Hình 3.2. Bộ điều khiển sạc xung kỹ thuật số SolarV Charge 12V-120W (10A)
- Ứng dụng: Sử dụng để điều khiển nạp từ pin mặt trời xuống ắc quy, sử dụng được đến 120W pin mặt trời (12V-10A).
đúng 14V, ngắt tải khi điện áp ắc quy dưới 10.6V. Phù hợp cho nhu cầu sử dụng dưới 120W pin mặt trời do thiết kế tiết kiệm điện nhất, tiêu hao không tải chỉ 0.1W/h. - Ưu điểm của bộ điều khiển sạc SolarV so với các bộ điều khiển hiện tại: + Điều khiển mạch sạc bằng kỹ thuật số (chip/vi xử lý) nên độ chính xác rất cao. Công nghệ điều rộng xung không hao tổn và chọn điện áp nạp dựa vào đường đặc tính dòng-áp của pin mặt trời để sạc cho bình ắc quy nên đạt hiệu suất sạc cao.
+ Sử dụng công nghệ sạc xung tăng tuổi thọ ắc quy. Công nghệ sạc xung cũng là công nghệ mới nhất đang được sử dụng để sạc pin laptop hoặc pin điện thoại di động. Hình minh họa công nghệ sạc xung như dưới đây.
Hình 3.3. Dạng đường sạc khi sử dụng công nghệ sạc xung
Bộ điều khiển sạc xung có dạng đường sạc như hình trên khi đo bằng oscilloscope, trong khi bộ sạc thường dạng đường sạc là đường thẳng. Điện được tích vào bộ sạc lên đến mức nhất định và sạc xuống ắc quy, như vậy dòng sạc luôn ổn định. Trời không nắng hoặc nắng rất ít đèn sạc sẽ chớp chậm, 1 lần chớp là 1 lần "sạc" cho bình, nắng nhiều đèn sạc sẽ chớp rất nhanh và mắt người không nhìn thấy được, chỉ thấy đèn báo sạc sáng.
Hình 3.4. Dạng đường điện áp khi sử dụng công nghệ sạc xung
Khi đó đường điện áp của ắc quy sẽ thay đổi như hình trên (đường bên dưới là điện áp ắc quy thay đổi khi dòng nạp là đường bên trên nạp xuống). Lưu ý các hình được đo và chụp thực tế từ bộ điều khiển sạc xung 12V-250W SolarV để minh họa
chức năng này.
+ Hiển thị mức điện trong bình bằng đèn led 10 đoạn, đẹp và hiển thị rõ ràng, nhiều mức từ thấp đến cao.
+ Có ngõ ra đèn DC (jack 2.5) tự động bật/tắt khi trời tối/sáng. Cổng USB sạc điện thoại.
+ Bảo vệ tự động nhiều tầng
a. Bảo vệ ngắn mạch tự động. Khi có xảy ra ngắn mạch (dây + chập với dây -), vi xử lý sẽ ngắt mạch ngay lập tức và kiểm tra lại sau 30 giây. Nếu sau 30 giây vẫn tiếp tục ngắn mạch thì vi điều khiển sẽ điều khiển ngắt mạch tiếp tục. b. Bảo vệ quá tải tự động. Khi cắm tải quá cao, đèn hiển thị quá tải sẽ chớp để báo đang có quả tải tạm thời.
Nếu sau khoảng 6 giây nếu vẫn quá tải, vi điều khiển sẽ ngắt toàn bộ nguồn ra tải để bảo vệ bộ điều khiển. Điều này đảm bảo những thiết bị có dòng khởi động lớn tạm thời vẫn khởi động được mà không bị ngắt. . c. Bảo vệ bằng cầu chì: cầu chì sẽ đứt để bảo vệ toàn bộ nếu công suất pin mặt trời gắn vượt quá công suất thiết kế, bảo vệ thêm 1 tầng cho cả bộ điều khiển.
Bộ điều khiển có thể được gắn vào tủ điều khiển hoặc bắt lên tường qua 4 lỗ vít hai bên hộp. Toàn bộ vỏ hộp trong và ngoài được sơn tĩnh điện màu cam bóng có in logo SolarV.
- Hướng dẫn lắp đặt và sử dụng:
+ Kiểm tra công tắc Nguồn và công tắc Tải ở vị trí OFF (tắt). Cố định bộ điều khiển vào tủ điện hoặc trên tường bằng 4 lỗ vít hai bên.
+ Lắp dây theo hướng dẫn ghi trên hộp, cụ thể như sau: Mặt trước của bộ điều khiểnc có 6 lỗ được đánh số - + - + - + và số thứ tự là 1 2 3 4 5 6. Số 1 và 2 nối với cực âm và dương của ắc quy. Số 3 và 4 nối với cực âm và dương của pin mặt trời. Số 5 và 6 nối với cực âm và dương của tải 12V.
+ Sau khi lắp dây, bật công tắc Nguồn ở mặt trước, bộ điều khiển sẽ được kiểm tra hoạt động bằng việc các đèn Led sáng lần lượt. Kết thúc kiểm tra đèn hiển thị ắc quy sẽ hiển thị mức điện còn trong hệ bình ắc quy. Đèn báo sạc (Charging) sẽ sáng báo hiệu đang sạc cho hệ thống. Đèn báo quá tải chỉ báo khi có quá tải sử dụng (lớn hơn 120W). Vì bộ điều khiển dùng công nghệ sạc xung, nên khi nắng yếu đèn báo sạc sẽ chớp chậm (một lần chớp là một lần nạp điện cho ắc quy).
+ Mặt trước còn có khe cắm cầu chì 10A. Lưu ý không tự ý thay cầu chì bằng dây điện và sử dụng đúng cầu chì 10A. 1 Lỗ jack 2.5 dùng để cắm đèn 12V tự động bật đèn khi trời tối và tắt đèn khi trời sáng. Mặt bên phải có ngõ USB cắm sạc cho điện thoại. + Lưu ý sau khi lắp đặt nếu có đồng hồ đo Volt nên kiểm tra xem đường dây và các đầu nối từ bộ điều khiển xuống bình đã đạt chuẩn chưa bằng cách đo điện áp ở 2 cọc
nối với ắc quy của bộ điều khiển so sánh với điện áp đo ở 2 cọc ắc quy, không được khác nhau quá 0.1-0.2V. Không nên sử dụng dây nhôm để nối bình với bộ điều khiển.
Kết luận: Do bộ điều khiển sạc SolarV có nhiều ưu điểm nổi bật như trên nên trong đề tài chúng em sử dụng bộ điều khiển sạc SolarV làm mạch sạc cho pin dự trữ.
3.3.2. Giới thiệu ic MT 8870
MT8870 là một linh kiện ISO – CMOS bao gồm các mạch lọc và giải mã cho sự ghi nhận một cặp tone (tần số chuẩn DTMS : Dual Tone Multi Frequency) với đầu ra là mã 4 bit nhị phân. Nó thích hợp cho các ứng dụng ở các thiết bị điều khiển từ xa, hệ thống điện thoại nhận số, tổng đài nội bộ PABX, hệ thống thẻ tín dụng, máy tính cá nhân
Cấu trúc :
Hình 3.5. Sơ đồ chân MT 8870
- PIN 1(IN+) : Non –Investing op-amp, ngõ vào không đảo. - PIN 2 (IN-) : Investing op-amp, ngõ vào đảo.
- PIN 3 (GS) : Gain Select ,giúp truy xuất ngõ ra của bộ khuếch đại vi sai đầu cuối qua điện trở hồi tiếp.
- PIN 4 (Vref) : Reference Voltage (ngõ ra) thông thường bằng VDD/2.
- PIN 5 (INH) : Inhibit (ngõ vào) khi chân này ở mức logic cao thì không nhận dạng được ký tự A, B, C ở ngõ ra (undelected).
- PIN 6 (PWDN) : Power down (ngõ vào), tác động mức cao. Khi chân này tác động thì sẽ cấm mạch dao động và IC 8870 họat động .
- PIN 7 (OSC 1) : Clock gõ vào MHz . - PIN 8 (OSC 2) : Clock ngõ ra .
- Nối hai chân 7 và chân 8 với thạch anh 3,58 MHz để tạo một mạch dao động nội . - PIN 9 (Vss) : điện áp mass.
- PIN 10 (TOE) : Three Stage Output Enable (ngõ vào), ngõ ra Q1 – Q4 hoạt động khi TOE ở mức cao.
ứng với các cặp tone dò tìm được (theo bảng chức năng), khi TOE ởù mức thấp dữ liệu ngõ ra ở trạng thái trở kháng cao .
- PIN 15 (STD) : Delayed Steering (ngõ ra), ở mức cao khi gặp tần số tone đã dược ghi nhận và gõ ra chốt thích hợp, trở về mức thấp khi điện áp trên
ST/ GT ngỏ hơn điện áp ngưỡng VTST .
- PIN 16 (EST) : Early Steering (ngõ ra), chân này lên mức [1] khi bộ thuật tốn nhận được cặp tone và trở về mức [0] khi mất tone .
- PIN 17 (ST/GT) : Steering Input /Guard tune output (ngõ ra), khi điện áp VC lớn hơn VTST thì ST sẽ điều khiển dò tìm cặp tone và chốt ngõ ra .
- PIN 18 (VDD) : điện áp cung cấp, thường là + 5V. b. Sơ đồ khối và chức năng :
+ Sơ đồ khối :
Hình 3.6. Sơ đồ khối MT8870 + Chức năng :
IC thu tone MT 8870 bao gồm một bộ thu DTMF chất lượng cao (kèm bộ khuếch đại ) và một bộ tạo DTMF giúp cho việc tổng hợp dùng ngắt tone được chính xác .
+ Cấu hình ngõ vào :
Thiết kế đầu vào của MT8870 cung cấp một bộ khuếch đại OPAMP ngõ vào vi sai cũng như một ngõ vào VREF để điều chỉnh thiên áp cho đầu vào tại VDD/2. Chân GS giúp nối ngõ ra bộ khuếch đại với ngõ vào qua một điện trở ngòai để điều chỉnh độ lợi.
+ Khối Dial tone filter:
Khối này sẽ tách tín hiệu tone thành nhóm tần số tháp và nhóm tần số cao. Thực hiện việc này nhờ 2 bộ lọc thông qua bậc 6. Một từ 697 HZ đến 941 HZ và một từ 1209 HZ đến 1633 HZ. Cả hai nhóm tín hiệu này được biến đổi thành xung vuông bởi bộ dò Zero Crossing .
+ Khối High group filter và Low group filter :
- High group filter là bộ lọc 6 để lọc nhóm tần số cao có băng thông từ 697 HZ
đến 941 HZ.
- Low group filter là bộ lọc 6 để lọc nhóm tần số thấp có băng thông từ 1209 HZ
đến 1633HZ .
- Ngoài ra, có bộ Zero crossing detectors có nhiệm vụ dò mức không để biến đổi tín hiệu thành xung vuông.
+ Khối Digital detection argorethm:
Khối này là bộ thuật toán dùng kỹ thuật số để xác định tần số của các tone đến và kiểm tra chúng tương ứng với tần số chuẩn DTMF. Nhờ giải thuật lấy trung bình phức tạp (complex averaging) giúp lọai trừ các tone giả tạo thành do tiếng nói trong khi vẫn bảo đảm một khỏang biến động cho tone thực do bị lệch. Khi bộ kiểm tra nhận dạng được hai tone đúng thì đầu ra EST (Early Steering) sẽ lên mức active (tác động ). Lúc không nhận được tín hiệu tone thì ngõ ra EST sẽ ở mức Inactive (không tác động ).
+ Mach Steering:
Trước khi thu nhận một cặp tone đã giải mã, bộ thu phải kiểm tra xem thời hằng của tín hiệu có đúng không. Việc kiểm tra này được thực hiện bởi một bộ RC mắc ngoài.
Khi chân EST lên high (mức logic cao) làm cho Vc tăng lên khi tụ xả. Khi mà chân Est vẩn còn high trong một thời đọan hợp lệ thì Vc tiến mức ngưỡng VTST của logic Steering để nhận một cặp tone . Điện thế VC chính là điện thế ngõ vào ST/GT, do đó ngõ vào ST/GT có điện thế lớn hơn mức ngưỡng VTST , điều này làm cho cặp tone được ghi nhận và 4 bit dữ liệu tương ứng được đưa vào ngõ ra của bộ chốt . Lúc đó chân EST cùng với chân ST/GT vẫn tiếp tục ở mức cao. Cuối cùng sau một thời gian trễ ngắn cho phép việc chốt dữ liệu thực hiện xong thì chân STD của mạch Steering lên mức logic cao báo hiệu rằng cặp tone đã được ghi nhận .
Dữ liệu thu được sẽ đi ra 2 chiều (data bus) khi mạch Steering được đọc. Mạch Steering lại họat động nhưng theo chiều ngược lại để kiểm tra khoảng dừng giữa hai số
quay. Vì vậy bộ thu vừa bỏ qua các tín hiệu quá ngắn không hợp lệ lại vừa chấp nhận các khoảng ngắt quá nhỏ không thể coi dừng giữa các số. Chức năng này, cũng như khả năng chọn thời hằng steering bằng mạch ngòai cho phép người thiết kế điều chỉnh họat động cho phù hợp với các đòi hỏi khác nhau của ứng dụng .
+ Điều chỉnh thời gian bảo vệ:
Thời gian tối thiểu cặp tone xuất hiện để đảm bảo cho việc nhận chính xác là : Tpec = tDD+ tGTP
- tDD : thời gian từ khi có cặp tone ổn định cho đến khi chân EST lên mức logic cao, thời gian này là thời gian dò được cặp tone cố định .
- tGTP : thời gian bảo vệ bảo đảm sự có mặt của cặp tone . - tpec : thời gian tối thiểu cặp tone xuất hiện .
thời gian tối thiểu của sự xuất hiện giữa 2 cặp tone là : tID = tDA +tGTA
- tDA : thời gian dò được sự mất cặp tone .
- tGTA : thời gian bảo vệ cho việc xác định cặp tone bị mất . - tID : thời gian xuất hiện tối thiểu giữa 2 cặp tone .
+ Mạch clock DTMF :
Mạch clock bên trong được sử dụng có tần số cộng hưởng là 3,579545 MHZ . Một nhóm IC MT8870 có thể được nối với nhau dùng chung một dao động thạch anh .
Kết luận: Trong đề tài sử dụng Ic MT8870 để giải mã chuông điện thoại.
3.3.3. Cảm biến PIR
PIR là chữ viết tắt của Passive InfraRed sensor (PIR sensor), tức là bộ cảm biến thụ động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia nhiệt phát ra từ các vật thể nóng.
Trong các cơ thể sống, trong chúng ta luôn có thân nhiệt (thông thường là 37 độ C), và từ cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còn gọi là các tia hồng ngoại, người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động. Cảm biến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồn tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn tha nhiệt, đó là thân nhiệt của các thực thể khác, như con người con vật…
Hình 3.7. Cấu trúc của cảm biến PIR
Trên đây là đầu dò PIR, loại bên trong gắn 2 cảm biến tia nhiệt, nó có 3 chân ra, một chân nối mass, một chân nối với nguồn volt DC, mức áp làm việc có thể từ 3 đến 15V. Góc dò lớn, để tăng độ nhạy cho đầu dò dung kính Fresnel, có tác dụng ngăn tia tử ngoại.
Hình 3.8. Dùng đầu dò để phát hiện người hay con vật di chuyển ngang
a. Nguyên lý làm việc của loại đầu dò PIR:
Các nguồn nhiệt (với người và con vật là nguồn thân nhiệt) đều phát ra tia hồng ngoại, qua kính Fresnel, qua kích lọc lấy tia hồng ngoại, nó được cho tiêu tụ trên 2 cảm biến hồng ngoại gắn trong đầu dò, và tạo ra điện áp được khuếch đại với transistor FET. Khi có một vật nóng đi ngang qua, từ 2 cảm biến này sẽ cho xuất hiện 2 tín hiệu và tín hiệu này sẽ được khuếch đại để có biên độ đủ cao và đưa vào mạch so áp để tác động vào một thiết bị điều khiển hay báo động.
Hình 3.9. Nguyên lý làm việc của PIR
Mọi vật thể đều được cấu tạo từ các phân tử nhỏ li ti, nhiệt là một dạng năng lượng tạo ra từ các xao động của các phân tử (Bạn xem hình), đó là các chuyển động hỗn loạn, không trật tự. Từ các xao động này, nó phát ra các tia nhiệt, bằng cảm giác thông thường của giác quan, con người chúng ta nói đó là sức nóng.
Ở mỗi người nguồn thân nhiệt thường được điều ổn ở mức 37 độ C, đó là nguồn nhiệt mà ai cũng có và nếu dùng linh kiện cảm ứng thân nhiệt, chúng ta sẽ có thiết bị phát hiện ra người, đó chính là ý tưởng mà người ta chế ra thiết bị motion detector, điều khiển theo nguồn thân nhiệt chuyển động. .
Hình vẽ sau đây cho thấy vật liệu nhóm pyroelectric được dùng làm cảm biến dò tia nhiệt.
Hình 3.10. Vật liệu Pyroelectric
Kẹp vật liệu pyroelectric giữa 2 bản cực, khi có tác kích của các tia nhiệt, trên hai 2 bản cực sẽ xuất hiệu tín hiệu điện, do tín hiệu yếu nên cần mạch khuếch đại. Trong bộ đầu dò, gắn 2 cảm ứng PIR nằm ngang, và cho nối vào cực Gate (chân Cổng) của một transistor FET có tính khuếch đại. Khi cảm biến pyroelectric thứ nhất nhận được tia nhiệt, nó sẽ phát ra tín hiệu và khi nguồn nóng di chuyển ngang, sẽ đến cảm biến pyroelectric thứ hai nhận được tia nhiệt và nó lại phát ra tín hiệu điện. Sự xuất hiện của 2 tín hiệu này cho nhận biết là đã có một nguồn nhiệt di động ngang và mạch điện tử sẽ phát ra tín hiệu điều khiển. Tín hiệu này có thể dùng tắt mở đèn hay dùng để báo động khi có kẻ lạ vào nhà .
Kết luận : Trong đề tài cảm biến PIR dùng nhận biết người để bật tắt đèn tự động.