L ỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆ P
2.1.3 Cài đặt hệ điều hành cho Intel Galileo:
Để hỗ trợ cho nền tảng Galileo của mình, Intel đã cho ra mắt bộ Intel IoT Developer Kit (iot-devkit) bao gồm cả haware (các linh kiện giống như trên nền tảng Arduino) và software (OS, IDE, các tool phát triển,...). Ở phạm vi đồ án, nhóm sẽ cài Linux Yocto - là một hệđiều hành thuộc nhánh Software trong iot-devkit.
Bản Linux này sử dụng được cho cả board Intel Galileo Gen1 và Gen2. Bản Linux này có những đặc điểm sau:
NodeJS - Một nền tảng giúp ta xây dựng các ứng dụng web. Nó giống như PHP- Apache.
mrra - Bộ thư viện giúp ta sử dụng các giao tiếp như UART, I2C, SPI,... của
Galileo hay đơn giản hơn là lập trình các chân GPIO như Digital Read/Write, Analog
Read/Write, PWM,... mraa có hỗ trợ API cho C/C++, NodeJS và Python.
opkg - Là một ứng dụng command-line tương tự như apt-get, apptitute, pacman,
yum... cho phép người dùng quản lí các package (software) như cài đặt, cập nhật, xoá, nâng cấp hệ thống,...
connman - Là một ứng dụng command-line cho phép người dùng quản lí các kết nối Internet. Ta sẽ không thể tìm thấy file /etc/network/interfaces trong bản Linux Yocto này.
python, gcc, perl, ... - Các compiler cho những ngôn ngữ lập trình thông dụng. Không bị lỗi segfault rất khó chịu như trên bản galileo-debian.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 9 2.1.3.2 Tiến hành cài đặt: Bước 1: Chuẩn bị: 1 thẻ nhớ Micro-SD 4GB Class 4. Đầu đọc thẻ nhớ. Hình 2.3: Thẻ nhớ4GB và đầu đọc. Dung lượng thẻ nhớ tối đa mà Intel Galileo có thể nhận là 32GB.
Bước 2: Tải file Image của hệđiều hành:
Link tải: https://software.intel.com/sites/landingpage/iotdk/board-boot-image.html Dung lượng file là 232.89MB.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 10 Khi tải xong, ta sẽ được một file là iot-devkit-1.5-i586-galileo.bz2 (iot-devkit phiên bản 1.5 dành cho Intel Galileo).
Giải nén file này, ta sẽđược một file tên là iot-devkit-1.5-i586-galileo (file này không
có đuôi) dung lượng 1.32GB.
Bước 3: Tải phần mềm hỗ trợ ghi dữ liệu:
Tải Win32 Disk Imager tại http://sourceforge.net/projects/win32diskimager/
Hình 2.5: Phần mềm Win32 Disk Imager.
Để chạy phần mềm, giải nén file vừa tải về và chạy file Win32DiskImager.exe. Ta cũng có thể chạy ngay trong file nén bằng cách double-click vào file này.
Bước 4: Format thẻ nhớ:
Format về định dạng bất kì như NTFS, FAT32,... nếu trước đó ta có lưu dữ liệu trên thẻ.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 11 Hình 2.6: Format thẻ nhớ.
Bước 5: Ghi file Image đã tải về lên thẻ:
Chạy Win32 Disk Imager, chọn Image File là file image 1.32GB đã giải nén ở bước 2 và chọn Device là thẻ nhớ đã chuẩn bị của mình.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 12 Bấm nút Write để bắt đầu ghi dữ liệu. Với thẻ nhớ Class 10, tốc độ ghi trung bình là 10MB/s. Quá trình ghi dữ liệu sẽ kết thúc trong khoảng 5 phút.
Bước 6: Chạy Linux Yocto trên board Intel Galileo:
Ta chỉ cần cắm thẻ nhớ vào board và cấp nguồn cho nó. Galileo sẽ tựđộng khởi động hệđiều hành vừa được cài đặt trên thẻ nhớ.
Tài khoản đăng nhập mặc định là root, password mặc định không được cài đặt.
2.1.3.3 Cách đăng nhập vào Linux Yocto: Bước 1: Cài driver cho cáp usb. Bước 1: Cài driver cho cáp usb.
Khi cắm cáp vào sẽ yêu cầu cài driver. Ta chọn đường dẫn vào thẻ nhớ. Chọn thư
mục chứa sẵn driver cài đặt win-driver, giải nén file này ra và chọn cài đặt.
Bước 2: Lấy địa chỉ IP của kit.
Mở IDE lên và chạy chương trình “ Poor Man's Telnet”.
Sau đó mở Serial Monitor trong Arduino IDE lên, chỉnh tốc độ baud là 115200, chọn là Both NL&CR.
Ta được như hình sau:
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 13 Tiếp đến ta gõ lệnh ifconfig. Rồi nhấn Enter.
Hình 2.9: Lấy IP của kit.
Từđây ta sẽ lấy địa chỉ ip đằng trước có chữ inet addr ở mục enp0s20f6.
Bước 3: Tải phần mềm Putty về và mở Putty.exe lên.
Chọn Connection type là SSH, port là 22. Sau đó gõ địa chỉ ip vừa tìm được ở Bước 2 vào ô Host Name và nhấn Open.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 14
Khi đó cửa sổ Putty sẽ hiện lên. Ta chọn username là root. Password không có.
Hình 2.11: Đăng nhập vào hệđiều hành.
Như vậy là ta đã đăng nhập vào hệđiều hành thành công.
Sau khi đăng nhập, ta có thể sử dụng các câu lệnh Linux (gọi là ngôn ngữ Bash). Một số câu lệnh thường sử dụng như:
ls: xem danh sách các file và thư mục con trong thư mục hiện thời. rm: Xóa file.
rmdir: Xóa thư mục rỗng.
mv: Đổi tên/ di chuyển thư mục hoặc file từnơi này sang nơi khác. mkdir: Tạo thư mục.
date:Xem ngày, giờ hệ thống.
date –s “27 SEP 2011 14:26:00”:Đặt ngày giờ hệ thống theo string.
date +%Y%m%d -s “20130318″: Đặt ngày hệ thống (không thay đổi giờ). date +%T -s “00:29:00″: Đặt giờ hệ thống, không thay đổi ngày.
2.2 Phương pháp dò tìm điểm làm việc có công suất cực đại (MPPT):
Điện áp do một tấm pin năng lượng mặt trời tạo ra phụ thuộc vào các yếu tố sau: 1. Cường độ chiếu sáng của mặt trời.
2. Tải.
3. Nhiệt độ của tấm pin.
Thời tiết trong một ngày luôn thay đổi vì thếlượng điện áp do pin mặt trời tạo ra cũng
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 15 Hình 2.12: Đồ thị I và U.
Hình 2.13: Mối liên hệ giữa dòng và áp.
Ứng với mỗi giá trị điện áp ta sẽ có những giá trị dòng tương ứng. Trong hình 2.13 ta thấy, đối với đường màu xanh lam, khi điện áp bằng 30 volt thì tương ứng với dòng là 6.2 amps. Đối với đường màu xanh lục, khi điện áp bằng 35 volt thì tương ứng với dòng lúc này là 4.5 amps.
Công suất P = U x I. Nhìn vào hình 2.13, cứ có một giá trị U khi ta gióng lên đường
màu đỏ sẽ tìm được một giá trị I tương ứng, và ta sẽ tìm được một điểm mà tại đó tích của U và I là lớn nhất. Người ta gọi đó là điểm cực đại MPP (Maximum Power Point).
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 16 Hình 2.14: Hình biểu diễn điểm cực đại.
Vậy MPPT là gì?
MPPT (Maximum Power Point Tracker) là phương pháp dò tìm điểm làm việc có công suất tối ưu của hệ thống nguồn điện pin mặt trời qua việc điều khiển chu kỳ đóng
mở khoá điện tử dùng trong bộ DC/DC. MPPT thực chất là thiết bị điện tử công suất ghép nối nguồn điện PV với tải để khuyếch đại nguồn công suất ra khỏi nguồn pin mặt trời khi
điều kiện làm việc thay đổi, và từ đó có thể nâng cao được hiệu suất làm việc của hệ.
MPPT được ghép nối với bộ biến đổi DC/DC và một bộđiều khiển.
2.3 Pin mặt trời:
2.3.1 Giới thiệu Pin mặt trời:
Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện), là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diode p-n, dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời có khả năng tạo ra dòng điện sử dụng
được. Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang điện.
Các pin năng lượng Mặt trời có nhiều ứng dụng. Chúng đặc biệt thích hợp cho các
vùng mà điện năng trong mạng lưới chưa vươn tới, các vệ tinh xoay quanh quỹđạo trái
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 17 thành các module hay cáctấm năng lượng mặt trời) xuất hiện trên nóc các tòa nhà nơi
chúng có thể kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện.
Hình 2.15: Hình ảnh pin mặt trời.
Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên năm 1839 bởi nhà vật lý học người Pháp Alexandre Edmond Becquerel. Russell Ohl được xem là người tạo ra Pin năng lượng mặt trời đầu tiên năm 1946 tuy nhiên nó chỉ có hiệu suất 1%. Pin mặt trời lần đầu
tiên được ứng dụng là trên vệ tinh Vangaurd 1 của Mỹ, được phóng năm 1958. Ngày nay Pin năng lượng mặt trời được sản xuất trên toàn thế giới đặt biệt là các nước tiên tiến như
Mỹ, Tây Ban Nha…
2.3.2 Cấu tạo:
Một lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có khảnăng biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ Mặt Trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện trong gọi là Pin Mặt Trời(solar cell).
Pin Mặt Trời ngày nay được sản xuất chủ yếu từ vật liệu tinh thể bán dẫn silicon(Si) có hóa trị 4. Để có vật liệu tinh thể bán dẫn tinh khiết loại n thì người ta pha vào tinh thể
Si tạp chất là Photpho hóa trị 5 gọi là Donor, còn để tạo ra bán dẫn loại P thì người ta pha vào Si là Bo hóa trị 3 gọi là Acceptor. Đối với pin Mặt Trời làm từ vật liệu tinh thể Si,
khi được chiếu sáng thì hiệu điện thế hở mạch giữa hai bản cực khoảng 0,55V, dòng đoản mạch của nó dưới bức xạ Mặt Trời 1000W/m 2 khoảng 30mA/cm 2.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 18
2.3.3 Nguyên lý hoạt động:
Hình 2.16: Nguyên lý hoạt động của Pin mặt trời.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 19 Hình 2.18: Hình biểu diễn hai mức năng lượng của pin trong đó E1<E2.
Bình thường điện tử chiếm mức năng lượng thấp hơp E1. Khi chiếu ánh sáng vào hệ
thống, lượng tửánh sáng (photon) mang năng lượng hv (h là hằng số Plank và v là tần số
ánh sáng) bịđiện tử hấp thụ và chuyển lên mức E2.
Phương trình cân bằng năng lượng: hv = E1 – E2 (2.1)
Trong các vật rắn, do tương tác rất mạnh của mạng tinh thể lên điện tử vành ngoài,
nên các năng lượng của nó bị tách ra nhiều mức năng lượng con rất sát nhau và tạo thành
vùng năng lượng. Vùng năng lượng thấp bị các điện tử chiếm đầy khi ở trạng thái cân bằng gọi là vùng hóa trị mà bên trên của nó có năng lượng Ev. Vùng năng lượng phía trên tiếp đó hoàn toàn trống hoặc chỉ chiếm một phần gọi là vùng dẫn, bên dưới của vùng có
năng lượng là Ec, cách giữa vùng hoá trị và vùng dẫn gọi là vùng cấm có độ rộng năng lượng là Eg, trong đó không có mức năng lượng cho phép nào của điện tử.
Khi ánh sáng chiếu đến vật rắn có vùng năng lượng nói trên, photon có năng lượng hv tới hệ thống, bị điện tử của vùng hóa trị hấp thụ và nó có thể chuyển lên vùng dẫn để
trở thành điện tử tự do e-, lúc này vùng hóa trị sẽ có một lỗ trống có thể di chuyển như
“hạt” mang điện tích dương nguyên tố (ký hiệu h+). Lỗ trống này có thể di chuyển và tham gia vào quá trình dẫn điện.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 20 Hình 2.19: Các vùng năng lượng.
Phương trình hiệu ứng lượng tử: eV+hv —> e- + h+ (2.2)
Điều kiện đểđiện tử có thể hấp thụnăng lượng của photon và chuyển từ vùng hoá trị
lên vùng dẫn, tạo ra cặp điện tử - lỗ trống là: hv > Eg = Ec - Ev (2.3)
Suy ra bước sóng tới hạn λc của ánh sáng để có thể tạo ra cặp e- - h+ là:
λc = hc/( Ec - Ev) (2.4)
Vậy khi chiếu ánh sáng vào vật, điện trở ở vùng hóa trị hấp thụnăng lượng photon hv và chuyển lên vùng dẫn tạo ra cặp hạt dẫn điện tử - lỗ trống e- - h+, tức là tạo ra một
điện thế. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng quang điện bên trong.
Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời chính là hiện tượng quang điện xảy ra trên lớp tiếp xúc p-n.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 21 Hình 2.20: Hiện tượng quang điện xảy ra trên tiếp xúc p-n.
Khi một photon chạm vào mảnh Silic, một trong hai chiều sau sẽ xảy ra:
Photon truyền trực tiếp qua mảnh Silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủđểđưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 22
2.3.4 Sơ đồtương đương và các đặc trưng quang điện:
Lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có tính chỉnh lưu tương đương như một diode, tuy nhiên khi phân cực ngược, do điện trở lớp tiếp xúc có giới hạn nên vẫn có một dòng điện được gọi là “dòng điện dò” qua nó. Để đặc trưng cho “dòng điện dò” qua lớp tiếp xúc p-n
người ta đưa vào đại lượng điện trở shun Rsh.
Khi dòng quang điện chạy trong mạch, nó phải đi qua các lớp bán dẫn p và n, các
điện cực, các lớp tiếp xúc,…Đặc trưng cho tổng các điện trở của các lớp đó là một điện trở Rs nối tiếp trong mạch(có thể gọi là điện trở nội của pin Mặt Trời), như vậy một pin Mặt Trời khi được chiếu sáng có sơ đồtương đương như sau:
Hình 2.22: Sơ đồtương đương và các đặc trưng quang điện.
Từsơ đồtương đương trên, áp dụng định luật Kiếchốp I ta có thể viết được phương
trình đặc trưng sáng Volt-ampe của pin Mặt Trời như sau:
I = I - ID - Ish (2.5) Trong đó: I: Dòng quang điện. ID: Dòng qua Diode. Ish: Điện trở shun (điện trở dò). ISC:Dòng đoản mạch.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 23 VOC: Thế hở mạch.
PM: Điểm làm việc công suất cực đại.
VM: Điện áp tại điểm làm việc công suất cực đại. IM: Dòng điện tại điểm làm việc công suất cực đại. Chú ý:
Dòng đoản mạch là dòng điện trong mạch của pin Mặt Trời khi làm ngắn mạch ngoài.
Lúc đó hiệu điện thế mạch ngoài của pin bằng 0.
Thế hở mạch VOC là hiệu điện thế được đo khi mạch ngoài của pin Mặt Trời hở mạch,
khi đó R= , I=0.
2.3.5 Thông số kỹ thuật:
Tấm pin năng lượng mặt trời có tác dụng biến đổi năng lượng mặt trời thành điện
năng. Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng và giá thành mà tấm pin mặt trời có các thông số kỹ
thuật khác nhau. Vì vậy chúng em xin trình bày các thông số kỹ thuật của tấm pinđược sử
dụng trong đồán, nó được chia làm hai phần chính: Phần điện:
Công suất định mức: 15W. Loại Pin: silic đa tinh thể. Điện áp định mức: 18.1V. Dòng điện định mức: 0.87 A. Phần cơ khí:
Kích thước: 33x28x2.5 cm. Trọng lượng: 0.5 Kg.
Bề mặt pin được phủ một lớp kính chuyên dụng, kết hợp với keo để chống thấm
nước.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 24
2.4 Ắc quy:
Ắc quy Globe 12V-7,5Ah:
Trong hệ thống nguồn pin năng lượng Mặt Trời độc lập phổ biến hiện nay thì năng lượng phát ra từ tấm pin chủ yếu được tích trữ vào các bộắcquy có dung lượng phù hợp. Nhóm chọn là ắc quy axít loại kín khí Globe 12V-7.5Ah.
Hình 2.23: Ắc quy 12V-7,5Ah.
Đặc điểm:
Không có nút ở các ngăn bình, thường ghi rõ ắc quy không cần bảo dưỡng ở vỏ bình hoặc tài liệu kèm theo.
Khi phát dòng điện lớn thì ắc quy kín khí thường phục hồi điện áp nhanh hơn ắc quy
nước, tuy nhiên điều này không ảnh hưởng đến hoạt động của kích điện.
Khi nạp ắc quy không phát sinh khí ra môi trường bên ngoài nên không có mùi. Dòng điện nạp có thể lên tới 0,25 lần trị sốdung lượng ắc quy (ví dụ loại 100 Ah có thể nạp với dòng lớn nhất là 25A).
Không phải bổsung điện dịch trong quá trình sử dụng.
Phải nạp điện định kỳ trong thời gian không sử dụng, nhưng chu kỳ nạp định kỳ dài
hơn so với loại ắc quy axít thông thường.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 25