Luận văn Thạc sỹ - Đề tài Thiết kế - thi công và điều khiển tấm năng lượng quay theo hướng mặt trời để tối ưu lượng quan năng thu được

LUẬN VĂN THẠC SỸ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ - THI CÔNG VÀ ĐIỀU
KHIỂN TẤM NĂNG LƯỢNG QUAY
THEO HƯỚNG MẶT TRỜI ĐỂ TỐI ƯU
LƯỢNG QUAN NĂNG THU ĐƯỢC.

Thành phố Hồ Chí Minh

1


Danh mục hình vẽ
Hình 1.1: Hệ toạ độ chân trời
Hình 1.2: Hệ toạ độ xích đạo
Hình 1.3: Hệ toạ độ hồng đạo
Hình 1.4: Hình các thơng số quỹ đạo
Hình 1.5: Góc của thiên thể trên quỹ đạo
Hình 4.1: Sơ đồ khối của IC L298
Hình 4.2: Sơ đồ chân của IC L298
Hình 4.3: Sơ đồ chân của IC DS1307
Hình 4.4: Cách đấu nối DS1307
Hình 4.5: Sơ đồ khối của DS1307
Hình 4.6: Mạch tạo giao động ngồi
Hình 4.7: Sự truyền nhận dữ liệu trên chuỗi 2 dây
Hình 4.8: Sơ đồ đồng bộ thời gian thực hiện viêc đọc ,ghi dữ liệu của DS1307
Hình 4.9: Vi điều khiển PIC16F877A/PIC16F874A và các dạng sơ đồ chân.
Hình 4.10: Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A.
Hình 4.11: Bộ nhớ chương trình PIC16F877A

Hình 4.12: Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A
Hình 4.12: Sơ đồ khối của khối truyền dữ liệu USART.
Hình 4.13: Sơ đồ khối của khối nhận dữ liệu USART.
Hình 4.14: Sơ đồ chân của IC 74HC74
Hình 4.15:Sơ đồ khối của IC 74HC74
Hình 5.1. BUS I2C và các thiết bị ngoại vi
Hình 5.2. Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn (Standard mode) và chế
độ
nhanh (Fast mode)
Hình 5.3. Truyền nhận dữ liệu giữa chủ/tớ
Hình 5.4. Điều kiện START và STOP của bus I2C
Hình 5.5. Quá trình truyền 1 bit dữ liệu
Hình 5.6. Dữ liệu truyền trên bus I2C
Hình 5.7. Bit ACK trên bus I2C
Hình 5.8. Lưu đồ thuật tốn q trình trung nhận dữ liệu
Hình 5.9. Cấu trúc byte dữ liệu đầu tiên
Hình 5.10. Quá trình truyền dữ liệu
Hình 5.11. Ghi dữ liệu từ chủ đến tớ
Hình 5.12. Đọc dữ liệu từ thiết bị tớ
Hình 5.13.Quá trình phối hợp đọc/ghi dữ liệu
Hìn 5.14. Cấu trúc khối I2C trong PIC

2


LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay chúng ta có rất nhiều cách để sản xuất ra điện năng như là từ
gió, nước, dầu, hạt nhân, năng lượng mặt trời… Nhưng trong đó Năng lượng mặt
trời (NLMT) là nguồn năng lượng thiên nhiên quý giá và vô tận và rất thân thiện
với môi trường chúng ta. Khai thác tối đa nguồn năng lượng mặt trời là một mắt

xích quan trọng trong chiến lược của thế giới hiện nay với những định hướng. Phát
triển các nguồn năng lượng nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế ngày càng
tăng. Đồng thời nỗ lực giảm mạnh sự phát thải khí "nhà kính" CO 2 nhằm ngăn chặn
mối hiểm họa biến đổi khí hậu tồn cầu. Hiện nay trên thế giới tất cả các nước đều
đẩy mạnh việc khai thác năng lượng từ mặt trời.
Để được công suất lớn nhất khi khai thác điện năng từ Pin mặt trời là phải
đảm bảo góc chiếu từ mặt trời xuống Pin mặt trời phải là một góc 90 0. Nhưng chúng
ta đều biết mặt trời sẽ thay đổi theo từng ngày và theo từng tháng trong năm. Vậy
để được nguồn năng lượng có cơng suất lớn nhất thì Pin mặt trời sẽ được điều khiển
quay và hướng theo mặt trời.
Với ý tưởng đó để làm đề tài nghiên cứu trong luận văn này. Luận văn được
trình bày cách thiết kế, thi công và điều khiển tấm năng lượng quay theo hướng mặt
trời để tối ưu lượng quan năng thu được.

3


CHƯƠNG 1:

TÌM HIỂU VỀ HỆ MẶT TRỜI VÀ
CƠNG THỨC TÍNH TỐN

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CẦN THIẾT CHO TÍNH
TỐN
Để tính tốn vị trí mặt trời chúng em đã tham khảo những công thức thiên văn
học từ một số webside uy tín cũng như một số giáo trình thiên văn học hiện đại.
1.1.1 Hệ tọa độ:
a. Hệ tọa độ chân trời (horizontal coordinates):
Là hệ toạ độ gắn liền với người quan sát. Gồm hai giá trị là độ cao
của thiên thể so với đường chân trời và hướng của thiên thể so với hướng bắc

theo chiều kim đồng hồ.

Hình 1.1: Hệ toạ độ chân trời
Ký hiệu
Alt: độ cao, đơn vị là độ, phút, giây
Az: độ phương, đơn vị là độ, phút, giây
b. Hệ tọa độ xích đạo (equatorial coordinates):

4


Sử dụng mặt phẳng xích đạo làm mặt phẳng tham chiếu.

Hình 1.2: Hệ toạ độ xích đạo
Vì các tọa độ trong hệ này không thay đổi theo thời gian (nếu bỏ
qua tiến động) và nơi quan sát nên nó được dùng để ghi lại toạ độ của các
thiên thể.
Ký hiệu:
RA: xích kinh, đơn vị là giờ, phút, giây
Dec: xích vĩ, đơn vị là độ, phút, giây
c. Hệ tọa độ hoàng đạo (ecliptic coordinates):
Sử dụng mặt phẳng hoàng đạo làm mặt phẳng tham chiếu (có tâm
là Mặt trời)
Hệ này sử dụng 2 giá trị là hoàng kinh và hoàng vĩ, tương tự như
kinh độ và vĩ độ của Trái đất nếu như coi Mặt trời nằm ở tâm Trái đất.

5


Hình 1.3: Hệ toạ độ hồng đạo

Điểm gốc là điểm xuân phân, theo ngược chiều kim đồng hồ.
Ký hiệu:
• Long: hồng kinh, đơn vị là độ, phút, giây
• Lat: hồng vĩ, đơn vị là độ, phút, giây
d. Hệ toạ độ của người quan sát trên Trái đất – hệ toạ độ địa lý:
Sử dụng kinh độ và vĩ độ.
Có thể sử dụng Google Maps để xác định vị trí. Ký hiệu oLong và
oLat
e. Các hệ toạ độ tham chiếu:
Hệ toạ độ lấy Mặt trời làm tâm (heliocentric).
Hệ toạ độ lấy Trái đất làm tâm (geocentric), khơng tính đến bán
kính trái đất.
Hệ toạ độ bề mặt Trái đất (topocentric), có tính đến bán kính trái
đất, chỉ ảnh hưởng đến toạ độ của Mặt trăng và các vệ tinh nhân tạo.
1.1.1

Thời gian trong thiên văn:

6


a. Giờ quốc tế (Universal Time):
Là giờ quốc tế tại nơi quan sát, khác với giờ địa phương. Ở Việt
Nam giờ UT = giờ VN – 7
Ký hiệu: UT, đơn vị là giờ, phút, giây
b. Giờ Mặt trời (Greenwich Sidereal Time):
Là giờ sao của điểm xuân phân tại kinh tuyến gốc.
Ký hiệu: GST, đơn vị là giờ, phút, giây
Dùng để tính LST.
c. Giờ Mặt trời địa phương (Local Sidereal Time):

Là giờ Mặt trời tại vị trí quan sát.
Ký hiệu: LST, đơn vị là giờ, phút, giây.
d. Góc giờ (Hour Angle):
Xem hình vẽ về hệ tọa độ xích đạo.
Ký hiệu: HA, đơn vị là giờ, phút, giây.
e. Ngày Julian:
Là số ngày (dạng thập phân) tính từ giữa trưa tại Greenwich ngày 1
tháng 1 năm 4713 trước cơng ngun, dùng để tính tốn GST và LST.
Ký hiệu: JD.
1.1.2

Các thơng số cơ bản của thiên thể:
Đối với các thiên thể nói chung chúng ta chỉ cần tính tốn vị trí là
đủ, cịn đối với các hành tinh, sao chổi hoặc tiểu hành tinh thì có thêm các
thơng số như sau:
a. Độ sáng biểu kiến:
Độ sáng biểu kiến (m) của một thiên thể là thước đo độ sáng của nó
khi quan sát từ Trái Đất, giá trị được tiêu chuẩn khi khơng có ảnh hưởng của
khơng khí. Nếu thiên thể càng sáng thì giá trị độ sáng của nó càng nhỏ.
Độ sáng biểu kiến của một số thiên thể quen thuộc:
Mặt Trời: -26,74
Trăng tròn: -12,6
Sirius: -1,44
Arcturus: -0,05
Vega: 0,03
Spica: 0,98
Barnard's Star: 9,54
Proxima Centauri: 11,01

7

b. Pha:
Là phần được chiếu sáng bởi Mặt trời, đơn vị là độ, phút, giây.
Pha = 0 nếu nhìn thấy tồn bộ thiên thể
= 90 thì chỉ thấy một nửa
= 180 thì bắt đầu một chu kỳ pha mới
c. Góc nhìn biểu kiến:
Là góc nhìn thấy thiên thể từ trái đất, đơn vị thường là phút, giây.
d. Thời gian mọc lặn:
Tính bằng giờ, phút, giây.
Đối với những sao có xích vĩ lớn hơn 90 –vĩ độ quan sát thì đó là
những sao không bao giờ lặn…
e.

Các thông số quỹ đạo (The orbital elements):

Hình 1.4: Hình các thơng số quỹ đạo
Bán kính trục chính, là khoảng cách trung bình đến Mặt trời (semi
major axis), ký hiệu a
Tâm sai:độ sai khác giữa đường trịn và elip, ký hiệu e
e=0 là đường trịn
• e=0ữ1 l elớp
ã e>1 l parabụn
ã

8


− Độ nghiêng quỹ đạo so với hoàng đạo, đơn vị là độ, phút, giây, ký

hiệu incl
− Điểm cận nhật (perihelion), điểm viễn nhật (aphelion), riêng đối với
Mặt trăng và các vệ tinh nhân tạo của Trái đất thì gọi là điểm gần và
xa trái đất (perigee và apogee), ký hiệu lần lượt là q và Q
− Ba thông số góc của thiên thể trên quỹ đạo.
•
True Anomaly: góc (nhìn từ Mặt trời) giữa thiên thể và điểm
cận nhật. Bằng 0 khi thiên thể ở điểm cận nhật và 180 khi ở điểm
viễn nhật, ký hiệu TAno, đơn vị là độ, phút, giây
•
Mean Anomaly: giống như TAno nhưng giả định rằng thiên thể
đi trên quỹ đạo tròn với tốc độ khơng đổi, là thơng số chính, ký
hiệu MAno, đơn vị là giờ, phút, giây
•
Eccentric Anomaly: dùng để tính TAno từ MAno, ký hiệu
EAno, đơn vị là độ, phút, giây

Hình1.5: góc của thiên thể trên quỹ đạo
• EAno là cung trịn màu xanh có tâm là vịng trịn nhỏ màu đỏ.
• TAno là cung trịn màu cam nhìn từ Mặt trời (màu vàng)

9


• MAno là tổng diện tích của hai khu vực màu đỏ và màu xanh.
• Hồng vĩ của thiên thể (Longitude of the Ascending Node)
− Ngày cận nhật
Các tiểu hành tinh và sao chổi thường có quỹ đạo thay đổi sau một
thời gian nào đó, cho nên một thơng số khác cần có là ngày cận nhật
gần nhất được ghi nhận. Ngày này được tính bằng ngày Julian.Chu kỳ

quỹ đạo tính bằng năm, ký hiệu là P
* Tính tốn thêm nhiễu loạn vị trí do ảnh hưởng của các hành tinh
lớn:
• Hành tinh lớn như sao Mộc sẽ ảnh hưởng đến quỹ đạo của các
hành tinh xung quanh nó.
• Cũng như Hải vương ảnh hưởng đến Diêm vương, Trái đất và
Mặt trăng.
1.1.3 ĐƠN VỊ:
− Quy ước về đơn vị dạng giờ và góc ở dưới dạng thập phân (Decimal
Degree hoặc Decimal Hour)
VD: 5h30p ==> 5,5h; 108d45’ ==> 108,75d
0 < Góc < 360 độ
0 < Giờ < 24h
− Các khoảng cách đối với hành tinh, sao chổi và tiểu hành tinh tính
bằng AU (Astronomical Unit) và đối với Mặt trăng cũng như các vệ
tinh nhân tạo của Trái đất, khoảng cách tính bằng bán kính Trái đất.
1AU ≈ 150 triệu km
Bán kính Trái đất ≈ 6.350 km

1.2 CÁC CƠNG THỨC CẦN THIẾT CHO TÍNH TỐN
1.2.1 Tính và chuyển đổi tọa độ
1.2.1.1 Tính Alt và Az từ RA, Dec:
Chuyển từ toạ độ xích đạo sang tọa độ chân trời.
Alt = Arcsin(sin(LAT) * sin(DEC) + cos(LAT)* cos(DEC) *
cos(HA))
sin(DEC) - sin(Alt)*sin(LAT)
Az = Arccos(sin(LAT) * sin(DEC) + cos(LAT)* cos(DEC) *
cos(HA))
cos(Alt)*cos(LAT)
nếu sin(HA)>0 thì Az = 360 – Az

Trong cơng thức này, DEC và LAT đã có sẵn, cịn HA được tính từ
RA và LONG.
1.2.1.2 Tính RA, Dec từ Alt và Az:

10


Dec=Arcsin(sin(Alt)*sin(LAT))+(cos(Alt)*cos(LAT)*c os(Az))
HA=Arccos(sin(Alt)-(sin(LAT)*sin(Dec)))/(cos(LAT)*cos(Dec))
Nếu Sin(Az) > 0 thì HA = 360 – HA
Chia HA cho 15, ta có góc giờ ở dạng giờ thập phân
Từ HA ta có: RA = LST – HA
1.2.2

Chuyển đổi góc và giờ:
Giờ thập phân = Giờ + Phút / 60 + Giây / 3600
Góc thập phân = Góc + Phút cung / 60 + Giây cung / 3600
Giờ → Góc (1 giờ bằng 15 độ)
Giờ = (Giờ + Phút / 60 + Giây / 3600)*15
Góc → Giờ
Góc = (Góc + Phút cung / 60 + Giây cung / 3600) / 15

1.2.3 Tính thời gian:
1.2.3.1 Giờ UT: áp dụng cho Việt nam:
Giờ UT tính tốn = giờ Việt Nam tại lúc quan sát – 7
1.2.3.2 Tính góc giờ HA:
HA = LST – RA
nếu HA<0 thì cộng thêm vào 24
1.2.3.3 Tính số ngày Julian
Tính theo thời gian của nơi quan sát

Nếu là tháng 1 hoặc là tháng 2 thì cộng thêm vào 12 cho số
háng và bớt năm đi 1.
Tính các SỐ NGUYÊN sau:
a = năm / 100
b = 2 - a + (a / 4)
c = 365,25 * năm
d = ngày
e = 30,6001 * (tháng + 1)
JD = b + c + d + e + 1720994,5
1.2.3.4 Tính GST:
Tính JT = (JD - 2451545) / 36525
Đổi giờ UT ra dạng thập phân
GST = 6,697374558 + 2400,051336 * JT + 0,000025862 * JT ^ 2 +
UT * 1,0027379093
Chia GST cho 15, ta được giờ GST
Nếu GST>24 thì bớt đi 24, lặp lại cho đến khi GST<24
Nếu GST<0 thì cộng thêm vào 24, lặp lại cho đến khi GST>0

11


1.2.3.5 Tính LST:
LST=GST+(LONG / 15)
Nếu LST>24 thì bớt đi 24, lặp lại cho đến khi LST<24
Nếu LST<0 thì cộng thêm vào 24, lặp lại cho đến khi LST>0

1.3 TÍNH TỐN CHO HỆ MẶT TRỜI
Đối với các thiên thể ở rất xa thì khoảng cách từ Mặt trời đến Trái
đất là quá nhỏ, cho nên xích kinh và xích vĩ của các thiên thể này thay đổi rất
ít do tiến tiến động, khoảng 1 độ trong 57 năm.

Nhưng trong Hệ mặt trời, do khoảng cách từ các thiên thể đến Trái
đất khơng khác nhau q nhiều, vì vậy xích kinh và kích vĩ của các thiên thể
khơng cố định mà thay đổi nhẹ.
Để tính tốn vị trí cũng như thời gian mọc lặn, đầu tiên cần xác
định xích kinh và xích vĩ của thiên thể tại thời điểm quan sát và sau đó tính
tốn vị trí như tính với các thiên thể ngồi Hệ Mặt trời.
Phần tính tốn này áp dụng Hệ mặt trời, tức là bao gồm các hành
tinh, sao chổi, tiểu hành tinh, các mặt trăng và các vệ tinh nhân tạo.
1.3.1 Các thơng số:
1.3.1.1 Số ngày tính tốn: kí hiệu dtt
Được tính ở dạng ngày và giờ phút giây được tính như là phần thập
phân của ngày và được tính từ 0h UT ngày 1 tháng 1 năm 2000
dtt = JD – 2451543,5 nếu đã tính JD
hoặc tính từ thời điểm quan sát
dtt = 367*Năm - (7*(Năm + ((Tháng+9)/12)))/4 + (275*Tháng)/9 +
Ngày – 730530
Lưu ý: chỉ lấy phần ngun của từng phép tính chia trong cơng thức
bên trên sau đó cộng thêm vào dtt:
(Giờ UT + Phút UT/ 60 + Giây UT/3600) / 24
Số ngày luôn xuất hiện trong tất cả các mục tính tốn, cho nên cần
phải tính nó trước nhất.
1.3.1.2 Các thơng số quỹ đạo:
N (Longitude of ascending node), xem hình trên Bài 1, mục III.6 là
góc tính từ vị trí của thiên thể trên quỹ đạo đến điểm giao hội (Ω) incl
(inclination to the ecliptic) độ nghiêng quỹ đạo tính tốn từ độ nghiêng đã
biết của quỹ đạo và vị trí của thiên thể
w (argument of perihelion) thông số cận nhật
q là khoảng cách cận nhật, q = a * (1 - e)
Q là khoảng cách viễn nhật, q = a * (1 + e)
P là chu kỳ quỹ đạo P = a1,5 (tính bằng năm nếu a tính bằng AU)

Rs là khoảng cách từ thiên thể đến Mặt trời

12


lonecl, latecl là kinh độ và vĩ độ trong hệ tọa độ nhật tâm – hồng
đạo
ecl là độ nghiêng tính tốn (xích đạo so với hồng đạo)
ecl = 23,4393 – 3,563E-7 * dtt
1.3.2 Các hệ toạ độ Đề-các 3 chiều:
Hệ tọa độ lấy mặt trời làm tâm (heliocentric), các toạ độ là xh, yh,
zh.
Hệ tọa độ lấy Trái đất làm tâm, mặt phẳng tham chiếu là mặt phẳng
hoàng đạo, các toạ độ là xg, yg, zg. Tọa độ của Mặt trời trong hệ này ký hiệu
là xs, ys (và zs thì = 0).
Hệ tọa độ lấy Trái đất làm tâm, mặt phẳng tham chiếu là mặt phẳng
xích đạo, các toạ độ là xe, ye, ze, xh, yh, zh được tính theo các thông số quỹ
đạo của thiên thể
xh = Rs * ( cos(N) * cos(v+w) - sin(N) * sin(v+w) * cos(incl) )
yh = Rs * ( sin(N) * cos(v+w) + cos(N) * sin(v+w) * cos(incl))
zh = Rs * ( sin(v+w) * sin(incl) )
hoặc (Cơng thức 1b) dùng để tính lại tọa độ sau khi đã tính tốn
thêm về nhiễu loạn và tiến động.
xh = Rs * cos(lonecl) * cos(latecl)
yh = Rs * sin(lonecl) * cos(latecl)
zh = zh = Rs * sin(latecl)
Chuyển sang hệ tọa độ Trái đất - hoàng đạo (Công thức 2)
xg = xh + xs
yg = yh + ys
zg = zh

Chuyển sang hệ tọa độ Trái đất - xích đạo (Cơng thức 3)
xe = xg
ye = yg * cos(ecl) - zg * sin(ecl)
ze = yg * sin(ecl) + zg * cos(ecl)
Chuyển sang xích kinh và xích vĩ (Cơng thức 4)
RA = Arctan( ye / xe )
Dec = Arctan( ze / Sqrt(xe*xe+ye*ye) )
Tính kinh độ và vĩ độ trong hệ tọa độ nhật tâm – hồng đạo (Cơng
thức 5)
Lonecl = Arctan(yh / xh)
Latecl = Arctan(zh / sqrt(xh2 + yh2))
Lưu ý: Trong tất cả các công thức, hàm Arctan sẽ thực hiện như
sau
VD: tính a = Arctan(y / x)
Thì a = Arctan(y / x) nếu x dương
a = Arctan(y / x)-180 nếu x âm

13


a = dấu(y) * 90 nếu x = 0
1.3.3 Tính tốn:
1.3.3.1 Thơng số quỹ đạo của Mặt trời và các hành tinh:
Mặt trời:
N=0
incl = 0w = 282,9404 + 4,70935E-5 * dtt
a = 1,000000 (AU)
e = 0,016709 – 1,151E-9 * dtt
MAno = 356,0470 + 0,9856002585 * dtt
Sao Thuỷ:

N = 48,3313 + 3,24587E-5 * dtt
i = 7,0047 + 5,00E-8 * dtt
w = 29,1241 + 1,01444E-5 * dtt
a = 0,387098 (AU)
e = 0,205635 + 5,59E-10 * dtt
M = 168,6562 + 4,0923344368 * dtt
Sao Kim:
N = 76,6799 + 2,46590E-5 * dtt
i = 3,3946 + 2,75E-8 * dtt
w = 54,8910 + 1,38374E-5 * dtt
a = 0,723330 (AU)
e = 0,006773 - 1,302E-9 * dtt
M = 48,0052 + 1,6021302244 * dtt
Sao Hỏa:
N = 49,5574 + 2,11081E-5 * dtt
i = 1,8497 - 1,78E-8 * d
w = 286,5016 + 2,92961E-5 * dtt
a = 1,523688 (AU)
e = 0,093405 + 2,516E-9 * dtt
M = 18,6021 + 0,5240207766 * dtt
Sao Mộc:
N = 100,4542 + 2,76854E-5 * dtt
i = 1,3030 - 1,557E-7 * dtt
w = 273,8777 + 1,64505E-5 * dtt
a = 5,20256 (AU)
e = 0,048498 + 4,469E-9 * dtt
M = 19,8950 + 0,0830853001 * dtt
Sao Thổ:
N = 113,6634 + 2,38980E-5 * dtt
i = 2,4886 - 1,081E-7 * dtt

w = 339,3939 + 2,97661E-5 * dtt
a = 9,55475 (AU)

14


e = 0,055546 - 9,499E-9 * dtt
M = 316,9670 + 0,0334442282 * dtt
Sao Thiên vương:
N = 74,0005 + 1,3978E-5 * dtt
i = 0,7733 + 1,9E-8 * dtt
w = 96,6612 + 3,0565E-5 * dtt
a = 19,18171 - 1,55E-8 * dtt (AU)
e = 0,047318 + 7,45E-9 * dtt
M = 142,5905 + 0,011725806 * dtt
Sao Hải vương:
N = 131,7806 + 3,0173E-5 * dtt
i = 1,7700 - 2,55E-7 * dtt
w = 272,8461 - 6,027E-6 * dtt
a = 30,05826 + 3,313E-8 * dtt (AU)
e = 0,008606 + 2,15E-9 * dtt
M = 260,2471 + 0,005995147 * dtt
* Ghi chú: 4,70935E-5 = 4,70935 x 10^(-5) = 0,0000470935
Khi tính xong, nếu Mano>360 thì bớt đi 360 và tiếp tục như thế cho
đến khi nó nhỏ hơn 360. Tương tự, nếu Mano < 0 thì thêm vào 360 cho đến
khi Mano>0.
1.3.3.2 Vị trí của Mặt trời:
Tính EAno = Mano + e * sin(MAno) * (1 + e * cos(MAno))
Tính giá trị trung gian sau (Sqrt là hàm dùng tính căn bậc 2):
xv = cos(EAno) – e và

yv = Sqrt(1 – e * e) * sin(EAno)
Từ đó
Rs = Sqrt(xv2 + yv2)
TAno = Arctan(yv / xv)
Tọa độ của Mặt trời trong hệ tọa độ Trái đất - hoàng đạo
xs = Rs * cos(TAno + w)
ys = Rs * sin(TAno + w)
Áp dụng công thức 2 với zs = zg = 0, để chuyển sang toạ độ Trái
đất - xích đạo
xe = xs
ye = ys * cos(ecl)
ze = ys * sin(ecl)
Áp dụng cơng thức 4 để tính LẠI RA, Dec

15


1.1.1.1

GIỚI THIỆU GIẢI PHÁP

Mặt trời chủ yếu di chuyển theo phương không đổi từ đông sang
tây đều đặn mọc vào mỗi sáng và lặn vào chiều tối, nên điều quan trọng nhất
để hấp thụ tốt ánh sáng mặt trời là tấm pin cũng phải hướng theo mặt trời đi
từ đông sang tây như vậy.
Bên cạnh đó để ý một chút có lẽ ai cũng nhận ra mặt trời thay đổi
một chút vị trí mọc, lặn theo mùa trong năm điều này thấy rõ có mùa chúng
ta sáng sớm dậy khơng thấy anh sáng mặt trời rọi sâu vào trong nhà qua cửa
sổ nhưng về mùa khác thì sáng sớm ánh nắng đã rọi sâu vào giữa phịng. Do
đó cũng phải quan tâm đến điều này khi muốn tận dụng tối đa năng lượng từ

mặt trời nên cũng cần điều khiển tấm pin dịch chuyển theo mùa để đáp ứng
hoàn toàn yêu cầu đặt ra
Giải pháp ban đầu là sử dụng 2 động cơ servo để di chuyển tấm pin.
+ Động cơ 1 di chuyển tấm pin theo chiều đứng: từ đông sang tây
ứng với chuyển động của mặt trời qua bầu trời hằng ngày từ sáng đến tối.
+ Động cơ 2 di chuyển tấm pin theo chiều ngang: góc lệch của mặt
trời theo mùa trong năm. ( Trong 1 năm vị trí mọc ( lặn) của mặt trời thay
đổi khoảng 450).
+ IC điều khiển sử dụng pic 16f877a
+ IC thời gian thực để đảm bảo load dữ liệu chính xác ngày tháng
năm.
+ 1 màn hình hiển thị LCD để hiển thị giờ khi cần hiệu chỉnh để
đảm bảo chính xác.
+ Các nút nhấn để có thể điều chỉnh thời gian cũng như reset hệ
thống
+ Một chương trình bảo vệ mạch, dừng hệ thống khi hoạt động
không tốt hay kẹt do tác nhân bên ngoài.

16


CHƯƠNG 2:

SƠ LƯỢC VỀ QUY TRÌNH
HOẠT
ĐỘNG

− Start: đọc thời gian từ RTC
o Giao tiếp I2C với Pic
o Phân tích dữ liệu thời gian đọc về

o Hiển thị thời gian ra LCD khi cần thiết:
 Giao tiếp LCD 4bit
 Các chân điểu khiển ghi ra LCD: Theo portB chuẩn LCD CCS
o Nếu thời gian khơng chính xác cần hiệu chỉnh lại: Các nút nhấn điểu
khiển được nối với các chân input: RD0, RD1, RD2
− 6h30 đến 7h: Xác định gốc 0 cho 2 trục quay.
o Để xác định gốc 0 các khớp quay về hướng cơng tắc hành trình 1 va 2
đựơc kết nối với các chân RD3, RD4
o 6 chân điều khiển thuận nghịch cho 2 động cơ:
 DC1: RA1,RA2,
 DC2: RE1, RE2
 2 chân on off điều khiển động cơ quay RA0, RE0
 2 chân xác định chiều động cơ RD6, RD7
o Đọc xung encoder để xác định vị trí động cơ
o Gặp cơng tắc các khớp quay đến vị trí gốc 0
− Cứ mỗi 50p sau tiếp tục đọc thời gian từ RTC giá trị phút 50 đến 59
o 7h < t < 17h tính tốn vị trí mặt trời, điều khiển động cơ quay đến vị trí
cần thiết.
o 17h < t điều khiển động cơ xác định gốc 0, quay cho tấm pin nằm ngang
hạn chế ảnh hưởng của gió.
o 17h < t < 7h giữ nguyên vị trí nằm ngang.
− Quay lại vịng lặp khi tới 6h30.

17


Sơ đồ khối hệ thống:

Khối Nguồn. Nguồn
động cơ và nguồn

IC

Công tắc
hành
trình và
các nút
nhấn

DS1307
SCL SDA

Giao tếp I2C

RD0 RD1
RD2 RD3
RD4
LCD
Điều khiển 4bit
PorB

RA0, RA1 RA2,
RE0 RE1, RE2

RD6 RD7
T0CKI
T1CKI

Driver và
độnng cơ

encoder

18


CHƯƠNG 3:
1.4 IC L298

GIỚI THIỆU VỀ LINH KIỆN

• Điện áp cấp lên đến 46V
• Tổng Dịng DC chịu đựng lên đến 4A
• Điện áp bão hịa
• Chức năng bảo vệ quá nhiệt
• Điện áp logic ‘0’ từ 1.5V trở xuống (lề
miễn nhiễu lớn)
IC L298 là mạch tích hợp đơn chip có kiểu vỏ cơng suất 15 chân
(multiwatt 15) và PowerSO20 (linh kiện dán công suất). Là IC mạch cầu đôi
(dual full-bridge) có khả năng hoạt động ở điện thế cao, dịng cao. Nó được
thiết kế tương thích chuẩn TTL và lái tải cảm kháng như relay, cuộn
solenoid, động cơ DC và động cơ bước. Nó có 2 chân enable (cho phép) để
cho phép/không cho phép IC hoạt động, độc lập với các chân tín hiệu vào.
Cực phát (emitter) của transistor dưới của mỗi mạch cầu được nối với nhau
và nối ra chân ngoài để nối với điện trở cảm ứng dịng khi cần. Nó có thêm
một chân cấp nguồn giúp mạch logic có thể hoạt động ở điện thể thấp hơn.

Hình 4.1: Sơ đồ khối của IC L298

19

Hình 4.2: Sơ đồ chân của IC L298

20


THƠNG TIN ỨNG DỤNG
Tần cơng suất ngõ ra:
IC L298 tích hợp 2 tầng công suất (A, B). Tần công suất chính là
mạch cầu và ngõ ra của nó có thể lái các loại tải cảm thông dụng ở nhiều chế
độ hoạt động khác nhau (tùy thuộc vào sự điều khiển ở ngõ vào). Dòng điện
từ chân ngõ ra chảy qua tải đến chân cảm ứng dịng : điện trở ngồi R SA, RSB
cho phép việc cảm ứng cường độ dòng điện này.
Tần ngõ vào:
Mỗi cầu được điều khiển bởi 4 cổng ngõ vào In1, In2, EnA, và In3,
In4, EnB. Các chân In có tác dụng khi chân En ở mức cao, khi chân En ở
mức thấp, các chân ngõ vào In ở trạng thái cấm. Tất cả các chân đều tương
thích với chuẩn TTL.
Một số đề nghị khi thiết kế:
Cần có một tụ điện khơng cảm kháng 100nF ở cả hai chân V S và
VSS tới GND. Gắn tụ điện thật gần với chân GND của IC. Khi tụ điện của
mạch nguồn quá xa IC, hãy thêm một tụ nhỏ gần IC.

21


Về điện trở cảm ứng dịng, khơng được dùng loại điện trở dây
quấn, và phải được nối đất sao cho càng gần chân GND càng tốt.
Mỗi chân điều khiển ngõ vào phải được kết nối với mạch điều
khiển sao cho đường dây nối thật ngắn.

Hoạt động tắt mở nguồn: Trước khi tắt mở nguồn, các chân Enable
phải ở mức thấp.

22


3.1 IC DS1307
Sơ đồ chân của IC DS1307

Hình 4.3: Sơ đồ chân của IC DS1307
Cơ chế hoạt động và chức năng của DS1307

Hình 4.4: Cách đấu nối DS1307
Vcc: nối với nguồn
X1, X2: nối với thạch anh 32,768 kHz
Vbat: đầu vào pin 3V
SDA: chuỗi data
SCL: dãy xung clock
SQW/OUT: xung vuông- đầu ra driver

23


• DS1307 là một IC thời gian thực với nguồn cung cấp nhỏ, dùng để
cập nhật thời gian và ngày tháng với 56 byté SRAM. Địa chỉ và dữ
liệu được truyền nối tiếp qua 2 đường bus 2 chiều. Nó cung cấp thông
tin về giờ, phút, giây, thứ, ngày, tháng, năm. Ngày cuối tháng sẽ tự
động được điều chỉnh với các tháng nhỏ hơn 31 ngày, bao gồm cả việc
tự động nhảy năm. Đồng hồ có thể hoạt động ở 24h hoăc 12h với chỉ
thị AM/PM. DS1307 có một mạch cảm biến điện áp dùng để dò các

điện áp lỗi và tự động đóng ngắt với nguồn pin cung cấp.
• DS1307 hoạt động với vai trò slave trên đường bus nối tiếp. việc truy
cập được thi hành với chỉ thị START và một mã thiết bị nhất định
được cung cấp bởi địa chỉ các thanh ghi. Tiếp theo đó các thanh ghi sẽ
được truy cập liên tục đến khi chỉ thị STOP được thưc thi.
Sơ đồ khối của DS1307:

Hình 4.5: Sơ đồ khối của DS1307
Mô tả hoạt động của các chân:
• Vcc, GND: nguồn một chiều cung cấp tới các chân này. Vcc là đầu
vào 5V. Khi 5V được cung cấp thì thiết bị đó có thể truy cập hồn
chỉnh và dữ liệu có thể đọc và viết. Khi pin 3V được nối tới thiết bị
này và Vcc nhỏ hơn 1,25Vbat thì q trình đọc và viết khơng được
thực thi, tuy nhiên chức năng timekeeping không bị ảnh hưởng bởi

24


•
•
•
•

•

điện áp vào thấp.khi Vcc nhỏ hơn Vbat thì RAM và timekeeping sẽ
được ngắt tới nguồn cung cấp trong ( thường là nguồn 1 chiều 3V ).
Vbat: đầu vào pin cho bất kỳ một chuẩn pin 3V. Điện áp pin phải
được giữ trong khoảng từ 2,5 đến 3V để đảm bảo cho sự hoạt động
của thiết bị.

SCL ( serial clock input ): SCL được sử dụng để đồng bộ sự chuyển
dữ liệu trên đường dây nối tiếp.
SDA ( serial data input/out ): là chan vào ra cho 2 đườn dây nối tiếp.
Chân SDA thiết kế theo kiểu cực máng hở, địi hỏi phải có một điện
trở kéo theo trong khi hoạt động.
SQR/OUT ( square wave/output driver ): khi được kích hoạt thì bit
SQWE được thiết lập 1, chân SQW/OUT phát đi 1 trong 4 tần số
( 1kHz, 4kHz, 8kHz, 32kHz ). Chân này cũng thiết kế theo kiểu cực
máng hở vì vậy nó cũng cần có một điện trở kéo trong. Chân này sẽ
hoạt động khi cả Vcc và Vbat được cung cấp.
X1, X2: được nối với thạch anh tần số 32,769kHz. Là một mạch tạo
giao động ngoài, để hoạt động ổn định thì phải nối thêm 2 tụ 33pF.

Hình 4.6: Mạch tạo giao động ngồi
Cũng có DS1307 với bộ tạo dao động trong tần số 32,768kHz, với
cấu hình này thì chân X1 sẽ được nối vào tín hiệu dao động trong cịn chân
X2 thì để hở.
Sơ đồ địa chỉ RAM và RTC:

25