Thiết kế và thi công hệ thống định hướng pin năng lượng mặt trời

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG 621 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG CHO DÀN PIN MẶT TRỜI Người hướng dẫn: ThS LÊ VĂN CHƯƠNG Sinh viên thực hiện: VÕ CÔNG QUỲNH Lớp: 51K2 - ĐTVT Khóa học: 2010 - 2015 NGHỆ AN - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Võ Công Quỳnh Mã số sinh viên: 1051083821 Ngành: Điện tử viễn thơng Khố: 51 Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Văn Chương Cán phản biện: ThS Tạ Hùng Cường Nội dung thiết kế tốt nghiệp Nhận xét cán phản biện Ngày tháng năm 2015 Cán phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Kiến thức lĩnh vực điện tử vô phong phú, lĩnh vực điều phục vụ cho nhu cầu sống sinh hoạt Do việc trau dồi, bổ sung kiến thức lý thuyết lẫn thực tiễn cần cho sinh viên chuẩn bị tốt nghiệp trường Thực đồ án tốt nghiệp giúp cho sinh viên trang bị thêm kỹ lý thuyết thực hành từ làm việc tốt mơi trường thực tế bên Với kiến thức hạn hẹp học ghế nhà trường kỹ thực hành chưa tốt, với giúp đỡ tận tình, bảo thầy khoa giúp đỡ cho em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp giao Trong đó, đặc biệt em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến với thầy ThS Lê Văn Chương thời gian vừa qua không ngại thời gian cơng sức tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em nhiều kiến thức chun mơn, giúp em hồn thành tốt đề tài Sản phẩm chưa tốt mặt thẩm mỹ, chi phí làm sản phẩm cịn q cao cơng sức thầy trị hồn thiện, giúp cho em hiểu để làm sản phẩm cần phải trải qua nhiều lần nghiên cứu sản phẩm đảm bảo tốt kỹ thuật làm để hạ giá thành sản phẩm đáp ứng tốt nhu cầu thực tiễn Sinh viên thực đề tài Võ Công Quỳnh MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG TÓM TẮT ĐỒ ÁN LỜI MỞ ĐẦU .8 Lý chọn đề tài Nhiệm vụ đề tài 10 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .11 Ý nghĩa thực tiễn .11 Phương pháp nghiên cứu 12 Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI 13 1.1 Giới thiệu pin mặt trời .13 1.1.1 Định nghĩa .13 1.1.2 Tấm lượng mặt trời 14 1.2 Cách ghép nối lượng mặt trời 15 1.2.1 Phương pháp ghép nối tiếp môdun mặt trời .15 1.2.2 Ghép song song môđun mặt trời 16 1.2.3 Hiện tượng “điểm nóng” 17 1.3 Hệ thống pin mặt trời 18 1.3.1 Hệ quang điện làm việc độc lập .18 1.3.2 Hệ quang điện làm việc với lưới 21 1.4 Phương pháp điều khiển MPPT 21 1.5 Bộ lưu giữ lượng 23 1.5.1 Các loại ắc quy 23 1.5.2 Đặc tính nạp acquy 24 1.5.3 Các cố cần bảo vệ ắc quy chì - axit 26 1.6 Nguyên lý nạp lượng mặt trời .27 1.6.1 Sơ đồ biến đổi DC-DC không cách ly 27 1.6.2 Sơ đồ biến đổi DC-DC có cách ly 28 1.6.3 Lựa chọn sơ đồ nguyên lý cho biến đổi DC-DC 30 1.6.4 Sơ đồ biến đổi DC-DC không cách ly Cuk .31 Chương PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ HỆ ĐỊNH HƯỚNG NGUỒN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 35 2.1 Năng lượng mặt trời .35 2.1.1 Mở đầu 35 2.1.2 Cấu trúc nguồn lượng mặt trời .35 2.1.3 Phổ xạ mặt trời 38 2.1.4 Bức xạ lượng mặt trời đo lường xạ lượng mặt trời .40 2.1.5 Cơ sở pin lượng mặt trời 41 2.1.6 Pin Năng lượng mặt trời - Cấu tạo nguyên lý hoạt động 43 2.1.7 Hệ thống nguồn pin lượng mặt trời 45 2.2 Hệ định hướng nguồn pin lượng mặt trời 47 2.2.1 Giới thiệu 47 2.2.2 Đặc điểm 48 2.2.3 Phương pháp thiết kế 49 2.2.4 Hiệu suất hệ thống .52 2.2.5 Những nhược điểm hệ thống định hướng 54 Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG CHO DÀN PIN MẶT TRỜI 55 3.1 Tổng quan họ vi điều khiển AT89S52 .55 3.2 Cấu trúc vi điều khiển AT89S52 56 3.3 IC LM324N .60 3.4 Thiết kế thực thi .61 3.4.1 hiết kế hệ thống 61 3.4.2 Động DC .62 3.4.3 Mạch cầu H 62 3.4.4 Cảm biến xử lý tín hiệu 63 3.4.5 Thiết kế mạch điều khiển 65 3.4.6 Khối nguồn .66 3.5 Lưu đồ thuật toán - chương trình 67 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 3.5.1 Sơ đồ khối 67 3.5.2 Sơ đồ mạch nguyên lý 68 3.5.3 Sơ đồ mạch in 3D 68 3.5.4 Lưu đồ thuật toán .69 3.5.5 Chương trình 70 KẾT LUẬN .72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình Sơ đồ khối hệ thống lượng mặt trời 10 Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc pin mặt trời silic 14 Hình 1.2: Ghép nối tiếp hai môđun pin mặt trời .15 Hình 1.3: Ghép song song hai môđun pin mặt trời 16 Hình 1.4: Điốt nối song song với môđun để bảo vệ môđun dàn pin mặt trời 17 Hình 1.5: Sơ đồ khối hệ quang điện làm việc độc lập 18 Hình 1.6: Bộ điều khiển MPPT hệ thống pin mặt trời 22 Hình 1.7: Đặc tính nạp acquy .24 Hình 1.8: Sơ đồ biến đổi DC-DC không cách ly 27 a: Buck, b:bộ Boost, c: Buck-Boost, d:bộ Cuk .27 Hình 1.9: Sơ đồ biến đổi DC_DC cách ly a: Sơ đồ FlyBack, b: Sơ đồ Forward, c: Sơ đồ Half - Bridge, d: Sơ đồ Full - Bridge .29 Hình 1.10: Sơ đồ khối mạch nạp lượng mặt trời DC-DC Cuk 31 Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý mạch DC-DC Cuk 31 Hình 1.12: Tín hiệu điều chế độ rộng xung PWM 32 Hình 1.13: Bộ biến đổi hai trạng thái đóng/mở van: (a) Van mở, (b) Van đóng 32 Hình 1.14: Dịng điện điện áp cuộn dây: (a)Cuộn L1; (b) Cuộn L2 .33 Hình 2.1 Cấu trúc mặt trời .36 Hình 2.2 Thang sóng điện từ xạ mặt trời 38 Hình 2.3 Các trình lượng từ hệ hai mức (a) hai vùng lượng (b) 41 Hình 2.4 Cấu tạo nguyên lý hoạt động pin Mặt Trời 43 Hình 2.5 Sơ đồ tương đương đặc trưng sáng pin 45 Hình 2.6 Một sơ đồ khối hệ nguồn điện pin Mặt Trời .46 Hình 2.7: Hướng góc mặt trời để điều khiển 48 Hình 2.8: Phương pháp đặt cảm biến nhận biết góc ánh sáng 50 Hình 2.9: (a): Dàn xoay trục, (b): Dàn xoay trục 51 Hình 2.10: So sánh mức nâng hiệu suất hoạt động có điều khiển 52 Hình 3.1 Sơ đồ chân AT89s52 56 Hình 3.2: IC LM324 60 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hình 3.3: Sơ đồ chân LM324N 60 Hình 3.4: Sơ đồ khối hệ thống định hướng pin mặt trời 61 Hình 3.5: Động DC giảm tốc trục ngang .62 Hình 3.6 Mạch cầu H 63 Hình 3.7: Xử lý tín hiệu dùng quang trở 64 Hình 3.8: Mạch so sánh điện áp hai LDR 64 Hình 3.9 Khối mạch so sánh LDR mạch 65 Hình 3.10 Khối vi điều khiển AT89S52 66 Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 67 Hình 3.12 Sơ đồ khối toàn mạch 67 Hình 3.13 Sơ đồ mạch hồn chỉnh 68 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: So sánh tiêu chất lượng topology cho biến đổi DC-DC 30 Bảng 2.1 Phân bố phổ xạ Mặt Trời theo bước sóng 39 Bảng 2.2: So sánh dịng điện có định hướng khơng có định hướng 53 Bảng 3.1: Chức chuyển đổi đặc biệt .57 Bảng 3.2: Các cờ ngắt .59 Bảng 3.3: Các địa ngắt 59 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án vào nghiên cứu hệ thống lượng mặt trời phương pháp định hướng nhằm định hướng cho dàn pin lượng mặt trời thu tối đa nguồn lượng để cung cấp giải pháp lượng bền vững lâu dài phục vụ cho nhu cầu sử dụng điện người Để thực nhiệm vụ giải pháp sử dụng hệ định hướng để bám theo vị trí pin mặt trời sử dụng chip xử lý 8051, quang trở ic LM324 ABSTRACT Thesis goes into the study of the solar system and method oriented to orient the solar battery unit can collect the maximum energy to provide a sustainable energy solutions and long-term service needs to use the power of nguoi.De accomplish this task, then one solution is to use the navigation system to follow the sun pin positions using processor 8051 optical back and ic LM324 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Nếu ngắt xảy đồng thời ngắt có có mức ưu tiên cao phục vụ trước Nếu ngắt xảy đồng thời có mức ưu tiên thứ tự ưu tiên đượcthực từ cao đến thấp sau: ngắt - timer - ngắt - timer - cổng nối tiếp - timer Nếu chương trình ngắt có mức ưu tiên thấp chạy mà có ngắt xảy với mức ưu tiên cao chương trình tạm dừng để chạy chương trình khác có mức ưu tiên cao Các cờ ngắt Khi điều kiện ngắt xảy ứng với loại ngắt mà loại cờ đặtlên mức cao để xác nhận ngắt Bảng 3.2: Các cờ ngắt Ngắt Cờ Thanh ghi SFR vị trí bit Bên ngồi IE0 TCON.1 Bên IE1 TCON.2 Timer TF0 TCON.5 Timer TF1 TCON.7 Port nối tiếp TI SCON.1 Port nối tiếp RI SCON.0 Các địa ngắt: Khi chấp nhận ngắt, giá trị nạp vào PC gọi địa ngắt Nó địa bắt đầu ISR cho nguồn tạo ngắt, vector ngắt cho bảng sau: Bảng 3.3: Các địa ngắt Ngắt Cờ Địa Bên IE0 0003H Bên IE1 0013H Timer TF0 000BH Timer TF1 001BH TI RI 0023H Port nối tiếp Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 59 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 3.3 IC LM324N LM324N IC khuếch đại thuật tốn, cơng suất thấp bao gồm khuếch đại thuật tốn (Op-Amp) Hình 3.2: IC LM324 Thông thường khuếch đại thuật tốn (Op-Amp) cần phải có nguồn đơi Tức phải có nguồn dương nguồn âm Chẳng hạn Opamp 741 Tuy nhiên Opamp LM324N thiết kế đặc biệt để sử dụng với nguồn đơn Tức bạn cần Vcc GND đủ Nguồn cung cấp LM324N hoạt động độc lập với nguồn tín hiệu Ví dụ nguồn cung cấp LM324N 5V làm việc bình thường với nguồn tín hiệu ngõ vào V+ V- 15V Hình 3.3: Sơ đồ chân LM324N Vấn đề cần quan tâm thiết kế mạch với IC LM324N: - Điện áp cung cấp: Nguồn cung cấp cho LM324N tầm từ 5V~32V Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 60 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an - Áp tối đa ngõ vào: từ 0~32V nguồn đơn cộng trừ 15V nguồn đôi - Công suất Lm324 loại chân cắm (Dip): khoảng 1W - Điện áp ngõ ra: từ ~ (Vcc - 1,5V) + Dòng ngõ mắc theo kiểu đẩy dòng (dòng Sink): dòng đẩy tối đa đạt 20mA + Dòng ngõ mắc theo kiểu hút dịng (dịng Souce): dịng hút tối đa lên đến 40mA - Tần số hoạt động LM324N: 1MHz - Độ lợi khuếch đại điện áp DC LM324N tối đa khoảng 100 dB 3.4 Thiết kế thực thi 3.4.1Thiết kế hệ thống Mục đích hệ thống điều khiển theo hướng mặt trời xác định vị trí mặt trời Để thiết kế hệ thống điều khiển pin lương theo hướng mặt trời hệ thống khí, điều khiển phải có mức tiêu thụ điện thấp Như vậy, hệ thống điện ban đầu bao gồm cảm biến ánh sáng, mạch so sánh mạch đảo chiều động Để hệ thống hoạt động tốt xác động điều khiển độ rộng xung mạch vi điều khiển đáp ứng tính ổn định hệ thống Ngoài việc lựa chọn động cho phù hợp với việc điều khiển pin, lựa chọn cảm biến ánh sáng để nhận biết hướng ánh sáng phù hợp giá cần trọng Sơ đồ khối tổng thể hệ thống đơn giản hóa sơ đồ khối sau: PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC H - BRIDGE CẢM BIẾN Hình 3.4: Sơ đồ khối hệ thống định hướng pin mặt trời Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 61 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hệ thống điện bao gồm cảm biến ánh sáng cung cấp thống tin phản hồi đến vi điều khiển Vi điều khiển xử lý cảm biến đầu vào phản hồi đầu cho cầu H, động DC có nhiệm vụ xoay pin lượng mặt trời theo hướng cho ánh sáng nhận vng góc với pin lượng mặt trời Phần khung giá đỡ cho pin lượng mặt trời động gắn cố định để điều chỉnh góc quay cho pin 3.4.2 Động DC Động chuyên dùng cho cấu kẹp,xoay,tháo gỡ chốt Kết cấu nhơng xoắn đảm bảo động khóa khơng có dịng điện Chính góc hướng nắng vng góc với pin lượng ngưng cấp nguồn cho động động giữ cho pin lượng đứng yên mà không cần cấp nguồn liên tục để giữ pin Nguồn 24VDC, tốc độ 18vịng/phút,cơng suất 12w Hình 3.5: Động DC giảm tốc trục ngang 3.4.3 Mạch cầu H Như mô tả trước đây, động lựa chọn loại động DC Động xoay hai hướng cách đảo chiều hướng dòng điện cung cấp Bởi nguồn cung cấp cho hệ thống có cực cần có mạch chuyển hướng nguồn cung cấp cho động cơ, để thực việc mạch biết đến mạch cầu H cung cấp sơ đồ sau: Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 62 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hình 3.6 Mạch cầu H Hai cặp MOSFETs làm việc để cung cấp nguồn cho động theo hướng định Hai MOSFETs Q1 Q2 loại kênh P, lại Q3 Q4 kênh N Dựa vào hình 4.2 ta thấy hướng dòng điện cung cấp cho động tương ứng với việc cấp mức điện áp vào cực cổng MOSFETs Đối với mạch cầu H, việc lựa chọn linh kiện phải cho phù hợp với dự án thiết kế nhằm giảm tối đa chi phí thiết kế để phổ biến rộng rãi lý sản xuất 3.4.4 Cảm biến xử lý tín hiệu a Cảm biến Có nhiều phương pháp khác để nhận biết ánh sáng hướng theo mặt trời Có thể dung thời gian để điều khiển theo hướng mặt trời đơn giản dùng LDR (Light Dependent Resistor) Một điện trở phụ thuộc ánh sáng để Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 63 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an phát thay đổi cường độ ánh sáng bề mặt điện trở, ánh sáng chiếu vào bề mặt quang trở, điện trở chúng giảm ngược lại Dựa vào đặc điểm quang trở ta thiết kế mạch cảm biến xử lý tín hiệu để điều khiển động b Xử lý tín hiệu Hình 3.7: Xử lý tín hiệu dùng quang trở Dựa vào hình 3.7 ta thấy, ánh sáng chiếu khơng vng góc so với quang trở, LDR1 vào vùng tối LDR2 nhận ánh sáng Giá trị điện trở LDR2 giảm mạnh, giá trị điện trở LDR1 lại tăng lên nhiều Lúc hai quang trở có điện trở chênh lệch khác nhau, dựa vào đặc điểm quang trở, ta thiết kế mạch so sánh điện áp hai LDR từ đưa hướng điều khiển cho thích hợp Việc đọc giá trị điện trở ta dùng mạch so sánh Opamp để so sánh điện áp hai LDR xuất ngõ để điều khiển Hình 3.8: Mạch so sánh điện áp hai LDR Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 64 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Dựa vào Hình 3.7, bình thường ánh sáng chiếu vào LDR điểm nối LDR có giá trị điện áp Vcc Lúc hai ngõ Opamp mức thấp Khi ánh sáng chiếu vào LDR khác điện áp cầu phân áp Vcc bị lệch khỏi khoảng điện áp rơi R2 Một hai ngõ opamp lên mức Vcc làm quay motor Motor có chiều quay theo hướng cho ánh sáng cân trở lại LDR Ngoài để mạch hoạt động ổn định cần sử dụng vi điều khiển cách đọc giá trị ngõ Opamp để xử lý xác, sử dụng cơng tắc hành trình encoder để điều khiển góc quay vị trí ban đầu để đón hướng nắng vào ngày Việc tính tốn giá trị điện trở R cho LDR nằm vùng so sánh xác ngồi thực tế sánh sáng nắng gắt LDR có giá trị điện trở khoảng vài trăm ôm, bị che nắng trời tối điện trở tăng rõ rệt rơi vào khoảng 100kΩ trở lên Vì ta chọn giá trị điện trở cho R 1.5kΩ Hình 3.9 Khối mạch so sánh LDR mạch 3.4.5 Thiết kế mạch điều khiển Mạch điều khiển đảm nhiệm vai trị sau: - Đọc tín hiệu từ ngõ Opamp có điện áp khơng có điện áp Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 65 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an - So sánh đưa tín hiệu điều khiển xung hai chế độ điều khiển đảo chiều động - Sử dụng cơng tắc hành trình để nhận biết điểm tới hạn góc quay điều khiển xung để quay động trở vị trí ban đầu Trung tâm mạch điều khiển ta chọn vi điều khiển AT89S52 để thực nhiệm vụ Hình 3.10 Khối vi điều khiển AT89S52 Với ngõ vào ngắt ngồi INT_1 INT_2, vi điều khiển nhận tín hiệu ngõ vào từ ngõ Opamp đưa tín hiệu xung điều khiển PWM_1 PWM_2 để điều khiển việc đảo chiều động Ngoài vi điều khiển cịn nhận tín hiệu ngõ vào từ cơng tắc hành trình BUTTON_1 BUTTON_2 nhằm giới hạn góc quay cho động 3.4.6 Khối nguồn Lựa chọn động DC sử dụng nguồn 24VDC cần phải thiết kế nguồn đảm bảo đủ dòng đủ áp cho động hoạt động mà tránh bị sụt áp cho mạch điều khiển Do để giảm chi phí phát sinh sử dụng nguồn công suất lớn, ta sử dụng IC thông dụng LM7824 Theo nhà thiết kế, ta nâng dịng điện cho khối nguồn 1A cách mắc song song thêm Transistor Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 66 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an công suất để nâng dòng cho LM7824 Như việc nâng dòng LM7824 đảm bảo cung cấp đủ nguồn cho hệ thống Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 3.5 Lưu đồ - chương trình 3.5.1 Sơ đồ khối PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘNG CƠ DC VI ĐIỀU KHIỂN H- BRIDGE Hình 3.12 Sơ đồ khối tồn mạch Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 67 CẢM BIẾN VÀ CƠNG TẮC HÀNH TRÌNH C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 3.5.2 Sơ đồ mạch nguyên lý Hình 3.13 Sơ đồ mạch hoàn chỉnh 3.5.3 Sơ đồ mạch in 3D Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 68 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 3.5.4 Lưu đồ thuật toán Begin Xuất xung PWML Nút nhấn L S Đ INT Xuất xung PWMR Nút nhấn R S Đ INT End Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 69 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 3.5.5 Chương trình ORG0000H // bắt đầu địa CLRP2.0 // xoá bit SETBP1.0 // thiết lập bit =1 SETBP1.1 MAIN: LB:CLRP2.1 CALLXUNG JBP1.0,LB LB1:JNBP3.2,LB2 SETBP2.1 CALLXUNG JBP1.1,LB2 JMPMAIN LB2:JNBP3.3,LB1 CLRP2.1 CALLXUNG JBP1.1,LB1 JMPMAIN XUNG: SETBP2.0 CALLDELAY10MS CLRP2.0 CALLDELAY50MS RET DELAY10MS:MOV7EH,#100 DEL10MS:MOV7FH,#48 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 70 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an DJNZ7FH,$ DJNZ7EH,DEL10MS RET DELAY50MS:MOV 7EH,#200 DEL50MS:MOV7FH,#250 DJNZ7FH,$ DJNZ7EH,DEL50MS RET END Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 71 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an KẾT LUẬN Đề tài “Thiết kế thi công hệ thống định hướng pin lượng mặt trời” thực nhiều điểm mấu chốt việc điều khiển pin lượng mặt trời hướng theo vị trí mặt trời Đề tài gói gọn việc điều khiển tìm hiểu nguyên lý sử dụng nạp lượng trữ vào bình acqui Hướng phát triển tiếp đề tài thiết kế hệ thống nạp quản lý, sử dụng nguồn lượng từ pin lượng, chuyển đổi nguồn DC sang AC để sử dụng tải xoay chiều Thiết kế hệ thống điều khiển thông minh để điều hướng đóng ngắt việc sử dụng thiết bị ngồi khoảng thời gian quy định sử dụng nhằm hệ thống hoạt động ổn định sử dụng nguồn lượng mặt trời Ngồi ra, cần tích hợp hệ thống nạp acquy với biến đổi khác để phụ việc việc sử dụng truyền tải Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn 72 C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn