Thiết kế chế tạo thử nghiệm mô hình chuyển đổi động năng thành điện năng (đồ án tốt nghiệp cơ điện)

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN -🙞🙜🕮🙞🙜 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MƠ HÌNH CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG NĂNG THÀNH ĐIỆN NĂNG HÀ NỘI, 2021 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN -🙞🙜🕮🙞🙜 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MƠ HÌNH CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG NĂNG THÀNH ĐIỆN NĂNG Người thực : PHẠM CÔNG LINH Lớp : K59 TĐHA MSV : 597865 Ngành : TỰ ĐỘNG HÓA Người hướng dẫn : Th.S NGUYỄN VĂN ĐIỀU HÀ NỘI, 2021 LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy, cô giáo trường Học viện Nông nghiệp Việt Nam, đặc biệt thầy cô giáo Khoa Cơ Điện truyền đạt kiến thức cho em suốt thời gian học vừa qua Các thầy cô môn “Tự động hóa” nhiệt tình giảng dạy, tạo điều kiện tốt cho em học tập, nghiên cứu trang bị cho em kiến thức để vững bước cho tương lai Để hoàn thành đề tài em nhận hướng dẫn tận tình thầy, giáo mơn “Tự động hóa” đặc biệt ThS Nguyễn Văn Điều trực tiếp hướng dẫn, tận tình bảo cho em suốt trình nghiên cứu trình viết báo cáo, giúp em hồn thiện đồ án tốt nghiệp Do thời gian nghiên cứu có hạn lượng kiến thức chun mơn cịn hạn chế nên đề tài khơng tránh thiếu sót kính mong nhận quan tâm, góp ý thầy cô bạn bè Em xin trân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng Sinh viên thực Phạm Công Linh i năm LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan trình bày đồ án tốt nghiệp “THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MƠ HÌNH CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG NĂNG THÀNH ĐIỆN NĂNG” nghiên cứu dẫn giúp đỡ ThS Nguyễn Văn Điều Các số liệu sử dụng phân tích đồ án tốt nghiệp có nguồn gốc rõ ràng, nêu rõ phần tài liệu tham khảo Các kết nghiên cứu đồ án tốt nghiệp tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Việt Nam Các kết chưa công bố nghiên cứu khác Hà Nội, ngày tháng năm Sinh viên thực Phạm Công Linh ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH BẢNG iv DANH SÁCH HÌNH ẢNH vi MỞ ĐẦU 1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 2.MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 3.PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4.NHỮNG ĐÓNG GÓP, Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan IoT 1.2 IoT Việt Nam 1.3 IoT giới 1.4 Các hệ thống tích trữ khí nén để chuyển hóa thành điện CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 2.1 Nội dung nghiên cứu 10 2.1.1 Nghiên cứu chế tạo khung mơ hình 10 2.1.2 Tua bin gió 11 2.1.3 Bình chứa khí nén 12 2.1.4 Mạch nghịch lưu 13 2.1.5 Mạch chỉnh lưu 14 2.1.6 Arduino 15 2.1.7 Esp 8266 16 2.1.8 Nghiên cứu phần mềm viết chương trình điều khiển cho arduino uno R3 18 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 20 iii 3.1 Tổng quan mô hình nghiên cứu 20 3.2 Thiết kế phần cứng 21 3.2.1 Khung mơ hình 21 3.2.2 Bơm nén khí 22 3.2.3 Bình nén khí 23 3.2.4 Động máy phát 25 3.2.5 Chế tạo tua bin khí 26 3.2.6 Ắc quy 28 3.2.7 Cảm biến áp suất van điện từ 29 3.2.8 Màn hình hiển thị LCD test 1602 30 3.3 Chế tạo phần mạch mơ hình 32 3.3.1 Mạch công suất 34 3.3.2 Mạch điều khiển 37 3.4 Thiết kế phần mềm 42 3.4.1 Lưu đồ thuật toán 42 3.4.2 Chương trình điều khiển 43 3.5 Thử nghiệm 45 3.5.1 Hiển thị thông số mạch nạp 45 3.5.2 Thời gian tích cơng suất 47 3.6 Thảo luận 48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 KẾT LUẬN 49 1.1 Đánh giá nhận xét chung 49 1.2 Hạn chế 49 KIẾN NGHỊ 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 PHẦN PHỤ LỤC 52 iv DANH SÁCH BẢNG Bảng Thông số kĩ thuật ESP 8266-01 17 Bảng Thông số kĩ thuật động điện chiều 25 Bảng Thông số kĩ thuật cảm biến áp suất 29 Bảng Thông số kĩ thuật van điện từ 3V210-08 30 Bảng Thông số kĩ thuật LCD test 1602 30 Bảng Thông số kỹ thuật tụ 2200uF 50V 34 Bảng Thông số kĩ thuật Diode cầu 5A dẹt 35 Bảng Thông số kĩ thuật tụ gốm 104 36 Bảng Thông số kĩ thuật Module relay 39 Bảng 10: Bảng phân cơng tín hiệu 43 Bảng 11 Kết số lần ấn đến tích đủ khí nén thời gian xả khí 46 Bảng 12 Kết nạp điện vào bình ac quy 47 v DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1 Internet of Things Hình 1.2 Ứng dụng chăm sóc trang trại IoT Hình 2.1 Khung mơ hình 10 Hình 2.2 Tua bin gió 11 Hình 2.3 Bình nén khí đơn giản 13 Hình 2.4 Mạch nghịch lưu 14 Hình 2.5 Mạch chỉnh lưu 15 Hình 2.6 Ardruino esp 8266-01 17 Hình 2.7 Giao diện arduino IDE 19 Hình 2.8 Ký hiệu giải thích arduino IDE 19 Hình 3.1 Sơ đồ khối mạch chuyển đổi khí nén thành điện áp 20 Hình 3.2 Khung mơ hình 22 Hình 3.3 Bơm nén khí 22 Hình 3.4 Bình nén khí 24 Hình 3.5 Động điện chiều 25 Hình 3.6 Thiết kế tua bin khí 26 Hình 3.7 Ảnh thực tế tua bin khí 27 Hình 3.8 Ắc quy 28 Hình 3.9 Cảm biến áp suất khí nén có phản hồi tín hiệu 29 Hình 3.10 Van điện từ 3V210-08 30 Hình 3.11 Màn hình hiển thị LCD test 1602 31 Hình 3.12 Cách kết nối LCD với ardruino 31 Hình 3.13 Mạch vẽ phần mềm proteus 32 Hình 3.14 Mạch in vẽ phần mềm proteus 33 Hình 3.15Mạch in 3D phần mềm proteus mơ 33 Hình 3.16 Tụ hóa 2200µF 50V 34 vi Hình 3.17 Diode cầu 5A dẹt 35 Hình 3.18 Tụ gốm 104 36 Hình 3.19 Mạch công suất 37 Hình 3.20 Arduino uno R3 38 Hình 3.21 Module relay 39 Hình 3.22 Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển 40 Hình 3.23 Mạch thực tế sau hồn thiện 41 Hình 3.24 Lưu đồ thuật toán 42 Hình 3.25 Giao diện lập trình 44 vii 53 Phụ lục 2: Chương trình điều khiển #include #include #include #include SoftwareSerial ESP8266(0, 1); #define IP "184.106.153.149"// thingspeak.com ip #define cb_apsuat A0 #define van_xa #define do_volke A4 #define chan_pow 11 #define DEBUG #define SW_ENABLE A2 #define SW_UP A1 #define SW_DOWN A3 #define PWM1_HIGH digitalWrite(9, HIGH) #define PWM1_LOW digitalWrite(9, LOW) #define PWM2_HIGH digitalWrite(10, HIGH) #define PWM2_LOW digitalWrite(10, LOW) unsigned char i = 0; char EN = 0; unsigned char SPWM[48]={0,12,23,35,46,57,68,78,88,98,108,116,125,133,140,146,152,15 7,162,166,169,171,173,174,174,173,171,169,166,162,157,152,146,140,133,1 25,116,108,98,88,78,68,57,46,35,23,12,0}; 54 String myAPIkey = "D77AO00RIQ4ZPR78"; long startTiming = 0; long elapsedTime = 0; long sampleTimingSeconds = 50; unsigned char check_connection=0; unsigned char times_check=0; boolean error; const int rs = 7, en = 12, d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2; LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7); float vout = 0.0 ; float vin = 0.0 ; float R1 = 100000.0 ; // dien tro R1 (100K) float R2 = 10000.0 ; // dien tro R2 (10K) int val= 0; long gtri_apsuat; int menu = 0; long set_relay_max = 0; long set_relay_min = 0; float set_vin_max = 0; float set_vin_min = 0; unsigned long time_ = 0; void setup() { PWM1_HIGH; PWM2_HIGH; lcd.begin(16, 2); lcd.print("HV NONG NGHIEP"); 55 ắc quyMode(9, OUTPUT); ắc quyMode(10, OUTPUT); ắc quyMode(A3, INPUT_PULLUP); ắc quyMode(A2, INPUT_PULLUP); ắc quyMode(A1, INPUT_PULLUP); ắc quyMode(chan_pow, OUTPUT); ắc quyMode(cb_apsuat, INPUT_PULLUP); ắc quyMode(do_volke, INPUT); ắc quyMode(van_xa, OUTPUT); digitalWrite(van_xa, HIGH); digitalWrite(chan_pow, LOW); xuat_eeprom(); connectWiFi(); //Serial.begin(115200); //setupEsp8266(); } void loop() { SW_AP_SUAT(); if ( (unsigned long) (millis() - time_) > 1000 ) { elapsedTime = millis() - startTiming; val = analogRead(do_volke); gtri_apsuat = analogRead(cb_apsuat); gtri_apsuat=map(gtri_apsuat,114,1024,0,72); vout = ( val * 5.0 ) / 1024.0 ; // công thức chuyển đổi điện áp đo vin = vout /(R2 / ( R1 + R2 )); // cơng thức tính điện áp 56 if ( vin < 0.09 ) // giới hạn đo nhỏ { vin = 0.0 ; } if (elapsedTime > (sampleTimingSeconds * 500)) { writeThingSpeak(); startTiming = millis(); } if(vin >= set_vin_max) digitalWrite(chan_pow, HIGH); //acquy đầy ắc quy ngắt sạc if(vin = set_relay_max) { digitalWrite(van_xa, LOW); } if(gtri_apsuat =4) dem=0; ESP8266.println("AT+CWMODE=1"); delay(1000); ESP8266.print("AT+CWJAP=\"KLTN\",\"12345678\"\r\n"); ESP8266.setTimeout(5000); if(ESP8266.find("WIFI CONNECTED\r\n")==1) { lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); 58 lcd.print("WIFI CONNECTED"); break; } times_check++; if(times_check>3) { times_check=0; lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Try Reconnect "); delay(2000); } } } void writeThingSpeak(void) { startThingSpeakCmd(); // preparacao da string GET String getStr = "GET /update?api_key="; getStr += myAPIkey; getStr +="&field1="; getStr += String(gtri_apsuat); getStr +="&field2="; getStr += String(vin); getStr += "\r\n\r\n"; GetThingspeakcmd(getStr); } void startThingSpeakCmd(void) 59 { ESP8266.flush(); String cmd = "AT+CIPSTART=\"TCP\",\""; cmd += "184.106.153.149"; // api.thingspeak.com IP address cmd += "\",80"; ESP8266.println(cmd); //Serial.print("Start Commands: "); //Serial.println(cmd); if(ESP8266.find("Error")) { //Serial.println("AT+CIPSTART error"); return; } } String GetThingspeakcmd(String getStr) { String cmd = "AT+CIPSEND="; cmd += String(getStr.length()); ESP8266.println(cmd); //Serial.println(cmd); if(ESP8266.find(">")) { ESP8266.print(getStr); //Serial.println(getStr); delay(500); String messageBody = ""; while (ESP8266.available()) 60 { String line = ESP8266.readStringUntil('\n'); if (line.length() == 1) { messageBody = ESP8266.readStringUntil('\n'); } } //Serial.print("MessageBody received: "); //Serial.println(messageBody); return messageBody; } else { ESP8266.println("AT+CIPCLOSE"); //Serial.println("AT+CIPCLOSE"); } } void SW_AP_SUAT() { //lcd.setCursor(0, 0); //lcd.print("SET AP SUAT MAX"); if(digitalRead(SW_ENABLE)==0) { while(digitalRead(SW_ENABLE) == 0) delay(10); menu =1; lcd.clear(); lcd.setCursor(4, 0); 61 lcd.print("CAI DAT"); delay(2000); } while (menu == 1) { lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("SET AP SUAT MAX"); if(digitalRead(SW_UP) == 0) { delay(20); set_relay_max++; delay(200); lcd.clear(); if(set_relay_max>=72) set_relay_max =0; } if(digitalRead(SW_DOWN) == 0) { delay(20); set_relay_max ; delay(200); lcd.clear(); if(set_relay_max=72) set_relay_min =0; } if(digitalRead(SW_DOWN) == 0) { delay(20); set_relay_min ; delay(300); lcd.clear(); if(set_relay_min=14) set_vin_max =0; } if(digitalRead(SW_DOWN) == 0) { delay(30); set_vin_max -= 0.1; delay(200); lcd.clear(); if(set_vin_max=14) set_vin_min =0; } if(digitalRead(SW_DOWN) == 0) { delay(30); set_vin_min-=0.1; delay(200); 65 lcd.clear(); if(set_vin_min