Báo cáo cuối kỳ thiết kế mô hình xe điều khiển bluetooth chạy bằng năng lượng mặt trời

Tên đề tài: Thiết kế mô hình xe điều khiển bằng bluetooth chạy bằng năng lượng mặt trời 4.. Điều này đã dẫn đến sự ra đời của nhiều loại máy móc, robot và phương tiện tự động hóa, trong

B GIÁO DỘ ỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM K THU T TP.HCM Ỹ Ậ KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

- -

BÁO CÁO CUỐI K Ỳ

THI T K MÔ HÌNH XE ẾẾĐIỀ KHIỂU N BLUETOOTH CHẠY BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

DANH SÁCH NHÓM

1 Môn học: Năng lượng m i trên ô tô ớ 2 Giảng viên hướng d n: ẫ Trần Thanh Thưởng

3 Tên đề tài: Thiết kế mô hình xe điều khiển bằng bluetooth chạy bằng năng lượng mặt trời

4 Danh sách nhóm viết tiểu lu n cuậ ối kỳ:

STT Họ Và Tên Mã số sinh viên Tỷ l % tham gia ệ Ký tên

Giảng viên chấm điểm

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, chúng em mu n bày tỏ lòng biố ết ơn chân thành đến khoa Cơ khí động lực vì đã đưa môn học Năng lượng mới trên ô tô vào chương trình đào tạo Đặc biệt, lời cảm ơn sâu sắc được gửi đến thầy Trần Thanh Thưởng - giảng viên c a môn hủ ọc, người đã tận tâm dạy d và chia sỗ ẻ những ki n th c quý báu cho nhóm chúng em trong su t th i gian h c vế ứ ố ờ ọ ừa qua Thầy đã tạo điều ki n cho s h c t p hi u qu và nghiêm túc c a nhóm ệ ự ọ ậ ệ ả ủ

Trong kho ng th i gian tham gia môn hả ờ ọc Năng lượng m i trên ô tô do thớ ầy hướng d n, ẫ chúng em đã học được rất nhiều kiến thức hữu ích và phát triển tinh thần học tập Những ki n th c này không ch giúp chúng tôi hi u sâu vế ứ ỉ ể ề lĩnh vực này mà còn là n n t ng quan ề ả trọng cho sự phát triển nghề nghiệp sau này

Môn h c này không ch thú v mà còn mang tính th c t cao, phọ ỉ ị ự ế ản ánh đúng nhu cầu thực t c a sinh viên Tuy nhiên, do ki n th c c a chúng em còn h n ch và khế ủ ế ứ ủ ạ ế ả năng tiếp thu thực tế còn nhi u h n ch , bài báo cáo c a chúng em không tránh kh i nh ng thi u sót và ề ạ ế ủ ỏ ữ ế sai sót Dù đã cố gắng h t sức, nhưng chắế c chắn còn nhiều điểm cần được th y xem xét và ầ góp ý để chúng em có thể hoàn thiện bài báo cáo một cách tốt nhất

Chúng em chân thành cảm ơn sự ỗ trợ h và góp ý của thầy!

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Khái niệm pin mặt trời 4

2.2 Cấu tạo của pin mặt trời 5

2.3 Lý thuyết Bluetooth 7

2.3.1 Gi i thi u 7 ệ 2.3.2 C ch hoá ạt đ ng 7

2.4 Nguyên lý hoạt đ ng của pin mặt trời 6

2.5 Khái niệm xe đa hư ng Error! Bookmark not defined 2.6 Nguyên lý hoạt đ ng xe đa hư ng 10

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH XE ĐA HƯỚNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 12

3.1 Thành phần của mạch điện 12

3.2 Sơ đồ mạch điện 14

3.3 Bảng đấu dây 14

3.4 Code Arduino c a mủ ạch điện 15

3.5 Nguyên lí hoạt đ ng Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 23

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lí do chọn đề tài

Năng lượng mặt trời cung cấp một khối lượng lớn năng lượng so với năng lượng từ hoá thạch và nguyên t , v i t l lên t i 15.000 l n Viử ớ ỷ ệ ớ ầ ệc khai thác năng lượng m t tr i mang ặ ờ l i nhi u l i ích, bao g m b o v ạ ề ợ ồ ả ệ môi trường do không gây ra khí th i, không tiêu t n nhiên ả ố liệu, cũng như dễ dàng lắp đặt và vận hành mở ọi nơi.

Việt Nam được xem là m t trong nh ng qu c gia có tiộ ữ ố ềm năng lớn trong vi c s dệ ử ụng năng lượng mặt trời, đặc biệt ở các vùng miền trung và miền nam v i mức cường độ bức x mớ ạ ặt trời trung bình khoảng 5 kWh/m2 Năng lượng mặt tr i ở đây có sẵn quanh năm, ổn định ờ và phân b r ng rãi trên nhi u vùng khác nhau cố ộ ề ủa đất nư c.ớ

Trên th c t , các loự ế ại phương tiện giao thông đang phát triển mạnh m ẽ theo hướng sử d ng ụ nguồn năng lượng sạch, đặc biệt là năng lượng mặt trời

Việc s d ng t m pin m t trử ụ ấ ặ ời để chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng thành điện là m t xu ộ hướng đang phát triển, đặc biệt là ở Việt Nam với điều kiện thời tiết lý tưởng Đây là một phương thức cung cấp điện cho xe ô tô hiện đại Xu hướng này không chỉ tận dụng điều ki n th i ti t t t mà còn hệ ờ ế ố ỗ trợ ệ vi c gi m sả ức lao động và tăng năng suất, yêu c u s áp ầ ự d ng nhi u trang thi t b , dây chuy n tụ ề ế ị ề ự động hóa và sức mạnh c a máy móc thay th cho ủ ế sức lực lao động

Điều này đã dẫn đến sự ra đời của nhiều loại máy móc, robot và phương tiện tự động hóa, trong đó có xe chạy bằng năng lượng mặt trời Và trong th i qua, khoa học máy tính và xử ờ lý thông tin có những bước tiến vượt bậc và ngày càng có những đóng góp to lớn vào cuộc cách m ng khoa h c k ạ ọ ỹ thuật hiện đại, Đặc biệ ự ra đời và phát triển nhanh chóng của kỹ t s thuật s làm cho ngành kố ỹ thuật điện tử ở nên phong phú và đa dạng hơn Nó góp phần tr rất l n trong viớ ệc đưa kỹ thuật hiện đại thâm nh p r ng rãi vào mậ ộ ọi lĩnh v c c a hoự ủ ạt động s n xu t, kinh tả ấ ế và đờ ối s ng xã h i T nh ng hộ ừ ữ ệ thống máy tính đến các thi t b cá nhân ế ị cầm tay điện thoại Smartphone, để điều khi n các máy công nghiể ệp đến các thiết bị phục

v ụ cho đời s ng h ng ngày cố ằ ủa con người Các thiết bị này không ch h ỉ ỗ trợ con người mà còn t o ra tiạ ềm năng lớn cho vi c tệ ự động hóa và tối ưu hóa các quy trình sản xu t, giúp ấ nâng cao hi u qu và tiệ ả ết kiệm chi phí trong s n xuả ất ô tô và các phương tiện khác V i mong mu n tìm hi u nguyên lý, k thu t k t h p v i vi c s d ng nguớ ố ể ỹ ậ ế ợ ớ ệ ử ụ ồn năng lượng s ch này trong vi c ạ ệ điều khi n Nhóm em quyể ết định chọn đề tài “THIẾT K MÔ HÌNH Ế XE ĐIỀU KHIỂN BẰNG BLUETOOTH CHẠY BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TR I ” Ờ làm đề tài nghiên cứu

1.2 Mục tiêu của đề tài

- Thiế ết k mô hình xe ô tô di chuyển đa hướng điều khi n t xa bể ừ ằng bluetooth chạy b ng ằ năng lượng mặt trời

- Tìm hiểu thực trạng năng lượng toàn c u và Viầ ệt Nam

- Tìm hiểu được khái niệm, cấu t o, nguyên lý hoạ ạt động c a pin m t tr ủ ặ ời - Tìm hiểu được khái niệm, nguyên lý ậv n hành của xe đa hướng 1.3 Tóm tắt đề tài

Mô h nh thi t k cì ế ế ủa đề à à điề t i l u khi n h ể ệ thống động cơ trên xe thông qua m ch arduino ạ thông qua t n hi u Bluetooth nhí ệ ận đượ ừ thiếc t t bị smartphone và ấ ả đượ t t c c ki m so t v ể á à điều khiển bằng mạch lập tr nh arduino ì

Hệ thống bao g m c c linh kiồ á ện điệ ửn t Arduino kết nố ại với l i nhau bao gồm :

Arduino board: Arduino được sử d ng làm bộ điều khiụ ển chính để nhận và xử lý các tín hi u t ệ ừ Bluetooth và điều khiển động cơ

Mô-đun Bluetooth: Mô đun Bluetooth đượ- c sử dụng để thiết lập kết nối không dây giữa Arduino và smartphone

Các thành phần điều khi n: Arduino s k t n i v i các thành phể ẽ ế ố ớ ần trong xe như động cơ, cảm biến, đèn, còi, và các thiết b khác thông qua các chân GPIO (General Purpose ị

Input/Output) Arduino sẽ nh n các tín hiậ ệu điều khi n tể ừ thiết bị điều khi n t xa thông ể ừ qua Bluetooth và thực hiện các hành động tương ứng trên các thành ph n cầ ủa xe Thông qua smartphone chúng ta c ó thể điều khiển xe đi thng đi lùi , qu o ph i qu o tr  ả  ái.

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái niệm pin mặt trời

Pin m t tr i, tặ ờ ấm năng lượng m t tr i hay tặ ờ ấm quang điện (Solar panel) bao g m nhi u t ồ ề ế bào quang điện (Solar cells) là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hi n biệ ến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện

Các ch sỉ ố Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hay điện tr c a tở ủ ấm pin thay đổi ph thuụ ộc vào lượng ánh sáng chiếu lên chúng Các tế bào quang điện này được ghép lại thành một khối để trở thành pin m t trặ ời (thông thường s t 60 ho c 72 tẽ ừ ặ ế bào quang điện trên một tấm pin).

Hình 1 Pin năng lượng mặt trời

2.2 Cấu tạo của pin mặt trời

Hình 2: C u t o pin mấ ạ ặt trời Pin mặt trời được cấu tạo t ừcác thành phần chính như sau:

Khung nhôm: Đây là bộ phận có kết cấu cứng cáp để tích hợp solar cells và các bộ phận khác Khung nhôm được thiết kế để đảm bảo cứng cáp nhưng vẫn nh, có khả năng bảo vệ và c nh các thành phố đị ần khác trước các y u t t ế ố ừ môi trường bên ngoài

Kính cường lực: Là lớp bảo v cho solar cells, ch ng lệ ố ại các tác động từ th i tiết như nhiệt ờ độ, bụi, mưa đá, và tác động va ch m t ạ ừ bên ngoài Kính cường lực được thiết k ế để bảo v ệ nhưng vẫn giữ độ trong suốt để hấp thụ ánh sáng mặt trời

Lớp EVA (ethylene vinyl acetate): Là l p k t dính giớ ế ữa solar cells và kính cường l c Nó ự không ch gi các thành ph n l i v i nhau mà còn b o v solar cells khỉ ữ ầ ạ ớ ả ệ ỏi rung động, bụi bẩn, và hơi nước.

Solar cells: Là thành ph n chính tầ ạo ra điện năng từ ánh sáng m t trặ ời Thường được làm t ừ silic - m t ch t bán d n ph bi n ộ ấ ẫ ổ ế

Tấm n n pin: Có nhi m về ệ ụ cách điện, b o vả ệ cơ học, và giữ độ ẩm Màu s c ch y u là ắ ủ ế trắng

Hộp đấu dây (Junction box): Nằm ở phía sau cùng, là nơi tập hợp và chuyển giao năng lượng điện tạo ra từ tấm pin ra ngoài

Cáp điện DC: Là cáp chuyên dụng cho điện năng mặt tr i, có kh ờ ả năng cách điện và chống chị ốu t t từ môi trường bên ngoài

Jack k t nế ối MP4: Là đầu nối để k t n i t m pin m t tr i v i nguế ố ấ ặ ờ ớ ồn điện thường dùng, giúp d dàng k t nễ ế ối các t m pin vấ ới nhau

2.3 Nguyên lý hoạt đ ng của pin mặt trời

- Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diot P N, dứới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời có khả năng tạo ra dòng -điện sử dụng được Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang -điện

Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra:

- Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic: Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn - Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic: Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn

- Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron trong màng tinh thể Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thường được kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyển trong bán dẫn Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là “lỗ trống” Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron của nguyên

tử bên cạnh di chuyển đến điền vào “lỗ trống”, và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có “lỗ trống” Cứ tiếp tục như vậy “lỗ trống” di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn - Một photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng luợng đủ để kích thích electron lớp ngoài cùng dẫn điện Tuy nhiên, tần số của mặt trời thường tương đương 6000°K, vì thế nên phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi silic Tuy nhiên hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành năng lượng nhiệt nhiều hơn là năng lượng điện sử dụng được 2.4 Lý thuyết Bluetooth

2.4.1 Gi i thi u ệ

Bluetooth là m t công ngh cho phép truy n thông gi a các thi t b v i nhau mà không cộ ệ ề ữ ế ị ớ ần dây d n Nó là m t chuẫ ộ ẩn điện tử, điều đó có nghĩa là các hãng sản xuấtmuốn có đặc tính này trong s n ph m thì h ph i tuân theo các yêu c u c a chu n này cho s n ph m cả ẩ ọ ả ầ ủ ẩ ả ẩ ủa mình Nh ng tiêu chu n k thuữ ẩ ỹ ật này đảm b o cho các thi t b ả ế ị cóthể nhận ra và tương tác v i nhau khi sớ ử ụd ng công nghệ Bluetooth.Ngày nay ph n l n các nhà máy ầ ớ đều sản xuất các thiết b có sử d ng công nghệ Bluetooth Các thiết b này gị ụ ị ồm có điện thoại di động, máy tính và thi t bị h ế ỗ ợ cá nhân PDA ( Personal Digital Assistant ) Công tr ngh Bluetooth là m t công ngh d a trên t n s vô tuy n và b t c m t thi t b nào có tích ệ ộ ệ ự ầ ố ế ấ ứ ộ ế ị h p bên trong công ngh này u có th ợ ệ đề ể truyền thông với các thi t bế ị khác với một khoảng cách nhất định v cề ự ly để đảm b o công su t cho vi c phát và nh n sóng Công ngh này ả ấ ệ ậ ệ thường được sửdụng để truyền thông giữa hai loại thiết bị khác nhau Ví dụ: Bạn có thể hoạt động trên máy tính v i m t bàn phím không dây, s d ng bớ ộ ử ụ ộ tai nghe không dây để nói chuyệntrên điện thoại di động c a b n ho c b sung thêm m t cu c h n vào l ch biủ ạ ặ ổ ộ ộ  ị ểu PDA c a mủ ột người b n t ạ ừ PDA của b n ạ

2.4.2 C ch hoá ạt đ ng

Bluetooth là chu n k t n i không dây t m ng n, thi t k cho các k t n i thi t b cá nhân hay ẩ ế ố ầ ắ ế ế ế ố ế ị m ng c c bạ ụ ộ nhỏ trong phạm vi băng tần từ 2.4GHz đến 2.485GHz.Bluetooth được thiết k hoế ạt động trên 79 t n sầ ố đơn lẻ Khi k t n i , nó s tế ố ẽ ự động tìm ra t n sầ ố tương thích để

di chuyển đến thi t b c n k t n i trong khu v c nhế ị ầ ế ố ự ằmđảm b o s liên t c V t m ph sóng, ả ự ụ ề ầ ủ bluetooth có 3 class: class 1 có công su t100mW v i t m ph sóng g n 100m; class 2 có ấ ớ ầ ủ ầ công suất 2,5mW t m ph song kho ng 10m; và class 3 là 1mW v i tầ ủ ả ớ ầm phủ sóng khoảng 5m B n thân bên trong Bluetooth hi n nay là m t t p h p nhi u giao th c hoả ệ ộ ậ ợ ề ứ ạt động khác nhau

HC-05

Đặc điểm k thuậỹ t:- Ch hoạt đ ng : Master , Slave ếđộ ộ

+ Ở chế độ SLAVE: C n thi t l p k t n i tầ ế ậ ế ố ừ smartphone, laptop, usb bluetooth để dò tìm module sau đó pair với mã PIN là 1234 Sau khi pair thành công, bạn đã có 1 c ng serial t ổ ừ xa hoạt động baud rate 9600 ở

+ Ở chế độ MASTER: module s t ẽ ự động dò tìm thi t b bluetooth khác (1 module bluetooth ế ị HC-06, usb bluetooth, bluetooth của laptop…) và tiến hành ghép n i chố ủ động mà không cần thiết lập gì t máy tính hoừ ặc smartphone

- Kích thước: 37 x 15,6mm

- Tự động reconnect trong 30 phút nếu b ị đứ ết k t n i Module có 2 chố ế độ làmviệc ( có th ể chọn chế làm việc bằng cách thay đổ trạng thái chân KEY-34:Tự độngkết n i ) độ ố

- Đáp ứng theo l nh: khi làm việ ệc ở chế độ này, chúng ta có th g i các lể ử ệnh AT để giao tiếp với module Giao tiếp với module bằng giao ti p nế ối tiếp không đồng bộqua hai đường RX và TX Bằng cách thay đổ trạng thái chân KEY chúng ta có th c uhình chể ấ ế độ hoạt động cho Module

- Để module làm việc ở chế độ ự độ t ng kết n i: KEY ph i ố ả ở trạ ng thái Floating( tr ng thái ạ không k t nế ối )

- Để module làm việc ở chế độ đáp ứng theo lệnh : KEY=’0’, cấp ngu n cho module, ồ chuyển KEY = ‘1’, lúc này có thể giao ti p v i module b ng t p l nh AT ế ớ ằ ậ ệ Ởchế SLAVE: độ chúng ta c n thi t l p k t n i t ầ ế ậ ế ố ừ smartphone, laptop, usb bluetooth đểdò tìm module và ghép nối với pin code mặc định ”1234”

Module tương thích với các vi diều khiển 5V mà không cần chuyển đổ mức giao tiếp 5V v ề 3.3V như nhiều lo i module khác ạ

2.6 Tìm hiểu về Arduino

Arduino là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các dự án điện tử Thành phần của Arduino bao gồm mạch điều khiển và phần mềm hoặc IDE (Môi trường phát triển tích hợp) chạy trên máy tính của bạn được sử dụng để viết và tải mã máy tính lên mạch điều khiển

Nền tảng Arduino trở nên khá phổ biến đối với những người mới bắt đầu Không giống như các bảng mạch điện tử được lập trình trước đó Arduino không cần một mạch chủ riêng để tải mã nguồn vào mạch điều khiển mà người dùng chỉ cần sử dụng dây cáp USB

Arduino Uno (R3)

Uno là một lựa chọn tuyệt vời nếu bạn mới làm quen với arduino Nó có mọi thứ cần thiết để bạn bắt đầu Nó có 14 chân đầu vào / đầu ra digital (trong đó 6 chân có thể được sử dụng làm đầu ra PWM), 6 đầu vào analog, kết nối USB, giắc cắm nguồn, nút reset và nhiều thứ khác nữa Nó chứa mọi thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển; chỉ cần kết nối nó với một máy tính bằng cáp USB hoặc cấp điện cho nó bằng bộ chuyển đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều hoặc pin.

Thông số kĩ thuật Arduino Uno R3: Vi điều khiển: ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động: 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động: 16 MHz Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng: 7-12V DC Điện áp vào giới hạn: 6-20V DC

Số chân Digital I/O: 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog: 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O: 30 mA

2.7 Nguyên lý hoạt đ ng xe đa hư ng

Xe đa hướng có khả năng thay đổi v ị trí và định hướng linh ho t vạ ới độ chính xác cao thực chất nhờ vào thiết kế đặc biệt của bánh xe