(Đồ án hcmute) thiết kế bộ nạp acquy từ pin mặt trời và giám sát tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ BỘ NẠP ACQUY TỪ PIN MẶT TRỜI VÀ GIÁM SÁT TẢI GVHD: Th.S NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH: NGÔ VĂN KHÁNH MSSV: 09901032 SVTH: LÊ NGỌC KHOA MSSV: 09901033 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ NẠP ACQUY TỪ PIN MẶT TRỜI VÀ GIÁM SÁT TẢI GVHD: Th.S NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH1: NGƠ VĂN KHÁNH MSSV: 09901032 SVTH2: LÊ NGỌC KHOA MSSV: 09901033 Lớp: 099011A Tp Hồ Chí Minh - 1/2016 an TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày 10 tháng năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chun ngành: Hệ đào tạo: Khóa: Ngơ Văn Khánh Lê Ngọc Khoa Sư Phạm Điện - Điện tử Đại học quy 2009 MSSV: 09901032 MSSV: 09901033 Lớp: 099011A I TÊNĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ NẠP ACQUY TỪ PIN MẶT TRỜI VÀ GIÁM SÁT TẢI II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: Nội dung thực hiện: III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/10/2015 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/01/2016 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Ths Nguyễn Đình Phú CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ii an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM Khoa Điện - Điện Tử Bộ Môn Điện Tử Cơng Nghiệp CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp HồChí Minh, ngày tháng năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Lớp: MSSV: Họ tên sinh viên 2: Lớp: MSSV: Tên đề tài: Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iii an LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô môn Điện Tử Công Nghiệp trang bị cho em kiến thức giúp đỡ em giải khó khăn q trình làm đồ án Đặt biệt em xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn, Th.S Nguyễn Đình Phú tận tình giúp đỡ trình lựa chọn đề tài hỗ trợ em trình thực Người thực đề tài Ngô Văn Khánh Lê Ngọc Khoa v an MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình iii Cam đoan iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Liệt kê hình vẽ ix Liệt kê bảng xi Tóm tắt xii CHƯƠNG DẪN NHẬP 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn 1.5 Bố cục đề tài CHƯƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Pin mặt trời 2.1.1 Cấu tạo pin mặt trời 2.1.2 Nguyên lý hoạt động pin mặt trời 2.1.3 Đặc tính làm việc pin mặt trời 10 2.1.3.1 Dòng qua diode 11 2.1.3.2 Dòng ngắn mạch ISC 11 2.1.3.3 Điện áp hở mạch VOC 13 2.1.3.4 Điểm công suất cực đại 14 2.2 Acquy 17 2.2.1 Giới thiệu Acquy 17 2.2.2 Các phương pháp phóng nạp Acquy 18 an 2.2.2.1 Phóng điện Acquy 18 2.2.2.2 Các phương pháp nạp Acquy 19 2.3 LCD 20 2.4 IC cảm biến dòng ACS712 22 2.5 Board Arduino Mega 2560 23 2.5.1 Giới thiệu chung Arduino 23 2.5.2 Giới thiệu board Arduino Mega 2560 24 2.6 Động bước 25 2.6.1 Đặc điểm chung 25 2.6.2.Phân loại động bước 25 2.6.3 Nguyên lý hoạt động động bước 26 CHƯƠNG 3.THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ – ĐIỆN TỬ 30 3.1 Yêu cầu điều khiển 30 3.2 Sơ đồ khối hệ thống 31 3.3 Thiết kế chế tạo kết cấu khí cho hệ thống 31 3.4 Thiết kế mạch điều khiển mạch công suất 35 3.4.1 Mạch đo điện áp 35 3.4.2 Mạch đo dòng điện 36 3.4.3 Mạch hướng ánh sáng 37 3.4.4 Mạch điều khiển hiển thị 38 3.4.5 Mạch driver điều khiển động bước 39 3.4.6 Mạch nạp Cuk converter 40 3.4.7 Mạch nghịch lưu pha 41 CHƯƠNG 4.LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 43 4.1 Yêu cầu điều khiển 43 4.2 Lưu đồ điều khiển 44 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 48 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 49 vii an 6.1 Kết luận 49 6.2 Hướng phát triển 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHU LỤC viii an LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Tồn điện trường hai lớp tiếp giáp P-N Hình 2.2: Cấu tạo tổng thể pin mặt trời Hình 2.3: Các loại cấu trúc tinh thể pin mặt trời Hình 2.4: Quá trình tạo Panel pin mặt trời Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động pin mặt trời Hình 2.6: Hệ thống mức lượng E1 < E2 Hình 2.7 Các vùng lượng Hình 2.8: Nguyên lý hoạt động pin mặt trời Hình 2.9: Đồ thị biểu diễn đặc tính làm việcA – V pin mặt trời 10 Hình 2.10: Sơ đồ tương đương pin mặt trời 11 Hình 2.11: Sơ đồ tương đương đơn giản pin mặt trời 12 Hình 2.12: Dịng ngắn mạch ISC 12 Hình 2.13: Điện áp hở mạch VOC 13 Hình 2.14: Đồ thị điện áp hở mạch VOC ISC 14 Hình 2.15: Pin mặt trời ngắn mạch, hở mạch gắn với tải 14 Hình 2.16: Đồ thị V – A – P pin mặt trời 15 Hình 2.17: Xác định điểm MPP pin mặt trời 15 Hình 2.18: Ghép pin song song với đặc tuyến U-I 16 Hình 2.19: Ghép pin nối tiếp với đặc tuyến U-I 16 Hình 2.20: Cấu tạo Acquy chì 17 Hình 2.21: Sơ đồ chân LCD 20 Hình 2.22: Sơ đồ chân ACS712 21 Hình 2.23: Sơ đồ kết nối ACS712 23 Hình 2.24: Board Arduino Mega 2560 24 Hình 2.25: Cấu tạo động bước đơn cực 27 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 31 Hình 3.2: Chuyển động quay trục tọa độ 32 Hình 3.3: Mơ hình khí - điên tử sau lắp ráp 34 Hình 3.4: Giới thiệu phần cứng 35 ix an Hình 3.5: Sơ đồ mạch đo điện áp 35 Hình 3.6: Sơ đồ mạch đo dòng điện 36 Hình 3.7: Sơ đồ mạch hướng ánh sáng 37 Hình 3.8: Sơ đồ mạch điều khiển hiển thị 38 Hình 3.9: Sơ đồ mạch driver điều khiển động bước 39 Hình 3.10: Sơ đồ mạch Cuk converter 40 Hình 3.11: Sơ đồ mạch nghịch lưu pha 41 Hình 4.1: Lưu đồ giải thuật 42 ii an PHỤ LỤC /* Code chương trình */ #include #define pls2 #define dir2 #define pls1 #define dir1 10 #define pwm #define up #define down 23 25 #define right 27 #define left 29 #define phim_up digitalRead(up) #define phim_down digitalRead(down) #define phim_right digitalRead(right) #define phim_left digitalRead(left) #define ti_1 analogRead(A15) //đo dòng #define ti_2 analogRead(A14) // đo dòng #define tu_1 analogRead(A13) //đO áp acquy #define tu_2 analogRead(A12) //đO áp pin NLMT an #define l_1 analogRead(A1) #define l_2 analogRead(A2) #define l_3 analogRead(A9) #define l_4 analogRead(A10) #define auto #define man #define forw #define rev #define brake #define thuan #define nghich LiquidCrystal lcd(52, 53, 48, 49, 50, 51); char mode = 1, i; float v1 = 0, v1_pt, v2 = 0, i1 = 0, i2 = 0,x = 0; unsigned long _now = 0, _last = 0, now1 = 0, now2 = 0, last1 = 0, last2 = 0, temp = 20000, TG_NHAN = 0; long pos1 = 0, pos2 = 0; boolean stt1 = LOW, stt2 = LOW; boolean _flg1 = false; boolean flg = LOW; an //XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX CHUONG XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX //XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX-4 NÚT XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX boolean PHIM_UP(unsigned int DL ) { if (phim_up == 0) { TG_NHAN++; if (TG_NHAN == 1) return (1); else { if (TG_NHAN >= DL) TG_NHAN = 0; } } else return (0); } boolean PHIM_RIGHT(unsigned int DL ) { if (phim_right == 0) { an TRINH CON NHẤN TG_NHAN++; if (TG_NHAN == 1) return (1); else { if (TG_NHAN >= DL) TG_NHAN = 0; } } else return (0); } boolean PHIM_DW(unsigned int DL ) { if (phim_down == 0) { TG_NHAN++; if (TG_NHAN == 1) return (1); else { if (TG_NHAN >= DL) TG_NHAN = 0; } } else return (0); } an boolean PHIM_LEFT(unsigned int DL ) { if (phim_left == 0) { TG_NHAN++; if (TG_NHAN == 1) return (1); else { if (TG_NHAN >= DL) TG_NHAN = 0; } } else return (0); } //XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX END XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX void do_luong() { i1=0; for (i = 0; i < 100; i++) { i1 += (ti_1 / 1023.0) * 5.0 - 2.5; } an NÚT NHẤN i1=i1/100; if (i1 0) && pos1 > 0) { motor_ud(80000, nghich); } else if ((rdud() < 0) && pos1 < 200) { motor_ud(80000, thuan); } else motor_ud(0, thuan); if ((rdlr() > 0) && pos2 < 100) { motor_lr(100000, thuan); } else if ((rdlr() < 0) && pos2 > 0) { motor_lr(100000, nghich); } else motor_lr(0, thuan); } void chuong_trinh_man() { _now = (unsigned long) millis(); if (_now - _last >= 1000) { lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); an lcd.print("pulse1="); lcd.print(pos1); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("pulse2="); lcd.print(pos2); _last = _now; } if (PHIM_UP(20) && (pos1 < 200)) motor_ud(100000, thuan); else if (PHIM_DW(20) && (pos1 > 0)) motor_ud(100000, nghich); else if (PHIM_LEFT(20) && (pos2 > 0)) motor_lr(200000, nghich); else if (PHIM_RIGHT(20) && (pos2 < 100) ) motor_lr(200000, thuan); else { motor_ud(0, false); motor_lr(0, true); } } void xung_kich() { x = map(((tu_2/1023*20))/100,10,21,102,153); // D = 40% - 60% (102 - 153) if (((tu_1)/1023)*13.6)/100)>= 13.9) { x = 0; an } analogWrite(pwm,x); delay(10); } //XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX KET THUC CHUONG TRINH CON -XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX void setup() { pinMode(5, OUTPUT); pinMode(4, OUTPUT); pinMode(3, OUTPUT); pinMode(2, OUTPUT); pinMode(6, OUTPUT); pinMode(7, OUTPUT); pinMode(8, OUTPUT); pinMode(23, INPUT_PULLUP); pinMode(25, INPUT_PULLUP); pinMode(27, INPUT_PULLUP); pinMode(29, INPUT_PULLUP); pinMode(A1, INPUT); pinMode(A3, INPUT); pinMode(A9, INPUT); pinMode(A10, INPUT); an pinMode(A15, INPUT); pinMode(A14, INPUT); pinMode(A12, INPUT); pinMode(A13, INPUT); lcd.begin(16, 2); } void loop() { xung_kich(); if (mode == 1) { lcd.setCursor(0, 0); lcd.print(" CHON CHE DO "); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("AUTO? MANUAL?"); if (PHIM_LEFT(100)) { mode = 0; } else if (PHIM_RIGHT(100)) { mode = 2; an delay(300); } } if (mode == 0) chuong_trinh_auto(); else if (mode == 2) chuong_trinh_man(); else if (mode == 3) do_luong(); } an an