Tóm tắt Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật điện tử và truyền thông: Thiết kế và xây dựng mô hình điều hướng pin mặt trời sử dụng PIC 16F877A

Mục đích nghiên cứu đề tài là tìm hiểu nguyên lý, tính năng và vấn đề kỹ thuật của mô hình; tìm hiểu nguyên lý, cấu tạo của vi điều khiển, tấm pin năng lượng mặt trời; xây dựng được mạch điều khiển hoạt động ổn định với công suất định trước, nâng cao hiệu suất của mô hình.

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HỮU NGHỊ VIỆT - HÀN KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG  THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU HƢỚNG PIN MẶT TRỜI SỬ DỤNG PIC 16F877A TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THƠNG NIÊN KHĨA: 2016 - 2019 HSSV : Hoàng Văn Đức Mã HSSV : CCVT16A002 CBHD : ThS Trần Thị Trà Vinh Đà Nẵng, 06/2019 MỞ ĐẦU Năng lượng hóa thạch ngày cạn kiệt, dân số tăng vọt, kinh tế phát triển vũ bão… dẫn đến yêu cầu thiết phải có phương cách việc cung ứng sử dụng lượng Ước tính, nguồn lượng tự nhiên cạn kiệt thời gian tới, dự báo nguồn dầu mỏ thương mại giới cịn dùng khoảng 60 năm, khí tự nhiên 80 năm, than 150-200 năm Nhưng thay vào đó, lượng mặt trời xem nguồn lượng tái tạo gây ảnh hưởng đến mơi trường nhất, có khắp bề mặt trái đất Đây thực nguồn tài nguyên khổng lồ Con người chế tạo pin lượng mặt trời nhằm thực chức tạo lượng điện Muốn thu lượng mặt trời truyền xa hơn, cần pin mặt trời để chuyển lượng mặt trời từ dạng quang sang điện Pin lượng mặt trời đạt hiệu suất lớn ánh sáng mặt trời vng góc với mặt phẳng pin Tuy nhiên, hệ thống pin mặt trời thường lắp cố định nên làm giảm hiệu suất thu lượng pin Để trì hiệu suất pin mức cao cần hệ thống điều chỉnh pin ln hướng phía mặt trời Mục đích đề tài tự động hóa q trình điều khiển định hướng pin mặt trời kể bị mây che ánh sáng để pin đạt hiệu suất lớn Vào ngày có nắng, mặt trời di chuyển góc khoảng 180o so với điểm cố định mặt đất Rõ ràng, dàn pin đặt cố định thu quang nhiều so với dàn pin ln có xu hướng di động hứng trọn ánh nắng mặt trời Trong giai đoạn tất lĩnh vực muốn tự động hóa hệ thống, dễ dàng kiểm sốt hệ thống cách dễ dàng, an toàn đặc biệt điện- nguồn lượng quan trọng người Góp phần cải thiện việc cung cấp điện sử dụng cách hiệu quả, tránh tai nạn điện người thiết bị điện Việc sử dụng mơ hình pin lượng mặt trời tạo đại, mỹ quan cho môi trường nơi Lý chọn đề tài Từ thực trạng đó, với đam mê cơng nghệ mong muốn góp phần vận dụng hiểu biết vào thực tiễn sống trở nên thuận tiện Sau tìm hiểu thơng tin từ sách internet em định chọn đề tài “Thiết kế xây dựng mơ hình điều hướng pin mặt trời sử dụng PIC 16F877A” với mong muốn góp phần đáp ứng nhu cầu thực tế Điều làm cho đề tài gần gũi với giá trị thực tiễn Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu nguyên lý, tính vấn đề kỹ thuật mơ hình - Tìm hiểu ngun lý, cấu tạo vi điều khiển, pin lượng mặt trời - Xây dựng mạch điều khiển hoạt động ổn định với công suất định trước, nâng cao hiệu suất mơ hình - Thiết kế phần khí nhỏ gọn cải thiện giá thành sản phẩm - Hồn thiện sản phẩm nghiệm thu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Pic 16F877A, cảm biến quang trở, động điện Servo, IC ổn áp 7805 - Phạm vi nghiên cứu: + Nghiên cứu lý thuyết PIC xây dựng tốn điều khiển góc quay pin mặt trời cho dàn pin có xu hướng ln di động để nhận nhiều ánh sáng từ mặt trời làm tăng hiệu suất pin điện nhận Phƣơng pháp nghiên cứu - Giải tốn điều khiển pin lượng địi hỏi phải có nghiên cứu từ lý thuyết thực tiễn nhiều mơ hình giới, từ đưa giải pháp giải vấn đề Mơ hình thực tế kết sau để kiểm thử đánh giá hệ thống Dự kiến kết - Hồn thành sản phẩm lý thuyết trình bày hoạt động - Các kết trình thực hiện, đánh giá chất lượng hệ thống Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Sản phẩm ứng dụng thực tế giúp khai thác hiệu nguồn lượng xanh, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, nâng cao đời sống người, … Nội dung đồ án tốt nghiệp Gồm chương giới thiệu sơ lược sau đây: - Chương 1: Giới thiệu vi điều khiển PIC16F877A - Chương 2: Thiết kế, thực phần cứng lập trình cho vi điều khiển - Chương 3: Kết đạt đánh giá CHƢƠNG GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A 1.1 TỔNG QUAN VỀ PIC VÀ CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PIC 1.1.1 Khái niệm PIC 1.1.2 Các dòng PIC cách lựa chọn PIC 1.1.3 Một vài đặc tính PIC 1.2 1.2.1 GIỚI THIỆU PIC16F877A Sơ đồ chân sơ đồ nguyên lý Sơ đồ chân Sơ đồ chân với chip loại cắm 40 chân Hình 1.1 Sơ đồ chân Các chức bản: Hình 1.2 Chức PIC16F877A Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý 1.2.2 Nhận xét 1.2.3 Khái quát chức port vi điều khiển PIC16F877A 1.3 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PIC16F877A PIC tên viết tắt “Programmable Intelligent computer” hãng General Instrument đặt tên cho vi điều khiển họ Hãng Micrchip tiếp tục phát triển sản phầm hàng tạo gần 100 loại sản phẩm khác PIC16F887A dòng PIC phổ biến, đầy đủ tính phục vụ cho hầu hết tất ứng dụng thực tế Đây dòng PIC dễ cho người làm quen với PIC học tập tạo tảng họ vi điều khiển PIC Cấu trúc tổng quát PIC16F877A sau: - 8K Flash Rom - 368 bytes Ram - 256 bytes EFPROM - port vào với tín hiệu điều khiển độc lập - định thời Timer0 Timer2 bit - định thời Timer1 16 bit hoạt động chế độ tiết kiệm lượng với nguồn xung clock ngồi - Capture/ Compare/ PWM - biến đổi Analog -> Digital 10 bit, ngõ vào - so sánh tương tự - định thời giám sát (Watch Dog Timer) - cổng song song bit với tín hiệu điều khiển - cổng nối tiếp - 15 nguồn ngắt Sơ đồ khối vi điều khiển 16F877A Hình 1.4 Cấu trúc phần cứng PIC16F877A 1.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG Ở chương này, tìm hiểu sơ lược vi điều khiển PIC, phân loại, đặc tính, cấu trúc phần cứng biết ưu điểm của PIC16F877A CHƢƠNG THIẾT KẾ, THỰC HIỆN PHẦN CỨNG VÀ LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN 2.1 HIỆU SUẤT THỰC TẾ CỦA PIN MẶT TRỜI 2.2 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MẠCH 2.2.1 Vi điều khiển PIC16F877A 2.2.2 Động servo 2.2.3 Tấm pin lƣợng mặt trời loại nhỏ 2.2.4 Adapter 2.2.5 Mạch cảm biến hƣớng ánh sáng Mạch cảm biến hướng ánh sáng bao gồm quang trở, điện trở miếng chắn sáng Có chức nhận tín hiệu ánh sáng gửi liệu đến khối vi điều khiển Hình 2.6 Mạch cảm biến hướng ánh sáng 2.2.6 Bo mạch Hình 2.7 Bo mạch 2.3 2.3.1 THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG Sơ đồ khối Để thực thiết kế chế tạo mô hình điều hướng pin mặt trời sử dụng PIC16F877A em đưa sơ đồ thiết kế sau: Sơ đồ khối Hình 2.8 Sơ đồ khối mơ hình điều hướng pin mặt trời 2.3.2 Phân tích chức khối 2.3.3 Ngun lý hoạt động mơ hình 2.3.4 Cách sử dụng ứng dụng mơ hình tự động điều hƣớng pin mặt trời 2.3.5 Sơ đồ mạch in Các linh kiện bố trí bo mạch chủ theo vị trí sau: Hình 2.9 Sơ đồ bo mạch điều khiển Hình 2.10 Sơ đồ mạch cảm biến hướng ánh sáng 2.3.6 Mô phần mềm proteus C10 J6 22 X1 RESET 20M PGD PGC SIL-100-06 13 14 RESET SW1 C11 BUTTON RB0/INT RB1 RB2 RA0/AN0 RB3/PGM RA1/AN1 RB4 RA2/AN2/VREF-/CVREF RB5 RA3/AN3/VREF+ RB6/PGC RA4/T0CKI/C1OUT RB7/PGD RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT 100nF 10 R21 10k RESET RESET A0 A1 OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT A0 A1 A2 A3 J1 C9 22 U3 RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 33 34 35 36 37 38 39 40 15 16 17 18 23 24 25 26 19 20 21 22 27 28 29 30 A2 A3 SIL-100-06 PGC PGD A SV1 SV2 B C J5 D SIL-100-03 J3 PIC16F877A SV1 SIL-100-03 +12 +11 U1 +5.1 7805 VI VO 1N4007 C2 J2 C1 J4 C4 100uF 100uF C3 100nF SV2 100nF GND D1 SIL-100-03 +12 +11.1 +5.1 U2 7805 VI VO 1N4007 C6 C5 C8 100uF 100uF C7 100nF 100nF GND D2 Hình 2.11 Mơ mạch điều khiển phần mềm Proteus J7 R2 R3 R4 TORCH_LDR A2 10k A1 TORCH_LDR 10k A3 TR TL TORCH_LDR TORCH_LDR TORCH_LDR 10k BL BR A0 R1 A3 A1 SIL-100-06 A0 A2 Hình 2.12 Mơ mạch cảm biến hướng ánh sáng Proteus Sau đó, thiết kế làm mạch in, sau kết mô 3d sử dụng phần mềm proteus Hình 2.13 Mơ bo mạch sản phẩm chiều Proteus Hình 2.14 Mơ cảm biến hướng ánh sáng chiều Proteus 10 2.4 LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN 2.5 NẠP CODE CHO VI ĐIỀU KHIỂN BẰNG MẠCH NẠP VÀ PHẦN MỀM BURN-E Sau hoàn thành code, tiến hành nạp code cho vi điều khiển mạch nạp phần mềm nạp code Burn-E Hình 2.15 Giao diện phần mềm Burn-E Sau mở phần mềm lên ta giao diện hình 2.9 Tại mục họ vi điều khiển ta chọn họ PIC16F, sau chọn vi điều khiển PIC16F877A Để nạp code ta cần vào mục OPEN sau chọn file code nhấn enter, tiếp tục nhấn tổ hợp phím Ctrl+F5 để tiến hành nạp code sang vi điều khiển Sau nạp code xong nhận thơng báo “Programming Successful” hình sau trình nạp code thành cơng 11 Hình 2.16 Giao diện nạp code thành cơng Hình 2.17 Mạch nạp Burn-E 12 Hình 2.18 Kết nối mạch nạp Burn-E với máy tính 2.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG Chương trình bày giải thích vấn đề sau: - Phân tích nhược điểm 8051 từ tạo tiền đề để chọn PIC16F877A - Khái quát linh kiện sử dụng mạch - Phân tích thiết kế mơ mơ hình Proteus - Giải thích bước lập trình nạp code cho vi điều khiển 13 CHƢƠNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC VÀ ĐÁNH GIÁ 3.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC Hình 3.1 Mơ hình sau hồn thiện - Về lý thuyết, khái quát tiềm lớn nguồn lượng cho vô tận – lượng mặt trời; phương án để khai thác loại lượng cách hiệu - Về khảo sát, tìm hiểu phương pháp thiết kế hệ thống truyền động cho hệ thống giá đỡ pin, qua chọn lọc phương án tối ưu nhất, hoạt động bền bỉ nhất, dễ dàng lắp đặt điều khiển rẻ - Về thực tế, hồn thành mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời hoạt động ổn định Từ làm tiền đề để chế tạo mơ hình cỡ lớn, trạm điện mặt trời công nghệ cao, giúp phần giảm gánh nặng cho hệ thống lưới điện quốc gia vốn sử dụng nhiên liệu có hạn cũ kỹ Hệ thống tự động điều hướng pin mặt trời em thiết kế, thi công loại cỡ nhỏ, có ưu điểm kết cấu tạo gọn nhẹ, dễ chế tạo, dễ thi công lắp đặt, giá thành đầu tư thấp, dải thu nhận ánh sáng tốt không địa điểm khảo sát mà nhiều địa điểm khác 14 nhau, môi trường địa lý khác Vì loại mơ hình hồn tồn ứng dụng đại trà, chế tạo hàng loạt để người dân dễ tiếp cận 3.2 3.2.1 MẶT HẠN CHẾ VÀ HƢỚNG KHẮC PHỤC Mặt hạn chế Bên cạnh nhiều ưu điểm, nhiên với khoảng thời gian chưa phải đủ dài để nghiên cứu tường tận vấn đề đề tài kiến thứcchuyên ngành có hạn nên chắn mơ hình tự động điều hướng pin mặt trời tránh khỏi sai sót, cịn tổn số nhược điểm sau: - Hoạt động ổn định với nguồn ánh sáng q mạnh từ nhiều phía - Chưa có khả chống nước - Khả chịu nhiệt độ cao thấp nên dễ gây tình trạng hỏng hóc linh kiện, cần có biện pháp bảo vệ 3.2.2 Hƣớng khắc phục - Cải tiến hệ thống cảm biến để hoạt động điều kiện ánh sáng mạnh từ nhiều phía - Đổ keo Epoxy lên tồn bề mặt hệ thống đảm bảo chống nước tuyệt đối - Sử dụng linh kiện có khả chịu nhiệt độ cao thời gian dài để đảm bảo tuổi thọ hệ thống cải thiện 3.3 HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Từ ưu điểm mà hệ thống tự động điều hướng pin mặt trời mang lại cách khắc phục nhược điểm nó, ta phát triển đề tài lên tầm cao mới: - Lắp đặt pin lượng mặt trời thật để hồn mơ hình 15 - Thiết kế hệ thống lớn hơn, đủ đáp ứng cho hộ gia đình tách biệt với hệ thống điện quốc gia mà đảm bảo ổn định hoạt động giá thành không cao - Sử dụng thêm thời gian thực để hỗ trợ cho hệ thống cảm biến - Sử dụng thêm module kiểm sốt cơng suất có khả kết nối vạn vật IOT (Internet Of Things) để giúp người kiểm sốt tình trạng hoạt động khơng có nhà 16  ... mạch Hình 2.7 Bo mạch 2.3 2.3.1 THIẾT KẾ VÀ MƠ PHỎNG Sơ đồ khối Để thực thiết kế chế tạo mơ hình điều hướng pin mặt trời sử dụng PIC1 6F877A em đưa sơ đồ thiết kế sau: Sơ đồ khối Hình 2.8 Sơ đồ. .. lượng điện Muốn thu lượng mặt trời truyền xa hơn, cần pin mặt trời để chuyển lượng mặt trời từ dạng quang sang điện Pin lượng mặt trời đạt hiệu suất lớn ánh sáng mặt trời vng góc với mặt phẳng pin. .. Sơ đồ khối mơ hình điều hướng pin mặt trời 2.3.2 Phân tích chức khối 2.3.3 Nguyên lý hoạt động mô hình 2.3.4 Cách sử dụng ứng dụng mơ hình tự động điều hƣớng pin mặt trời 2.3.5 Sơ đồ mạch in Các