ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO VẬT CẢN OTO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khoa Điện Tử ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CNKT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI THÔNG MINH Giảng viên hướng dẫn : Th.S Nguyễn Văn Tùng Sinh viên thực : Vũ Đình Hương Mã sinh viên : 1141050250 Hà Nội-2020 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành báo cáo đồ án tốt nghiệp này, lời em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo nhà trường đặc biệt thầy cô Khoa Công nghệ kỹ thuật Điện tử trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, người dạy dỗ, trang bị cho em kiến thức bổ ích bốn năm học vừa qua Đặc biệt , em xin chân thành cảm ơn giảng viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Văn Tùng tận tình giúp đỡ em trình lựa chọn đề tài hỗ trợ em trình thực đề tài Cung cấp cho em kiến thức quý báu lời khun hữu ích Tạo động lực cho em hồn thành tốt nhiệm vụ Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2020 Sinh viên Vũ Đình Hương MỤC LỤC Từ viết tắt AC DC HZ KB PC PWM TTL Từ gốc Alternating Current Direct Current Hertz Kilobyte Program Computer Pulse Width Modulation Transistor-Transistor Logic DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI MỞ ĐẦU Trong sống ngày nay, nguồn điện thứ cần thiết vơ quan trọng Vì nguồn điện quan trọng thiết bị tạo điện ngày đa dạng nhiều Mà thiết bị muốn tạo nguồn điện thường gây tác hại xấu cho môi trường, đồng thời nguồn tài nguyên hóa thạch dần cạn kiệt nguồn lượng tái tạo trở thành ưu tiên hàng đầu Và nguồn lượng mặt trời loại lượng tái tạo tuyệt vời Một thiết bị lượng măt trời dùng ánh sáng mặt trời (quang năng) chuyển hóa thành điện mà giới sử dụng khuyến khích người sử dụng pin lượng mặt trời Tuy nhiên, pin mặt trời ta cố định chúng vị trí cố định hiệu suất chúng thấp Vậy để nâng cao hiệu suất , phải làm sao? Vận dụng kiến thức học khảo sát thực tế, em định chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống pin lượng mặt trời thông minh ” Dưới hướng dẫn bảo nhiệt tình Thầy Th.S Nguyễn Văn Tùng, em hoàn thành báo cáo thời gian giao Tuy nhiên vấn đề thời gian, kiến thức hạn chế, em khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì em mong nhận nhiều ý kiến đánh giá, góp ý q thầy để phát triển hoàn thiện đề tài Cấu trúc đồ án: Đồ án gồm chương • Chương 1: TỔNG QUAN • Chương : CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Chương : XÂY DỰNG HỆ THỐNG Chương TỔNG QUAN 1.1Mục tiêu , yêu cầu đề tài • Mục tiêu : Thiết kế hệ thống điều khiển định hướng pin lượng mặt trời ,tự động điều chỉnh thiết bị thu lượng mặt trời ln hướng phía mặt trời, phát huy tối đa khả thu nhận lượng • Yêu cầu cầu đề tài: - Tìm hiểu hệ thống lượng Mặt Trời - Thiết kế mạch điều khiển, mạch điều khiển động servo, mạch điều khiển quang trở cds 5537 - Viết chương trình điều khiển cho vi xử lí Arduino UNO R3 - Đánh giá hoạt động mơ hình 1.1 Cấu tạo pin lượng mặt trời Pin lượng Mặt trời hay pin mặt trời hay pin quang điện (Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) - phần tử bán dẫn có chứa bề mặt số lượng lớn cảm biến ánh sáng điốt quang, thực biến đổi lượng ánh sáng thành lượng điện Cường độ dòng điện, hiệu điện điện trở pin mặt trời thay đổi phụ thuộc lượng ánh sáng chiếu lên chúng Tế bào quang điện ghép lại thành khối để trở thành pin mặt trời (thông thường 60 72 tế bào quang điện pin mặt trời) Tế bào quang điện có khả hoạt động ánh sáng mặt trời ánh sáng nhân tạo Chúng dùng cảm biến ánh sáng (ví dụ cảm biến hồng ngoại), phát xạ điện từ gần ngưỡng ánh sáng nhìn thấy đo cường độ ánh sáng Cho tới vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời (và cho thiết bị bán dẫn) silic tinh thể Pin mặt trời từ tinh thể silic chia thành loại: Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trình Czochralski Pin mặt trời đơn tinh thể đạt hiệu suất từ 11% - 16% Chúng thường mắc tiền cắt từ thỏi hình ống, đơn thể có mặt trống góc nối module.[7] Hình 1 Cấu tạo pin lượng mặt trời [7] Đa tinh thể làm từ thỏi đúc đúc từ silic nung chảy cẩn thận làm nguội làm rắn Các pin thường rẻ đơn tinh thể, nhiên hiệu suất hơn, từ 8%÷11% Tuy nhiên chúng tạo thành vuông che phủ bề mặt nhiều đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp Dải silic tạo từ miếng phim mỏng từ silic nóng chảy có cấu trúc đa tinh thể Loại có hiệu suất thấp từ 3%÷6%, nhiên loại rẻ loại khơng cần phải cắt từ thỏi silicon.[7] Hình Các loại cấu trúc tinh thể pin mặt trời Silic thuộc nhóm IV, tức có electron lớp ngồi Silic kết hợp với silicon khác để tạo nên chất rắn Cơ có loại chất rắn silicon, đa thù hình(khơng có trật tự xếp) tinh thể (các nguyên tử xếp theo thứ tự dãy không gian chiều) Pin lượng mặt trời phổ biến dùng đa tinh thể silicon Silic chất bán dẫn Tức thể rắn silic, tầng lượng định, electron đạt được, số tầng lượng khác không Các tầng lượng không phép xem tầng trống Lý thuyết theo thuyết học lượng tử Ở nhiệt độ phòng, Silic ngun chất có tính dẫn điện Trong học lượng tử, giải thích thực tế mức lượng Fermi tầng trống Để tạo silic có tính dẫn điện tốt hơn, thêm vào lượng nhỏ nguyên tử nhóm III hay V bảng tuần hồn hóa học Các ngun tử chiếm vị trí nguyên tử silic mạng tinh thể, liên kết với nguyên tử silic bên cạnh tương tự silic Tuy nhiên phân tử nhóm III có electron ngồi ngun tử nhóm V có electron ngồi cùng, nên có chỗ mạng tinh thể có dư electron cịn có chỗ thiếu electron Vì electron thừa hay thiếu electron(gọi lỗ trống) không tham gia vào kết nối mạng tinh thể Chúng tự di chuyển khối tinh thể Silic kết hợp với ngun tử nhóm III (nhơm hay gali) gọi loại bán dẫn p lượng chủ yếu mang điện tích dương (positive), phần kết hợp với nguyên tử nhóm V (phốt pho, asen) gọi bán dẫn n mang lượng âm Lưu ý hai loại n p có lượng trung hịa, tức chúng có lượng dương âm, loại bán dẫn n, loại âm di chuyển xung quanh, tương tự ngược lại với loại p Các tinh thể silic hay gali asenua vật liệu sử dụng làm pin mặt trời Gali asenua đặc biệt tạo nên để dùng cho pin mặt trời, nhiên thỏi tinh thể silic dùng với giá thành thấp hơn, sản xuất chủ yếu để tiêu thụ công nghiệp vi điện tử Đa tinh thể silic có hiệu giá tiền thấp 10 Khi để trực tiếp ánh sáng mặt trời, pin silic có đường kính 6cm sản xuất dòng điện khoảng 0.5 ampe 0.5 volt Các tinh thể mỏng hình đĩa, đánh bóng để loại bỏ khuyết tật q trình cắt, chất kích thích dùng cho pin, kim loại dẫn truyền đặt vào mặt: lưới mỏng bề mặt chiếu ánh sáng mặt trời, mặt phẳng mặt lại Tấm lượng mặt trời tạo thành từ pin cắt theo hình dạng thích hợp, bảo vệ khỏi tia xạ hư hại mặt trước miếng gương, dán vào chất Sự liền mạch tạo nên thành dãy song song để định lượng tạo Chất keo chất phải có tính dẫn nhiệt, pin làm nóng hấp thụ lượng hồng ngoại, vốn chuyển hóa thành lượng Một pin bị làm nóng giảm hiệu suất hoạt động nên phải làm giảm thiểu nhiệt năng.[7] Hình Một số loại panel pin mặt trời 1.1 Nguyên lí hoạt động pin lượng mặt trời Ánh sáng mặt trời đem photon đến pin mặt trời, photon chạm vào mảnh silic, hai điều sau xảy ra: Photon truyền trực xuyên qua mảnh siclic Đó lượng photon nhỏ lượng đủ để đưa hạt electron lên mức lượng cao Năng lượng photon hấp thụ silic Đó lượng photon lớn lượng để đưa hạt electron lên mức lượng cao Khi photon hấp thụ, lượng truyền đến hạt electron màng tinh thể Thơng thường electron lớp ngồi cùng, 30 Khối động 1.1 Sơ đồ khối lưu đồ thuật toán  Sơ đồ khối Khối Cảm biến Khối điều khiển Khối nguồn 31  Lưu đồ thuật toán Bắt đầu Khởi tạo giá trị cho cảm biến quang trở cds 5537,động servo sg90s Đọc giá trị từ cảm biến quang trở Sai Kiểm tra giá trị đọc cảm biến quang trở Đúng Điều khiển động servo theo giá trị vừa đọc từ cảm biến quang trở Kết thúc 32 1.1 Sơ đồ nguyên lí Dưới sơ đồ nguyên lí hệ thống Hình 3.2 Sơ đồ ngun lí hệ thống Các phần tử sử dụng mạch điện: -Arduino UNO R3 -Cảm biến nhạy sáng (quang trở cds 5537) -Module hạ áp LM2596 Ngoài phần tử khác viên pin lượng mặt trời 6v 0.8W , nguồn điện DC 12V 1.5A linh kiện nhỏ jack DC, …động SERVO SG90s 33 1.1 Chương trình nạp #include //khai báo thư viện Servo horizontal; // dinh nghia servo int servo_n = 90; // khởi tạo giá trị cho servo int goc_max_1 = 170; // giới hạn góc quay lớn int goc_min_1 = 5; // giới hạn góc quay nhỏ Servo dung; int servo_d = 45; int goc_max_2 = 170; int goc_min_2 = 5; int q1 = 0; int q2 = 1; int q3 = 2; int q4 = 3; // định nghĩa chân quang trở void setup() { Serial.begin(9600); ngang.attach(9); dung.attach(10); // định nghĩa chân cho servo ngang.write(90); dung.write(45); // trạng thái ban đầu servo delay(3000); } void loop() { int c1 = analogRead(q1); int c2 = analogRead(q2); 34 int c3 = analogRead(q3); int c4 = analogRead(q4); // đọc giá trị analog từ quang trở int dtime = 10; int tol = 50; int tbt = (c1 + c2) / 2; int tbd = (c3 + c4) / 2; int tbl = (c1 + c3) / 2; int tbp = (c2 + c4) / 2; // giá trị trung bình quang trở int kt1 = tbt - tbd; int kt2 = tbl – tbp Serial.print(tbt); Serial.print(" "); Serial.print(tbd); Serial.print(" "); Serial.print(tbl); Serial.print(" "); Serial.print(tbp); Serial.print(" "); Serial.print(dtime); Serial.print(" "); Serial.print(tol); Serial.println(" "); //truyền thông cổng nối tiếp để hiển thị kết if (-1*tol > dvert || dvert > tol) //kiểm tra đến thay đổi góc quay { if (tbt > tbd) { servo_d = ++servo_d; 35 delay(100); if (servo_d > goc_max_2 ) { Servo_d = goc_min_2; } } else if (tbt < tbd) { Servo_d= servo_d; delay(100); if (servo_d < goc_min_2) { Servo_d = goc_min_2 ; } } dung.write(servo_d); } if (-1*tol > kt2 || kt2 > tol) { if (tbl > tbp) { Servo_n = servo_n; delay(100); if (servo_n