Thơng qua sơ đồ này, nhóm sẽ thiết kế từng khối và sau đó kết hợp chúng lại với nhau để đạt được mục đích cuối là hồn thành mạch điện của xe sử dụng năng lượng
Trang 48 và sử dụng công nghệ xử lý ảnh.
4.4.2.1 Chức năng của hệ thống
- Sơ đồ nối pin: Sau khi tiếp nhận ánh sáng từ mặt trời nó sẽ chuyển hóa thành điện năng, dịng điện này được đưa qua bộ chuyển đổi inverter để ổn định điện áp và sẽ được hệ thống nạp, nạp điện cho ắc quy ni tồn bộ hệ thống trên xe
- Laptop: Nhận lệnh điều khiển từ người dùng, cùng với các dữ liệu đã nhận như
camera, cảm biến vật cản, đưa ra lệnh điều khiển xe cho Arduino Uno.
- Khối cảm biến vật cản: Dùng để phát hiện vật cản trước và sau xe trong khoảng
từ 10cm đến 30cm.
- Camera: Dùng để thu thập hình ảnh gửi về Laptop.
- Arduino Uno: Nhận tín hiệu của cảm biến vật cản gửi lên Laptop, điều khiển xe
di chuyển theo lệnh mà Laptop gửi xuống.
- Khối Manual: Giúp xe dừng lại hay điều khiển trên đường khơng có line. - Khối encoder: Khối encoder giúp cho arduino biết được tốc độ xe hiện tại.
- Khối rẽ trái phải: Giúp cho xe rẽ trái và rẽ phải.
- Khối di chuyển tiến lùi: Giúp cho xe tiến lùi và gửi vận tốc của xe về khối điều
khiển công suất.
4.4.2.2 Hoạt động của hệ thống:
Sau khi tiếp nhận nguồn năng lượng từ mặt trời nguồn năng lượng đó sẽ được lưu trữ ( chuyển hóa) và sạc đầy nguồn (ắc quy), ắc quy sẽ cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống hoạt động. Sau khi nhận tín hiệu từ các khối camera, laptop sẽ ra lệnh cho khối arduino, arduino sẽ điều khiển các cơ cấu chấp hành, cụ thể là khối rẽ trái phải và khối di chuyển tiến lùi
4.4.3 Thiết kế mạch
Công việc thiết kế mạch là công việc không thể thiếu khi bắt đầu thực hiện một dự án nào. Nó có tính quyết định lớn đến việc thành công của dự án. Mọi thiết bị và linh kiện cần được tính tốn và thiết kỹ kĩ lưỡng thì mới đem lại kết quả tốt cho dự án.
Theo sơ đồ khối, nhóm chúng tơi sẽ thiết kế sơ đồ nguyên lý gồm các phần:
Bảng 4.15 Linh kiện điện tử và công dụng
STT Linh kiện điện tử Công dụng – Nguyên lý hoạt động.
Trang 49
2. Laptop Cùng với các dữ liệu đã nhận được như: camera, cảm biến vật cản, đưa ra lệnh điều khiển xe cho Arduino Uno.
3. Motor giảm tốc 24v Tạo momen quay để dẫn động cầu sau, nhận tín hiệu từ Drive điều khiển động cơ.
4. Motor nâng hạ kính ơ tơ 12V
Tạo momen quay để đánh lái, nhận tín hiệu từ Drive điều khiển động cơ.
5. Encoder Thu thập tín hiệu số vòng quay của động cơ gửi về cho Arduino.
6. Webcam HD
Logitech C270 720P
Dùng để thu thập hình ảnh gửi về Laptop. 7. Cảm biến hồng ngoại
E3F-DS30C4
Dùng để phát hiện vật cản trước và sau xe trong khoảng từ 10cm đến 30cm.
8. Arduino Uno R3 Nhận tín hiệu của cảm biến vật cản gửi lên Laptop và điều khiển xe di chuyển theo lệnh mà Laptop gửi xuống.
9. Mạch điều khiển động cơ DC BTS7960 43A
Nhận tín hiệu của Arduino để điều khiển Motor đánh lái.
10. Mạch Opto cách ly 2 kênh PC817
Cách ly giữa mạch điều khiển công suất và mạch điều khiển tín hiệu, giảm hiện tượng bị nhiễu.
4.4.3.1 Sơ đồ nối pin
- Tấm pin năng lượng mặt trời
Trên thị trường phát triển như hiện nay có rất nhiều loại pin năng lượng mặt trời khác nhau: khác nhau về cơng suất, kích thước và quan trọng nhất là giá cả. Vì vậy cần phải lựa chọn 1 cách thích hợp trách trường hợp khơng đủ cơng suất hoặc lãng phí.
Vì vậy đây cũng là một bài tốn cần được tìm hiểu kỹ
* Tính tốn chọn cơng suất tấm pin năng lượng mặt trời
Trang 50
Bảng 4.16 Tên các thiết bị trong hệ thống
STT Tên thiết bị Số lượng
Công suất tiêu thụ cực đại (Wmax) Tổng công suất cực đại (Wmax) 1 Motor 24v 200W 1 200 200 2 Motor 12v 120W 1 120 120 3 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN 6-36V 6 0.1 0.6 4 Arduino R3 1 4.5 4.5 5 Webcam HD Logitech C270 720P 30FPS 1 4.5 4.5
Trong 1 giờ các thiết bị đã tiêu tốn công suất là:
* Ắc quy: + Bình ắc quy 24V – 15Ah cho sản sinh công suất 168 (Wh); 24*7
+ Hiệu suất bình ắc quy là 0. 75
* Động cơ điện: Ta có: + Tổng cơng suất cực đại = 200W
+ Bánh xe có đường kính 20cm
+ Xét xe di chuyển với vận tốc 5Km/h
+ Động cơ điện chạy Max cơng suất 330 (vịng/phút) + tỉ số truyền đến bánh xe 1:1.2
- Công suất truyền đến bánh xe là: 𝜄 = 𝑛2
𝑛1 ≪=≫ 1
1,2 = 𝑛2
330 =≫ 𝑛2 = 275 (vòng/phút) = 4,58 (vòng/giây) - Chu vi của bánh xe là: C = d x pi = 0,2𝜋 (m)
- Công suất xe di chuyển trong 1 phút là: P = 0,2𝜋 ∗ 4,58 = 172.8 m/phút - Công suất tiêu thụ trong 1 giờ (83.3 mét/phút),
- Công suất thực tế 𝑃Đ𝐶 = 83.3
172.8 * 200 = 94.4 (Wh);
* Động cơ lái: Động cơ chỉ hoạt động khi cần đánh lái, theo thực nghiệm động
cơ chỉ hoạt động xấp xỉ 30%.
- Công suất tiêu thụ 𝑃𝑙á𝑖 = 120*30% = 36 (Wh);
Trang 51 - Công suất tiêu thụ của Cảm biến là
𝑃𝐶𝐵 = 𝑃𝑎𝑟𝑑𝑢𝑖𝑛𝑜+ 𝑃𝑊𝑒𝑏𝑐𝑎𝑚 + 𝑃ℎồ𝑛𝑔 𝑛𝑔𝑜ạ𝑖 = 4,5 + 4,5 + 0,6 = 9.6 (Wh);
* Tổng Công suất tiêu thụ trong 1 giờ của các thiết bị: 94.4 + 36 + 9.6 = 140 (Wh);
* Thời gian xe có thể hoạt động liên tục là: - Ah = (𝑇∗𝑊)
(𝑉∗𝑝𝑓) ≪=≫ 7 = (𝑇∗140)
(24∗0.7) =≫ 𝑇 = 0.84ℎ = 50 𝑝ℎú𝑡
Bảng 4.17 Chọn Pin năng lượng mặt trời phù hợp
Trường hợp 1: Sử dụng 1 tấm pin mặt trời 100W Trường hợp 2: Sử dụng 1 tấm pin mặt trời 250W Công suất ắc quy - P = V *Ah = 24 * 7 = 168 W/h Ta có 𝑃 𝑝𝑓 = 168 0,7 = 240 𝑊/ℎ - P = V *Ah = 24 * 7 = 168 W/h Ta có 𝑃 𝑝𝑓 = 168 0,7 = 240 𝑊/ℎ Thời gian sạc đầy ắc quy 240 100 = 2,4 ℎ 240 250 = 0,96 ℎ Ưu Điểm - Phù hợp khả năng của nhóm
- Phù hợp với kích thước của xe
- Thời gian sạc nhanh chóng - Thời gian sử dụng dài hơn Nhược điểm Thời gian sạc lâu và không sử
dụng được trong thời gian dài
- Giá cả cao
=>> Nhóm đã chọn chỉ sử dụng 1 tấm pin năng lượng mặt trời 250W vì những ưu điểm trên
- Bộ sạc ắc quy:
Khối nguồn sẽ cung cấp nguồn ni tồn bộ hệ thống điện trên xe. Từ datasheet của các linh kiện và thiết bị trong sơ đồ nguyên lý, ta thấy điện áp hoạt động trên toàn mạch là 5v, 12v, 24v. Nên ta sẽ chọn nguồn là 24v gồm hai ắc quy 12v-15Ah nối tiếp nhau.
- Đối với nguồn 24v, nhóm sẽ dùng cho motor 24v – 250W.
- Đối với nguồn 12v, nhóm sẽ dùng mạch giảm áp XL4016 8A giảm từ 24v xuống 12v cung cấp cho motor điều khiển rẽ trái rẽ phải.
- Đối với nguồn 5v, nhóm sẽ dùng mạch giảm áp DC LM2596 3A giảm từ 24v xuống 5v để cung cấp cho board mạch.
Trang 52