Tuy nhiên, hầu hết các máiche xếp trên thị trường hiện nay đều được điều khiển bằng tay hết sức thô sơ hoặc dung bằng nguồn điện sẵn có .Tuy nhiên nguồn điện lưới hiện naykhông phải nơi
Tổng quan về các loại mái che hiện nay
Mái hiên và mái che là những kiến trúc quan trọng giúp che mưa, nắng và nâng cao tính thẩm mỹ cho không gian sống Mái hiên nhà được thiết kế gắn với tường ngoài, không chỉ bảo vệ mà còn làm đẹp cho ngôi nhà, quán cafe hay nhà hàng Mái che bao gồm cả mái hiên và có nhiều ứng dụng khác nhau như mái che bể bơi, hồ cá, nhà xe và cửa hàng Thiết kế mái che đa dạng với các loại cố định và di động, cũng như nhiều chất liệu khác nhau Tóm lại, mái hiên và mái che không chỉ có chức năng bảo vệ mà còn góp phần làm đẹp cho không gian sống dưới tác động của thời tiết.
Mái hiên, hay còn gọi là mái che, là thuật ngữ chỉ những thiết bị có chức năng chính là bảo vệ công trình khỏi mưa nắng Dựa vào tính chất hoạt động, mái hiên được phân thành hai loại chính.
Mái hiên và mái che cố định là giải pháp bảo vệ khỏi nắng mưa, được lắp đặt chắc chắn vào cấu trúc của ngôi nhà Loại mái che này không thể thay đổi kích thước về chiều dài, chiều rộng hay chiều cao trong suốt quá trình sử dụng.
Mái che, mái hiên di động là giải pháp che nắng mưa linh hoạt, có thể điều chỉnh kích thước theo nhu cầu sử dụng Với chi phí lắp đặt thấp và khả năng sửa chữa dễ dàng, mái hiên di động đang trở thành lựa chọn phổ biến Người dùng có thể điều khiển mái che bằng tay quay hoặc remote, phù hợp cho nhiều không gian như quán hàng, nhà để xe, và còn có thể lắp đặt bảng quảng cáo.
Mái che cố định
Khi nhắc đến sản phẩm mái cố định, người ta thường nghĩ đến mái ngói, mái tôn, mái nhựa và mái hiên kính cường lực Những loại mái này có cấu trúc cố định và độ bền cao Tuy nhiên, chúng cũng tồn tại nhiều nhược điểm và bất tiện cần được xem xét.
+Thời gian lắp đặt, thi công lâu.
+Giá thành cao +Kiểu dáng khá đơn điệu +Thiếu độ thông thoáng
Hình 1- 1 Mái che cố định
Mái che di động xếp thông minh hiện nay : CHƯƠNG II :TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG11
Khảo sát và phân tích hệ thống
Đề tài: “Thiết kế hệ thống mái che di động xếp thông minh dung nguồn năng lượng mặt trời”
Với sự phát triển của nền kinh tế và xã hội, đời sống người dân ngày càng được cải thiện, dẫn đến sự gia tăng số lượng nhà hàng, quán ăn và quán cà phê để đáp ứng nhu cầu ẩm thực của cộng đồng.
Mái che xếp thông minh là giải pháp mái che ngoài trời giá rẻ, được ưa chuộng nhờ khả năng che mưa, che nắng hiệu quả Sản phẩm không chỉ đáp ứng yêu cầu về chất lượng mà còn mang lại tính thẩm mỹ và sự hiện đại Với cấu tạo đặc biệt và nhiều lợi ích, mái che xếp thông minh ngày càng được tin tưởng lựa chọn.
Dựa trên nhu cầu thực tế, nhóm đã tiến hành khảo sát và đề xuất phương án thiết kế cho "hệ thống mái che xếp di động thông minh," bao gồm nhiều thành phần khác nhau.
Dựa vào tín hiệu từ cảm biến mưa và cảm biến ánh sáng, bộ xử lý trung tâm sẽ xử lý thông tin và phát tín hiệu cho động cơ.
Khi cảm biến mưa phát hiện có mưa hoặc cảm biến ánh sáng nhận tín hiệu trời nắng, mái che sẽ tự động mở ra.
● Khi cảm biến mưa không phát hiện có mưa và cảm biến ánh sáng không có tín hiệu trời nắng khi đó mái che sẽ tự động thu lại.
Bên cạnh đó cảm biến quang sẽ phát hiện chuyển động và cảm biến ánh sáng đưa về giá trị trời tối đèn sẽ tự động bật
Khi nhấn nút mở mái che có tín hiệu: mái che sẽ mở raKhi nhấn nút thu mái che có tín hiệu: mái che sẽ thu lại
Giới thiệu chung về Arduino
Lịch sử hình thành của Arduino
Arduino đã tạo ra một cơn sóng lớn trong cộng đồng DIY toàn cầu, tương tự như thành công của Apple trong ngành thiết bị di động Sự phổ biến của Arduino không chỉ thu hút một lượng lớn người dùng mà còn đa dạng về trình độ, từ học sinh phổ thông đến sinh viên đại học, khiến ngay cả những nhà sáng lập cũng phải ngạc nhiên.
- Arduino là gì mà có thể khiến ngay cả những sinh viên và nhà nghiên cứu tại các trường đại học danh tiếng như MIT, Stanford, Camegie
Mellon cần sử dụng bộ kit Arduino Mega ADK, một sản phẩm được Google hỗ trợ, để phát triển các ứng dụng Android tương tác với cảm biến và thiết bị khác.
Arduino là một bo mạch vi xử lý cho phép lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ và đèn Điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển dễ sử dụng và ngôn ngữ lập trình dễ học, phù hợp với cả những người không có nhiều kiến thức về điện tử Sự phổ biến của Arduino còn đến từ mức giá phải chăng, chỉ khoảng $30, cùng với tính chất nguồn mở của cả phần cứng và phần mềm Với một board Arduino, người dùng có thể điều khiển tới 20 thiết bị khác nhau thông qua các ngõ I/O.
Hình 2- 1 Những thành viên khởi xướng Arduino
Arduino được ra mắt tại thị trấn Ivrea, Ý, và mang tên vua Arduin từ thế kỷ 9 Được giới thiệu vào năm 2005 bởi giáo sư Massimo Banzi tại trường Interaction Design Institute Ivrea (IDII), Arduino ban đầu chỉ là một công cụ đơn giản dành cho sinh viên Mặc dù không được quảng bá nhiều, nhưng tin tức về Arduino đã nhanh chóng lan truyền nhờ sự ủng hộ từ những người dùng đầu tiên Hiện nay, Arduino đã trở thành một biểu tượng nổi tiếng, thu hút nhiều người đến thăm Ivrea để khám phá nguồn gốc của nó.
Arduino là một nền tảng phổ biến trên toàn cầu, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ vào những sáng tạo độc đáo từ cộng đồng nguồn mở Tuy nhiên, tại Việt Nam, Arduino vẫn chưa được nhiều người biết đến và khai thác hết tiềm năng của nó.
Arduino là nền tảng mẫu mở về điện tử, bao gồm cả phần cứng và phần mềm, cho phép người dùng lập trình và tương tác với môi trường xung quanh thông qua cảm biến Thiết bị này giúp đơn giản hóa quá trình thiết kế, lắp ráp linh kiện điện tử và lập trình vi xử lý, mang lại sự dễ dàng cho những người không có nhiều kiến thức về điện tử Dưới đây là những ưu điểm nổi bật của Arduino so với các nền tảng vi điều khiển khác.
Lập trình Arduino hỗ trợ đa nền tảng, cho phép người dùng thực hiện trên nhiều hệ điều hành khác nhau như Windows, Mac OS, Linux trên máy tính để bàn, cũng như Android trên thiết bị di động.
+ Ngôn ngữ lập trình đơn giản dễ hiểu.
Arduino là một nền tảng mở, cho phép phần mềm chạy trên thiết bị này được chia sẻ dễ dàng và tích hợp linh hoạt vào nhiều nền tảng khác nhau.
+ Mở rộng phần cứng: Arduino được thiết kế và sử dụng theo dạng module nên việc mở rộng phần cứng cũng dễ dàng hơn.
+ Đơn giản và nhanh: Rất dễ dàng lắp ráp, lập trình và sử dụng thiết bị.
Arduino cho phép người dùng dễ dàng chia sẻ mã nguồn mà không gặp rào cản về ngôn ngữ hay hệ điều hành Hệ sinh thái Arduino rất phong phú với nhiều module, mỗi module được thiết kế cho các ứng dụng khác nhau Các bo mạch Arduino được phân loại thành hai loại: bo mạch chính với chip Atmega và bo mạch mở rộng chức năng Mặc dù các bo mạch chính tương đồng về chức năng, nhưng chúng khác nhau về cấu hình như số lượng I/O, dung lượng bộ nhớ và kích thước Một số bo mạch còn tích hợp các tính năng kết nối như Ethernet và Bluetooth, trong khi các bo mạch mở rộng chủ yếu bổ sung thêm các chức năng cho bo mạch chính.
Khái niệm về Arduino
- Arduino là một board mạch Vi Điều Khiển sử dụng chip AVR 8bit như Atmega328, Atmega168, ATmega8 của Atmel.
Board mạch Arduino sử dụng vi xử lý 8-bit megaAVR của Atmel, với hai chip phổ biến là ATmega328 và ATmega2560 Các vi xử lý này hỗ trợ lập trình ứng dụng điều khiển phức tạp nhờ cấu hình mạnh mẽ, bao gồm bộ nhớ ROM, RAM và Flash Ngoài ra, chúng còn có nhiều ngõ vào ra digital I/O, trong đó có khả năng xuất tín hiệu PWM, đọc tín hiệu analog và hỗ trợ các chuẩn giao tiếp như UART, SPI, TWI (I2C).
● EEPROM: 1KB (ATmega328) và 4KB (ATmega2560)
● SRAM: 2KB (Atmega328) và 8KB (Atmega2560)
● Flash: 32KB (Atmega328) và 256KB (Atmega2560)
❖ Đọc tín hiệu cảm biến ngõ vào:
Các board mạch Arduino được trang bị các cổng digital có khả năng cấu hình linh hoạt thành ngõ vào hoặc ngõ ra thông qua phần mềm, cho phép người dùng tùy chỉnh số lượng ngõ vào và ngõ ra theo nhu cầu.
Tổng số lượng cổng digital trên các mạch dùng Atmega328 là 14, và trên Atmega2560 là 54.
Các board mạch Arduino được trang bị ngõ vào analog với độ phân giải 10-bit, cho phép chia điện áp thành 1024 mức khác nhau Ví dụ, với điện áp chuẩn 5V, độ phân giải tương ứng khoảng 0.5mV.
Số lượng cổng vào analog là 6 đối với Atmega328, và 16 đối với Atmega2560.
Với tính năng đọc analog, người dùng có thể đọc nhiều loại cảm biến như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, ánh sáng, gyro, accelerometer…
❖Xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra:
Tương tự như các cổng vào digital, người dùng có thể cấu hình trên phần mềm để quyết định dùng ngõ digital nào là ngõ ra.
Tổng số lượng cổng digital trên các mạch dùng Atmega328 là 14, và trên Atmega2560 là 54.
Người dùng có thể lựa chọn từ nhiều cổng digital để xuất tín hiệu điều chế xung PWM, với độ phân giải tín hiệu đạt 8-bit.
Số lượng cổng PWM đối với các board dùng Atmega328 là 6, và đối với các board dùng Atmega2560 là 14.
PWM được ứng dụng rộng rãi trong viễn thông, xử lý âm thanh và điều khiển động cơ, đặc biệt là trong các động cơ servos của máy bay mô hình.
Giao tiếp nối tiếp (Serial) là chuẩn phổ biến trên các board mạch Arduino, với nhiều cổng Serial cứng được tích hợp sẵn, cho phép giao tiếp nhờ phần cứng trong chip Ngoài ra, các cổng digital còn lại cũng có thể thực hiện giao tiếp nối tiếp thông qua phần mềm, nhờ vào thư viện chuẩn mà người dùng không cần viết mã Mức tín hiệu của các cổng này là TTL 5V, và cần lưu ý rằng cổng nối tiếp RS-232 trên các thiết bị khác cũng có thể được sử dụng.
PC có mức tín hiệu là UART 12V Để giao tiếp được giữa hai mức tín hiệu, cần phải có bộ chuyển mức, ví dụ như chip MAX232.
Số lượng cổng Serial cứng của Atmega328 là 1 và của Atmega2560 là 4.
Với tính năng giao tiếp nối tiếp, các bo Arduino có thể giao tiếp được với rất nhiều thiết bị như PC, touchscreen, các game console… USB:
Các board Arduino tiêu chuẩn được trang bị cổng USB để kết nối với máy tính nhằm tải chương trình Tuy nhiên, các chip AVR không có cổng USB, vì vậy các board Arduino cần có phần chuyển đổi từ USB sang tín hiệu UART Điều này khiến máy tính nhận diện cổng USB này như một cổng COM thay vì cổng USB tiêu chuẩn.
SPI là một chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ sử dụng bus với 4 dây, cho phép các board Arduino kết nối dễ dàng với nhiều thiết bị như LCD, bộ điều khiển video game, cảm biến đa dạng, và đọc thẻ nhớ SD cũng như MMC.
TWI (I2C) là một giao thức giao tiếp đồng bộ sử dụng chỉ hai dây, cho phép các bo Arduino tương tác với nhiều loại cảm biến như thermostat CPU, tốc độ quạt, màn hình OLED/LCD, đọc đồng hồ thời gian thực và điều chỉnh âm lượng cho các loại loa khác nhau.
Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình cho Arduino
Arduino IDE là phần mềm cho phép người dùng nạp mã lập trình vào board mạch Arduino và thực thi ứng dụng Tên đầy đủ của nó là Arduino Integrated Development Environment, là công cụ lập trình chính cho các board mạch Arduino Phần mềm này bao gồm các thành phần chính như Editor để viết mã, Debugger để tìm và sửa lỗi trong quá trình xây dựng chương trình, cùng với Compiler hoặc interpreter giúp biên dịch mã thành ngôn ngữ mà vi điều khiển có thể hiểu và thực hiện theo yêu cầu.
Arduino có thiết kế bo mạch nhỏ gọn và nhiều tính năng hữu ích, nhưng sức mạnh thực sự của nó nằm ở phần mềm Môi trường lập trình đơn giản và ngôn ngữ Wiring dễ hiểu, dựa trên C/C++, rất quen thuộc với kỹ sư Đặc biệt, số lượng thư viện mã nguồn mở phong phú do cộng đồng phát triển và chia sẻ mang lại nhiều lợi thế cho người dùng.
Arduino IDE là phần mềm lập trình dành cho Arduino, hỗ trợ ba hệ điều hành phổ biến: Windows, Macintosh OS X và Linux Với tính chất nguồn mở, Arduino IDE hoàn toàn miễn phí và cho phép người dùng có kinh nghiệm mở rộng thêm tính năng.
Ngôn ngữ lập trình C+ có khả năng mở rộng thông qua các thư viện, cho phép người dùng nhúng mã AVR vào chương trình Hiện tại, bạn có thể tải xuống Arduino IDE phiên bản 1.8.8 từ trang chủ http://arduino.cc/.
Giao diện phần mền Arduino IDE
Hình 2- 2 Giao diện phần mềm Arduino IDE
Giao diện của phần mềm Arduino IDE bao gồm nhiều phần, nhưng chúng ta sẽ tập trung vào những phần quan trọng nhất Mỗi phần có chức năng riêng, đóng góp vào hiệu quả sử dụng phần mềm.
Nút kiểm tra chương trình trong phần mềm Arduino IDE giúp xác định xem mã nguồn có lỗi hay không Khi phát hiện lỗi, phần mềm sẽ hiển thị thông tin chi tiết về lỗi đó trong khu vực thông báo, giúp người dùng dễ dàng nhận diện và sửa chữa.
Nút nạp chương trình trên bo Arduino được sử dụng để nạp chương trình đã viết vào mạch Arduino Trong quá trình nạp, chương trình sẽ được kiểm tra lỗi trước khi được thực hiện nạp xuống mạch, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của quá trình.
Để hiển thị thông tin trên màn hình giao tiếp với máy tính, người dùng chỉ cần nhấp vào biểu tượng kính lúp Tại đây, các thông số sẽ được hiển thị, nhưng để đưa thông tin lên màn hình, cần sử dụng lệnh Serial.print().
- Vùng lập trình: Vùng này để người lập trình thực hiện việc lập trình cho chương trình của mình.
- Vùng thông báo thông tin: Có chức năng thông báo các thông tin lỗi của chương trình hoặc các vấn đề liên quan đến chương trình được lập.
Sử dụng một số menu thông dụng trên phần mềm Arduino IDE
Phần Example (ví dụ) đưa ra các ví dụ sẵn để người lập trình có thể tham khảo, giảm bớt thời gian lập trình
Hình 2- 3 Lấy ví dụ có sẵn trong Arduino IDE
* Chọn loại board sử dụng:
Hình 2-4 Lựa chọn loại board sử dụng
Khi kết nối bo Arduino với máy tính, người dùng cần truy cập vào mục Tools và chọn loại board phù hợp Phần mềm mặc định sẽ chọn bo Arduino Uno, nhưng nếu sử dụng loại bo khác, hãy chắc chắn chọn đúng kiểu bo đang sử dụng.
Khi kết nối mạch Arduino lần đầu tiên với máy tính, người dùng cần chọn cổng COM bằng cách vào Tools -> Serial Port (hoặc Port) Sau khi chọn cổng COM, chẳng hạn như COM5, các lần kết nối sau với cùng một board Arduino sẽ không cần phải thực hiện lại bước này Tuy nhiên, nếu sử dụng một board Arduino khác, người dùng cần phải chọn lại cổng COM.
Cấu trúc của một chương trình Arduino IDE
Từ "define" có nghĩa là định nghĩa, trong khi hàm #define được sử dụng để gán tên cho một chân hoặc ngõ ra cụ thể.
Chú ý: sau #define thì không có dấu “,” (dấu phẩy)
Khai báo các kiểu biến khác như: int (kiểu số nguyên), float, …
* Thiết lập (void setup ( )) void setup ()
Cấu trúc của nó có dấu ngoặc nhọn ở đầu và ở cuối, nếu thiếu phần này khi kiểm tra chương trình thì chương trình sẽ báo lỗi
Phần này dùng để thiết lập các tốc độ truyền dữ liệu, kiểu chân là chân ra hay chân vào Trong đó:
Bảng 2.1 Lựa chọn tốc độ truyền dữ liệu, kiểu chân vào ra
Serial.begin(9600) Dùng để truyền dữ liệu từ board
Arduino lên máy tính pinMode(bien,kiểu vào hoặc ra); ví dụ: pinMode(chanD0,INPUT);
Dùng để xác định kiểu chân là vào hay ra
Dùng để viết các lệnh trong chương trình để mạch Arduino thực hiện các nhiệm vụ mà chúng ta mong muốn, thường bắt đầu bằng: voidloop ()
*Một số câu lệnh, cấu trúc thường gặp
Bảng 2.2 Một số câu lệnh, cấu trúc thường gặp
Ký hiệu, câu lệnh Ý nghĩa Câu lệnh
Dấu // được sử dụng để giải thích nội dung trên một dòng, và khi kiểm tra chương trình, phần này sẽ bị bỏ qua và không được kiểm tra.
#Define biến chân Define nghĩa là định nghĩa, xác định Câu lệnh này nhằm gán tên 1 biến vào 1 chân nào đó Ví dụ
… */ Ký hiệu này cũng dùng để giải thích, giải thích dành cho 1 đoạn, tức có thể xuống dòng được
Để điều khiển chân của vi điều khiển, ta sử dụng các lệnh như digitalWrite(chân, trạng thái) để bật hoặc tắt chân, với trạng thái có thể là HIGH hoặc LOW, ví dụ: digital(led, HIGH) hoặc digital(led, LOW) Để điều chỉnh độ sáng LED hoặc tốc độ động cơ, ta sử dụng lệnh AnalogWrite(chân, giá trị) để thực hiện băm xung (PWM) Để đọc giá trị digital tại chân cụ thể, ta dùng lệnh DigitalRead(chân), trong khi lệnh AnalogRead(chân) được sử dụng để đọc giá trị analog tại chân mong muốn.
Delay có nghĩa là trì hoãn hoặc duy trì trạng thái hiện tại trong một khoảng thời gian nhất định Lệnh này cho phép giữ trạng thái đang thực hiện trong một thời gian được tính bằng mili giây.
Câu lệnh "if" trong lập trình có nghĩa là "nếu", và sau "if" sẽ có dấu ngoặc đơn chứa một biểu thức điều kiện Ví dụ, trong bài viết về cảm biến độ ẩm đất, câu lệnh "if (giatriAnalog>500)" có nghĩa là "nếu giá trị đọc được của biến giatriAnalog lớn hơn 500".
{ digitalWrite(Led,HIGH); //Ra lệnh cho led sáng delay(1000);//chờ 1s
Câu lệnh `else` có nghĩa là ngược lại Lệnh `Serial.print()` dùng để in ra màn hình máy tính mà không xuống dòng, trong khi lệnh `Serial.println()` cũng in ra màn hình nhưng sẽ xuống dòng sau khi in, giúp giá trị tiếp theo được in ở dòng kế tiếp.
Phần mềm hỗ trợ Proteus 8.6
Proteus Professional 8.6 là phần mềm mô phỏng mạch điện tử chính xác nhất hiện nay, cho phép người dùng thiết kế mạch, thực hiện các thử nghiệm và thiết kế mạch in một cách hiệu quả Với giao diện trực quan, người dùng có thể dễ dàng kéo thả linh kiện và kết nối các chân một cách nhanh chóng.
Hình 2- 6 Giao diện khi bắt đầu mở Proteus 8.6
- Dễ dàng tạo ra một sơ đồ nguyên lý đơn giản từ các mạch điện đơn giản, đến các mạch có bộ lập trình vi xử lý
Việc chỉnh sửa các đặc tính của linh kiện trên sơ đồ nguyên lý trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết, cho phép người dùng điều chỉnh số bước của động cơ bước, thay đổi nguồn nuôi cho mạch và điều chỉnh tần số hoạt động cơ bản của vi xử lý một cách linh hoạt.
- Công cụ hỗ trợ kiểm tra lỗi thiết kế trên sơ đồ nguyên lý Xem và lưu lại phần báo lỗi
Chạy mô phỏng và phân tích các tính chất của mạch điện cơ bản là điều cần thiết để hiểu rõ hơn về hoạt động của chúng Các công cụ hỗ trợ mô phỏng hiện nay rất mạnh mẽ và chính xác, giúp phân tích tần số, sóng và âm thanh hiệu quả Ngoài ra, phần mềm còn tích hợp nhiều thiết bị đo lường hữu ích, từ đồng hồ đo Vôn, Ampe đến máy đo dao động và máy tạo sóng dao động, mang lại trải nghiệm phân tích toàn diện cho người sử dụng.
Proteus cung cấp cho người dùng các công cụ mạnh mẽ mà ít phần mềm nào có được, bao gồm thư viện LED với nhiều màu sắc khác nhau, bao gồm cả LED 7 đoạn Đặc biệt, phần hiển thị nổi bật nhất của Proteus là LCD, cho phép mô phỏng nhiều loại LCD từ đơn giản đến phức tạp.
Proteus có ưu điểm nổi bật trong việc mô phỏng công cụ phát và thu tín hiệu qua giao tiếp RS232 với máy tính Người dùng có thể điều khiển quá trình truyền phát và tốc độ Baud, giúp lập trình viên mô phỏng hiệu quả các khía cạnh của việc truyền tín hiệu.
Proteus nổi bật với công cụ biên dịch hỗ trợ nhiều họ vi xử lý như MSC 51, AVR, HC11, giúp người dùng tạo ra các tập tin HEX để nạp vào vi xử lý Ngoài ra, nó còn cung cấp tập tin DSI cho phép xem và kiểm tra từng bước trong quá trình mô phỏng chương trình.
Proteus không chỉ cung cấp hình ảnh thực tế của các linh kiện mà còn hỗ trợ lập trình viên với nhiều cửa sổ thông báo về nội dung bộ nhớ, con trỏ và thanh ghi.
Proteus sở hữu một thư viện phong phú với hơn 6000 linh kiện đa dạng, và thư viện này đang được cập nhật thường xuyên Bên cạnh đó, phần mềm còn cung cấp keypad, giúp người thiết kế dễ dàng thao tác trên các ma trận phím một cách đơn giản và hiệu quả.
Giới thiệu các thiết bị sử dụng trong hệ thống
Khối nguồn cung cấp
a.Khối năng lượng (Tấm pin năng lượng mặt trời)
Những điều cần biết về tấm pin năng lượng mặt trời
Pin mặt trời, hay còn gọi là tấm pin năng lượng mặt trời (solar cells panel - PV), là bộ phận thiết yếu trong hệ thống điện mặt trời, có khả năng chuyển đổi quang năng từ ánh sáng mặt trời thành điện năng Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc biến đổi bức xạ mặt trời thành năng lượng điện sử dụng được.
Pin mặt trời được chế tạo từ silic tinh khiết, một loại chất bán dẫn chứa các hạt electron mang điện và lỗ trống Khi tiếp nhận bức xạ mặt trời, các electron này sẽ di chuyển liên tục để lấp đầy các lỗ trống, từ đó tạo ra điện năng.
Hình ảnh tấm pin nặng lượng mặt trời 100w
Thông số tấm pin năng lượng mặt trời.
Điện áp hở mạch (Voc) là thông số quan trọng trên tấm pin mặt trời, thể hiện hiệu điện thế V cực đại khi tấm pin được chiếu sáng với dòng điện I=0 Voc cho biết điện áp tối đa mà tấm pin có thể sản xuất trong điều kiện tiêu chuẩn 25 độ C Thông số này giúp xác định điện áp tối đa của cả dãy pin mặt trời, từ đó hỗ trợ trong việc kết nối với inverter hoặc điều khiển sạc.
Dòng ngắn mạch (Isc) là dòng điện lớn nhất mà tấm pin năng lượng có thể tạo ra trong điều kiện tiêu chuẩn, xảy ra khi kết nối đầu âm và dương của tấm pin lại với nhau.
- Fill factor – Hệ số lấp đầy: Là chỉ số lấp đầy giữa công suất cực đại Pmax với tích số Voc.Ioc.
Điện áp làm việc cực đại (Vmpp) là thông số quan trọng của tấm pin năng lượng mặt trời, xác định mức điện áp tại đó công suất đầu ra đạt hiệu quả tối ưu nhất.
Hiệu suất của tấm pin mặt trời là chỉ số quan trọng phản ánh khả năng chuyển đổi bức xạ mặt trời thành điện năng Hệ số này được tính bằng tỷ lệ phần trăm giữa năng lượng điện tối đa mà tấm pin sản xuất và năng lượng bức xạ ánh sáng mặt trời mà tấm pin thu được.
Điện áp tối đa khi kết nối hệ thống là thông số quan trọng giúp xác định số lượng tấm pin mặt trời có thể mắc nối tiếp trong một dãy, đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống.
Thông số kỹ thuật của sản phẩm bao gồm công suất 100W, điện áp hở mạch 21,6V và điện áp danh định 17,8V Dòng điện ngắn mạch đạt 6,17A, trong khi dòng danh định là 5,6A Sản phẩm sử dụng pin silic đơn tinh thể (monocrystalline) và khung nhôm, với cấu tạo tấm pin mặt trời gồm Kính-EVA-Cell-EVA-TPT và khung nhôm Chất lượng sản phẩm được chứng nhận theo tiêu chuẩn IEC 61215, IEC 61730 và TUV Nó có thể hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ -40 độ C đến 80 độ C, với kích thước 1200 x 540 x 30mm và được bảo hành lên đến 25 năm.
Aptomat là một thiết bị điện mà hẳn ai cũng đã từng nghe Về cơ bản,
Aptomat là cầu dao tự động giúp bảo vệ hệ thống điện khỏi quá tải và ngắn mạch Ngoài chức năng cơ bản, một số loại Aptomat còn tích hợp các tính năng tiên tiến như chống rò rỉ điện và chống giật, đảm bảo an toàn cho người sử dụng và thiết bị.
Cấu tạo chung của Aptomat
Aptomat có nhiều loại, nhưng thường có cấu trúc tương tự với hai hoặc ba cấp tiếp điểm, bao gồm tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ và hồ quang Khi mạch điện được đóng, các tiếp điểm sẽ đóng lần lượt từ hồ quang đến tiếp điểm phụ, và cuối cùng là tiếp điểm chính Ngược lại, khi mạch điện bị ngắt, quá trình mở các tiếp điểm sẽ diễn ra theo thứ tự ngược lại.
Thiết kế này đảm bảo rằng hiện tượng hồ quang điện chỉ xảy ra tại một tiếp điểm, giúp bảo vệ các tiếp điểm khác và toàn bộ hệ thống điện Đối với Aptomat có ba cấp tiếp điểm, tiếp điểm chính được bảo vệ tốt hơn nhờ được ngăn cách với tiếp điểm hồ quang thông qua tiếp điểm phụ.
Nguyên lý làm việc của Aptomat
Tất cả các hệ thống Aptomat hoạt động dựa trên nguyên lý chung, với chức năng ngắt mạch khi phát hiện lỗi trong hệ thống điện Khi dòng điện qua các tiếp điểm thay đổi đột ngột, từ trường trên lò xo sẽ bị ảnh hưởng, dẫn đến việc mở các tiếp điểm và ngắt dòng điện Đối với Aptomat gia đình với dòng điện định mức không quá 600A, người dùng cần thao tác tay để khôi phục hoạt động Trong khi đó, các Aptomat cho hệ thống điện có dòng cao hơn (lên đến 1000A) thường sử dụng cơ chế điều khiển bằng điện từ.
Sau khi hiện tượng ngắn mạch xảy ra, các lò xo trong móc bảo vệ sẽ trở lại trạng thái bình thường Điều này cho phép các tiếp điểm tiếp xúc trở lại, từ đó cho phép dòng điện tiếp tục đi qua.
Các tiếp điểm của Aptomat thường được chế tạo từ đồng, hợp kim đồng, hợp kim bạc và các vật liệu dẫn điện tốt khác Tuổi thọ của tiếp điểm bị ảnh hưởng bởi số lần tiếp xúc với hiện tượng hồ quang điện trong quá trình ngắt/mở dòng điện Khi tiếp điểm bị ăn mòn, việc thay thế là cần thiết để đảm bảo Aptomat hoạt động ổn định.
Hệ thống mái che xếp di động thông minh sử dụng nguồn điện chính từ ắc quy 12V, đóng vai trò là thiết bị lưu trữ và cung cấp năng lượng cho các thiết bị trong hệ thống Ắc quy này cũng hoạt động như nguồn dự phòng khi gặp sự cố về nguồn cung hoặc thời tiết xấu, như mưa kéo dài, ảnh hưởng đến hiệu suất của tấm pin năng lượng.
Khối xử lý trung tâm
Board Arduino Nano có thiết kế tương tự như Arduino Uno nhưng nhỏ gọn hơn, giúp dễ dàng sử dụng Với kích thước tối giản, Arduino Nano chỉ cần một cổng mini USB để nạp code và cung cấp điện.
-Điện áp đầu vào (khuyến nghị) 7-12 V
-Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20 V
-Chân vào/ra số 14 (6 chân có khả năng xuất ra tín hiệu PWM)
-Dòng điện mỗi chân vào/ra 40 mA
-Bộ nhớ 16KB (ATmega168), 32KB (ATmega328) trong đó 2 KB dùng để nạp bootloader
-SRAM 1KB (ATmega168) hoặc 2KB (ATmega328)
-EEPROM 512 bytes (ATmega168) hoặc 1 KB (ATmega328)
Hình 2- 13 Sơ đồ chân Arduino nano b Nguồn nuôi
Arduino Nano có thể nhận nguồn qua cổng USB hoặc nguồn ngoài tự động Nguồn ngoài có thể được cung cấp từ bộ chuyển đổi AC sang DC hoặc pin, với điện áp hoạt động từ 6-12V Tuy nhiên, nếu điện áp thấp hơn 7V, chân 5V có thể không cung cấp đủ điện áp, dẫn đến hoạt động không ổn định của bo mạch Ngược lại, nếu điện áp vượt quá 12V, bộ biến áp có thể bị nóng, ảnh hưởng đến mạch.
Chân Vin trên mạch Arduino cho phép cấp điện áp từ nguồn ngoài, khác với mức 5V từ kết nối USB hoặc bộ nguồn khác Nguồn điện có thể được cung cấp cho chân này thông qua các Jack cắm nguồn.
-Chân 5V: Chân cấp điện áp ra 5V từ bộ điều chỉnh điện áp của bo mạch.
-Chân 3,3V: Chân cấp điện áp ra 3,3V từ bộ điều chỉnh điện áp.
-Chân GND: Chân nối đất.
Chân IOREF cung cấp điện áp tham chiếu cho vi điều khiển, cho phép các shied được cấu hình đúng đọc điện áp và chọn nguồn điện phù hợp, hỗ trợ hoạt động với các mức điện áp 5V hoặc 3,3V Nguồn điện khuyến nghị cho chân này là từ 7-12V.
Arduino Nano có 20 chân vào ra tín hiệu số, có thể được sử dụng làm chân Input hoặc Output thông qua các hàm pinMode(), digitalWrite() và digitalRead() Chúng hoạt động ở điện áp 5V và mỗi chân có khả năng cung cấp hoặc nhận tối đa 40mA, đồng thời có một trở kéo nội từ 20-50Kohm Bên cạnh đó, một số chân còn có chức năng đặc biệt.
Chân TTL được sử dụng để nhận (RX) và truyền (TX) dữ liệu nối tiếp, với khả năng cấu hình để kích hoạt ngắt ở mức thấp, sườn lên hoặc sườn xuống.
-Chân 13: Được nối với một led khi chân này ở mức cao đèn sáng, khi ở mức thấp đèn tắt.
-Có một cặp chân khác trên bo:
-Chân AREF: Tham chiếu điện áp cho đầu vào analog Sử dụng hàm analog Reference ().
-Chân RESET: Nối đường dây xuống low để reset vi xử lý.
Khối cảm biến
Mạch cảm biến mưa gồm 2 bộ phận:
• Bộ phận phát hiện mưa gắn ngoài trời
• Bộ phận mô-đun điều khiển, so sánh giá trị tương tự và chuyển đổi nó thành một giá trị kỹ thuật số.
● Thời gian đáp ứng: ≤100mS
● Đầu ra: tín hiệu mức cao / thấp và tín hiệu tương tự
● Nhiệt độ làm việc: 0-60 °C (nhiệt độ danh định 20 °C)
● Độ ẩm làm việc: dưới 95% RH không ngưng tụ (độ ẩm danh nghĩa 65% RH)
● Độ nhạy cảm biến độ ẩm có thể được điều chỉnh bởi chiết áp
● Tín hiệu đầu ra của bảng có thể được kết nối trực tiếp với cổng IO của bộ vi điều khiển hoặc chuyển đổi ADC.
● Độ chính xác phát hiện độ ẩm là ± 5% RH [9]
●Chân VCC: kết nối với nguồn 12V
●Chân GND: kết nối với đất
●Chân A0: chân tín hiệu đầu ra dạng tương tự
●Chân D0: chân tín hiệu đầu ra dạng số
Mạch cảm biến mưa hoạt động bằng cách so sánh hiệu điện thế giữa mạch cảm biến ngoài trời và giá trị định trước, có thể điều chỉnh qua biến trở màu xanh Tín hiệu từ cảm biến được truyền qua chân D0 để đóng ngắt rơ le Khi trời không mưa, chân D0 giữ mức cao (12V), và khi có nước trên bề mặt cảm biến, đèn LED màu đỏ sẽ sáng lên, kéo chân D0 xuống thấp (0V).
Hình 2- 15 Mô-đun điều khiển cảm biến mưa
2.2.3.2 Công tắc cảm biến ánh sáng
Công tắc cảm biến ánh sáng là thiết bị quang điện chuyển đổi năng lượng bức xạ điện từ thành tín hiệu điện Thiết bị này sử dụng công nghệ cảm biến thông minh để nhận biết biến đổi môi trường xung quanh, từ đó điều chỉnh ánh sáng cho phù hợp.
Mạch cảm biến ánh sáng
Nguyên lý hoạt động của công tắc cảm biến anh sáng
Cảm biến ánh sáng hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu ứng quang điện trong, nơi một số chất đặc biệt hấp thụ ánh sáng và chuyển đổi năng lượng này thành năng lượng điện Hiện tượng quang điện trong xảy ra ở các vật liệu bán dẫn; khi ánh sáng chiếu vào, năng lượng sẽ làm thay đổi điện trở suất bên trong vật liệu, tạo ra suất điện động và thay đổi tính chất dẫn điện của nó.
Hiệu ứng quang điện trong xảy ra với chất bán dẫn
Sơ đồ đấu nối công tắc cảm biến ánh sáng
Sơ đồ đấu nối cảm biến ánh sáng
Công tắc cảm biến ánh sáng DOBAVO
Thiết bị cảm biến ánh sáng DOBAVO chịu tải tốt với cường độ dòng điện 10A và điện áp 220V, hoạt động bật tắt bằng rơ le và tương thích với nhiều thiết bị khác nhau Được chế tạo từ chất liệu cao cấp, sản phẩm có khả năng chống bụi và nước, rất phù hợp cho các thiết bị ngoài trời Với khả năng cảm biến ánh sáng nhạy bén, DOBAVO đảm bảo hoạt động ổn định trong mọi điều kiện.
Thiết bị cảm biến ánh sáng Dobavo
Khối thiết bị chấp hành
2.2.4.1 Động cơ điện một chiều (Động cơ DC 555 có giảm tốc ) Động cơ điện một chiều là loại máy điện biến điện năng dòng một chiều thành cơ năng Ở động cơ một chiều từ trường là từ trường không đổi Để tạo ra từ trường không đổi người ta dùng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện được cung cấp dòng điện một chiều.
Hình 2- 21 Động cơ DC có giảm tốc
Tốc độ động cơ: 5300 vòng/ phút
Tốc độ qua hộp số: 80 vòng/phút
Điện áp: 12V / 24V (80 vòng - 120 vòng / phút)
Máy điện một chiều, giống như các loại máy điện quay khác, bao gồm hai phần chính: phần tĩnh (stato) và phần động (roto) Chức năng của máy điện một chiều được chia thành phần cảm (kích từ) và phần ứng (phần biến đổi năng lượng) Điểm khác biệt so với máy điện đồng bộ là phần cảm luôn nằm ở phần tĩnh, trong khi phần ứng nằm ở rôto Hình 2.23 minh họa cấu tạo của động cơ điện một chiều với các bộ phận chính.
Hình 2- 22 Kích thước dọc, ngang máy điện một chiều
2: Cực chính với cuộn kích từ
3: Cực phụ với cuộn dây
Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều
Động cơ điện bao gồm hai phần chính: phần tĩnh (stato) và phần động (roto), trong đó roto được quấn nhiều vòng dây dẫn hoặc sử dụng nam châm vĩnh cửu Khi cuộn dây trên roto và stato được kết nối với nguồn điện, từ trường được tạo ra xung quanh chúng Sự tương tác giữa từ trường của roto và stato tạo ra chuyển động quay của roto quanh trục, tạo ra mômen.
Phần lớn động cơ điện hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ, tuy nhiên cũng có những loại động cơ dựa vào lực tĩnh điện và hiệu ứng điện áp Nguyên lý cơ bản của động cơ điện từ là khi một cuộn dây có dòng điện chạy qua được đặt trong một từ trường, sẽ xuất hiện một lực cơ học Lực này, theo định luật Lorentz, vuông góc với cả cuộn dây và từ trường.
Động cơ từ chủ yếu hoạt động theo cơ chế xoay, với phần chuyển động gọi là roto và phần cố định gọi là stator Tuy nhiên, cũng tồn tại động cơ tuyến tính, mở rộng khả năng ứng dụng của công nghệ này.
Hộp giảm tốc là thiết bị truyền động cơ sử dụng khớp trực tiếp với tỉ số truyền không đổi, giúp giảm tốc độ góc và tăng momen xoắn Nó đóng vai trò là bộ phận trung gian giữa động cơ điện và các thiết bị làm việc trong máy công tác.
Cấu tạo của hộp giảm tốc:
Hộp giảm tốc có cấu tạo đơn giản với các bánh răng thẳng và bánh răng nghiêng ăn khớp theo tỷ số truyền nhất định Khi được cấp nguồn điện phù hợp, hộp giảm tốc tạo ra vòng quay đáp ứng yêu cầu của người sử dụng Chức năng chính của hộp giảm tốc là giảm tốc độ vòng quay của động cơ, với một đầu nối với động cơ qua xích, đai hoặc nối cứng, và đầu còn lại kết nối với tải.
Hình 2- 23 Cấu tạo hệ bánh răng giảm tốc
- Nguyên lý làm việc của hộp giảm tốc:
Hộp giảm tốc truyền thống sử dụng hệ bánh răng ăn khớp theo tỷ số và mô men quay thiết kế để cung cấp vòng quay cần thiết cho người sử dụng Tuy nhiên, một số hộp giảm tốc hiện đại không áp dụng hệ bánh răng truyền thống mà thay vào đó sử dụng hệ bánh răng vi sai hoặc bánh răng hành tinh, giúp giảm kích thước và tăng khả năng chịu lực làm việc.
2.2.4.2 Bộ điều khiển đảo chiều động cơ DC 12v-24v
Bộ Điều Khiển RF Đảo Chiều Động Cơ DC 12V - 32V 40A cho phép điều khiển đảo chiều động cơ DC một cách hiệu quả Sản phẩm này hoạt động thông qua cảm biến, công tắc hành trình hoặc remote điều khiển, mang lại sự tiện lợi và linh hoạt trong việc sử dụng.
Mạch được thiết kế cho nhiều ứng dụng khác nhau như: đóng mở cửa lùa tự động, thiết kế kéo giàn phơi đồ thông minh,
Bộ Điều Khiển RF Đảo Chiều Động Cơ DC 12V - 32V 40A tích hợp bộ thu RF với khả năng học lệnh, tương thích với hầu hết các Remote tần số 433MHz mã cố định trên thị trường Việc thêm mới và xóa lệnh các Remote rất đơn giản, đồng thời mạch thu RF cho phép học lệnh từng nút của Remote, giúp người dùng chủ động hơn trong việc xác định vị trí nút nhấn và thao tác dễ dàng.
Bộ điều khiển đảo chiều động cơ DC 12v-24v
Thông số kỹ thuật Bộ Điều Khiển RF Đảo Chiều Động Cơ DC 12V - 32V 40A
Điện áp đầu vào: DC 12V - 32V
Chế độ hoạt động: Ngõ ra trực tiếp Motor
2.2.4.3 Remote RF 3 kênh 433Mhz EV1527 mã cố định
Remote RF 3 kênh 433Mhz EV1527 là một thiết bị sử dụng mã và tần số cố định, cho phép học lệnh với mạch thu RF mà không có khả năng sao chép từ remote khác Sản phẩm tích hợp IC EV1527, giúp loại bỏ yêu cầu cài đặt mã số Với khả năng tương thích cao với các thiết bị thu RF học mã, remote này đảm bảo độ bảo mật tối ưu cho người dùng.
Thiết kế nhỏ gọn, hiện đại và sang trọng, 3 nút nhấn được in 3 biểu tượng khác nhau giúp thuận tiện cài đặt và sử dụng.
Remote RF 3 kênh 433Mhz EV1527 mã cố định
Thông số kỹ thuật Remote RF 3 kênh 433Mhz EV1527 mã cố định kèm đế :
Điện áp hoạt động: 12V - Pin 23A
Tích hợp ăngten kéo dài
Đèn báo phát lệnh: Có
LED (Light Emitting Diode) là diode phát quang, có khả năng phát ra ánh sáng, tia hồng ngoại và tia tử ngoại Công nghệ LED sử dụng hai điện cực kết hợp với vật liệu bán dẫn và công nghệ nano để tạo ra ánh sáng hiệu quả.
LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p kết hợp với một khối bán dẫn loại n, tương tự như Diode Trong cấu trúc này, khối bán dẫn loại p chứa các lỗ trống điện tích dương, trong khi khối loại n chứa các điện tử điện tích âm Khi hai khối này tiếp xúc, các điện tích âm và dương kết hợp, giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng lượng tử.
Cấu tạo của bóng đèn LED
Hình 2- 25 Cấu tạo của bóng đèn Led
●Vỏ bóng: Thành phần bảo vệ bên ngoài của bóng đèn còn được gọi là chụp tán xạ truyền ánh sáng ra môi trường bên ngoài.
●Chip LED: Chip LED SMD cao cấp được sử dụng giúp đèn có tuổi thọ cao hơn các loại đèn thường
●Đĩa nhôm: Giúp cố định chip LED vào để chip LED hoạt động ổn định, chống sốc
Mạch điều khiển bao gồm bộ kiểm soát thông minh, nguồn pin và driver, giúp cung cấp nguồn điện một chiều ổn định cho đèn hoạt động hiệu quả.
●Thân nhôm tản nhiệt: Đế tản nhiệt, giúp nguồn nhiệt được phân tán nhanh chóng ra ngoài.
●Thân nhựa: Đế bảo vệ phần bên dưới của đèn LED.
●Đui đèn: Dùng để cố định bóng đèn vào chui điện để đèn hoạt động.
Ưu điểm của bóng đèn LED:
●Mức độ sáng và cường độ cao – đèn LED tạo ra cường độ ánh sáng cao, đảm bảo độ sáng của ánh sáng trắng và màu.
Phạm vi đặc biệt của sản phẩm bao gồm màu sắc động và đèn LED ánh sáng trắng có thể điều chỉnh, cho phép tạo ra hàng triệu màu sắc và dải nhiệt độ màu với độ chính xác cực kỳ cao, mà không cần sử dụng gel hoặc bộ lọc.
Bộ điều khiển sạc ắc quy pin mặt trời
Bộ điều khiển sạc ắc quy cho pin mặt trời
Thông số:Bộ điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời PWM 12/24V tự động nhận bình công suất lớn 30A
- Pin Điện Áp :12 V 24 V Tự Động
- Tối đa Năng Lượng Mặt Trời đầu vào:50 V (24 V pin) 25 V (12 V pin)
- Cân bằng:14.4 V (Kín) 14.2 V (Gel) 14.6 V (Lũ Lụt)
- Phao sạc:3.7 V (defaul, có thể điều chỉnh)
- Xả dừng:10.7 V (defaul, có thể điều chỉnh)
- Xả kết nối lại:12.6 V (defaul, có thể điều chỉnh)
- Điện áp của mở ánh sáng
- Bảng Điều Khiển năng lượng mặt trời 8 V (Ánh Sáng đèn trễ)
- Điện áp sát ánh sáng
- Bảng Điều Khiển năng lượng mặt trời 8 V (Ánh Sáng trễ tắt)
Cấu tạo của bộ điều khiển sạc ắc quy cho pin mặt trời
Cấu tạo của bộ điều khiển sạc ắc quy cho pin mặt trời