3. Kiến thức chuyên môn:
4.2. Thiết kế phần cứng
4.2.1. Phần kết cấu cơ khí.
Phần khung được thiết kế, chế tạo bằng vật liệu chính bằng nhôm, sử dụng hộp nhôm 10mmx25mm. Ưu điểm nhẹ, dễ gia công cắt gọt, đảm bảo độ cứng và giá thành rẻ.
Hình 4.1. Khung giá đỡ bằng nhôm.
Phần vỏ hộp làm bằng chất liệu hợp kim nhôm. Aluminium composite panel thường được gọi là tấm ốp hợp kim nhôm nhựa được dùng làm vật liệu ốp bề mặt. Tấm nhôm nhẹ, có nhiều màu sắc, hoa văn, độ chính xác cao, dễ làm vệ sinh và hạn chế việc truyền âm và cách nhiệt.
Hình 4.2. Tấm Aluminium.
Toàn bộ hợp kim nhôm Aluminium, có khả năng dẫn nhiệt tốt hơn gấp 3 lần so với chất liệu thép. Nhìn chung, tấm nhôm hỗn hợp (aluminum composite panel) thường dày 4mm (có loại 3-6mm) được ghép bởi 2 lớp nhôm chống ăn mòn, mỗi lớp nhôm dày 0,5mm, với lõi ở giữa bằng polyethylene - một loại nhựa chống cháy dày 3mm. Nhà sản xuất đưa thông số là sản phẩm có trọng lượng riêng chỉ bằng 1/2 trọng lượng của tấm nhôm đồng chất cùng bề dày mà độ cứng tương đương. Do đó, tấm hỗn hợp nhẹ dễ lắp đặt, thi công như: uốn cong, uốn góc, cắt, xẻ rãnh...Tính năng khác, là chống ăn mòn và có khả năng thích ứng với thời tiết; chịu được tác động bởi nhiệt độ từ -50oC đến 80oC. Alu có độ bền hóa học cao, kháng mòn, chống ôxy hóa, bền màu trong cả môi trường
nước, dầu, axit và đặc biệt là không cong vênh. Theo những con số các nhà khoa học khảo cứu thì những tấm Alu thành phẩm không bị tác động bởi các điều kiện về nhiệt độ trong một dải nhiệt chạy từ - 500oC tới + 800oC và nhờ có những tính năng phức hợp của công nghệ mới nên bề mặt của những tấm lợp chống lại được sự ăn mòn của môi trường, sự xâm thực của nhiệt độ.
4.2.1. Phần kết cấu động cơ.
Động cơ RC Servo MG996 là phiên bản nâng cấp của MG995, dòng RC Servo MG996, 995 thiên về tốc độ phản ứng nhanh, là loại thường được sử dụng nhiều nhất trong các thiết kế Robot hoặc dẫn hướng xe. Động cơ RC Servo MG996 có lực kéo mạnh, các khớp và bánh răng được làm hoàn toàn bằng kim loại nên có bền cao, động cơ được tích hợp sẵn Driver điều khiển động cơ bên trong theo cơ chế phát xung – quay góc nên rất dễ sử dụng.
- Chủng loại: Analog RC Servo; - Điện áp hoạt động: 4.8 – 6.6V DC;
- Kích thước: 40mm x 19mm x 43mm; Trọng lượng: 55g; - Lực kéo: 9.4kg-cm at 4.8V; 11kg-cm at 6V;
- Tốc độ quay: 0.19sec/60 degrees (4.8V no load); 0.15sec/60 degrees (6.0 no load);
- Phạm vi quay: 180°.
4.3.Thiết kế thi công phần vi xử lý và cảm biến.
4.3.1. Sơ đồ nguyên lí.
Mô hình tự động điều hướng pin mặt trời (tracking solar) được sử dụng sơ đồ nguyên lý sau:
4.3 Sơ đồ nguyên lí mô hình tự động điều hướng pin mặt trời
4.3.2. Nguyên lý hoạt động.
Đối với sơ đồ nguyên lý ở hình 4.3, nguyên lý hoạt động rất đơn giản. Hệ thống cảm biến bao gồm 4 quang trở sẽ làm nhiệm vụ tiếp nhận ánh sáng từ nguồn sáng. Giữa 4 quang trở này sẽ có một vách ngăn hình chữ Thập làm nhiệm vụ phân chia 4 cảm biến quang trở thành 4 hướng khác nhau riêng biệt.
Vách ngăn này sẽ làm nhiệm vụ định hướng cho 4 quang trở luôn luôn hướng về phía có nguồn sáng mạnh nhất, cụ thể là Mặt trời. Khi cụm cảm biến vuông góc với tia bức xạ cảu mặt trời, giá trị của 4 cảm biến sẽ bằng nhau.
Tín hiệu từ cụm cảm biến sẽ được truyền trực tiếp về phần tử trung tâm điều khiển KIT Atmega8. Tại đây, Arduino sẽ tính toán bằng cách lấy giá trị trung bình của hai cảm biến quang trở liền kề trừ đi giá trị trung bình của hai cảm biến quang trở còn lại. Nếu giá trị này dương, nó sẽ điều khiển độ rộng xung duty cycle cho động cơ servo quay theo một chiều (sang trái hoặc sang phải). Ngược lại, nếu được giá trị âm, Arduino sẽ điều khiển cho động cơ servo quay theo chiều ngược lại. Điều này áp dụng cho cả hai động cơ điều khiển trục X và trục Z. Nếu KIT Atmega8 tín giá trị bằng 0, ngừng cấp xung đến hai động cơ khiến nó ngừng quay và hệ thống giá đỡ pin được giữ ở một trạng thái cố định.
Tín hiệu điện thu được từ pin mặt trời được sử dụng hiển thị trực tiếp lên đồng hồ hiển thị điện áp, đơn vị Vol. Đồng thời nạp trực tiếp vào viên Pin Lithium có điện áp 3V, dung lượng 3000mAh.
Thiết kế khối vi xử lý dựa trên module Aduino UNO, gồm 5 khối cơ bản: khối nguồn DC 5V, khối RESET, khối LED báo, khối dao động, khối nạp. Sử dụng vi xử lý Atemega 328. Để lập trình, làm việc được với khối vi xử lý trên phần mềm Arduino thì Atemega 328 cần được nạp Bootloader. Bootloader là một chương trình nhỏ được nạp sẵn vào chip vi điều (VĐK) khiển trên Arduino. Việc lập trình cho Arduino một cách dễ dàng được là nhờ chương trình nhỏ bootloader này. Nếu không có bootloader, sẽ không thể upload chương trình lên vi điều khiển trên Arduino theo cách thông thường.
Hình 4.4. Mạch in khối vi điều khiển Arduino.
Hình 4.5. Mạch in khối cảm biến hướng sáng
Sử dụng cảm biến quang trở đơn giản, hoạt động dựa trên nguyên lý giá trị điện trở thay đổi khi ánh sáng chiếu vào thay đổi. Giá trị điện trở tại 4 quang trở khác nhau từ đó vi điều khiển sẽ điều khiển động cơ servo. Sử dụng động cơ servo RC MG996.