Thiết kế modull thu và lưu trữ năng lượng mặt trời hiển thị thông số lên LCD

Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
























1
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2

Khoa: Điện – Điện Tử





Ngày…tháng…năm 2012
Giáo viên hướng dẫn :
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc Lập-Tự Do-Hạnh Phúc


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Khóa học : 2011 – 2013
Nghành học : Kỹ thuật điện tử
Lớp : ĐTK9LC.2
TÊN ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MODUL THU VÀ LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG MẶT
TRỜI HIỂN THỊ THÔNG SỐ LÊN MÀN HÌNH LCD
I : Dữ liệu cho trước
- Tấm pin năng lượng mặt trời
- Acquy một chiều 12VDC
- Bộ chuyển đổi tương tự - số
- Bộ xử lý điều khiển
- Màn hình hiển thị LCD
II : Nội dung cần hoàn thành
- Bản báo cáo về tiến độ thực hiện công việc của đồ án theo từng tuần.
- Thuyết minh đề tài : Phân tích yêu cầu,trình bày các giải pháp thực hiện,cơ sở lý thuyết,quá trình
thực hiện đồ án,khả năng ứng dụng của đồ án.
- Các bản vẽ thiết kế cho từng khối,cho toàn mạch đảm bảo đầy đủ và chính xác.
- Sản phẩm hoạt động tốt,đảm bảo kỹ mỹ thuật.

- Nộp thuyết minh và hoàn thành sản phẩm đúng thời gian quy định.
Giáo viên hướng dẫn : Trưởng bộ môn :
2
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
……………… ………………
………………… …………………
Nhóm sinh viên thực hiện : Ngày giao đề tài :
Hưng Yên,ngày….tháng….năm 2012
LỜI MỞ ĐẦU

Kỹ thuật vi điều khiển hiện nay rất phát triển , nó được ứng dụng rất nhiều vào lĩnh
vực sản xuất công nghiệp , tự động hóa , trong đời sống và rất nhiều lĩnh vực khác . So
với kỹ thuật số thì kỹ thuật vi điều khiển nhỏ gọn hơn rất nhiều do nó được tích hợp lại
và có khả năng lập trình để điều khiển thiết bị , nên rất tiện dụng .Với tính ưu việt của
vi điều khiển thì trong phạm vi nhỏ của đồ án chúng em đã ứng dụng vi điều khiển để
Thiết kế modull thu và lưu trữ năng lượng mặt trời hiển thị thông số lên LCD .
Mục đích của đề tài hướng đến là : tạo ra những bước đầu cho sinh viên thử nghiệm
những ứng dụng thực tế của vi điều khiển . Để từ đó sinh viên có thể tự tìm tòi và định
hướng các ứng dụng khác của vi điều khiển trong thực tế cuộc sống .
Mặc dù trong quá trình làm đồ án bằng kiến thức đã học và sự hướng dẫn của thầy
cô, tham khảo ý kiến của bạn bè . Nhưng cũng không thể tránh được những sai sót .
Vậy chúng em rất mong thầy cô thông cảm và linh động cho chúng em !
Chúng em xin chân thành cám ơn !
Nhóm SVTH:
Nguyễn Khắc Thụ
Đặng Văn Tỏ
Nguyễn Văn Trung

3

Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ PIN MẶT TRỜI
1.1. Cơ sở lý thuyết
1.1.1. Khái quát chung
- Một tế bào quang điện (cell) Tấm Pin năng lượng mặt trời (solar cells panel) Pin mặt
trời, hay pin quang điện, ký hiệu là PV, là hệ thống các tấm vật liệu đặc biệt có khả
năng chuyển đổi quang năng của ánh sáng mặt trời thành điện năng.
- Pin mặt trời được cấu tạo bằng các tế bào quang điện (cells) đơn tinh thể
(monocrystalline) và đa tinh thể (polycrystalline) có hiệu suất cao (15% - 18%), công
suất từ 25Wp đến 175Wp và có tuổi thọ trung bình 30 năm.
- Một số thông số cơ bản về tấm pin mặt trời :
+ Hiệu suất từ 15% - 18%.
+ Công suất từ 25Wp – 175Wp.
+ Số lượng cell ( pin ) trên mỗi tấm pin là 72 cells.
+ Kích thước cells là : 5 – 6 inchs
+ Khung làm bằng chất liệu khung nhôm.
+ Tuổi thọ trung bình của tấm pin mặt trời là 30 năm.
- Công suất và điện áp của tấm pin mặt trời phụ thuộc cách nối ghép các tấm pin mặt
trời.
- Pin năng lượng mặt trời ( pin quang điện hoặc tế bào quang điện ) là phần tử bán dẫn
quang có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các linh kiện cảm biến ánh sáng là các
dạng diode P – N ,dùng để biến đổi ánh sáng thành điện năng . Sự chuyển đổi này gọi
là hiệu ứng quang điện .
4
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
- Pin mặt trời làm việc theo nguyên lý là biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời
thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện. :
 Hiệu ứng quang điện :

- Hiệu ứng quang điện là một hiện tượng điện - lượng tử ,trong đó các điện tử được
thoát ra khỏi vật chất sau khi hấp thụ năng lượng từ các bức xạ điện từ.
- Diễn biến :
+ Khi ánh sáng mặt trời ( là bức xạ điện từ có tần số lớn hơn tần số của chất cấu tạo
nên Si – tần số ngưỡng) chiếu vào bề mặt tấm kim loại Si,các điện tử sẽ hấp thụ năng
lượng từ các photon và sinh ra dòng điện ( dòng quang điện ) .Khi các điện tử bị bật ra
khỏi bề mặt tấm kim loại ( hiệu ứng quang điện ngoài ),thoát ra khỏi sự liên kết với
nguyên tử và chuyển động tự do trong vật dẫn ( hiệu ứng quang điện trong ).
Hiệu ứng này sẽ làm thay đổi tính dẫn điện của vật dẫn ,gọi là hiệu ứng quang dẫn.
Hiệu ứng quang dẫn :
Khi chiếu các bức xạ điện từ vào các chất bán dẫn ,nếu năng lượng của photon đủ lớn (
lớn hơn độ rộng vùng cấm ) thì điện tử sẽ từ vùng hóa trị lên vùng dẫn.Do đó làm thay
đổi tính dẫn điện của chất bán dẫn ( độ dẫn điện của chất bán dẫn tăng lên do được
chiếu sáng ).Hoặc sự chiếu sáng cũng tạo ra các cặp điện tử lỗ trống,làm thay đổi tính
chất dẫn điện của chất bán dẫn.
Hiệu ứng này được ứng dụng trong các photodiode,phototransistor,pin mặt trời,…
+ Ngược lại, các điện tử không thể bị bật ra khi tần số của bức xạ điện từ nhỏ hơn tần
số ngưỡng.Vì điện tử không đủ năng lượng để bứt phá ,gọi là công thoát.
+ Thời gian từ lúc bức xạ điện từ chiếu tới cho đến khi các điện tử bị bật ra là rất ngắn,
khoảng 10
-9
giây.
1.1.2 Một số đặc điểm chính
- Hệ thống pin mặt trời nói riêng, hay hệ thống PV nói chung, không thể sản xuất điện
một cách liên tục,mà chỉ họat động khi có ánh sáng mặt trời chiếu vào những tấm pin.
5
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
- Độ tin cậy và độ bền của hệ thống pin mặt trời rất cao.
- Hiệu quả kinh tế cao,gọn nhẹ

1.1.3. Sự chuyển đổi ánh sáng
Khi một photon chạm vào tinh thể Silic thì sẽ xảy ra một trong 2 điều sau :
1. Photon truyền trực xuyên qua tinh thể Silic.
- Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa
các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn .
2. Năng lượng của photon được hấp thụ bởi Silic
- Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng đủ để đưa
electron lên mức năng lượng cao hơn .
- Khi photon được hấp thụ thì năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron
trong màng tinh thể.
- Thông thường các electron này ở lớp ngòai cùng và và thường liên kết với các
nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa được.
- Khi electron được kích thích và trở thành ion dẫn điện,thì các electron này có thể di
chuyển tự do trong chất bán dẫn.
- Khi đó nguyên tử sẽ thiếu đi một electron, và gọi là lỗ trống .Khi đó các electron bên
cạnh sẽ di chuyển đến và lấp đầy lỗ trống,lại xuất hiện lỗ trống.
- Cứ như vậy quá trình diễn ra xuyên suốt trong chất bán dẫn
1.2. Nguyên lý hoạt động
- Từ dàn pin mặt trời, ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng điện DC.
Dòng điện này được dẫn tới bộ điều khiển là một thiết bị điện tử có chức năng điều
hoà tự động các quá trình nạp điện vào ắc-quy và phóng điện từ ắc-quy ra các thiết bị
điện DC.
- Trường hợp công suất giàn pin đủ lớn, trong mạch điện sẽ được lắp thêm bộ đổi điện
để chuyển dòng một chiều thành dòng AC, chạy được thêm nhiều thiết bị điện gia
dụng (đèn, quạt, radio, TV…).
1.3. Cấu tạo pin mặt trời
- Một hệ thống pin mặt trời được cấu tạo bởi các thành phần sau :
Stt Tên thiết bị Ghi chú
1 Solar Cells Panel Monocrystalline (đơn tinh thể ) Polycrytalline (đa tinh thể)
2 Solar Regulator Lựa chọn tùy mức điện thế và công suất của hệ thống

3 DC-AC Inverter Dạng sóng ra : Step Wave hoặc Sine Wave
4 Battery (ắc-quy) Bình khô, kín khí, không cần bảo dưỡng.
5 Khung, gá Chuyên dụng cho hệ thống
6 Dây cáp Chuyên dụng cho hệ thống (ngoài trời và trong nhà)
6
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
7 Phụ kiện lắp đặt Linh, phụ kiện đồng bộ khác
1.4. Phân loại
Tấm pin năng lượng mặt trời được chia thành một số loại cơ bản như sau :
1.4.1. Pin mặt trời Silic
a. Cấu tạo
- Vật liệu để làm pin mặt trời silic phải là bán dẫn silic tinh khiết. Ở dạng tinh khiết,
còn gọi là bán dẫn ròng số hạt tải (hạt mang điện) là electron và số hạt tải là lỗ trống
(hole) như nhau.
- Để làm pin Mặt trời từ bán dẫn tinh khiết phải làm ra bán dẫn loại n và bán dẫn loại p
rồi ghép lại với nhau cho nó có được tiếp xúc p - n.
Sơ đồ hoạt động của pin mặt trời silic
- Thực tế thì xuất phát từ một phiến bán dẫn tinh khiết tức là chỉ có các nguyên tử Si
để tiếp xúc p - n, người ta phải pha thêm vào một ít nguyên tử khác loại, gọi là pha tạp.
+ Nguyên tử Si có 4 electron ở vành ngoài, cùng dùng để liên kết với bốn nguyên tử Si
gần đó (cấu trúc kiểu như kim cương). Nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử phôt pho P
có 5 electron ở vành ngoài, electron thừa ra không dùng để liên kết nên dễ chuyển
động hơn làm cho bán dẫn pha tạp trở thành có tính dẫn điện electron, tức là bán dẫn
loại n (negatif - âm).
+ Ngược lại nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử bo B có 3 electron ở vành ngoài, tức
là thiếu một electron mới đủ tạo thành 4 mối liên kết nên có thể nói là tạo thành lỗ
trống (hole). Vì là thiếu electron nên lỗ trống mạng điện dương, bán dẫn pha tạp trở
thành có tính dẫn điện lỗ trống, tức là bán dẫn loại p (positif - dương).
7

Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
- Vậy trên cơ sở bán dẫn tinh khiết có thể pha tạp để trở thành có lớp là bán dẫn loại n,
có lớp bán dẫn loại p, lớp tiếp giáp giữa hai loạị chính là lớp chuyển tiếp p - n.
b. Nguyên lý hoạt động
- Ở chỗ tiếp xúc p - n này một ít electron ở bán dẫn loại n chạy sang bán dẫn loại p lấp
vào lỗ trống thiếu electron.Kết quả là ở lớp tiếp xúc p-n có một vùng thiếu electron
cũng thiếu cả lỗ trống, người ta gọi đó là vùng nghèo.
+ Sự dịch chuyển điện tử để lấp vào lỗ trống tạo ra vùng nghèo này cũng tạo nên hiệu
thế gọi là hiệu thế ở tiếp xúc p - n, đối với Si vào cỡ 0,6V đến 0,7V. Đây là hiệu thế
sinh ra ở chỗ tiếp xúc không tạo ra dòng điện được.
- Nhưng nếu đưa phiến bán dẫn đã tạo lớp tiếp xúc p - n phơi cho ánh sáng mặt trời
chiếu vào thì photon của ánh sáng mặt trời có thể kích thích làm cho điện tử đang liên
kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện chỗ trống
vì thiếu electron, người ta gọi là photon đến tạo ra cặp electron - lỗ trống.
+ Nếu cặp electron - lỗ trống này sinh ra ở gần chỗ có tiếp p - n thì hiệu thế tiếp xúc sẽ
đẩy electron về một bên (bên bán dẫn n) đẩy lỗ trống về một bên (bên bán dẫn p).
Nhưng cơ bản là electron đã nhảy từ miền hoá trị (dùng để liên kết) lên miền dẫn ở
mức cao hơn, có thể chuyển động tự do. Càng có nhiều photon chiếu đến càng có
nhiều cơ hội để electron nhảy lên miền dẫn.
- Nếu ở bên ngoài ta dùng một dây dẫn nối bán dẫn loại n với bán dẫn loại p (qua một
phụ tải như lèn LED chẳng hạn) thì electron từ miền dẫn của bán dẫn loại n sẽ qua
mạch ngoài chuyển đến bán dẫn loại p lấp vào các lỗ trống. Đó là dòng điện pin Mặt
trời silic sinh ra khi được chiếu sáng.
c. Ưu điểm,hạn chế
- Dùng bán dẫn silic tạo ra tiếp xúc p - n để từ đó làm pin Mặt trời là một tiến bộ lớn
trên con đường trực tiếp biến ánh sáng Mặt trời thành dòng điện để sử dụng.
- Tuy nhiên pin Mặt trời silic có một số hạn chế về kinh tế, kỹ thuật.
+ Vật liệu xuất phát là silic tinh khiết nên rất đắt.
Ban đầu là làm từ silic đơn tinh thể dùng trong công nghệ vi điện tử, nhưng giá vẫn là

khá cao.
Đã có những cách dùng silic đa tinh thể, silic vô định hình tuy hiệu suất thấp hơn
nhưng bù lại giá rẻ hơn. Nhưng xét cho cùng thì vật liệu silic sử dụng phải là tinh khiết
nên giá thành rẻ hơn không nhiều.
+ Đối với silic, để đưa electron từ miền hoá trị lên miền dẫn phải tốn năng lượng cỡ
1,1 eV. Vậy năng lượng của photon đến phải bằng hoặc cao hơn 1,1eV một chút là đủ
8
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
để kích thích eletron nhảy lên miền dẫn, từ đó tham gia tạo thành dòng điện của pin
Mặt trời.
Photon ứng với năng lượng 1,1 eV có bước sóng cỡ 1 m tức là hồng ngoại. Vậy
photon có các bước sóng lục, lam, tử ngoai là có năng lượng quá thừa thãi để kích
thích điện tử của Si nhảy lên miền dẫn. Do đó pin Mặt trời Si sử dụng lãng phí năng
lượng Mặt trời để biến ra điện.
+ Còn nhiều lý do nữa, thí dụ photon bị phản xạ, bị hấp thụ… nên hiệu suất của pin
Mặt trời silic chỉ vào cỡ 12 đến 15% nghĩa là chỉ 12 đến 15% năng lượng của Mặt trời
đến là được biến thành năng lượng điện. Hiệu suất không cao, để chế tạo cần nhiều
phương tiện, thiết bị cao cấp, nguyên liệu đầu vào khá đắt tính ra đối với Pin Mặt trời
silic sau khi lắp đặt để có 1 watt điện phải mất cỡ 9 đôla. Tuy rằng một khi đã lắp đặt,
về lý thuyết thì pin Mặt trời silic bền đến 20 năm, không cần nhiên liệu vẫn có điện
nhưng một gia đình muốn có cỡ 3,6 kW điện từ pin Mặt trời phải đầu tư ban đầu
9 x 3600 = 32.000 đô la là một khoản tiền khá lớn (tuy rằng về sau không phải trả tiền
điện). Đó là chưa kể tiền phải tốn cho việc lưu trữ điện vào ắcquy để ban đêm, ngày
âm u tối trời có điện sử dụng.
d. Xu hướng phát triển
- Xu hướng làm pin Mặt trời giá rẻ là một xu hướng nổi bật nhất là trong tình hình khó
khăn về năng lượng truyền thống như than, dầu mỏ, khí đốt…
- Đã có nhiều đề xuất chế tạo pin Mặ trời bán dẫn không phải là Si, mà là CdTe, đặc
biệt là CulnSe

2
sản xuất ra tấm pin theo kiểu liên tục như in báo, sản xuất nhanh…
nhưng chưa hạ được giá thành đáng kể.
Gần đây có một cách làm pin Mặt trời theo kiểu hoàn toàn mới, vật liệu dễ kiếm,
không đòi hỏi thiết bị cao cấp, có rất nhiều hứa hẹn như giới thiệu sau đây.
1.4.2. Pin Mặt trời nhạy cảm chất màu DSC (Dye - sensitized solar cell)
a. Khái quát chung
- DSC là một loại pin Mặt trời mới, giá rẻ, dễ làm. Loại pin này do Michael Gratzel ở
trường Bách khoa Lausane (Thuỵ Sĩ) chế tạo lần đầu vào năm 1991 nên còn có tên là
pin Gratzel.
b. Cấu tạo
9
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
Sơ đồ pin mặt trời DSC
- Cấu tạo nguyên thuỷ của pin DSC gồm ba phần chính (hình 2).
+ Trên cùng là một lớp mỏng chất dẫn điện trong suốt, đóng vai trò anôt làm bằng
oxyt thiếc pha tạp fluo (SnO
2
: F). Lớp này phủ lên tấm thuỷ tinh trong suốt.
+ Tiếp đó là một lớp có diện tích bề mặt rất lớn. Lớp dẫn điện SnO
2
: F và lớp hạt bột
oxyt titan TiO
2
được nhúng vào hỗn hợp chất màu nhạy quang ruthenium - polypyridin
và dung môi. Sau khi nhúng, một lớp mỏng chất màu nhạy quang bám dính vào các
hạt TiO
2
bằng liên kết cộng hoá trị.

+ Tiếp đó mặt sau được tráng bằng một lớp mỏng chất điện ly iôt và đậy kín bằng tấm
điện cực kim loại, thường là platin. Toàn bộ được dán kín sao cho dung dịch không bị
rò chảy ra.
b. Nguyên lý họat động
Pin DSC hoạt động như sau:
- Ánh sáng Mặt trời qua tấm kính, qua lớp điện cực trong suốt SnO
2
: F chiếu vào chất
màu nhạy quang dính trên bề mặt các hạt TiO
2
. Photon kích thích các phân tử chất màu
nhạy quang làm cho electron ở đó bị bứt ra nhảy vào miền dẫn của TiO
2
rồi từ đó dễ
dàng chuyển động chạy về điện cực trong suốt ở phía trên. Khi bị mất electron để nhận
thêm cho phân tử không bị phân huỷ. Phân tử chất màu nhay quang bèn lấy electron
của iôt ở dung dịch điện phân, biến anion iôt một I
-
thành anion iôt ba I
3
-
. Các anion
iôt này khi tiếp xúc với điện cực kim loại sẽ lấy lại electron từ điện cực trong suốt qua
10
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
mạch ngoài chạy về điện cực kim loại. Như vậy đã thực hiện cơ chế photon kích thích
làm cho electron nhảy lên, đến điện cực trong suốt rồi qua mạch ngoài chạy về điện
cực kim loại tạo ra dòng điện.
c. Ưu điểm ,hạn chế

- Nhược điểm của loại pin này là có chứa chất lỏng phải có các biện pháp chống rò rỉ
khi dùng lâu. (Loại pin này tuổi thọ là 10 năm, bằng một nửa tuổi thọ của pin Mặt trời
silic).
+ Vì nhiều lí do, hiệu suất của loại pin này chỉ vào cỡ 11% thấp hơn hiệu suất của pin
Mặt trời silic (12 - 15%).
- Tuy nhiên ưu điểm rõ rệt của loại pin này là:
+ Vật liệu chế tạo rẻ, dễ kiếm. Đặc biệt TiO
2
là chất bột trắng hay dùng để làm sơn
trắng rất phổ biến.
+ Kỹ thuật chế tạo đơn giản, không phải cần máy móc cao cấp đắt tiền như ở trường
hợp pin Mặt trời silic. Thậm chí có thể làm pin mặt trời kiểu này theo cách thủ công.
+ Dễ dàng cải tiến nhiều khâu kỹ thuật, nhất là ứng dụng công nghệ nano để làm bột
TiO
2
có diện tích mặt ngoài cực lớn.
d. Xu hướng phát triển
- Hiện nay đã có nhiều cải tiến đối với chất màu nhạy quang làm cho ánh sáng thuộc
nhiều bước sóng trong phổ ánh sáng Mặt trời đều dễ dàng bị hấp thụ để kích thích làm
thoát điện tử tạo ra dòng điện. Nhờ đó, khác với pin Mặt trời silic, loại pin Mặt trời
mới này vẫn hoạt động tốt khi nắng yếu, đặc biệt là hoạt động với ánh sáng trong nhà.
Đã có các hãng sản xuất pin Mặt trời loại mới này bán để dùng thử, đã có các hãng bán
hoá chất và dụng cụ đặc biệt để bán cho người sản xuất pin Mặt trời này theo phương
pháp thủ công và đang có một nhà máy thử nghiệm sản xuất loại pin mặt trời này dưới
dạng in liên tục từng cuộn, sản lượng 30MW (megaoat) điện Mặt trời hàng năm (dùng
hết pin mặt trời do nhà máy làm ra trong một năm tương dương với nhà máy điện công
suất 30 MW).
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 quay xung quanh quỹ
đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước

Pin năng lượng mặt trời (tạo thành các module hay các tấm 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.
1.5. Kết luận chương 1
11
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
- Về lý thuyết pin mặt trời thì chúng em đã cố gắng tìm hiểu trên mọi phương tiện
thông tin,internet,sách của các tác giả và nhiều bài viết trên mạng.
Tuy nhiên do khả năng nghiên cứu,sư tìm tòi học hỏi của chúng em còn hạn chể nên
còn rất nhiều thông tin của pin mặt trời mà chúng em chưa tìm hiểu hết
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.1 Sơ đồ khối hệ thống
2.2 Chức năng và nhiệm vụ các khối
2.2.1 Pin mặt trời
Pin mặt
trời
Biến đổi
điện áp
Acquy
Mạch nạp
tự động
Khối
nguồn
cung
cấp

Khối
điều
khiển

Hiển thị
LCD
ADC 0804
12
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
- Có nhiệm vụ chuyển đồi tín hiệu ánh sáng mặt trời thành điện năng để đưa ra điện
áp một chiều,rồi lưu trữ vào acquy.
2.2.2 Mạch nạp tự động
a. Sơ đồ nguyên lý trong mạch
b. Nguyên lý mạch nạp
- Giả sử ban đầu acquy hết điện.
+ Lúc này.điện áp acquy nhỏ hơn mức điện áp khống chế trong vi điều khiển ( nhỏ
hơn 10 VDC ) và giá trị điện áp nhỏ hơn 12 VDC thì tín hiệu điều khiển từ vi điều
khiển ở mức logic “ 0 “ sẽ làm cho transistor dẫn.Relay họat động và sẽ hút tiếp điểm
chuyển mạch,acquy được nạp.
- Khi acquy nạp đầy (lớn hơn 12 VDC đã được khống chế trong vi điều khiển thì tín
hiệu điều khiển từ vi điều khiển ở mức logic “ 1 “ sẽ làm cho transistor khóa.Lúc
này,Relay không được cấp nguồn nuôi nên cuộn hút sẽ nhả tiếp điểm chuyển
mạch,ngắt nguồn pin mặt trời với mạch nạp acquy.
- Qúa trình sẽ lập lại khi acquy hết điện.
2.2.3 Acquy DC
a. Khái quát
- Acquy là thiết bị lưu trữ điện.
- Acquy có nhiều loại, kích thước và dung lượng khác nhau, tùy thuộc vào công suất
và đặc điểm của hệ thống pin mặt trời. Hệ thống có công suất càng lớn thì cần sử dụng
ăc-quy có dung lượng lớn hoặc dùng nhiều bình ắc-quy kết nối lại với nhau.
- Hiệu suất của battery chỉ khoảng 85%
b. Cấu tạo của Acquy
13

Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
- Acquy được cấu tạo bởi các điện cực chì. Các bản cực của ắc quy có dạng vỉ lưới
+ Bản cực dương của ắc quy làm bằng ôxít chì (PbO2)
+ Bản cực âm làm bằng chì (Pb)
- Các bản cực dương và âm được bố trí xen kẽ nhau và giữa chúng có các vách ngăn.
+ Các vách ngăn có dạng tấm mỏng, có tính thẩm thấu cao và không được dẫn điện.
- Một ắc quy thường có nhiều ngăn nối tiếp nhau, tuỳ theo điện thế cần cung cấp ắc
quy sẽ có số ngăn khác nhau.
+ Mỗi ngăn của ắc quy chỉ có thể sinh ra điện áp 2.1V - 2.2V, như vậy nếu điện áp ắc
quy là 6V thì có 3 ngăn; nếu điện áp khoảng12V thì phải có 6 ngăn .
c. Qúa trình phóng - nạp điện
* Quá trình nạp điện :
- Muốn nạp điện cho Acquy thì phải nối 2 cực của acquy với 2 cực của nguồn cùng
dấu, nguồn điện có điện áp > điện áp ăc quy. Khi đó có dòng điện đi qua chất điện
phân, axit sẽ bị phân ly.
H2SO4 =>2H + + (SO4)-2
Đồng thời oxit chì trên bản cực tác dụng với axit :
PbO + H2SO4 = PbSO4 + H2O
Trong dung dịch các H+ tiến đến cực âm tạo phản ứng hoá học :
(2H) + PbSO4 = H2SO4 + Pb
14
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
Các (SO4)-2 tiến đến cực dương tạo ra phản ứng :
(SO4)-2 + PbSO4 + 2H2O = PbO2 + 2H2SO4
Như vậy trong quá trình nạp điện tạo ra một lượng axit làm tăng nồng độ của bản cực
âm và dương dần dần khác nhan. Ăc quy được gọi là no khi dung dịch bọt R, đó là bọt
O2 và H2 bị phân tích bay nên.
Kết thúc quá trình nạp thì ắc quy trở lại trạng thái ban đầu: Cực dương gồm:

PbO2, cực âm là Pb.
* Quá trình phóng điện :
- Nếu ta nối 2 cực của ắc quy đã được nạp đầy vào một phụ tải bên ngoài thì lượng
điện tích trữ trong ắc quy sẽ được ắc quy phóng qua phụ tải
- Khi đó xảy ra phản ứng hóa học sau :
+ Tại cực dương: 2PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O + O2
+ Tại cực âm: Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2
=> Phản ứng toàn bình là: Pb+PbO2+2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O
- Quá trình phóng điện kết thúc khi mà PbO2 ở cực dương và Pb ở cực âm hoàn
toàn chuyển thành PbSO4.
Như vậy trong quá trình phóng điện tạo ra H2O và PbSO4 làm loãng nồng độ dung
dịch. Muối PbSO4 sẽ bám vào bề mặt bản cực cản trở quá trình tác dụng của bản cực
với dung dịch. Vì vậy khi phóng điện chỉ cho phép phóng khi điện áp mỗi ngăn
>=1,7V để tránh sunfat chì bám dày vào bề mặt làm cho ắc quy bị hỏng dưới dạng bản
cực bị sunfat hoá.
2.2.4 Khối phân áp
- Sử dụng các điện trở làm mạch phân áp.
a Sơ đồ nguyên lý trong mạch
15
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
b. Tính toán thông số
- Do để hở chân Vref nên chân này sẽ không bị ảnh hưởng của nguồn nuôi,và điện áp
ở chân này bằng 0. Vậy điện áp đầu vào cao nhất qua mạch phân áp được tính theo
công thức :
- Vì điện áp Vin của ADC nằm trong dải điện áp từ 0 – 5 V nên ta tính toán và chọn
giá trị linh kiện.
+ Vậy với điện áp đầu vào biến trở được lấy từ acquy khi acquy đầy ( 13.5 VDC ) và
Vin = 5V khi max,thì ta tính Vin theo công thức Vin = Uv.R17/ ( R13 + R17 )
Khi đó chọn được : R13 = 17 K Ω ; R17 = 10 K Ω

+ Điện áp Vin sẽ được đưa vào ADC 0804.
2.2.5 Khối chuyển đổi tương tự sang số ADC0804
a. Giới thiệu chung
- Chíp ADC 0804 là bộ chuyển đổi tương tự sang số trong họ các loạt ADC 0800 từ
hãng National Semiconductor. Nó cũng được nhiều hãng khác sản xuất, làm việc với
+5V và có độ phân giải là 8 bít.
- Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một yếu tố quan trọng khác khi
đánh giá một bộ ADC.
- Thời gian chuyển đổi được định nghĩa như là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển
một đầu vào tương tự thành một số nhị phân.
- Trong ADC 0804 thời gian chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được
cấp tới chân CLK và CLK IN nhưng không thể nhanh hơn 110µs.
b. Cấu tạo và chức năng
- ADC0804 là một bộ chuyển đổi tương tự số.Gồm có 20 chân
16
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
1. Chân CS/ :
- Là chân chọn chíp,đầu vào tích cực mức thấp được sử dụng để kích hoạt chíp ADC
804.
- Để truy cập ADC 0804 thì chân này phải ở mức thấp.
2. Chân RD/:
- Là nối vào đọc được tích cực mức thấp. Các bộ ADC chuyển đổi đầu vào tương tự
thành số nhị phân tương đương với nó và giữ nó trong một thanh ghi trong RD/ được
sử dụng để nhận dữ liệu được chuyển đổi ở đầu ra của ADC 804.
- Khi CS = 0 nếu một xung cao xuống thấp được áp đến chân RD/ thì đầu ra số 8 bít
được hiển diện ở các chân dữ liệu D0 - D7.
- Chân RD/ cũng được coi như cho phép đầu ra.
3. Chân WR/:
- Là nối vào ghi tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC 0804 bắt đầu quá trình

chuyển đổi.
- Nếu CS = 0 khi WR/ tạo ra xung cao xuống thấp thì bộ ADC 0804 bắt đầu chuyển
đổi giá trị đầu vào tương tự V
in
về số nhị phân 8 bít.
- Lượng thời gian cần thiết để chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đưa đến chân
CLK IN và CLK R. Khi việc chuyển đổi dữ liệu được hoàn tất thì chân INTR được ép
xuống thấp bởi ADC 0804.
4. Chân CLK R / CLK IN :
- Là các nối vào điều khiển xung nhịp
- Chân CLK IN là một chân đầu vào được nối tới một nguồn đồng hồ ngoài khi đồng
hồ ngoài được sử dụng để tạo ra thời gian.
- Tuy nhiên ADC0804 cũng có một bộ tạo xung đồng hồ.
+Để sử dụng bộ tạo xung đồng hồ trong (cũng còn được gọi là bộ tạo đồng hồ riêng)
của ADC0804 thì các chân CLK IN và CLK R được nối tới một tụ điện và một điện
trở. Tần số đồng hồ được tính bằng biểu thức:
17
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
RC1,1
1
f =
Chọn : R = 10kΩ và C= 150pF và tần số nhận được là f = 606kHz và thời gian chuyển
đổi sẽ mất là 110µs.
5. Chân INTR/:
- Là nối ra ngắt,là chân đầu ra tích cực mức thấp.
- Bình thường nó ở trạng thái cao và khi việc chuyển đổi hoàn tất thì nó xuống thấp
để báo cho CPU biết là dữ liệu được chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi.
- Sau khi INTR/ xuống thấp, ta đặt CS = 0 và gửi một xung cao xuống thấp tới chân
RD

lấy dữ liệu ra của 0804.
6. Chân V
in
(+) và V
in
(-):
- Là các đầu vào tương tự vi sai mà V
in
= V
in
(+) - V
in
(-).
Thông thường V
in
(-) được nối xuống đất và V
in
(+) được dùng như đầu vào tương tự
được chuyển đổi về dạng số.
7. Chân V
CC
:
- Là chân nguồn nuôi +5 V, nó cũng được dùng như điện áp tham chiếu khi đầu vào
V
ref/2
(chân 9) để hở.
8. Chân V
ref/2
:
- Là một điện áp đầu vào được dùng cho điện áp tham chiếu.

Nếu chân này hở (không được nối) thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC 0804 nằm
trong dải 0 đến +5 V.
Bảng 3: Điện áp V
ref/2
liên hệ với dải V
in
.
V
ref
/ 2(V) V
in
(V) Kích thước bước(mV)
Hở * 0 đến 5 5/256 = 19.53
2.0 0 đến 4 4/255 = 15.62
1.5 0 đến 3 3/256 = 11.71
1.28 0 đến 2.56 2.56/256 = 10
1.0 0 đến 2 2/256 = 7.81
0.5 0 đến 1 1/256 = 3.90
9. Chân D0÷D7 :
- Là các chân ra dữ liệu số
D7 là bít cao nhất MSB và D0 là bít thấp nhất LSB
Đây là những chân được đệm ba trạng thái và dữ liệu được chuyển đổi chỉ được truy
cập khi chân CS = 0 và chân
RD
bị đưa xuống thấp.
- Để tính điện áp đầu ra ta có thể sử dụng công thức sau:
18
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
buocthuockich

V
D
in
out
=
+ Với D
out
là đầu ra dữ liệu số (dạng thập phân). V
in
là điện áp đầu vào tương tự và độ
phân dải là sự thay đổi nhỏ nhất được tính như là (2 × V
ref
/2) chia cho 256 đối với
ADC 8 bít.
c. Sơ đồ nguyên lý trong mạch
d. Nguyên lý làm việc
- Khi điện áp đầu vào que đo thông qua mạch phân áp sẽ đưa điện áp tới đầu vào Vin
của ADC 0804 sao cho điện áp đầu vào lớn nhất là 5V tương ứng với giá trị thập phân
là 256.
- Khi đó ứng với mỗi giá trị đầu vào của Vin thì ADC sẽ chuyển đổi điện áp dạng
tương tự sang dạng số tương ứng với từng giá trị điện áp theo công thức :
buocthuockich
V
D
in
out
=
- Vì chân Vref để hở nên độ phân dải là 19,53mV
*CÁC BƯỚC CỦA QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỔI.
- Đặt WR =RD=1;

- Bắt đầu biến đổi. Đặt WR=0, trễ( )ms.
- Đặt lại WR=1;
- Phát hiện điểm kết thúc của quá trình biến đổi khi INTR xuống mức thấp. (được sử
dụng bởi ngắt)
- Đặt RD=0 và đọc dữ liệu từ DB0=>DB7.
- Đặt RD=1. => kết thúc chu trình.
2.2.6 Khối điều khiển AT89C52
19
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
a. Cấu tạo
- CPU bao gồm :
+ Thanh ghi tích lũy A
+ Thanh ghi tích lũy phụ B
+ Đơn vị logic học ALU
+ Thanh ghi từ trạng thái chương trình.
+ 4 băng thanh ghi
+ Con trỏ ngăn xếp
- Bộ nhớ chương trình ROM gồm 8Kbyte Flash
- Bộ nhớ dữ liệu RAM gồm 256 byte.
- Bộ UART có chức năng truyền nhận nối tiếp
- 3 bộ Timer/Count 16 bít thực hiện chức năng định thời và đếm sự kiện.
- Khối điều khiển ngắt với 2 nguồn ngắt ngoài và 4 nguồn ngắt trong.
- Bộ lập trình ( ghi chương trình lên Flash ROM ) cho phép người sử dụng có thể nạp
các chương trình cho chíp mà không cần các bộ nạp chuyên dụng.
- Bộ chia tần số với hệ số chia là 12 .
- 4 cổng xuất nhập dữ liệu với 32 chân
b. Chức năng các chân
- Port 0 : từ P0.0 - P0.7
20

Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
+ Gồm 8 chân, ngoài chức năng xuất nhập, port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ
(AD0 – AD7 ).Chức năng này sẽ được sử dụng khi AT89C52 giao tiếp với các thiết bị
ngoài có kiến trúc bus như các vi mạch nhớ, mạch PIO…
- Port 1 :từ P1.0 - P1.7
+ Có chức năng xuất nhập dữ liệu như các Port khác.
+ Và có thể xuất nhập theo bit và theo byte.
- Port 2 :từ P2.0 - P2.7
+ Ngoài chức năng là cổng vào/ra như Port 1 và Port 0,thì Port2 còn là byte cao của
bus địa chỉ khi sử dụng bộ nhớ ngoài.
- Port 3 :từ P3.0 - P3.7
+ Mỗi chân trên Port 3 ngoài chức năng xuất nhập còn có một chức năng riêng, cụ thể
như sau:
Bit Tên Chức năng
P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho Port nối tiếp
P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho Port nối tiếp
P3.2 INT0 Ngắt bên ngoài 0
P3.3 INT1 Ngắt ngoài 1
P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/Counter 0
P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/Counter 1
P3.6 /WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
P3.7 /RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài
- PSEN/: là chân điều khiển đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài.
- ALE: là tín hiệu điều khiển chốt địa chỉ có tần số bằng 1/6 tần số dao động của vi
điều khiển. Tín hiệu ALE được dung để cho phép vi mạch chốt bên ngoài như 7473.
- EA/ : cho phép chọn bộ nhớ chương trình là bộ nhớ trong hay ngoài.
+ EA = 1 thì thực hiện chương trình trong RAM nội.
+ EA = 0 thực hiện ở RAM ngoài.
- RST ( reset ): Ngõ vào reset trên chân số 9.

+ Khi RST = 1 thì bộ điều khiển sẽ được khởi động lại thiết lập bân đầu.
- XTAL1, XTAL2: được nối song song với thạch anh tần số max = 33 Mhz để tạo dao
động cho bộ vi điều khiển.
- Vcc, GND: Cung cấp nguồn nuôi cho bộ vi điều khiển qua chân 20 và 40.
c. Sơ đồ nguyên lý trong mạch
21
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
d. Nguyên lý họat động
- Khi nhận tín hiệu từ ADC đưa đến thì VĐK sẽ thực hiện giải mã và xử lý tín hiệu.
+ Và cấp tín hiệu điều khiển mạch nạp cho acquy
+ Đồng thời,đưa tín hiệu lên hiển thị trên LCD.
2.2.7 Khối hiển thị LCD
a. Cấu tạo và chức năng
22
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
Chân
số
Ký hiệu Mức logic I/O Chức năng
1 Vss - - Nguồn cung cấp (GND)
2 Vdd - - Nguồn cung cấp (+5V)
3 Vee - I Điện áp để điều chỉnh độ tương phản
4 RS 0/1 I Lựa chọn thanh ghi
0= thanh ghi lệnh
1=thanh ghi dữ liệu
5 R/W 0/1 I 0=ghi vào LCD module
1=đọc từ LCD module
6 E 1,1=>0 I Tín hiệu cho phép
7 DB1 0/1 I/O Data bus line 0(LSB)

8 DB2 0/1 I/O Data bus line1
9 DB3 0/1 I/O Data bus line2
10 DB4 0/1 I/O Data bus line3
11 DB5 0/1 I/O Data bus line4
12 DB6 0/1 I/O Data bus line5
13 DB7 0/1 I/O Data bus line6
14 DB8 0/1 I/O Data bus line7(MSB)
15 Vcc - - Nguồn cung cấp
16 GND - - mass
b. Sơ đồ nguyên lý trong mạch
23
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
c. Nguyên tắc hiển thị ký tự trên LCD
- Một chương trình hiển thị ký tự trên LCD sẽ đi theo bốn bước sau:
+ B1: Xóa toàn bộ màn hình.
+ B2: Đặt chế độ hiển thị.
+ B3: Đặt vị trí con trỏ (nơi bắt đầu của ký tự hiển thị).
+ B4: Hiển thị ký tự.
24
Trường: ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐACN2
Khoa: Điện – Điện Tử
Chú ý:
- Các bước 3, 4 có thể lặp lại nhiều lần nếu cần hiển thị nhiều ký tự.
- Mỗi khi thực hiện ghi lệnh hoặc ghi dữ liệu hiển thị lên LCD cần phải kiểm tra cờ
bận trước. Vì vậy, cần phải chủ động phân phối thời gian khi ra lệnh cho LCD (ví dụ
sau khi xóa màn hình sau khoảng 2ms mới ra lệnh khác vì thời gian để LCD xóa màn
hình là 1,64ms).
25