Ứng dụng xử lý Ảnh Định hướng pin mặt trời

Cúc vấn đề tồn tại của ĐATN có liên quan đã thực biện ở các khóa trước: ‘Theo em biét, có anh chị khóa trước đã chế tạo hệ thống chưa định hướng chính xác cho tắm pin hướng vẽ mát tró c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAI HOC SU’ PHAM KY THUAT

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

HGMUIIE

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH ĐỊNH HƯỚNG PIN MẶT TRỜI

GVHD: VO MINH HUAN

SVTH: PHAN TRƯỜNG THÀNH

3⁄2

_ N SKLOC O94

TP Hồ Chí Minh, thang 07/2014

K35 - \NGT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CONG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TP HO CHi MINH DOC LAP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Tp.HCM, ngày tháng năm 2014 NHIỆM VỤ ĐÒ ÁN TÓT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Phạm Hoảng Nam MSSV: 10101079

Phan Trường Thành MSSV: 10101121

Chuyén nganh: Kỹ thuật Điện - Diện từ Mã ngành: 01

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1

IH NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 40 / 3/2044

IV.NGAY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 40/7 /.2044

V HO VA TEN CANBO HUGNGDAN: ‘TS VO MINH HUAN

CAN BO HUGNG DAN BM DIEN TU CONG NGHIEP

TS VO MINH HUAN TS NGUYEN THANH HAI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NA!

Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Bộ Môn Điện Tử Viễn Thông

| sw ye aol hing phe

a đt a2 atid pe Z2 “kh” _|

| tind ghee i Li ea eth Aivang” tor tt 027 |

| pawl gt Me peng Ain hii amie

for 9 paw ont Aw phiB dây” ce whe *

=- thon đa vat 6ý, Jub rath hema |

Piet 40044 | saa khứ? mak cing tuý,

ae VE SAS mghata b nowh win

TP T stair pee we VỆ” giật

vẽ 43 c% Ye ght a “22, chin Hel ya Gow T122 ae

Tuy “nh wh Ge Loe phi tng oh ony

“Tho? 21,415 Hears Ahi, 0°? Sing oho tS an’

GV HUONG DAN (Ký và ghi rõ họ và tên)

TS VO MINH HUAN

Trường DH Su Pham Ky PHIEU CHAM BO AN TOT NGHIEP

Thuat

BM Điện Tử Công Nghiệp Ngày 24 tháng 07năm 2014

1 Họ tên sinh viên:

1 PHAM HOANG NAM 2 PHAN TRUONG THANH

2 Tên đề tài tốt nghiệp: HỆ THÓNG ĐỊNH HUONG PIN MAT TROI-

UNG DUNG XU LY ANH TREN MATLAB

, Cần bộ hướng dẫn: TS, VÕ MINII HUẬN

, Cần bộ phản biện: TS NGUYÊN THANH HẢI

Sản phẩn: mê hình định hướng pịn mật trời

6 Mục tiên chính của ĐEN

Nây dung mò hình định hướng pin mặt trai đề fy nghiên cứu

Ung stung Kiên thức đã học vào thực tế,

Voy dung Matlab vào xử lý ảnh,

Điều khiển định hướng tắm pin mặt trời để thu đzợc ánh sáng nhiều nhất

~ „ Các vấn đề tồn tại của ĐATN có liên quan đã thực biện ở các khóa trước:

‘Theo em biét, có anh chị khóa trước đã chế tạo hệ tỉ; khiển một trục nên

chưa định hướng chính xác cho tắm pin hướng về mát trời.Ngoài ra, cũng có anh

chị đã làm mô hình định hướng sử dụng quang trợ, vi vay:

8 ĐATN của nhóm đã giải quyết được vấn đề gì, tính mới, tinh cai tiến, tính tối wu:

- _ Chế tạo mô hình chắc chắn, hoạt động tốt,

-_ Có ứng dụng các kiến thức về vi điều khiển, động cơ bước vào thực tế

- _ Bước đầu làm quen với Matlab và xử lý ảnh trên Matlab để xác định tọa độ

mặt trời 9

- _ Dễ dàng thay đổi thông số điều khiển với giao diện đơn giản

9 Kết quả đạt được ĐATN:

- _ Xây dựng được mô hình cơ khí, điện, điện tử hoạt động tốt

~ Điêu khiến chính xác tắm pin hướng về mặt trời góp phần thu nhận tối đa

năng lượng mặt trời

~ Có tính tự động hóa cao, giao diện máy tính thân thiện với người sử dụng,

12.Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB, yếu):

13 Cảm ơn hội đồng đã tham gia bảo vệ

Chú ý từ mục 1 đến 9 thì SV tự ghi

Cán bộ chấm đồ án

Trường ĐH Sư Phạm Kỹ PHIEU CHAM ĐÒ ÁN TÓT NGHIỆP

Thuật

Khoa Điện —Điện Tử (Dành cho Hội Đồng)

BM Điện Tử Công Nghiệp Ngày 24 tháng 07năm 2014

14 Họ tên sinh viên:

1 PHẠM HOÀNG NAM 2 PHAN TRƯỜNG THÀNH

TỆ THÓNG ĐỊNH HUONG PIN MAT TRÒI- ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH TRÊN MATLAB

16 Cần bộ hưởng dẫn: TS VÕ MINII IHUẬN

L7.Cần bộ phân biện: TS NGUYÊN THANH HÁI

1Ñ, Tổng quát vỀ bản thuyết mình; Số trang; 62 Số chương: Š

15 Tên đề tài tốt nghiệ)

Ung dung Matlab vào xử lý ảnh

Điều Khiên định hướng tắm pin mặt trời để thu được án: sáng nhiều nhất,

vá nghiên cứu

20 Cúc vấn đề tồn tại của ĐATN có liên quan đã thực biện ở các khóa trước:

‘Theo em biét, có anh chị khóa trước đã chế tạo hệ thống

chưa định hướng chính xác cho tắm pin hướng vẽ mát tró

chị đã làn mô hình định hướng sử dụng quang trở, vi Vậy:

‡u khiển một trục nên

oài ra, cũng có anh

21.ĐATN của nhóm đã giải quyết được vấn để gì, tính mới, tính cải tiến, tính tối ưu:

- _ Chế tạo mô hình chắc chắn, hoạt động tốt

- _ Có ứng dụng các kiến thức về vi điều khiển, động cơ bước vào thực tế,

- _ Bước đầu làm quen với Matlab và xử lý ảnh trên Matlab để xác định tọa độ

mặt trời,

- _ Dễ dàng thay đổi thông số điều khiển với giao diện đơn giản

22 Kết quả đạt được ĐATN:

- _ Xây dựng được mô hình cơ khí, điện, điện tử hoạt động tốt

- Điểu khiển chính xác tắm pin hướng về mặt trời góp phần thu nhận tối đa

năng lượng mặt trời

~ Có tính tự động hóa cao, giao diện máy tính thân thiện với người sử dụng.

25 Đánh giá chung (bang chit: gidi, kha, TB, yéu):

26 Cảm ơn hội đồng đã tham gia bảo vệ Điểm:

Chú ý từ mục 1 đến 9 thì SV tự ghi

Cán bộ chấm đồ án

Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.V6 Minh Huan

Lời cảm ơn

Để hoàn thành đề tài luận văn này,em đã nhận được rất nhiều sự giúp

ie đỡ và động viên chân thành từ thầy cô, gia đình và bạn bè

Lời đầu tiên chủng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Vỡ

oY

Ainh Huân, giáo viên hướng dâm trực tiếp của chúng em Trong suốt qua trình làm

luận văn, thầy luôn theo xát chỉ báo và giúp đỡ cm rất nhiều Điều này đã giúp em

thêm tự tín đề cỏ thể lasàn thành tối luận vấn tẤT nghiệp này

lim xin (hắn thành cảm ơn các thầy cô trưởng Vai hoc SPKT TPHCM, cdc ĐÀN cô khóa Điện Điện tự đã trận tình giảng dạy và truy ên 4t kién thức cho chúng

em trong sit thor gian qua

Nam niu, chiing em xin cam ơn gia đình, bạn bè lun sẵn lòng giúp đỡ và sing vidn em

Mặc dù đã cố gắng rất nhiễu nhưng do còn hạn chế vẻ kiến thức, thời gian thực hiện nên không tránh khỏi những thiếu sót, chưa đạt được trong luận văn của

minh, em rat mong nhận được những lời chi bảo, những góp ý của thấy cô và các

bạn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 7 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Phạm Hoàng Nam

Phan Trường Thành

———ễễễỄễễỄễỄễễ

Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS Võ Minh Huân

Qua chương này, người đọc sẻ hiểu thêm về nhiệm vụ của đề tài, giới hạn mà

nhậm làm cũng nhủ phường pháp thực hiện vá tiếp cận về kiến thức và kỹ thuật

high nay Chuang cũng giới thiệu sơ lược về hệ thống pin mát trời là thế nào các

thành phần và chức năng từng loại của nó

Chương 3 ¡ Cơ sở lý thuyết

Phần L: Cầu tạo, nguyên lý làm việc va đặc tính của pin mớt trời

Phần 3: Nguyên lý làm việc của động cơ bước

Phần 3: Cấu tạo, hoạt động và giao tiếp UART ctia Pic 16F887

Nội dung chủ yếu của Chương 2 là nói về các kiến thức cơ bản cở sở lý thuyết

của đề tài Nó giúp ta hiểu rõ hơn cấu tạo của pin mặt trời cũng như các bộ phận

cấu tạo nên hệ thống pin mặt trời (động cơ bước và mạch điều khiẻ

-nòng cốt là

Pic 16F887) Chức năng cụ thể, các loại hiện có trên thị trường và ứng, dụng từng loại

Chương 3 : Thiết kế và chế tạo hệ thống Cơ khí-Điện tử

Phân 1 : Nhiệm vụ, yêu cầu, thiết kế và kết quả của thiết kế cơ khí

Phần 2 : Chọn động cơ bước và thiết kế mạch điều khiển

Cấu tạo, nguyên lý, các thành phần của hệ thống pin mặt trời của nhóm sẽ được nói rõ Từ ý tưởng bắt đầu về phần cứng phần mềm tới khi hoàn thành mô hình,

Chương 4 : Phần mềm điều khiển lập trình

F ———

ii

Luận văn tất nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân

——Ễ——ễ-ễễễễỄễỄễỄ

Phần 1 : Nhiệm vụ-Lưu đồ

Phần 2 : Giới thiệu phần mềm Mathlab và xử lý ảnh

Phần 3 : Giao diện điều khiển

Phần 4 : Các chế độ điều khiển

Mô hình hoàn thành nhưng chỉ hoạt động bằng tay, muốn nó hoạt động tự động phải dùng chương trình, viết nội dung điều khiển để vi điều khiển hiểu và làm theo đúng yêu cầu của mình, Chương này sẽ nói về chương trình lập trình và thuật toán

Chương 8: Kết quá nghiên cứu, kết luận và hướng phát triển

Phần E ¡ kết quả tạ hiện cửu

Phần 3 ¡ kết luận

Phân X; Huông phát triển

Kết quả của quá trình nhóm làm việc, phần cứng, phân

iii

Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS Võ Minh Huân

Mục Lục

Loi cam on

Tom tắt luận văn

2.3.3 Vi diéu khién PIC16F887

2.3.4 Ngat của PIC 16F 887:

2.3.5 Điều khiển thu phát đữ liệu (UART)

2.3.6 Phần ADC của PIC 16F887:

Luận văn tốt nghiệp GVHD:T%S Võ Minh Huân

3.2.3 Thông số kỹ thuật các chỉ tiết chính 37

3.2.4 Các chỉ tiết sau khi gia công và lắp ráp 38

3.3 Thiết kế mạch điều khiển và công suất wl

_ -43 44

47

47

247 vil T (52

56

58

60 .60

4.A Thuật toán điều khiển trên vi điều khiến

4.4 Giao diện điều khiếi

4.4 Các chế độ điều kh

4.4.1 Chế độ tự động

4.4.2 Chế độ điều khiển bằng tay

CHUONG 5: KET QUẢ NGHIÊN CỨU-

Phần code điều khiển pic

Phần code trên Matlab

Tài liệu tham khảo

Thông tin liên hệ:

Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân

Liệt kê hình vẽ

Hình 1.1 Trục xoay ứng dụng ngoài thực tế

Hình 1.2 Hệ thống trong đề tài của nhóm

Hình 1.3 Hệ thống định hướng hai trục

Hình 1.4 Năng lượng mặt trời thụ được sau hiệu chỉnh (đường xanh lá) so với

trước hiệu chỉnh (đường xanh deny)

Hình 2,1 Tân tại điện trưởng gia lưai ly) tiếp giáp P-N

Hình 3.7 Cấu fon Me pin matt tre

Hint 3Í Xusan A hoạt động của pìn mặt trời

Minh 2.4 fy chong 2 mite năng lượng EJ < E2

Ninh 3.§ Vgraen ý hoạt động pin mặt trời

Hình 2.6 Day pin mat trời

Hình 3.7 Đường đặc tính làm việc U~ Ï của pin mặt trời

Hình 2.8 Sơ đồ tương đương của pin mặt trời

Hình 2.9 Sự phụ thuộc ỨA của pin mặt trời vào cường độ bức xạ mặt trời

Hình 2.10 Sự phụ thuộc của pin mặt trời vào nhiệt độ 25°C

Hình 2.11 Sự phự thuộc của pin mặt trời vào nhiệt độ 50°C

Hình 2.12 Cách xác định điểm có công suất cực đại (MPP)

Hình 2.13 Ghép 2 tắm pin song song với nhau và đặc tuyến U-I'

Hình 2.14 Ghép 2 tấm pin ni tiếp với nhau, và đặc tuyến U-I

Hình 2.15 Cấu tạo động cơ bước đơn cực

Hình 2.16 Sơ đô khối của vì điều khiển

Hình 2.17 Cấu trúc Vi điều khiển Pie 8bit của MicroChip

Hình 2.18 Vï điều khiển PIC16F887 thực tế

vi

Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân

———E=ằẰằẰẶỄễễễễ

Hình 2.19 Sơ đô chân vi điều khiển PIC16F887

'Hình 2.20 Sơ đồ chân cổng nối tiếp

Hình 2.21 Các bứt trong truyền UART

Hình 2.22 Sơ đô khối bộ truyền UART

Hình 2.23 Thanh ghủ qiạt định chế độ truyền

Hình 2.24 Sơ đồ khỏi 4C PICJ6/7S87

Win 2.28 Tharh hi ADCONO

Minh 2.26 Thor ie AOC ONT

Minh 2.27 Aer giat £0 bu, cunh lé phai ADFM=1

Minh 2.28 Aer qc LO bit, canh lé trái ADHM=0

int 2.29 Sơ đồ chân của LCD

Hình 3.1 So dé hoat động các khối

Hình 3.2 Chuyển động quay của 2 trục tọa độ

Hình 3.3 Hai trục chính của mô hình sau khi gia công

Hình 3.10 Mạch điều khiển sau khi hoàn thành

Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lí phần công suất

Hình 3.12 Sơ đô phần công suất thực tế

Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân

¬_—ỂŸEễỄễễễễễ Hình 4.4 Ảnh chụp và xử lí sau khi Pin được định hướng

Binh 4.5 Luu dé xit lý ảnh trén matlab

Hình 4.6 Lieu dé gidi thudt trén vi diéu khién

Hình 4.7 Giao điện điều khiển trên matlab

Máng 3.1 Cúc6: điều khiển các cực của động cơ bước chế 4/ bước đủ (Full-Step)

Nang 2.2 Cúch điều khiển các cực của động cơ bước chế 42 nứa bước (Ha|ƒ-Step) Bang 2.3 Chức năng các chân của LCD

Bảng 3.1 Các thông số của bánh răng hai trục

viii

Luận văn tất nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân

———

CHƯƠNG 1: TỎNG QUAN

1.1 Đặt vấn đề

Năng lượng tái tạo, trong đó có năng lượng mặt trời đã và đang được cả thế giới quan

tâm nghiên cứu và sử dụng Trên thế giới, các nước phát triển đã có rất nhiều ứng dụng trong đời sống và trong công nghiệp để thu được các nguồn năng lượng này Với ưu điểm là sẵn có, đồi đào, là nguồn nâng lượng sạch, thân thiện với môi trường, năng lượng mặt trời đang là gui pháp thay thể co các nguồn nắng lượng khác đang ngày cạn

kiệt tiên Trái ĐẤU Tại các nước dang phat wién, trong đó có Việt Nam việc sử dụng năng hượng mặt tri đã được quan tầm và khích lệ, tuy nhiên sửa

¡ø ứng dụng còn rất hạn chế

Với nhàng muốn đưa những ứng dụng sử dụng nán, mặt trời ở Việt Nam

được phả biện và phát triển hơn nữa, đem những kiến thức 4£ học được áp dụng vào

thực tẻ sản xuất, vì vậy nhóm sinh viên chúng em 42 thy n đề tài: “Thiết kế, chế

tạo hệ thông định hướng pin mặt trời”

1.2 Ly do chon dé tai

Nhu cầu về năng lượng của con người trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển

ngày càng tăng Trong khi đó các nguồn nhiên liệu dự trữ như than đá dầu mỏ, khí thiên

nhiên và thủy điện đều có hạn, khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng Con người cần tìm ra các nguồn năng lượng mới Cùng với năng lượng gió, thủy triều, năng lượng mặt trời là hướng phát triển năng lượng quan trọng trong tương lai

Hiện nay hệ thống pin mặt trời thường được lắp cố định, do đó pin chỉ đạt hiệu suất

lớn nhất khi ánh sáng mặt trời vuông góc với mặt phẳng của tắm pin Các vùng khác,

hiệu suất của tắm pin mặt trời sẽ giảm Để nâng cao hiệu suất của pin mặt trời, cần một

hệ thống cảm biến xác định hướng chiếu của ánh sáng mặt trời, từ đó điều khiển cho

mặt phẳng của tắm pin hướng vuông góc với ánh sáng mặt trời.

Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân

¬—ễễ ——ẽẼẽẽỀỀỀẽỀằỐẶằỀẪằỀ

Về mặt khách quan: hiệu năng của tấm pin mặt trời là khác nhau tùy vào:

s* Mùa vụ

s* Phụ thuộc vào sự thay đổi của cường độ sáng

'Về mặt chủ quan: hiệu năng đó phụ thuộc vào:

$ Chất liệu bán dẫn cấu tạo nên

s* Vị trí đặt pin mặt trời

s#' Góc nghiêng khi đặt tắm pin

$#® Thời gian chiều sắng trong ngảy: sáng, trưa, chiều gi ụ fs

Mục đích của đề tài này là tự động hóa quá trình điều khiển định hướng hệ thống pin

mật trời đạt hiệu xuất cao nhất, thụ được nhiều náng lượng sạch từ mặt trời

Cổ nhiều phuảng pháp định hướng pin mật trời: sử dụng quang điện trở, MPPT (tim điểm cả công suất cực đạO, định hướng theo thời gian th lý ảnh Trong các phường pháp này, chủng em chọn phương pháp xử lý anh + ng ưu điểm:

® Hộ chính xác cao,

* Dap ứng nhanh

$® Hệ thống được điều khiển dễ dàng qua giao điện trên m

s* Mang tính tự động hóa cao,

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Sản phẩm làm ra là sự kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và triển khai thực tế trên

cơ sở làm việc theo nhóm Đề tài là sự kết hợp giữa cơ khí- điện tử- tin học, thiết kế kết

cấu cơ khí, chọn động cơ và thiết kế chế tạo mạch điều khiển, xây dựng phần mềm điều

khiển và lập trình

Với mục tiêu thiết kế và chế tạo hệ định hướng pin mặt trời nhưng do điều kiện

thời gian, kinh phí có hạn đề tài chỉ giới hạn trong phạm vi sau:

+* Mô hình hóa hệ thống định hướng pin mặt trời dùng cho học tập và nghiên cứu + Động cơ dẫn động cơ khí là động cơ bước

+ Str dung phan mềm Matlab để xử lý ảnh, phần mềm điều khiẻn trên máy tính +* Độ rọi của nguồn sáng xử lý giới hạn

Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Vð Minh Huân

———————————ễễễễễễ

1.4 Giới hạn để tài

++ Nâng cao hiệu suất chuyển đôi của tắm pin thông qua việc điều khiển vị trí tắm pin

** Luôn vuông góc với tia sáng mặt trời chiếu tới

s* Nâng cao độ chính xác của hệ thông với phần mềm Matlab và xử lý ảnh chụp của mặt trời thông qua Webcam

$* Thiết kế, chế tạo, mô phỏng hoàn chính hệ thống điều khiển định hướng pin mat trời

1.5 Tình hình nghiền cứu

Ehục tế thể pin hiện này, đã có nhiều nơi, nhiêu công ty đã nguyên cứu và lắp

đất thành công vấn đẻ này, Nhưng giá thánh cón cao vá rất khó ứng dụng rông rãi

Luận văn tỗt nghiệp GVHD:TS Võ Minh Huân

Mav ooh

Hình 1.2 Hệ thống trong đề tài của nhóm

Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.V6 Minh Huân

*_ Định hướng theo 4 hướng Bắc Nam, Đông,Tây

Hiệu suất tăng 37%

Hình 1.4 Năng lượng mặt trời thu được sau hiệu chinh (dudng xanh lá) so với trước

"hiệu chỉnh (đường xanh dương)

Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS Võ Minh Huân

—————————ễ

CHUONG 2: CO SO LY THUYET 2.I Pin mặt trời

Pin mặt trời còn gọi là pin quang điện là thiết bị được cấu tạo từ vật liệu bán dẫn có

khả năng chuyên đổi trực tiếp năng lượng ánh sáng thành điện năng Loại pin mặt trời

thông dụng nhất hiện nay là loại sử dụng Silic tinh thé, Tinh thé Silic tỉnh khiết là chất bản dẫn điện rất kém vỉ các điện tử bị giam giữ bởi liên kết mạng, không có điện tử tự

do

Pín quang điện không phát cát gÍ khác chính là một điết bán dẫn có diện tích bề mặt tông và có lớit N cực mong để ánh sáng có thê truyền qua Khi chiếu ánh sáng vào pin quang điện một phản vẽ bị phản xa (do d6 wen bé mat pin quang điện có một lớp

chẳng phản xạ } và một phần bị hấp thụ khi ưuyên qua lớp N Một phần may mắn

hon đến đuợi lại chuyên tiếp, nơi có các cặp e và lỗ trồng z⁄zn trang điện trường của bề

mặt puới han pen, Với các bước sóng thích hợp sẽ truyền cho £ mớt năng lượng đủ lớn

dé bát khỏi liền kết, Sẽ không thể có chuyện gì nêu không có điện trưởng nhỏ tạo bởi

tạp chuyên tiếp, Đỏ là lí đo giải thích vì sao nếu ta chiéu anh sag vao mot vat ban din thì không thẻ sinh ra dòng điện

Hình 2.1 Tôn tại điện trường giữa hai lớp tiếp giáp P-N

A Bán dẫn loại n

B Bán dẫn loại p

Nhung cặp e và lỗ trồng này nằm trong tác dụng của điện trường do đó e sẽ bị kéo

về phía bán dẫn loại n còn lỗ trống bị kéo về phía bán dẫn loại p Kết quả là nếu ta nói hai cực vào hai phần bán dẫn loại n và p sẽ đo được một hiệu điện thế Giá trị hiệu điện

thế nảy phụ thuộc vào bản chất của chất làm bán dẫn và tạp chấp được hắp phụ Với Sỉ

(B;P) thì giá trị này ở khoảng 0,6V

“=——ễễễỄễễễễễễễễễ

6

Luận văn tỐt nghiệp GVHD:TS Võ Minh Huân

————ễ—ễễ 2.11 Cấu tạo

Hình 2.2 Cầu fqo tông thẻ pin mặt trời

Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân

————ỄP£Ề>Ề£Ễ£Ƒ£ŠỄ£>£®£®£®£ŠỄ

E

bY

El

Hình 2.4 H¢ thong 2 mức năng lượng El < E2

Bình thường điện tứ chiếm mức náng lượng thấp E1 Khi được năng lượng mặt trời

chiếu sáng các lượng tử ảnh sáng mang náng lượng (photon) bị điện tử hấp thụ và

chuyển lên mite nàng lượng L2 Phương Đình cân bằng,

dyed? bt

Tong dish hangs sd plank

v- vận tộc ánh sáng, Nguyên lí hoạt động của pin mật trời chính là hiện tượng 4z4zz điện xây ra trên lớp

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

Photon truyền trực tiếp xuyên qua mảnh silic Điều này thường xảy ra khi năng lượng

của photon thấp hơn năng lượng cần thiết để đưa các hạt electron lên mức năng lượng

cao hơn

Nang lượng của photon được hấp thụ bởi silie 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 hắp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron trong

Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân

———————————

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 thẻ di chuyển xa Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do đi chuyển trong bán dẫn

Khi đó nguyên tử sẽ thiểu một clectron và đó gọi là lỗ trống Lỗ trống này tạo điều kiện cho các clectron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào lỗ trống, và điều

này tạo ra lỗ trắng cho nguyên tứ lân cận có "lỗ trống" Cứ tiếp tục như vậy lỗ trống di chuyển xuyên suốt mạch bản dẫn

Môi pholon chỉ cần nàng lượng lớn hơn náng lượng đủ để kích thích electron lớp

ngoài cùng dẫn điện, Tuy nhiên, tấn số của mát trới thường tương đương 6000°K vì thế

phần lớn năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi Silke Nhung hau hết năng lượng mặt trời chuyên đt thanh lượng nhiệt nhiều hơn lá chuyên đá: tử:aah lượng điện đề sử dụng

P=LU

Tại điểm làm việc U = Uoc/I = 0 va U = 0/1 = Isc, công suất làm việc của pin cũng

có giá trị bằng 0

Luận văn tt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân

MPP

Hình 2.8 Sơ đồ tương đương của pín mát trởi

Từ sơ đồ tương đương, ta có phương trình đặc trưng von — 2z:pe của pín mặt trời:

4.42)

T1, -"Í* aT -)-“z2

R, “

Trong đó:

Isc là đồng quang điện (dòng ngắn mạch khi không có R; và Ra) (A/m?)

oi là dòng bão hda (A/m?)

q là điện tích của điện tử (C) = 1,6.10°9

Luận văn tắt nghiệp GVHD:TS Võ Minh Huân

——————————————— d

Nhận xét:

Dòng ngắn mạch I„ tỉ lệ thuận với cường độ bức xạ chiếu sáng Nên đường đặc tính

V—I cua pin mặt trời cũng phụ thuộc vào cường độ bức xạ chiếu sáng Ở mỗi tắm bức

xạ chỉ thu được duy nhất một điểm làm việc V = Vwrp có công suất lớn nhất thể hiện

trên hình vẽ sau Điểm làm việc có công suất lớn nhất được thể hiện là điểm chấm đen

Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS Võ Minh Huân

Wink 201 Sw phy thude cue pin mat tron van nhiệt độ 50°C

He foan bd he EV co thé hoat dong duge một cách bigu qua thi đường đặc tính của tài cũng phải phú hựp với điềm MPP

Dork MPP

photovoltaic power Pree = Vien * Laws

photovoltaic voltage V Vuse Voc

Hình 2.12 Cách xác định điểm có công suất cực đại (MPP) Tam pin mặt trời được thiết kế những dạng tắm pin nhỏ do đó công suất nhỏ, để nâng

công suất phát phù hợp với công suất tải thì ta chỉ cần kết nối những tắm pin lại với nhau theo kiểu song song, nối tiếp hoặc kết hợp cả song song và nối tiếp để có được công suất

như mong muốn Nhưng cũng cần phải tính toán hợp lý giữa tải và công suất phát của

pin, vì pin mặt trời hoạt động hiệu quả nhất khi điểm phát cực đại của pin gần với điểm

a

12

Luận văn tt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân

tải Các tắm pin mặt trời có thể có hiệu năng lớn nhất nếu có đủ lượng bức xạ của mặt trời và được chiếu sáng liên tục

Hình 2.13 cho ta thấy được, khi ta ghép 2 tắm pin mặt trời song song với nhau, nó

sẽ tạo cho điện áp đầu ra không đổi với dòng tăng gắp đôi

^

Mint 2.08 Ghep 2 tam pin song song voi nhau va dae tuyén U-T

um, vow Vee

Ninh 3 L4 cho ta thấy, điện áp sẽ tăng nếu ta ghép 2

điện không đối,

Hình 2.14 Ghép 2 tắm pin nối tiếp với nhau, và đặc tuyến U-I

Hệ pin mặt trời (hệ PV — photovoltaic system) co ban được chia thành 2 loại:

“ Hệ PV hoạt động độc lập với lưới

+“ Hệ PV hoạt động nối lưới

Hệ PV hoạt động độc lập với lưới thường dùng ở những nơi hẻo lánh, nơi lưới điện không kéo tới, vùng xâu vùng xa, hảo đảo Và để hoạt động tốt thì chúng cần có bộ lưu điện

ae

13

Luận văn tốt nghiệp GVƯHD:TS.Võ Minh Huân

—————ễễễ

Hệ PV hoạt động nối lưới, những hệ PV được kết nối trực tiếp vào lưới điện công

suất nhờ vào những bộ chuyển đổi DC/AC và biến đổi điện áp, tần số, biên độ phù hợp

2.2 Động cơ bước

Trong đề tài, phần công suất sẽ bao øồm động cơ bước đơn cực yêu cầu điện áp 5V

đến 16V, dong 1,5A và bốn MosFET dùng để khuếch đại đòng cấp cho các cuộn dây

của động cơ dựa vào tín hiệu điều khiển Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của động cơ

bước đơn cực như sau:

Hình 2.15 Cấu tạo động cơ bước đ⁄ cực

gp voi 5, 6 hoặc 8

tám trên các cuộn

Động cơ bước đơn cực, cả nam châm vĩnh cửu và động cơ

đây ra thường được quấn như sơ đồ hình 2.15, với một đâu nói tr

Khi dùng, các đầu nối trung tâm thường được nồi vào cực dương nguỏn cấp, và hai đầu

còn lại của mỗi cực lần lượt nối đất đẻ đảo chiều từ trường tạo bởi cuộn đó

Từ đây, khi khảo sát động cơ đơn cực, chúng ta khảo sát động cơ nam châm vĩnh

cửu, việc điều khiển động cơ hỗn hợp đơn cực hoàn toàn tương tự Cực 1 nằm ở cực

trên và đưới của stator, còn cực 2 nằm ở hai cực bên phải và bên trái động cơ Rotor là một nam châm vĩnh cửu với 6 cực, 3 Nam và 3 Bắc, xếp xen kẽ trên vòng tròn

Để xử lý góc bước ở mức độ cao hơn, rotor phải có nhiều cực đối xứng hơn Động

cơ 30 độ mỗi bước trong hình là một trong những thiết kế động cơ nam châm vĩnh cửu

thông đụng nhất Người ta cũng đã tạo ra được động cơ nam châm vĩnh cửu với mỗi

bước là 1.8 độ và với động cơ hỗn hợp mỗi bước nhỏ nhất có thẻ đạt được là 3.6 độ đến

1.8 độ, còn tốt hơn nữa, có thể đạt đến 0.72 độ

14

Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS Võ Minh Huân

“———=—ễễ-ễễễễễ-——¬

Như trong hình, đòng điện đi qua từ đầu trung tâm của cực 1 đến đầu a tạo ra cực

Bac trong stator trong khi đó cực còn lại của stator là cực Nam Nếu điện ở cực 1 bị ngắt

và kích cực 2, rotor sẽ quay 30 độ, hay 1 bước Để quay động cơ một cách liên tục, chúng ta chỉ cần áp điện vào hai cực của đông cơ theo dãy

dùng ít năng lượng hơn Dãy bên phải đòi hỏi cấp điện cho cả hai cực một lúc và nói

chung sẽ tạo ra một moment xoáy lớn hơn dãy bên trái 1.4 lần trong khi phải cấp điện

gấp 2 lần

Vị trí bước được tạo ra bởi hai chuỗi trên không giống nhau; kết quả, kết hợp 2

chuỗi trên cho phép điều khiển nửa bước, với việc dừng động cơ một cách lần lượt tại những vị trí đã nêu ở một trong hai dãy trên Chuỗi kết hợp như sau:

15

Luận văn tôt nghiệp GVHD:TS Võ Minh Huân

Wang 2.2 Coch dhen Maen các cực của động ca bude ché db mea bude (Half-Step)

khang để lài thí ta sẽ chọn động cơ bước đơn cực 6 đây si một bước đủ là 1.8 độ,

và ta sự dụng chế độ chạy là nữa bước (0.9 độ )

1,1 Mạch điều khiển động cơ bước

Sử dụng Vì điều khiển PIC 16F887

3.3.1 Vi điều khiển là gì?

Vi xử lý có rất nhiều loại bắt đầu từ 4 bit cho đến 32 bít, ví xử lý # bít hiện nay không

còn nhưng vi xử lý 8 bit vẫn còn mặc dù đã có vi xử lý 64 bit Lý đo tỏn tại của vị xử lý

8 bit là phù hợp với một số yêu cầu điều khiển trong công nghiệp Các vi xử lý 32 bit,

64 bit thường sử dụng cho các máy tinh vi khối lượng dữ liệu của máy tính rất lớn nên

Luận văn tỐt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân

Chức năng của bộ nhớ là lưu chương trình cho vi xử lý thực hiện lưu dữ liệu cần xử

lý, các ngoại vi dùng để xuất nhập dữ liệu bên ngoài vào vi xử lý và điều khiển trở lại Các khối này liên kết với nhau thành một hệ thống vi xử lý Yêu cầu điều khiển càng cao thì hệ thống càng phức tạp và nếu yêu cầu điều khiển đơn giản thì hệ thống vi xử lý

cũng phải có đầy đủ các khối port xuất nhập

Việc kết nối các khối tạo thành một hệ thống vi xử lý đòi hỏi người thiết kế phải rất

hiểu biết về

ác thành phần vi xử lý, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi Hệ thống tạo ra khá

phức tạp, chiếm nhiều không gian, mạch ín,và vấn đề chính là đòi hỏi người thiết kế

phải hiểu thật rồ về hệ thông

Chính vì sự ph tạp đó nến các nhà chế tạo đã tích hợp bộ nhớ và một số các thiết

bị ngoại víxũng VAN v xứ lý tạo thành một IC gọi là vị é ì ~ Microcontroller

VAI Cac be

vi điều khiên phổ biến :

¥ Déng Atmel AT91 (Kién tric ARM THUMB)

¥ Déong AT90, Tiny & Mega- AVR (Atmel Norway design)

¥ Dong Atmel ATR9 (Kién trúc Intel 8051/MCS51)

¥ Dong MARCA

@ Ho vi dieu khiến Cypress MicroSystems

% CVRO say LESOC)

®- Hà vị điều khiến Freescale Semiconductor Tu nam 2004 vi diéu khién nay

m5 kiểu GVHD:TS Võ Minh Huân

+ MPC 8540/8555/8560 (PowerQUICC II) + Họ vi điều khiển Fujitsu

_ FMC Family (8/16 bit) v_ FR Family (32 bit)

y_ FR-V Family (32 bit RISC)

+ Họ ví điều khiển Intel

* MCS96 + MXS296

¥ Dong 32-bit + 386EX

« i960

* Ho vi diéu khién Microchip

v PIC 8-bit (xit ly dir ligu 8-bit, 8-bit data bus)

« _ Từ lệnh dài 12-bit (Base-line): PIC10E, PIC12F và một vai PIC16F

aaa

19

Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân

Interrupts No Slnaie interrupt capatatty haroware contert save Single nteruptcapabliy wih Multote interupt capably with

hardware context save

ata Movinty Uta 38 fates "` 1 Upt04xB

+ Comparton (A88l00t6 th ssanon to v.32216n 1o s,#È\ADÔ Baseine tuoRarge Esnaticed Wo-Range:

+ Data Memory + sprce™ + Wumpie Covemuncaten + Haroware Mullet

+ Internal Oscillator « UART Penphess CAM

Hinh 2.17 Céu trtic Vi diéu khién Pic 8bit cia MicroChip

¥ PIC 16-bit (xử lý dữ liệu 16-bit)

+ PIC điều khiển động cơ: dsPIC30F

+ PIC cé DSC: dsPIC33F

«_ Phổ thông: PIC24F, PIC24E, PIC24H

Y PIC 32-bit (xt lý dữ liệu 32-bi): PIC32MX

% Ho vi diéu khién National Semiconductor

v COP8

v CRI6

20

Luận văn tỗt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân

chướng trình đào tạo của nhà trường thì dòng vi diéu k tực đưa vào giảng dạy

niên kiên thức của bản thân em về PIC16F887 tương đối &54 z5, đông thời dòng vi điều

Mhiển này trên thị trường khá phổ biến, tích hợp nhiều chức zzz (ADC,UART ) và

được nhiều người sử dụng nên tài liệu tham khảo trợ giúp trorz qu4 trình thực hiện đề tài sẽ khá phong phú

Phần điều khiển của mạch sẽ gồm 3 phần quan trọng nhất là vi điều khiển

PIC16F887, các nút nhấn để chọn chế độ vận hành cho động cơ và mạch truyền UART

dé giao tiếp với máy tính Các led đơn và LCD chỉ hỗ trợ quan sát cho người dùng Sau đây sẽ là phần trình bày một số thông tin về PIC16F887:

2.3.3 Vi điều khiển PIC16F887

Pic 16F887 1a một họ vi điều khiển của hãng MICROCHIP có tích hợp ADC,

UART

Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS Võ Minh Huân

————————-

Vinh 2.18 Ve dieu khién PICIGF887 thuc té

So da va chite nang cde chân của PC J6-887:

RES RICA Vee RAD ANDLA PWC 82INO-

RAT ANT CU2INTS

RA) AND \RERCV 2IN*+

ÑA3 AN3'VREFs'C TING

Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân

—ẼễE=ễễỄỄẼỄẼỄễE———^——ỒỒ

PortD gồm các tín hiệu từ từ RD0 đến RD7

PortE gồm các tín hiệu từ từ RE0 đến RE3

s*- Chức năng tương tự là các ngõ của bộ chuyển đổi ADC : có 14 kênh

14 kênh ngõ vào tương tự là từ AN0 đến ANI3

Hai ngõ vào nhận điện áp tham chiếu bên ngoài là Vreft và Vref-

*#* Chức năng tương tự là các ngõ vào bộ so sánh C1 và C2 : có 2 bộ so sánh

Có 4 ngõ vào nhận điện áp ngõ vào âm của 2 bộ so sánh là : CI2IN0-, C12INI,

C2IN3-,C13IN3

Có 2 ngà Vào nhận điện áp tương tự đương cho 2 b4 so sánh la: CLIN+ va C2IN+

Củ } ngô ra của 2 bộ so sánh là: CIOUT và C2OUT,

Có 2 ngõ vào nối với tụ thạch anh để tạo đao động 2 OSC1 và OSC2

Có 1 ngõ vào nhận tín hiệu dao động từ nguồn khác ì¿ CLKTN nếu không dung

tụ thạch anh, có 1 ngõ ra cắp xung cloek cho các thiết bị khác là CLKOUT

s* Chức năng nhận cung ngoại của T0 và T1:

Có 1 ngõ vào nhận xung ngoại cho timer/counter T0 có tên là T0CKI

Có 1 ngõ vào nhận xung ngoại cho timer/counter T1 có tên là TICKI

Có 2 ngõ vào tạo dao động riêng cho Tỉmer1 hoạt động độc lập có tên là TIOSO

và TIOSO

s* Chức năng truyền dữ liệu SPI :

Có 1 ngõ vào nhận dữ liệu là SDI

Có 1 ngõ ra phát dữ liệu là SDO

Có 1 ngõ ra phát xung clock là SCK

23

Luận văn tốt nghiệp GVHD:TS.Võ Minh Huân

——

Có 1 ngõ vào chọn chip khi hoạt động ở chế độ tớ là SS

s* Chức năng truyền dữ liệu I2C :

Có 1 ngõ truyền/nhận dữ liệu là SDA

Có 2 tín hiệu cho khối CCP là CCP1 và CCP2

Có 4 tín hiệu cho khối PWM là P1A, P1B, PIC, P1D

s* Chức năng nạp chương trình vào bộ nhớ flash :

Có 1 tìn hiệu để truyền dữ liệu là ICSPDAT

Có 1 tín hiệu để nhận xung clock là ICSPCLK

Có 1 tín hiệu để điều khiển nạp là PGM

Có 1 tin hiệu để nhận điện áp lập trình là Vpp

Có 1 ngõ vào reset có tên là MCLR (master clear)

Có 4 chân cấp nguồn: VDD cấp nguồn dương, V§S nối với mass

24