3 (hay chân 15) Arduino Mega * Rx HC-06 nối vào TX3 (hay chân 14) Arduino Mega */ #define TOC_DO_RE_NHO_MAC_DINH 80 // Tu - 255 max #define TOC_DO_RE_LON_MAC_DINH 180 // Tu - 255 max #define TOC_DO_DI_THANG_MAC_DINH 255 // - 255 max #define CHE_DO_QUAY_MAC_DINH int che_do_quay_hien_tai = CHE_DO_QUAY_MAC_DINH; int toc_do_di_thang = TOC_DO_DI_THANG_MAC_DINH; int toc_do_re_nho = TOC_DO_RE_NHO_MAC_DINH; int toc_do_re_lon = TOC_DO_RE_LON_MAC_DINH; String receive; void setup() { Serial.begin(9600); Serial3.begin(9600); 84 pinMode(2, OUTPUT); // Chan IN1 cua mach driver L298 pinMode(3, OUTPUT); // Chan IN2 cua mach driver L298 pinMode(4, OUTPUT); // Chan IN3 cua mach driver L298 pinMode(5, OUTPUT); // Chan IN4 cua mach driver L298 pinMode(6, OUTPUT); // Chổi quét động pinMode(7, OUTPUT); // Chổi quét động pinMode(8, OUTPUT); // Chổi quét động pinMode(9, OUTPUT); // Chổi quét động } void loop() { while (Serial3.available()>0) { receive = Serial3.readStringUntil('\n'); Serial.print("Received: ");Serial.println(receive); } if (receive.indexOf("F") != -1) {forward();} else if (receive.indexOf("B") != -1) {backward();} else if (receive.indexOf("RSelf") != -1) {right_self();} else if (receive.indexOf("LSelf") != -1) {left_self();} else if (receive.indexOf("Rb") != -1) {right();} else if (receive.indexOf("Lb") != -1) {left();} else if (receive.indexOf("stop") != -1) {idle();} else if (receive.indexOf("conlanchay") != -1) {ChoiQuetChay();} else if (receive.indexOf("conlandung") != -1) {ChoiQuetDung();} } 85 void idle() { toc_do_di_thang = 0; digitalWrite(2, LOW); analogWrite(3, toc_do_di_thang); digitalWrite(4, LOW); analogWrite(5, toc_do_di_thang); Serial.println("Vehicle Stopped"); for (int i=0; i