Thiết kế và thử nghiệm các giải pháp thu thập năng lượng cho thiết bị di động đeo tay có truyền dẫn không dây diện rộng LoRA

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  TRƯƠNG HOÀI NAM SƠN THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM CÁC GIẢI PHÁP THU THẬP NĂNG LƯỢNG CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG ĐEO TAY CĨ TRUYỀN DẪN KHƠNG DÂY DIỆN RỘNG LoRA Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Mã số: 60.52.02.16 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Đà Nẵng – Năm 2018 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Quốc Huy Phản biện 1: TS Nguyễn Bê Phản biện 2: TS Nguyễn Quốc Định Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ ngành Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 19 tháng năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa  Thư viện khoa điện, trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Để giảm bớt phụ thuộc vào pin thiết bị điện tử đeo tay Con người tiến hành khai thác thêm nguồn lượng có sẵn như: lượng mặt trời, lượng rung động (vibration), lượng nhiệt v.v Kỹ thuật truyền thông không dây LoRa với lượng tiêu thụ thấp, kết hợp với việc thu thập lượng từ môi trường xung quanh cho thiết bị sử dụng LoRa phát triển Thu thập lượng có sẵn mơi trường xung quanh có khả cung cấp lượng cho thiết bị sử dụng lượng thấp, ví dụ thiết bị đeo tay (wearable devices), giúp cho thiết bị điện tử đeo tay tự chủ hơn, tự cung cấp lượng kéo dài tuổi thọ pin Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu đề tài nghiên cứu thiết bị chuyển đổi lượng phổ biến (từ quang năng, nhiệt năng, lượng từ rung động), quản lý lượng thu thập được, lưu trữ lượng Từ tạo nguồn cung cấp lượng cho thiết bị điện tử sạc cho pin, siêu tụ, nhằm tang tính ổn định hiệu kinh tế Đối tượng phạm vi nghiên cứu • Đối tượng nghiên cứu: - Pin lượng mặt trời - Thiết bị tạo lượng theo hiệu ứng nhiệt điện (hiệu ứng Seebeck) - Năng lượng cơ, piezoelectric - Sử dụng kỹ thuật thu thập lượng để cung cấp lượng cho thiết bị điện tử đeo tay - Sử dụng công nghệ truyền dẫn diện rộng LoRa để truyền thông tiêu thụ lượng thấp • Phạm vi nghiên cứu: - Do hạn chế mặt thời gian nên luận văn tập trung vào việc nghiên cứu thu thập lượng riêng lẻ tạo lượng đầu theo yêu cầu thiết bị - Đồng thời tập trung vào thiết bị sử dụng lượng thấp Phương pháp nghiên cứu • Khảo sát, phân tích tổng hợp • Thiết kế mạch nguyên lý • Đánh giá kết dựa thực tế Ý nghĩa khoa học thực tiễn ❖ Ý nghĩa khoa học: • Các vật liệu tạo lượng nhờ mặt trời, cơ, nhiệt độ • Việc thu thập lượng sẵn có giúp cho cơng nghệ lượng phát triển tính tự động thiết bị điện tử cao • Quản lý lượng lưu trữ lượng thiết bị điện tử • Truyền thơng cơng nghệ LoRa tiêu thụ lượng thấp ❖ Ý nghĩa thực tiễn: • Sử dụng kỹ thuật thu thập lượng kéo dài tuổi thọ pin phụ thuộc vào pin • Các cơng nghệ kỹ thuật lượng thấp tiêu tốn lượng Tổng quan nghiên cứu nghiên cứu thu thập lượng Trước có nhiều nghiên cứu thu thập lượng lượng có sẵn mơi trường xung quanh Chưa có nghiên cứu ứng dụng cho thiết bị IoT đeo tay sử dụng công nghệ truyền dẫn khơng dây diện rộng LoRa Các nghiên cứu điển hình như: • Năm 2012, S Bandyopadhyay A P Chandrakasan: kiến trúc tảng cho lượng mặt trời, nhiệt, rung, kết hợp với MPPT cuộn cảm đơn • Năm 2015, L.T Nhan A Pegatoquet, thiết kế lượng cho mạng cảm biến không dây tự động hóa dựa siêu tụ điện Ngồi nhiều nghiên cứu thu thập lượng quản lý lượng giới thiệu phần tài liệu tham khảo Cấu trúc luận văn • Mở đầu • Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THU THẬP NĂNG LƯỢNG Giới thiệu tổng quan thu thập lượng • Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THU THẬP NĂNG LƯỢNG Thu thập lượng mặt trời, rung động, nhiệt điện • Chương 3: QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG Quản lý lượng hệ thống lưu trữ • Chương 4: NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM CHO THIẾT BỊ ĐEO TAY CÓ TRUYỀN DẪN KHÔNG DÂY DIỆN RỘNG LoRa Thiết kế thu thập lượng • Kết luận kiến nghị • Tài liệu tham khảo CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THU THẬP NĂNG LƯỢNG 1.1 Năng lượng gì? Năng lượng khả làm thay đổi trạng thái thực công lên hệ vật chất, khái niệm quan trọng vật lý Thu thập lượng q trình mà lượng có nguồn gốc từ nguồn bên ngồi (còn gọi lượng môi trường xung quanh) thu thập lưu trữ cho thiết bị tự động không dây, nhỏ, giống thiết bị điện tử dùng để đeo mạng cảm biến không dây 1.2 Tại cần thu thập lượng? Hệ thống thu thập lượng bao gồm nhiều đầu dò lượng, điều chỉnh điện áp, chuyển đổi DC-DC lưu trữ lượng Các khối mô tả sau: • Đầu dò lượng chuyển đầu vào lượng xung quanh thành lượng điện Nguồn lượng xung quanh chuyển nhiệt (mô đun nhiệt), light (pin mặt trời), sóng RF (ăng-ten) rung động (piezoelectric) • Điều chỉnh điện áp cần thiết điện áp đầu đầu dò lượng không liên tục, khác tần số, khác điện áp đầu dò điện áp vào thiết bị • Bộ chuyển đổi DC-DC lấy lượng từ đầu dò chuyển đổi điện áp Điện áp lưu trữ sử dụng • Bộ lưu trữ lượng để cân cung cấp lượng yêu cầu lượng • Tải: trở kháng hệ thống điện Có nhiều cách tiêu thụ lượng khác làm cho toàn hệ thống làm việc chế độ lượng thấp Năng lượng đầu vào Bộ biến đổi Đầu dò Tụ Điều chỉnh điện áp Tải Lưu trữ Hình 1.1 Tổng quan hệ thống thu thập lượng 1.3 Năng lượng sẵn có Các nguồn lượng mặt trời, nhiệt Các thiết bị tự cung cấp lượng thường có kích thước nhỏ thuộc thiết bị đeo cách khác tạo thành phần hệ thống internet vạn vật (IoT) Bảng 1.1 Nguồn lượng thu thập Năng lượng Loại Năng lượng thu thập Con người Rung động µW/cm2 Cơng nghiệp Rung động 100 µW/cm2 Con người Nhiệt độ 25 µW/cm2 Công nghiệp Nhiệt độ 1-10 µW/cm2 Trong nhà Ánh sáng 10 µW/cm2 Bên ngồi Ánh sáng 10 mW/cm2 GSM/3G/4G RF 0.1 µW/cm2 Wi-Fi RF µW/cm2 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THU THẬP NĂNG LƯỢNG 2.1 Thu thập lượng mặt trời Thu thập lượng mặt trời phương pháp phổ biến thường ứng dụng cho thu thập lượng Bảng 2.1 cho thấy ưu bật mật độ lượng khối lượng toàn hệ thống hệ thống thu thập lượng mặt trời Bảng 2.1 Mật độ lượng công nghệ thu hoạch lượng khác Công nghệ thu lượng Mật độ lượng khối lượng toàn hệ thống (μW/cm3) Quang điện (ngoài trời, η = 15,000 15% pin, 100 mW/cm2) Quang điện (trong nhà, η = 30 6% pin, 100 mW/cm2) 2.1.1 Đặc tính pin mặt trời Nếu tiếp điểm điện thêm vào đường nối p-n điện áp, V, áp dụng, dòng điện, 𝐼𝑑 , qua thiết bị mơ tả phương trình diode lý tưởng: 𝑞𝑉 𝐼𝑑 = 𝐼0 (𝑒 𝑘𝑇 − 1) (2.1) Trong 𝐼0 dòng bão hòa ngược, k số Boltzmann, T nhiệt độ 2.1.2 Đặc tính Mơ đun Một pin lượng mặt trời tiêu chuẩn silicon thường bao gồm liên hợp p-n hình thành mỏng silicon (Wafer of silicon) 2.1.3 Hệ thống quang điện Hệ thống pin quang điện (cũng hệ thống PV hệ thống lượng mặt trời) sử dụng pin mặt trời thu nhận chuyển hoá lượng mặt trời thành điện Năng lượng phát hệ thống đảm bảo sẽ, đáng tin cậy khơng gây tiếng ồn Vì ánh sáng ngồi trời nhà liên tục gần ln ln khó dự đốn, mảng PV phải hoạt động kết hợp với việc lưu trữ lượng, đặc biệt dùng pin để lưu trữ lượng Hệ thống đơn giản xây dựng cách sử dụng pin mặt trời, diode pin Hệ thống đơn giản không kiểm soát việc xả pin chống ngưỡng sạc pin Hệ thống cung cấp điện áp dao động khơng trích xuất cơng suất cực đại pin mặt trời Đối với hệ thống đòi hỏi độ tin cậy dài lâu (và tối thiểu thay pin) nên sử dụng điểu khiển 2.1.4 Bộ Điều khiển sạc Trong thiết kế chuyển mạch shunt chuyển mạch nối tiếp, chu kỳ (bật/tắt) điều khiển dòng trung bình thơng qua điều chỉnh 2.1.5 Bộ chuyển đổi DC-DC điểm công suất cực đại (MPTT) Giảm tăng áp hai thiết kế DC-DC phổ biến Mạch Buck biến đổi nguồn DC-DC có điện áp đầu nhỏ điện áp đầu vào Chu kỳ nhanh (thường 100 kHz) chế động dòng liên tục, tỷ lệ điện áp tải nguồn điện áp tỷ lệ chu kỳ bật/tắt (D): 𝑉𝐿 𝑉𝑆 =𝐷 (2.5) Mạch Boost biến đổi nguồn DC-DC có điện áp đầu lớn điện áp đầu vào Nó chứa hai chuyển mạch bán dẫn (một diode transistor) phần tử tích lũy lượng, tụ điện, cuộn dây hai 𝑉𝐿 𝑉𝑆 = 1−𝐷 (2.6) (a) (b) Hình 2.5 (a) Buck (b) Boost DC-DC 2.2 Thu thập lượng rung động Năng lượng động học thường có mơi trường rung động, chuyển vị ngẫu nhiên, lực chuyển đổi thành lượng điện sử dụng chế điện từ, piezoelectric điện 2.2.1 Vật liệu 2.2.2 Mơ hình Một vật liệu piezoelectric biến chuyển đổi lượng điện sang học ngược lại Mơ tả cấu trúc hình 2.6 E,D Điện T,S Thiết bị piezo Cơ học Hình 2.6 Bố cục chung vật liệu piezoelectric 𝐷 ∈𝑇 (2.7) 𝑆 = 𝑠𝑑 𝑇 + 𝑔𝐷 (2.8) 𝐸 = −𝑔𝑇 + Trong đó: 𝑠𝑑 : tuân thủ (nghịch đảo mơ đun Young) đo điện tích điện cực không đổi (m/N) ∈𝑇 : số điện môi khoảng thời gian định T (C/mV) g: hệ số piezoelectric (Vm/N) 2.3 Thu thập lượng nhiệt điện 2.3.1 Hiệu ứng Seebeck Hiệu ứng Seebeck mô tả tượng tạo điện áp gradient nhiệt độ Hình 2.8 Hiệu ứng Seebeck: điện áp tạo chênh lệch nhiệt độ điểm nối Hình 2.8 cho thấy mạch gồm hai kim loại chất bán dẫn khác kết hợp với Bằng cách áp dụng chênh lệch nhiệt độ hai mối ghép, điện áp V tạo mạch, V = αabΔT (2.16) Trong ΔT = (TH − TC) chênh lệch nhiệt độ hai nút giao αab gọi hệ số Seebeck 2.3.2 Máy phát nhiệt điện Một cặp nhiệt điện thường bao gồm - tên gọi - hai loại 10 kim loại khác hợp kim Khi hai điểm nối có nhiệt độ khác nhau, điện thấp, khoảng 10 mV/K tạo 2.3.3 Vật liệu CHƯƠNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG 3.1 Quản lý lượng Trong hầu hết hệ thống điện thấp, quản lý lượng thường coi khả chuyển đổi số phận hệ thống đặt chúng trạng thái lượng thấp không yêu cầu để quản lý việc sạc pin có nhiều lý để yêu cầu lượng điện tử hệ thống thu thập lượng đơn giản quản lý pin tiết kiệm lượng: • Để đạt mật độ lượng cao từ thu thập lượng, nên có số hình thức phù hợp trở kháng nguồn lượng, chuyển đổi hệ thống điện • Điện áp đầu dòng điện từ thu thập lượng trực tiếp tương thích với thiết bị điện tử tải cần phải điều chỉnh điện áp • Một số kiểu lưu trữ lượng gần chắn cần thiết nguồn lượng thu thập khơng liên tục khơng có ảnh hưởng bất lợi đến hoạt động liên tục hệ thống Hình 3.2 Dạng tiêu thụ dòng điện điển hình cho thu phát 11 không dây 3.2 Hệ thống lưu trữ Một thiết bị lưu trữ lượng không cần thiết lượng tiêu thụ thiết bị điện tử luôn thấp lượng tạo thiết bị thu thập lượng, kích hoạt có điện tạo Đối với trường hợp lại, thiết bị lưu trữ lượng u cầu pin Cơng suất trung bình khoảng thời gian T: 𝑇 𝑝𝑠 = 𝑇 ∫0 𝑃𝑠 (𝑡)𝑑𝑡 (3.3) Năng lượng thu thập đầu dò gửi đưa đến lưu trữ lượng nằm biên độ định: 𝑇 𝐸𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑇 ∫0 𝑃𝑠 (𝑡)𝑑𝑡 ≤ 𝐸𝑚𝑎𝑥 (3.4) Do đó, cần phải đảm bảo pin ln trì với lượng mà thiết bị điện tử yêu cầu Để đảm bảo điều này, tổng lượng phải lớn lượng tiêu thụ tải, mặt khác (với B lượng lưu trữ pin) ∑𝐸 > (3.5) ∑𝐸 ≤ 𝐵 (3.6) Trong trường hợp chế độ tiêu thụ lượng khác hình 3.2, việc tính tốn lượng u cầu theo phương trình sau: 𝜏 = ∑𝑁 𝑖=1 𝑇𝑖 𝜏 (3.8) 𝑇𝑖 khoảng thời gian lượng tiêu thụ 𝑃𝑖 𝑝𝑙 = ∑ 𝑃𝑖 𝑇𝑖 (3.9) CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM CHO THIẾT BỊ ĐEO TAY CÓ TRUYỀN DẪN KHÔNG DÂY DIỆN RỘNG LORA Đề tài tiến hành thiết kế, lắp đặt thử nghiệm hệ thống thu 12 thập lượng sử dụng nguồn lượng phổ biến nhiệt điện (TEG), Piezoelectric, mặt trời để tạo điện áp ổn định 3.3V cung cấp cho nút cảm biến có modul truyền thơng LoRa Đó ngưỡng điện áp hoạt động thiết bị điện tử tiêu thụ lượng thấp gồm vi điều khiển Arduino Promini 328-3.3V-8 MHz modul truyền thông LoRa Hope RFM95W 868MHz Đồng thời, quản lý dòng chảy lượng để nạp cho lưu trữ pin cung cấp điện áp cho thiết bị, điều kiện lượng không đủ sử dụng điện áp pin để cung cấp cho thiết bị Hình 4.1 Sơ đồ cấu trúc ứng dụng 4.1 Đo lượng tiêu thụ thiết bị đeo tay Thiết bị hoạt động chế độ khác chế độ hoạt động chế độ ngủ Dòng tiêu thụ chế hoạt động 12 mA, chế độ ngủ 7uA 13 Hình 4.2 Năng lượng tiêu thụ chế độ hoạt động Hình 4.3 Năng lượng tiêu thụ chế độ ngủ Dòng điện tiêu thụ trung bình chu kỳ tính sau: 𝐼𝑎𝑣𝑔 = 𝐼𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑒 ×𝑇𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑒 +𝐼𝑠𝑙𝑒𝑒𝑝 ×𝑇𝑠𝑙𝑒𝑒𝑝 𝑇𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑒 +𝑇𝑠𝑙𝑒𝑒𝑝 (4.1) 14 Trong đó: 𝐼𝑎𝑣𝑔 : dòng điện tiêu thụ trung bình 𝐼𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑒 : dòng điện tiêu thụ chế độ hoạt động 𝐼𝑠𝑙𝑒𝑒𝑝 : dòng điện tiêu thụ chế độ ngủ 𝑇𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑒 : thời gian chế độ hoạt động 𝑇𝑠𝑙𝑒𝑒𝑝 : thời gian chế độ ngủ Với chu kỳ 𝑇𝑠𝑙𝑒𝑒𝑝 =10 phút; 𝑇𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑒 = 3𝑠 𝐼𝑎𝑣𝑔 = 0.07 mA 4.2 Cấu trúc hệ thống thu thập lượng Bộ điều chỉnh điện áp Thu thập Mặt trời Nhiệt Rung động AC/DC DC/DC Lưu trữ lượng Pin Siêu tụ DC/DC Bộ biến đổi lượng Tải MCU RF Cảm biến Hình 4.4 Cấu trúc đơn Thu thập Mặt trời Quản lý Nhiệt AC/DC dòng Rung động DC/DC lượng Bộ lưu trữ lượng Hình 4.5 Cấu trúc kép DC/DC Tải MCU RF Cảm biến 15 Sự khác biệt cấu trúc kép so với cấu trúc đơn việc sử dụng điều khiển dòng chảy lượng Các khối cấu trúc kép trình bày hình 4.5 Khi điều kiện lượng thích hợp, tất lượng thu thập sạc cho lưu trữ lượng để cấp nguồn cho tải Mặt khác, lượng môi trường xung quanh không đủ, lượng lại lấy từ lưu trữ lượng để đảm bảo hoạt động liên tục tải Ưu điểm loại kiến trúc khởi động nhanh từ lưu trữ trống Hình 4.6 Các khối LTC3108 với mạch điều khiển sạc hai MOSFET bên cung cấp luồng lượng kép: có lượng thu thập (VIN ≥ 20mV), COUT nạp vào điện áp điều chỉnh (1) trước CSTORE sạc (2) Khi khơng có lượng thu hoạch nữa, COUT tính CSTORE (3) 16 Vi mạch LTC3108 sử dụng chuyển mạch MOSFET để tạo dao động bước sóng cộng hưởng cách sử dụng biến áp nhỏ tăng áp bên tụ điện nối tiếp nhỏ Điều cho phép tăng điện áp đầu vào thấp đến 20mV Tần suất dao động xác định độ tự cảm cuộn dây thứ cấp biến áp thường khoảng 10kHz đến 100kHz Cuộn dây thứ cấp tăng áp thành điện áp AC có giá trị theo tỷ lệ biến áp hiệu chỉnh cách sử dụng tụ bên (từ cuộn dây thứ cấp đến chân C1) mạch chỉnh lưu tích hợp bên LTC3108 Mạch chỉnh lưu cung cấp dòng điện đến chân VAUX, sạc cho tụ bên chân VAUX đầu khác Dòng lượng kép xử lý xử lý sạc hai MOSFET (MF1 MF2) hình 4.6 Khi VAUX vượt VREF=2.5V VOUT < VREF, mạch điểu khiển sạc đóng MOSFET MF1 (bật) để nạp COUT (Dòng lượng hình 4-6) Ngay VOUT >VREF, nghĩa COUT sạc đầy, MF1 tắt MF2 bật để nạp CSTORE (luồng lượng hình 4.6) Mặt khác, khơng có lượng thu thập, VOUT < VREF rò rỉ lượng tiêu thụ tải, MF1 bật MF2 tắt Năng lượng từ CSTORE qua Diode Schottky D1 sạc COUT (dòng lượng hình 4.6) Đề tài sử dụng vi điều khiển module LoRa với điện áp hoạt động 3.3V, nên VS2=GND, VS1=VAUX để tạo điện áp VOUT=3.3V dòng điện tiêu thụ 𝐼𝑎𝑣𝑔 = 0.07 mA nên giá trị tụ COUT= 470 𝜇𝐹 𝐶𝑂𝑈𝑇 (𝜇𝐹) ≥ 𝐼𝑎𝑣𝑔 (𝑚𝐴)∗𝑡𝑃𝑈𝐿𝑆𝐸 (𝑚𝑠) 𝑉𝑂𝑈𝑇 (𝑉) Trong đó: 𝐶𝑂𝑈𝑇 : giá trị tụ điện 𝐼𝐿𝑂𝐴𝐷 : dòng điện tiêu thụ trung bình (4.2) 17 𝑡𝑃𝑈𝐿𝑆𝐸 : thời gian tiêu thụ tải 𝑉𝑂𝑈𝑇 : ngưỡng điện áp quy định Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý mạch thu lượng nhiệt điện Điện áp thu thập TEG dựa chênh lệch nhiệt độ thể người môi trường xung quanh VIN = 147mV nên đề tài sử dụng biến áp tỷ lệ 1:100 nối tiếp tụ điện có giá trị C= 1nF để tăng điện áp thành AC theo tỷ lệ 1:100 nhờ vào chuyển mạch tích hợp bên LTC3108 Chân VS1 kết nối với chân VAUX qua tụ có giá trị C=1uF đến đất để tạo VOUT=3.3V VAUX VOUT 18 Hình 4.10 Kết thu thập lượng nhiệt điện dựa chênh lệch nhiệt độ thể người môi trường xung quanh không kết nối tải Khi điện áp VAUX vượt 2.5V, VOUT < VREF = 2.5V nạp cho COUT VOUT=3.3V theo ngưỡng điện áp cài đặt sau khoảng thời gian 5.4s Hình 4.11 Thu lượng TEG tạo VOUT =3.3V khơng kết nối tải Hình 4.13 Sơ đồ ngun lý thu lượng mặt trời 19 Hình 4.14 Kết thu lượng mặt trời tạo VOUT=3.3V sạc tụ 680uF 16V không kết nối tải Điện áp thu thập lượng mặt trời VIN=1.98V, IIN= 64mA nên đề tài sử dụng biến áp nhỏ tỷ lệ 1:2 Khi điện áp VAUX vượt 2.5V, VOUT < VREF = 2.5V nạp cho COUT VOUT=3.3V, IOUT= 32mA theo ngưỡng điện áp cài đặt sau khoảng thời gian 0.4s Đề tài cho truyền liệu điện áp pin sử dụng công nghệ truyền dẫn không dây diện rộng LoRa trạm thu với chu kỳ T=10 phút giây Đưa liệu lên internet trang https://thingspeak.com/channels/273803 để giám sát điện áp pin Lithium-ion 3.7V-350mAh tích hợp mạch nạp Điện áp pin 3.75 3.7 3.65 3.6 3.55 3.5 3.45 3.4 3.35 3.3 3.25 3.2 2017-05-19 15:48:30 +0200 2017-05-19 15:13:52 +0200 2017-05-19 14:26:55 +0200 2017-05-19 13:52:14 +0200 2017-05-19 13:17:15 +0200 2017-05-19 12:18:45 +0200 2017-05-19 11:43:43 +0200 2017-05-19 11:10:06 +0200 2017-05-19 10:22:38 +0200 2017-05-18 18:12:58 +0200 2017-05-18 16:24:27 +0200 2017-05-18 15:49:23 +0200 2017-05-18 15:02:50 +0200 2017-05-18 14:28:19 +0200 2017-05-18 13:53:34 +0200 2017-05-18 12:48:12 +0200 2017-05-18 12:01:49 +0200 2017-05-18 11:01:00 +0200 Hình 4.15 Thu thập lượng mặt trời để cung cấp cho thiết bị 20 Hình 4.16 Các khối LTC3588 với mạch điều khiển BUCK hai MOSFET bên để tăng hiệu cung cấp lượng cho tụ điện đầu Hình 4.20 Sơ đồ nguyên lý thu lượng Piezoelectric 21 LTC3588-1 có chỉnh lưu tích hợp bên kết nối thông qua đầu vào PZ1 PZ2 Chân PZ1 PZ2 nối với đầu thu lượng Piezo tạo điện áp chiều tích trữ chân VIN thông qua tụ với giá trị VIN=2V, IIN=590 uA hình 4.21 Hình 4.21 Điện áp đo chân VIN LTC3588 Hình 4.22 Sơ đồ nguyên lý thu lượng Piezo tạo điện áp VOUT=3.3V 22 VAUX VOUT VIN Hình 4.23 Thu thập lượng Piezoelectric tạo VOUT=3.3V không kết nối tải KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Với yêu cầu đặt ra, phạm vi luận văn thực thu thập lượng mặt trời, piezoelectric, nhiệt điện Tạo điện áp đầu 3.3V cung cấp điện áp cho nút cảm biến (có modul truyền thơng khơng dây LoRa, modul vi điều khiển Arduino pro mini) Đã sử dụng công nghệ LoRa để truyền thơng tín hiệu tiêu thụ lượng thấp Những điểm chưa làm luận văn sau ❖ Những điểm làm được: • Thu thập lượng mặt trời để sạc pin cung cấp điện áp 3.3V cho thiết bị, thiết bị phụ thuộc vào pin nên tự chủ • Thu thập lượng nhiệt điện, piezoelectric, tạo điện áp đầu 3.3V không kết nối phụ tải o Quang điện: 3.3V-1A o Piezo: 3.3V-300uA 23 o • Nhiệt điện: 80uA Điều khiển dòng chảy lượng để cung cấp lượng nạp cho lưu trữ • Truyền thông liệu công nghệ LoRa, hoạt động chế độ lượng thấp ❖ Những điểm chưa làm được: • Chưa tối ưu hóa kích cỡ thiết bị • Chưa tích hợp phương pháp thu thập lượng Hướng phát triển đề tài Đề tài phát triển sau: • Lai hợp cơng nghệ lượng mặt trời nhiệt điện • Tích hợp tìm điểm công suất cực đại (MPPT) tối ưu thu thập lượng mặt trời • Tích hợp cơng nghệ thu hoạch lượng dựa sơ đồ nguyên lý ... CỨU THỬ NGHIỆM CHO THIẾT BỊ ĐEO TAY CĨ TRUYỀN DẪN KHƠNG DÂY DI N RỘNG LoRa Thiết kế thu thập lượng • Kết luận kiến nghị • Tài liệu tham khảo CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THU THẬP NĂNG LƯỢNG 1.1 Năng lượng. .. cứu thu thập lượng Trước có nhiều nghiên cứu thu thập lượng lượng có sẵn mơi trường xung quanh Chưa có nghiên cứu ứng dụng cho thiết bị IoT đeo tay sử dụng công nghệ truyền dẫn không dây di n rộng. .. gian lượng tiêu thụ