thiết kế bộ điều khiển bám dàn pin theo hướng ánh sáng mặt trời theothời gian thực

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU
Nhu cầu về năng lượng của con người trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển
ngày càng tăng. Trong khi nhiên liệu dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và
ngay cả thủy điện cũng có hạn nên cả nhân loại đang đứng trước nguy cơ thiếu hụt
năng lượng. Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn nhiên liệu mới như hạt nhân, năng
lượng địa nhiệt, năng lượng gió, năng lượng mặt trời... là hướng quan trọng trong kế
hoạch phát triển năng lượng
Việc nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời ngày càng được quan tâm nhất là
trong tình trạng thiếu hụt năng lượng và vấn đề cấp bách về môi trường hiện nay, đây
là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường trữ lượng gần như vô tận. Do vây
năng lượng mặt trời ngày càng được sử dụng rộng dãi nhiều nước trên thế giới.
Là một nước nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa hàng năm nước ta nhận được
một lượng bức xạ mặt trời lớn, cường độ ánh sáng mặt trời trung bình khá cao do đó
việt nam có rất nhiều lợi thế cho việc phát triển công nghệ này tuy nhiên vì điều kiện
kinh tế nước ta chưa phát triển nên công nghệ này còn khá mới mẻ và chưa thực sự
phát triển mạnh ở nước ta để góp phần nhỏ bé của mình vào việc phát triển và phổ biến
công nghệ này tại Việt Nam chúng em đã nghiên cứu và thực hiện đề tài“ thiết kế chế
tạo điều khiển định hướng pin năng lượng mặt trời ”
Là một đề tài chỉ nghiên cứu về một mảng nhỏ trong hệ thống pin mặt trời đó là phần
nâng cao hiệu suất hoạt động của pin năng lượng mặt trời.
Đồ án gồm 2 phần chính
Phần mô phỏng : mô phỏng đặc tuyến của pin mặt trời trên nền Matlab/Simuilk gồm
có: vẽ đăci tuyến volt-ampe của tấm pin mặt trời, khỏa sát sự thay đổi của nhiệt độ và
cường độ ánh sáng tới đặc tuyến của pin
Phần thi công:, thiết kế bộ điều khiển bám dàn pin theo hướng ánh sáng mặt trời theo
thời gian thực

Page 1

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ PIN NĂNG LƯƠNG MẶT TRỜI.
1.1. Pin mặt trời, cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị bán dẫn chứa
lượng lớn các diod p-n, duới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời có khả năng tạo ra dòng
điện sử dụng được.

Hình 1.1 một cell pin mặt trời
1.1.1 Cấu tạo pin mặt trời

Hình 1.2: cấu tạo của tấm pin mặt trời
Cấu tạo của pin mặt trời là một lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có khả năng biến đổi trực tiếp
năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện bên trong. Cho tới
hiện tại thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn) là các silic tinh
thể

.
Khi để trực tiếp dưới ánh sáng mặt trời, một pin silic có đường kính 6 cm có thể sản

xuất dòng điện khoảng 0,5 ampe ở 0,5 volt.
Page 2


Các tấm tinh thể mỏng hình đĩa, được đánh bóng để loại bỏ các khuyết tật trong quá
trình cắt, chất kích thích được dùng cho các pin, và các tấm kim loại dẫn truyền đặt vào một
mặt: một lưới mỏng trên bề mặt chiếu ánh sáng mặt trời, và mặt phẳng trên mặt còn lại. Tấm
năng lượng mặt trời tạo thành từ các pin như vậy cắt theo hình dạng thích hợp, được bảo vệ
khỏi tia bức xạ và hư hại trên mặt trước bằng các miếng gương, dán vào chất nền. Sự liền
mạch được tạo nên thành các dãy song song để quyết định năng lượng tạo ra. Chất keo và
chất nền phải có tính dẫn nhiệt, vì khi các pin được làm nóng khi hấp thụ năng lượng hồng

ngoại, vốn không thể chuyển hóa thành năng lượng. Một khi các pin bị làm nóng thì giảm
hiệu suất hoạt động vì thế nên phải làm giảm thiểu nhiệt năng.
1.1.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 1.3: Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời.

Hình 1.4 sơ đồ hai mức năng lượng

Page 3


Bình thường điện tử chiếm mức năng lượng thấp hơn E1 .Khi chiếu sáng hệ thống,
lượng tử ánh sáng (photon) mang năng lượng hv (h là hằng số Plank và v là tần số ánh sáng)
bị điện tử hấp thụ và chuyển lên mức E2. Phương trình cân bằng năng lượng:
hv = E1-E2

(1.3)

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 hoá trị mà bên trên của nó có năng lượng E V. Vùng năng lượng phía trên tiếp đó
hoàn toàn trống hoặc chỉ bị chiếm một phần gọi là vùng dẫn, bên dưới của vùng có năng
lượng là EC, cách ly giữa vùng hóa trị và vùng dẫn đó gọi là một 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 hoá trị hấp thụ và nó có thể chuyển lên vùng dẫn để trở thành điện tử tự
do e-,lúc này vùng hoá trị sẽ có một lỗ trống có thể di chuyển như “hạt“ mang điện tích
dương nguyên tố (kí hiệu h+). Lỗ trống này có thể di chuyển và tham gia vào quá trình dẫn
điện.

Phương trình hiệu ứng lượng tử:
eV+hv→ e- + h+
Điều kiện để điện tử có thể hấp thụ năng lượng của photon và chuyển từ vùng hoá trị lên
vùng dẫn, tạo ra căp điện tử –lỗ trống là:
hv > Eg = EC - EV
Suy ra bước sóng tới hạn λC của ánh sáng để có thể tạo ra cặp e- - h+ là:
λC = hc/( EC – EV)
Vậy khi chiếu sáng vào vật rắn, điện tử ở vùng hoá trị hấp thụ năng 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.
Page 4


Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời chính là hiện tượng quang điện xảy ra trên lớp tiếp
xúc p-n.

Hình 1.6 Các vùng năng lượng
Khi photon chạm vào mảnh SILIC xảy ra mooti trong hai hiện tượng sau
Photon truyền trực xuyên qua mảnh 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.
Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng
của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn.
Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron trong
màng tinh thể. Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thường được kết dính với
các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa. Khi electron được kích thích, trở thành
dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyển trong bán dẫn. Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1
electron và đó gọi là lỗ trống. Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron của nguyên tử bên
cạnh di chuyển đến điền vào lỗ trống, và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có
"lỗ trống". Cứ tiếp tục như vậy lỗ trống di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn.
Một photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng luợng đủ để kích thích electron lớp

ngoài cùng dẫn điện. Tuy nhiên, tần số của mặt trời thường tương đương 6000°K, vì thế nên
phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi silic. Tuy nhiên hầu hếtnăng
1.2 xây dựng mô hình pin mặt trời
Có thể thấy rằng khi được chiếu sáng, nếu ta nối các bán dẫn p và n của một tiếp xúc
p-n bằng một dây dẫn, thì pin Mặt Trời phát ra một dòng quang điện Iph. Vì vậytrước
hết pin mặt trời có thể xem như một nguồn dòng.
Page 5


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 rò qua nó. Đặt trưng cho dòng rò qua lớp tiếp xúc p-n người ta đưa
vào đại lượng điện trở shunt R sh. Dòng quang điện chạy trong mạch phải đi qua các lớp
bán dẫn p và n, các điện cực, các tiếp xúc,…Đặt trưng cho tổng các điện trở của các lớp
đó là một điện trở RS nối tiếp trong mạch (có thể coi là nội trở của pin mặt trời).

Hinh 2.3 : sơ đồ tương đương pin mặt trời
Hinh trên là sơ đồ tương đương của dàn pin năng lượn mặt trời theo Zhao zheng Ming,
Liu Jian Zheng, Sun Xiao Ying và Li Ji Yong từ sơ đồ tương đương của dàn pin năng
lượng mặt trời ta có phương trình đặc tuyến Volt-Ampere của pin mặt trời là
I = Iph – IS(exp-

(1.6)

Trong đó:
Iph : dòng điện do ánh sáng mặt trời và dàn pin năng lượng mặt trời sinh ra (A)
ID: dòng điện chảy qua DIODE
ISH : dòng điện chạy qua nội trở song song RSH
I: dòng điện chạy qua tải và nội trở nối tiếp RS(A)
IS: dòng điện bão hòa của diode D ( thường lấy IS=8*10^(-4)(A))

Rsh, Rs : là nội trở song song và nội trở nối tiếp của dàn pin năng lượng mặt
trời
V: điện áp trên tải (V)
Page 6


Q: điện tích (C)
N: hệ số mặt ghép p-n trong giàn pin năng lượng mặt trời. Gần đúng có thể lấy N=1
T: nhiệt độ tuyệt đối của bề mặt dàn pin năng lượng mặt trời giá trị của T=300k
K: hệ số Boltzman(J/K)
-

Dòng điện ngắn mạch

Dòng điện ngắn mạch ISC là dòng điện trong mạch của pin mặt trời khi làm ngắn
mạch ngoài tức là lúc này điện áp V=0. Đặt giá trị V=0 vào phương trình đặc U-I ta
được

I = Iph – IS(exp-

(1.7)

Trong điều kiện chiếu sáng bình thường ( không có hội tụ) thì hiệu ứng điện trở nối
tiếp RS có thể bỏ qua, và Id=0 và do đó có thể suy ra:
ISC=Iph=S.α

(1.8)

Trong đó
S: là cường độ ánh sáng

Α: là hệ số tỷ lệ
-

Điện áp hở mạch
Áp hở mạch VOC là hiệu điện thế đo được khi mạch ngoài của pin mặt trời hở

mạch. Khi đó dòng điện mạch ngoài I=0. Đặt giá trị này vào đặc tuyến U_I vá giả thiết
rằng RSH rất lớn ta được điện áp hở mạch như sau
Page 7


Voc= ln( +1)

(1.9)

- Công suất cực đại
Ta xét một tấm pin mặt trời trong điều kiện chuẩn. Trong trường hợp hở mạch, áp ra
của pin mặt trời là áp hở mạch VOC, nhưng dòng I=0 nên công suất của pin P = 0. Trong
trường hợp ngắn mạch, V = 0, I = ISC nên công suất của pin P = 0. Khi mắc tải vào pin
thì giá trị dòng, áp khác 0 hay pin cấp nguồn cho tải với công suất là P.

Hình 2.7 đồ thị V-A và đồ thị công suất của pin mặt trời
Đồ thị trên ta thấy, tại hai điểm đầu cuối của đồ thị V – A ứng với hai điểm I SC
và VOC , P = 0. Điểm công suất cực đại (MPP) nằm gần đoạn gấp khúc của đồ thị V –
A, là điểm mà tại đó tích của giá trị điện áp và dòng điện là cực đại. Giá trị điện áp và
dòng điện tại điểm công suất cực đại được ký hiệu là V m và Im trong tất cả các điều
kiện khảo sát, VR và IR(rated voltage : áp định mức và rated current : dòng định mức)
trông điều kiện khảo sát lý tưởng.

Page 8

Hình 2.8 xác đinh điểm MPP
Một cách khác để hình dung ra được vị trí của điểm công suất cực đại là đi tìm
hình chữ nhật nằm dưới đường đồ thị V – A có diện tích lớn nhất có thể như ở hình 2.
Diện tích của những hình chữ nhật đó chính là công suất ứng với một đỉnh nằm trên
đường đồ thị V – A. trời :
P= V*I = V[ISC- I0 (exp -1)]

(1.11)

Tại điểm công suất cực đại công thức tính công suất của pin mặt
= [ISC- I0 (exp -1)] - I0 exp
Từ công thức trên ta có dòng điện và điện áp tại điểm cưc đại
Im=[ISC- I0 (exp -1)]

(1.12)

Vm =VOC - ln( +1)

(1.13)

**************CODE MATLAB**********************
>> T=28+273;
>> Tr1=40;
>> Tr=((Tr1-32)*5/9)+273;
Page 9


>> S=100;

>> ki=0.00023;
>> Iscr=3.75;
>> Irr=0.00021;
>> k=1.38065*10^(-23);
>> q=1.6022*10^(-19);
>> A=2.15;
>> Eg=1.166;
>> Eg =1.166;
>> Np=4;
>> Ns=60;
>> V0=[0 : 1 : 300];
>> Iph=(Iscr+ki*(T-Tr))*(S/100);
>> Irs=Irr*((T/Tr)^3)*exp(q*Eg/(k*A)*((1/Tr)-(1/T)));
>> I0=Np*Iph-Np*Irs*(exp(q/(k*T*A)*V0./Ns)-1);
>> P0=V0.*I0;
>> V1=20;
>> figure(1)
>> plot(V0,P0);
>> axis([0 35 0 400]);
>> xlabel ('DIEN AP (V)');
Page
10


>> ylabel ('CONG SUAT (P)');
>> title ('DAC TINH P-U ');
>> grid on;
******************** THE
END*******************************************************
•

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Đặc tuyến von- ampe của hệ thống pin mặt trời ở nhiệt độ và cường độ ánh sáng
chuẩn

 Để kháo sát sự phụ thuộc của pin mặt trời vào cường độ ánh sáng ta lần lượt thay

cường độ ánh sáng ở những giá trị khác nhau ta được kết quả mô phỏng sau

Page
11


Đặc tuyến U-I của pin mặt trời khi cường độ ánh sáng thay đổi

Đặc tuyến U-P của pin mặt trời khi cường độ ánh sáng thay đổi
Qua các đặc tuyến biểu diễn ở hình trên ta thấy rằng cường độ I cung cấp cho tải sẽ
giảm tuyến tính theo cường độ ánh sáng nghĩa là ánh sáng càng tăng dòng càng lớn
Page
12


 Để khảo sat sự thay đổi của nhiệt độ tới đường đặc tuyến U-I của hệ thống ta cũng

lần lượt cho giá trị nhiệt độ thay đổi sau khi khảo sát ta dược đặc tuyến sau

Đặc tuyến U- của pin mặt trời khi nhiệt độ thay đổi

Đặc tuyến U-P của pin mặt trời khi nhiệt độ sáng thay đổi
Từ đặc tuyến trên ta nhận thấy rằng khi nhiệt độ tăng cao thì điện áp giảm khá lớn và

dòng điện tăng lên nhưng lượng tăng lên không đáng kể
Việc khảo sát sự phụ thuộc của nhiệt độ và cường độ ánh sáng vào đặc tuyến của pin
mặt trời giúp ta có thể tính toán và điều chỉnh câc thông số ảnh hưởng để làm sao thu được
điểm công suất cự đại của tấm pin
Page
13


Từ đồ thi đặc tuyến ta có thể thiết kế các bài điều khiển phù hợp để có thể nâng cao hiệu
suất của tấm pin tới mức tối đa
Trong đồ án này để nâng cao hiệu suất cho tấm pin chúng em thiết kế thuật toán điều khiển
bám tấm pin theo mặt trời, dựa vào thời gian thực để bám theo sự di chuyển của mặt trời
trong một ngày.

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG CHO MODUL
PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
2.1 đặt vấn đề
Trong hệ thống pin mặt trời thành phần quan trọng nhất là giàn pin tùy thuộc vào công
suất mà giàn pin có kích thước khác nhau từ 0.5m 2 tới hàng trăm m2 . Việc định hướng pin
mặt trời là công việc được quan tâm đặc biệt vi nó ảnh hưởng đến điện năng mà giàn pin
sản suất ra trong hằng ngày. Về mặt lý thuyết để thu được năng lượng mặt trời một cách
triệt để tức là làm cho năng lượng mặt trời chiếu vào dàn pin là tối đa tại mọi thời điểm
Page
14


vào ban ngày thì phải làm cho dàn pin mặt trời luôn hướng về phía mặt trời do vậy ta phải
thiết kế một hệ thống có thể tự động quay dàn pin bám theo hướng di chuyển của mặt trời
để nhận được lược bức xạ là cực đại.
2.2 ý tưởng thiết kế và cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế

Hình 4.2 mô hình hệ thống thiết kế trên phần mềm inventer
2.2.1 ý tưởng thiết kế
Ta sẽ thiết kế mạch bám pin mặt trời theo thời gian thực. Tính theo tọa độ địa lý tại vị trí
tỉnh Hưng Yên với vĩ độ: 20°36′-21°01′ bắc, kinh độ: 105°53′-106°17′ Đông vào những
ngày tháng 6 thì cứ 3 phút mặt trời lại quay một góc 0.7 độ. Vậy cứ một tiếng mặt trời
chuyển động trên mặt trời một góc 15 độ. Từ cơ sở này ta định góc quay tấm pin theo thời
gian thực.

2.2.2 Cơ sở lý thuyết
a. tổng quan về PIC 16F877A

Page
15


hình 2.2.2 sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F887A
PIC16F887 là vi điều khiển 8-bit có kiến trúc Harvard của Microchip có những thông số
kỹ thuật như sau:
Clock hoạt động tối đa 20MHz.
Chu kỳ máy bằng bốn lần chu kỳ xung clock.
Chip có nhiều dạng vỏ khác nhau, loại chip được sử dụng trong đề tài là
loại 40 chân PDIP.Điện áp hoạt động rộng từ 2V đến 5.5V.
Bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình tách biệt nhau, bus địa chỉ cũng như bus dữ liệu
là riêng biệt. Bộ nhớ chương trình Flash 8K ô nhớ cho phép ghi 100,000 lần. Mỗi ô nhớ có
14 bit. Bộ nhớ dữ liệu RAM có 512 Byte gồm các thanh ghi chức năng đặc biệt và các thanh
ghi đa mục đích. Ngoài ra PIC16F887 được tích hợp 256 Byte EEPROM cho phép ghi đến
1,000,000 lần.
35 chân I/O của 5 port điều khiển là PortA, PortB, PortC, PortD, PortE. Bộ chuyển đổi
ADC 10-bit với 14 kênh.

3 bộ timer. Bộ timer0 8-bit, bộ timer1 16-bit và bộ timer2 8-bit. Module Capture,
Compare và PWM
Module Enhanced USART hỗ trợ RS-485, RS-232.

Page
16


PIC 16F887 có 3 loại bộ nhớ: ROM, RAM, EEPROM. Tất cả chúng đều có đặc điểm, tổ
chức và chức năng đặc thù.
Rom: PIC 16F887 có 8 Kb flash rom
EEProm: giống như bộ nhớ chương trình, dữ liệu chứa trong EEProm được lưu vĩnh cửu
thậm chí khi mất nguồn điện. không giống Rom, dữ liệu trong Eeprom có thể thay đổi theo
hoạt động của vi điều khiển.
Ram: đây là bộ nhớ thứ 3 và cũng là 1 phần trong bộ nhớ vi điều khiển, nó gồm 2 phần:
thanh ghi dùng chung và thanh ghi có chức năng đặc biệt (SFR), tất cả thanh ghi đều được
chia thành 4 bank thanh ghi.

Page
17


2.2.3 sơ đồ các bank nhớ

b. chuẩn giao tiếp I2C

Hình 2.1 giao thức I2C
Giao thức ưu tiên truyền thông nối tiếp được phát triển bởi Philips

Semiconductor

và

được gọi là bus I2C
Đường bus thực hiện truyền thông nối tiếp I2C gồm hai đường là đường truyền dữ liệu
nối tiếp SDA và đường truyền nhịp xung đồng hồ nối tiếp SCL. Vì cơ chế hoạt động
là đồng bộ nên nó cần có một nhịp xung tín hiệu đồng bộ. Các thiết bị hỗ trợ I2C đều có
Page
18


một địa chỉ định nghĩa trước, trong đó một số bit địa chỉ là thấp có thể cấu hình. Đơn vị
hoặc thiết bị khởi tạo quá trình truyền thông là đơn vị Chủ và cũng là đơn vị tạo xung
nhịp đồng bộ, điều khiển cho phép kết thúc quá trình truyền. Nếu đơn vị Chủ muốn
truyền thông với đơn vị khác nó sẽ gửi kèm thông tin địa chỉ của đơn vị mà nó muốn
truyền trong dữ liệu truyền. Đơn vị Tớ đều được gán và đánh địa chỉ thông qua đó đơn vị
Chủ có thể thiết lập truyền thông và trao đổi dữ liệu. Bus dữ liệu được thiết kế để cho phép
thực hiện nhiều đơn vị Chủ và Tớ ở trên cùng Bus

Hình 2.3 mô hình master-slave
Quá trình truyền thông I2C được bắt đầu bằng tín hiệu start tạo ra bởi đơn vị
Chủ. Sau đó đơn vị Chủ sẽ truyền đi dữ liệu 7 bit chứa địa chỉ của đơn vị Tớ mà
nó muốn truyền thông, theo thứ tự là các bit có trọng số lớn nhất MSB sẽ được
truyền trước. Bit thứ tám tiếp theo sẽ chứa thông tin để xác định đơn vị Tớ sẽ thực
hiện vai trò nhận (0) hay gửi (1) dữ liệu. Tiếp theo sẽ là một bit ACK xác nhận bởi
đơn vị nhận đã nhận được 1 byte trước đó hay không. Đơn vị truyền (gửi) sẽ
truyền đi 1 byte dữ liệu bắt đầu bởi MSB. Tại điểm cuối của byte truyền, đơn vị
nhận sẽ tạo ra một bit xác nhận ACK mới. Khuôn mẫu 9 bit này (gồm 8 bit dữ
liệu và 1 bit xác nhận) sẽ được lặp lại nếu cần truyền tiếp byte nữa. Khi đơn vị
Chủ đã trao đổi xong dữ liệu cần nó sẽ quan sát bit xác nhận ACK cuối cùng rồi

sau đó sẽ tạo ra một tín hiệu dừng STOP để kết thúc quá trình truyền
thông.
b. IC thơì gian thực
IC thời gian thực là họ vi điều khiển của hãng DALLAS. DS1307 có một số
đặc trưng cơ bản sau:
DS1307 là IC thời gian thực với nguồn cung cấp nhỏ dùng để cập nhật thời
gian và ngày tháng. SRAM :56bytes Địa chỉ và dữ liệu được truyền nối tiệp qua 2
Page
19


đường bus 2 chiều. DS1307 có môt mạch cảm biến điện áp dùng để dò các điện
áp lỗi và tự động đóng ngắt với nguồn pin cung cấp 3V.
DS1307 có 7 byte dữ liệu nằm từ địa chỉ 0x00 tới 0x06, 1 byte điểu khiển,
và 56 byte lưu trữ ( dành cho người sủ dụng ). Địa chỉ của DS1307là 0xD0.

Hình 4.2 mạch kết nối IC thời gian thưc DS1307
Cơ chế hoạt động : 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 thực thi.
DS1307 là một IC thời gian thực với nguồn cung cấp nhỏ, dùng để cập nhật
thời gian và ngày tháng với 56 bytes 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 dạng 24h
hoặc 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.
DS 1307 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 thực thi.
c. Thuật toán giao tiếp I2C với vi điều khiển PIC16F877A
Page
20


Điều kiện START và STOP
START và STOP là những điều kiện bắt buộc phải có khi một thiết bị chủ
muốn thiết lập giao tiếp với một thiết bị nào đó trong mạng I2C. START là điều
kiện khởi đầu, báo hiệu bắt đầu của giao tiếp, còn STOP báo hiệu kết thúc một
giao tiếp. Hình 11 mô tả điều kiệnSTART và điều kiện STOP khi giao tiếp I2C
giữa DS1307 với Vi Điều Khiển.

Hình2.3.4: Điều kiện START và STOP.
Ban đầu khi chưa thực hiện quá trình giao tiếp, cả hai đường SDA và SCL
đều ở mức cao (SDA = SCL = HIGH). Lúc này bus I2C được coi là “rỗi” (“bus
free”), sẵn sàng cho một giao tiếp. Hai điều kiện START và STOP là không thể
thiếu trong việc giao tiếp giữa các thiết bị I2C, tất nhiên là trong giao tiếp này
cũng không ngoại lệ.
Điều kiện START: một sự chuyển đổi trạng thái từ cao xuống thấp trên
đường SDA trong khi đường SCL đang ở mức cao (cao = 1; thấp = 0) báo hiệu
một điều kiện START
Page
21


Điều kiện STOP: Một sự chuyển đổi trạng thái từ mức thấp lên cao trên đường
SDA trong khi đường SCL đang ở mức cao.
Cả hai điều kiện START và STOP đều được tạo ra bởi thiết bị chủ. Sau tín

hiệu START, bus I2C coi như đang trong trạng thái làm việc (busy). Bus I2C sẽ
rỗi, sẵn sàng cho một giao tiếp mới sau tín hiệu STOP từ phía thiết bị chủ.
Sau khi có một điều kiện START, trong qua trình giao tiếp, khi có một tín
hiệu START được lặp lại thay vì một tín hiệu STOP thì bus I2C vẫn tiếp tục trong
trạng thái bận. Tín hiệu START và lặp lại START đều có chức năng giống nhau
là khởi tạo một giao tiếp.

Chế độ hoạt động

Hình
3.4.2 giản đồ
xung SCL và
SDA

DS1307 có thể hoạt động ở hai chế độ
Ở chế độ slave nhận (chế độ DS1307 ghi ): chuỗi dữ liệu và chuỗi xung
clock sẽ được nhận thông qua SDA và SCL. Sau mỗi byte được nhận thì 1 bit
ACKnowledge sẽ được truyền. Các điều kiện START và STOP sẽ được nhận dạng
khi bắt đầu và kết thúc truyền 1 chuỗi, nhận dạng địa chỉ được thực hiện bởi phần
Page
22


cứng sau khi chấp nhận địa chỉ của slave và bit một chiều.
Chế độ slave phát ( chế độ DS1307 đọc ): byte đầu tiên slave nhận được
tương tự như chế độ slave ghi. Tuy nhiên trong chế độ này thì bit chiều lại chỉ
chiều chuyền ngược lại. Chuỗi dữ liệu được phat đi trên SDA bởi DS1307 trong
khi chuỗi xung clock vào chân SCL.

Hình

2.3.5

các

chế độ hoạt
động
DS1307

2.2.3 Thiết kế phần cứng
2.2.3.1 sơ đồ khối hệ thống

Page
23

của


Hình 2.3.7 sơ đồ khối toàn hệ thống
2.2.3.1 thiết kế khối nguồn

Hình 2.3.7 sơ đồ khối nguồn
Khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp điện áp một chiều 5v, và 12v chất lượng tốt cho main
chip, và mạch điều khiển động cơ
Page
24


2.2.3.2 thiết kế khối mạch xử lý trung tâm

Hình 2.3.7 sơ đồ main chip

Main chip điều khiển để điều khiển toàn bộ quá trình giao tiếp I2C với chip thời gian thực
cũng như hiển thị thời gian lên LCD và phát ra tín hiệu điều khiển quay động cơ thong qua
hệ thống relay
Main chip trong đồ án này sử dụng chip vi điều khiển 16F877A cúa hãng microchip, chip
hoạt đông được với điện áp chuẩn 5v, bộ tạo dao động là thạch anh 20MHz.
Các chân của chip được sử dụng như sau:
Portb gồm chân RB6, RB7 để đóng ngắt role đảo chiều động cơ chân RB2,RB2 để điều
khiển cho chân LCD
PortC gồm hai chân RC3,RC4 là hai chân giao tiếp I2C với chip thời gian thực
PortD gồm các chân D4, D5, D6, D7 là chân xuất dữ liệu hiển thị LCD
2.2.3.3 khối mạch hiển thị
Page
25