TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ SO SÁNH HIỆU SUẤT THU NĂNG LƯỢNG HAI PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH VÀ TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ
*****

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ
SO SÁNH HIỆU SUẤT THU NĂNG LƯỢNG HAI PHƯƠNG
PHÁP CỐ ĐỊNH VÀ TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG

Họ tên sinh viên: LƯƠNG HOÀNG MINH
Ngành: Điều khiển tự động
Niên khóa: 2007-2011

Tháng 05 / 2011


TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ SO
SÁNH HIỆU SUẤT THEO NĂNG LƯỢNG HAI PHƯƠNG PHÁP CỐ
ĐỊNH VÀ TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG

Tác giả

LƯƠNG HOÀNG MINH

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng kỹ sư ngành
Điều Khiển Tự Động

Giáo viên hướng dẫn:

Ths. LÊ VĂN BẠN

Tháng 05 / 2011
i


TÓM TẮT
Trong bối cảnh nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt và giá thành
của nó ngày càng tăng cao như hiện nay. Nhiều nước trên thế giới đã bắt đầu tiến
hành nghiên cứu và sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời nhằm giảm bớt sự phụ
thuộc của con người vào các nguồn năng lượng truyền thống.
Ở Việt Nam, việc sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời còn nhiều hạn chế về
phạm vi ứng dụng. Tuy nhiên một số tỉnh đã ứng dụng nguồn năng lượng Mặt Trời
để phơi sấy, đun nấu như: Quảng Nam, Cần Thơ, TP Hồ Chí Minh… bước đầu mang
lại hiệu quả nhất định nhưng hiệu suất chưa cao. Với sự có mặt của hệ thống tự động
trong lĩnh vực này chắc chắn sẽ mang lại nhiều hiệu quả hơn.
Trong đề tài này tiến hành khảo sát và thiết kế mô hình tự động điều khiển
thiết bị thu năng lượng Mặt Trời quay theo hướng Mặt Trời, lấy số liệu và so sánh
hiệu suất giữa hai trường hợp khi sử dụng hệ thống tự động và khi đặt cố định.
Cụ thể như sau:
 Tìm hiểu thiết bị thu năng lượng.
 Tìm hiểu và thiết kế mạch điều khiển động cơ điện một chiều điều khiển định
hướng pin Mặt Trời.
 Khảo ngiệm và tiến hành lấy số liệu.
 So sánh hiệu suất khi đặt cố định và khi sử dụng hệ thống.
Kết quả đã chế tạo được mô hình hoạt động khá ổn định. Tuy nhiên, mô hình
chỉ mới dừng lại ở mức thí nghiệm chưa áp dụng vào thực tế.
Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

Th.s Lê Văn Bạn

Lương Hoàng Minh

ii


LỜI CẢM ƠN
Trươc hết con xin chân thành cảm ơn công lao sinh thành, dạy bảo và tất cả
những gì tốt đẹp nhất mà ba mẹ đã dành cho con, cho con có được như ngày hôm
nay.
Và em xin chân thành cảm ơn:
Ban giám hiệu trường Đại Học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh, quý thầy cô Khoa Cơ
Khí Công Nghệ đã tận tình truyền đạt cho em những kiến thức quý giá tronh suốt
thời gian học tập tại trường.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Ths.Lê Văn Bạn đã tận tình hướng
dẫn và giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình làm đề tài.
Cuối cùng em xin cảm ơn các bạn sinh viên lớp DH07TD và bạn bè đã tận tình
giúp đỡ mình trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài này.
Do hạn chế về thời gian và kiến thức nên đề tài không tránh khỏi những thiếu
sót. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và bạn bè để đề tài
được hoàn thiện hơn.
Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn đền tất cả mọi người!

iii


MỤC LỤC
TÓM TẮT ...........................................................................................................................ii

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... iii
MỤC LỤC ..........................................................................................................................iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................................vi
DANH MỤC PHỤ LỤC ................................................................................................. viii
Chương 1 MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề: ............................................................................................................................. 1
1.2 Mục đích của đề tài: .............................................................................................................. 1
1.3 Yêu cầu cảu đề tài: ................................................................................................................ 2

Chương 2 TRA CỨU TÀI LIỆU ...................................................................................... 3
2.1: Tra cứu nguồn năng lượng Mặt Trời: ................................................................................... 3
2.11: Nguồn gốc và bản chất của năng lượng Mặt Trời: ......................................................... 3
2.1.2: Tình hình sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời trên thế giới: ...................................... 3
2.1.3: Nguồn năng lượng Mặt Trời ở nước ta: ........................................................................ 4
2.1.4: Các ưu điểm của việc sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời: ........................................ 7
2.2: Tra cứu các linh kiện sử dụng: ............................................................................................. 8
2.2.1: IC 7805: ......................................................................................................................... 8
2.2.2:Transistor IRF540: ......................................................................................................... 8
2.2.3: Opto PC521: .................................................................................................................. 9
2.2.4 IC 74HC04: .................................................................................................................... 9
2.2.5 IC74HC08: ................................................................................................................... 11
2.2.6 DS1307: ........................................................................................................................ 11
2.3 Tìm hiểu về vi xư lý: ........................................................................................................... 12
2.3.1 Đình nghĩa: ................................................................................................................... 12
2.3.2 Tìm hiểu vi xử lí AVR:................................................................................................. 12
2.3.3 Tìm hiểu mạch nạp cho AVR: ...................................................................................... 13
2.3 Quang trở: ............................................................................................................................ 16
2.4 Bộ hiển thị LCD: ................................................................................................................. 16
2.5: Tìm hiểu động cơ điện một chiều: ...................................................................................... 18
2.6: Một số phương pháp điều khiển thiết bị theo hướng Mặt Trời: ......................................... 18

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN ....................................................... 19
3.1 Phương pháp thực hiện đề tài: ............................................................................................. 19
3.1.1 Chọn phương pháp thiết kế mô hình: ........................................................................... 19
3.1.2 Phương pháp thực hiện phần cơ khí: ............................................................................ 19
3.1.3 Phương pháp thực hiện mạch công suất: ...................................................................... 19
3.1.4 Phương pháp thực hiện mạch điều khiển: .................................................................... 20
3.1.5 Phương pháp viết chương trình điều khiển: ................................................................. 20
3.2: Phương tiện thực hiện đề tài: .............................................................................................. 20

Chương 4 THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ................................................................................... 21
4.1 Thực hiện phần cơ khí: ........................................................................................................ 21
4.1.1 Mô hình tổng thể: ......................................................................................................... 21
4.1.2 Thiết kế khung mô hình:............................................................................................... 22
iv


4.1.3 Thiết kế trục quay: ........................................................................................................ 23
4.1.4 Thiết kế hộp điện: ......................................................................................................... 24
4.1.5 Thiết kế giá đỡ ổ lăn cho trục vít: ................................................................................. 24
4.1.6 Thiết kế giá đỡ động cơ điện ........................................................................................ 25
4.1.7 Thiết kế bộ cảm biến: ................................................................................................... 25
4.1.8 Khung gắn tấm pin năng lượng: ................................................................................... 27
4.1.9 Bánh vít trục vít: ........................................................................................................... 27
4.2 Thực hiện phần điện tử: ....................................................................................................... 28
4.2.1 Sơ đồ mạch cảm biến: .................................................................................................. 29
4.2.2 Sơ đồ mạch cầu H:........................................................................................................ 29
4.2.3 Sơ đồ mạch bảo vệ mạch cầu H: .................................................................................. 30
4.2.4 Sơ đồ mạch vi xử lí:...................................................................................................... 32
4.2.5 Sơ đồ khối:.................................................................................................................... 33

4.2.6 Lưu đồ giải thuật: ......................................................................................................... 34
4.3 Khảo sát lấy số liệu: ............................................................................................................ 35
4.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm: .................................................................................... 35
4.3.2 Phương pháp bố trí tiến hành thí nghiệm, lấy số liệu và cách tính số liệu: .................. 35
4.3.3 Các dụng cụ thí nghiệm: ............................................................................................... 38
4.3.4 Tiến hành khảo sát lấy số liệu: ..................................................................................... 39
4.3.5 Bảng số liệu và tính toán số liệu và nhận xét: .............................................................. 40
4.3.6 Kết luận khảo sát: ......................................................................................................... 46

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................... 47
5.1 Kết luận: .............................................................................................................................. 47
5.2 Đề nghị: ............................................................................................................................... 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................ 50

v


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Tên hình

Trang

Hình 2.1: Bếp năng lượng Mặt Trời ............................................................................... 6
Hình 2.2: Máy nước nóng năng lượng Mặt Trời ............................................................ 6
Hình 2.3: Nhà máy năng lượng Mặt Trời ....................................................................... 7
Hình 2.4: Đèn giao thông dùng năng lượng Mặt Trời.................................................... 7
Hình 2.5: Trạm xe buýt dùng năng lượng Mặt Trời ....................................................... 7
Hình 2.6: Sơ đồ chân 7805 ............................................................................................. 8
Hình 2.7: Sơ đồ chân IRF540 ......................................................................................... 9

Hình 2.8: Sơ đồ chân OPTO PC512 ............................................................................... 9
Hình 2.9: Sơ đồ chân IC74HC04 và IC74HC04 ..........................................................10
Hình 2.10: IC74HC08 và sơ đồ chân IC74HC08 .........................................................11
Hình 2.11: Bảng logic cổng AND ................................................................................11
Hình 2.12: Sơ đồ chân DS1307 ....................................................................................11
Hình 2.13: Mạch nạp theo STK200..............................................................................13
Hình 2.14: Mạch nạp AVR – ISP USB 910 .................................................................14
Hình 2.15: Sơ đồ chân Atmega 8 .................................................................................14
Hình 2.16: Quang trở ....................................................................................................16
Hình 2.17: LCD hiển thị thông số và thời gian ............................................................17
Hình 4.0: Mô hình tổng thể của máy ............................................................................22
Hình 4.1: Khung mô hình ............................................................................................23
Hình 4.2: Chân đỡ chính...............................................................................................24
Hình 4.3: Thanh ngang chính .......................................................................................24
Hình 4.4: Trục quay chính ............................................................................................25
Hình 4.5: Vỏ hộp điện ..................................................................................................25
Hình 4.6: Giá đỡ ổ lăn ..................................................................................................26
Hình 4.7: Giá đỡ động cơ điện .....................................................................................26
Hình 4.8: Bộ cảm biến ..................................................................................................27
Hình 4.9: Khung gắn tấm pin .......................................................................................28
Hình 4.10: Bộ chỉnh độ nghiêng...................................................................................28
vi


Hình 4.11: Bộ truyền động bánh vít trục vít.................................................................29
Hình 4.12: Mạch nguồn + 5v........................................................................................30
Hình 4.13: Sơ đồ mạch cảm biến .................................................................................30
Hình 4.14: Sơ đồ mạch cầu H.......................................................................................30
Hình 4.15: Sơ đồ mạch bảo vệ .....................................................................................31
Hình 4.16: Sơ đổ mạch điều khiển ...............................................................................33

Hình 4.17: Sơ đồ khối mạch điều khiển .......................................................................34
Hình 4.18: Lưu đồ giải thuật ........................................................................................34
.......................................................................................................................................
Hình 4.19: Sơ đồ kết nối pin Mặt Trời và bảng led và acquy ......................................36
Hình 4.20: Thực tế kết nối khi lấy số liệu ....................................................................39
Hình 4.21: Hình pin Mặt Trời 12m x 0.6m ..................................................................39
Hình 4.22: Đồng hồ VOM ............................................................................................39
Hình 4.23: Môđun 1000 led..........................................................................................40
Hình 4.24: Ácquy .........................................................................................................40
Hình 4.25: Hệ thống hoạt động ....................................................................................41
Hình 4.26: Biểu đồ so sánh cọng suất hai trường hợp sau khi khảo sát .......................46

vii


DANH MỤC PHỤ LỤC
 Phụ lục 1: Tổng bức xạ Mặt Trời tổng cộng trung bình ngày trong 12 tháng của
các khu vực trong nước.
 Phụ lục 2: Tổng bức xạ Mặt Trời tổng cộng trung bình ngày trong 12 tháng của
các khu vực trong nước(cal/cm2 ngày)
 Phụ lục 3: Chương trình điều khiển.

viii


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề:
Ngày nay, với sự phát triển không ngừng cùa nền kinh tế thế giới,các nguồn
năng lượng hóa thạch đang bị con người khai thác quá mức và có nguy cơ bị cạn

kiệt, không đáp ứng được nhu cầu của con người. Vì vậy con người đang tìm những
nguồn năng lượng mới để thay thế những nguồn năng lượng truyền thống và năng
lượng Mặt Trời là một trong số đó.
Trong khi các nguồn năng lượng truyền thống đang ngày một cạn kiệt thì ánh
sáng Mặt Trời được xem là nguồn năng lượng thay thế lí tưởng. So với các nguồn
năng lượng khác năng lượng Mặt Trời có ưu thế hơn là vừa sạch vừa rẻ, lại gần như
vô tận. Bởi thế nó sớm được con người nghỉ tới và tìm cách khai thác. Ở nước ta, các
thiết bị thu năng lượng Mặt Trời được sử dụng ngày càng nhiều nhằm phục vụ cho
đời sống và sản xuất như: thiết bị sấy, thiết bị đun nước nóng, thiết bị chưng cất nước
và dàn pin Mặt Trời. Nhìn chung các thiết bị này phù hợp với điều kiện khí hậu và
đặc điểm địa lí nước ta. Thiết bị sấy dùng làm khô các loại nông sản, hải sản hoặc
dược liệu, thiết bị đun nóng được trang bị tại các trường học, bệnh viện hoặc các hộ
gia đình để lấy nước nóng sử dụng, thiết bị chưng cất nước được ứng dụng nhằm
cung cấp nước ngọt cho người dân vùng biển, vùng nước chua phèn cho bộ đội ở đảo
hoặc trong công nghiệp. Vì vậy nước ta đang rất cần nhiều hơn nửa những đề tài
nghiên cứu để sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời đạt hiệu quả cao.
1.2 Mục đích của đề tài:
Tự động điều chỉnh thiết bị thu năng lượng Mặt Trời quay theo hướng Mặt Trời
gồm hai mục đích:
 Làm cho thiết thiết bị thu năng lượng Mặt Trời luôn hướng về phía Mặt Trời,
phát huy tối đa khả năng thu nhận năng lượng

1


 Lấy số liệu và so sánh hiệu suất với trường hợp khi đặt thiết bị nầm cố định
một hướng.
1.3 Yêu cầu cảu đề tài:


Tìm hiểu các thiết bị thu nhận năng lượng Mặt Trời.



Thiết kế mạch điều khiển, mạch công suất, mạch đảo chiều động cơ.



Viết lưu đồ giải thuật, viết chương trình điều khiển cho vi xử lí Atmega8.



Khảo nghiệm, lấy số liệu và so sánh hiệu suất giữa hai trường hợp khi tấm pin
được đặt cố định và khi sử dụng thiết bị tự động định hướng.



Đánh giá hoạt động của mô hình.

2


Chương 2
TRA CỨU TÀI LIỆU
2.1: Tra cứu nguồn năng lượng Mặt Trời:
2.11: Nguồn gốc và bản chất của năng lượng Mặt Trời:
Mặt Trời được xem là một ngôi sao hành tinh cách trái đất 150.000.000 km.
Trong đó trái đất chuyển động xung quanh hành tinh này theo quĩ đạo xác định,
đường kính Mặt Trời lớn hơn 100 lần đường kính trái đất.Mặt Trời là nơi xảy ra
những phản ứng hạt nhân nóng, qua đó khí Hidro biến thành khí Heli tỏa ra một

lượng nhiệt rất lớn. Nhiệt độ ở bề mặt của Mặt Trời lên đến gần 6.000oC. Theo các
nhà nghiên cứu, trạng thái Mặt Trời vẫn không thay đổi trong hàng tỷ năm nữa. Như
vậy, sự tồn tại của năng lượng Mặt Trời gần như vĩnh cửu với sự tồn tại và phát triển
của trái đất.
2.1.2: Tình hình sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời trên thế giới:
Ngày nay, việc sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời đã trở nên phổ biến ở các
nước trên thế giới. Cách đây hàng chục năm, người ta đã biết sử dụng nguồn năng
lượng Mặt Trời một cách có hiệu quả như: phơi, sấy ….. Vào những năm 1978-1980
nước Mỹ đã chi hàng chục tỷ đô la cho các công trình nghiên cứu về nguồn năng
lượng Mặt Trời chủ yếu làm mát và sưởi ấm.
Nhật là một nước nghèo về tài nguyên. Ở nước này có chương trình nghiên cứu rộng
lớn về nguồn năng lượng Mặt Trời như chương trình “ ánh sáng Mặt Trời ”. Đặt
nhiệm vụ cho nước Nhật độc lập nghiên cứu về nguồn năng lượng Mặt Trời. nước
Nhật đã chi ra 3,5 tỷ đô la cho các nghiên cứu phần lớn dành cho ngành quang điện
Hiện nay các nước tiên tiến dùng ánh sáng Mặt Trời tạo năng lượng cho các
vệ tinh, các con tàu vũ trụ qua các tấm pin Mặt Trời (solar sell) bằng silicon và nó đã
chính thức bước vào thời kì thương mại.
Trên các lĩnh vực khác trên thế giới sử dụng năng lượng Mặt Trời vào cuộc
sống con người, nhưng việc sử dụng trên vẫn chưa được rộng rãi. Vì bức xạ Mặt Trời
3


có những đặc điểm riêng và khó khăn về kĩ thuật có liên quan đến việc biến đổi
thành dạng năng lượng khác. Chẳng hạng như bức xạ Mặt Trời khá phân tán, có mật
độ nhỏ thay đổi theo thời gian. Hiệu suất biến đổi năng lượng tia sáng Mặt Trời
thành cơ năng và điện năng bị giới hạng bởi nguyên tử vật lý và nhiệt động học.
2.1.3: Nguồn năng lượng Mặt Trời ở nước ta:
a) Vài nét về nguồn năng lượng Mặt Trời ở nước ta:
Việt Nam ở gần khu vực xích đạo nên có tiềm năng về năng lượng Mặt Trời.
Cường độ bức xạ năng lượng Mặt Trời vào khoảng 1346,8 đến 2153,5 KW/m2/năm,

và số giờ nắng trung bình từ 1.600 – 2.720 giờ/năm, rất thuận lợi việc phát triển và
sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời ( nguồn: khoa học công nghệ 17/02/2005)
Theo chương trình khoa học công nghệ ICC-01 phối hợp với đài thủy văn
TP.HCM đo đạc và khảo sát lượng bức xạ Mặt Trời ở các tỉnh phía nam Việt
Nam,kết quả cho thấy ở các tỉnh phía nam số giờ nắng trung bình một ngày là 6,5
giờ. Tuy nhiên có sự chênh lệch khá lớn ở các địa phương như Cần Thơ, lượng nắng
đạt 6,9 h/ngày, nhưng Đà Lạt chỉ đạt 6,1h/ngày.
Cường độ bức xạ trung bình ngày trong 12 tháng chỉ đạt khoảng 4KW/m2/ngày.
Tồng cường độ bức xạ Mặt Trời tổng cộng trung bình 12 tháng được trình bày
ở phụ lục 1
b) Tình hình phân bố bức xạ và giờ nắng ở nước ta:
Nước ta ở vùng khí hậu nhiệt đới trãi dài từ vĩ độ 230N đến 80N. Chế độ bức
xạ và chế độ nắng khác nhau rõ rệt. Tùy theo điều kiện địa hình và chế độ gió mùa
tạo nên mây mưa của các vùng lãnh thổ khác nhau trong năm.
Nếu tính trung bình thì giá trị tổng bức xạ trên toàn lãnh thổ đạt khoảng 69,8
đến 122,2 KW/m2/năm. Nhưng giá trị này thay đổi theo vùng địa lí và vĩ tuyến.

4


Tổng bức xạ trung bình (KW/m2/năm)

Vùng lãnh thổ
Từ vĩ độ 170N ra Bắc (trừ vùng Tây Bắc)

69,80 – 87,25

Tây Bấc, phía tây dãy Hoàng Liên Sơn

87,25 – 104,70

Từ vĩ độ 170N xuống 140N

87,25 – 104,70

Nam Trung Bộ và Tây Nguyên

104,70 – 122,25

Nam Bộ

90,7 – 104,70
Bảng trích từ tài liệu tham khảo số 13

Về số giờ nắng trong năm cũng thay đổi theo vùng lãnh thổ và theo mùa. Do
đặc điểm địa lí và đặc điểm khí hậu, nước ta có nhiều mây thấp trong thời kì gió mùa
đông xuân nên tổng số giờ nắng trong năm không cao, thấp hơn nhiều so với các
nước vùng vĩ độ. Ở nước ta, số giờ nắng 1000 – 2500 giờ/năm. (Ấn Độ trên 2500
giờ/năm, Bắc Phi và Trung Cận Đông trên 3000 giờ/năm ). Phân bố giờ nắng trong
năm của Việt Nam như sau:
Vùng lãnh thổ

Tổng số giờ nắng trong năm

Miền núi cực Bắc

< 1500 giờ

Tây Bắc và khu 4 cũ trở ra

< 1759 giờ

Trung Nam Bộ

1750 – 2000 giờ

Nam Trung Bộ và Nam Bổ

2000 – 2500 giờ

Bảng trích từ tài liệu tham khảo số 13
c) Tình hình sử dụng nguồn năng lượng ở nước ta hiện nay:
Từ những năm 30 nước ta đã có những kỹ sư chế tạo bếp Mặt Trời và nồi
nước nóng dùng trong gia đình. Trong những năm gần đây, vấn đề nghiên cứu, khai
thác và sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời đang được quang tâm trên cả hai
phương diện nghiên cứu cơ bản và triển khai ứng dụng.
Tính đến năm 1999, trên cả nước đã lắp được 70 thiết bị sấy, 70 thiết bị đun
nóng, 600 dàn pin và hàng loạt thiết bị chưng cất nước tại nhiều khu vực. Những
5


thiết bị này hàng năm đã tạo ra một lượng điện năng đáng kể từ ánh sáng Mặt Trời
cung cấp cho người dân, đồng thời tiết kiệm cho nhà nước hàng tỉ đồng.
d) Một số thiết bị sử dụng năng lượng Mặt Trời hiện nay:

Hình 2.1: Bếp năng lượng Mặt Trời

Hình 2.2: Máy nước nóng năng lượng Mặt Trời

6

Hình 2.3: Nhà máy năng lượng Mặt Trời

Hình 2.4 Đèn giao thông dùng năng lượng Mặt Trời

Hình 2.5 Trạm xe buýt dùng năng lượng Mặt Trời

2.1.4: Các ưu điểm của việc sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời:


Nguồn năng lượng Mặt Trời gần như vô tận.



Đầu tư một lần có thể sử dụng lâu dài.
7




Không làm ô nhiễm không khí.



Không tạo ra hiệu ứng nhà kính.



Không tạo ra phế thải rắn và khí như nguồn năng lượng do than đá, khí đốt

và năng lượng nguyên tử.
2.2: Tra cứu các linh kiện sử dụng:
2.2.1: IC 7805:
Dùng ổn định hiệu điện thế đầu ra 5V
Nguyên lí hoạt động: nếu ta cung cấp vào chân 1 một hiệu điện thế dương
chân 2 một hiệu điện thế âm với hiệu điện thế khoảng 5V đến 25V thì giữa chân 2 và
chân 3 có một hiệu điện thế ổn định là 5V

Hình 2.6: Sơ đồ chân 7805
2.2.2:Transistor IRF540:
Transsistor IRF540 thuộc họ Mosfet, có khả năng đóng ngắt nhanh và tổn hao
cho đóng ngắt thấp. Được sử dụng nhiều cho các ứng dụng công suất nhỏ khoảng vài
KW.
Mosfet đòi hỏi công suất tiêu thụ của mạch thấp, tốc độ kích đóng nhanh, tuy
nhiên mosfet có điện trở khi dẫn điện lớn, do đó công suất tổn hao khi dẫn điện lớn.

8


Hình 2.7: Sơ đồ chân IRF540

Nguyên lí hoạt động: khi cực cổng G được kích với hiệu điện thế từ 0V đến
20V thì cực D và S sẽ thông với nhau cho dòng điện chạy qua.

4
3

2

1

2.2.3: Opto PC521:

PC512
Hình 2.8: Sơ đồ chân OPTO PC512
Nguyên lí hoạt động: khi có dòng điện kích đủ lớn vào chân 1 sẽ làm led phát
sáng, ánh sáng làm cho transistor dẫn điện từ chân 4 xuống chân 3, opto dùng để
cách li hai hiệu điện thế khác nhau nhằm bảo vệ mạch điều khiển, opto dùng nhiều
trong các mạch công suất để cách li giữa mạch điều khiển và mạch công suất.
2.2.4 IC 74HC04:
Đây là dòng IC đảo có sáu cổng logic NOT có tín hiệu ngõ ra sẽ ngược lại với
tín hiệu ở ngõ vào.

9


Hình 2.9: Sơ đồ chân IC74HC04 và IC74HC04

10


2.2.5 IC74HC08:
Đây là IC có bốn cổng logic AND

Hình 2.10: IC74HC08 và sơ đồ chân IC74HC08
INPUT A

INPUT B

OUTPUT Y

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

Hình 2.11: Bảng logic cổng AND
2.2.6 DS1307:
DS1307 là dòng IC thời gian thực real time,dòng IC này có tác dụng tự động
cập nhật ngày tháng năm sau đó giao tiếp với vi xử lí theo chuẩn I2C và vi xử lí sẽ

hiển thi thời gian đó ra led 7 đoạn hoặc LCD.

Hình 2.12: sơ đồ chân DS1307
I2C (inter integrated circuit) là một chuẩn truyền thông do Semiconductor sáng
lập và xây dựng thành chuẩn năm 1990.
11


2.3 Tìm hiểu về vi xư lý:
2.3.1 Đình nghĩa:
Vi điều khiển là một mạch có mật độ tích hợp cao, trong đó có khả năng xử lí
và xuất dữ liệu. Đặc biệt là quá trình xử lí được điều khiển theo một chương trình
gồm các tập lệnh mà người sử dụng có thể thay đổi dễ dàng. Một vi xử lí có thể hiẻu
được vài trăm đến vài ngàn lệnh. Vì vậy, nó có thể thực hiện được nhiều yêu cầu
điều khiển khác nhau.
2.3.2 Tìm hiểu vi xử lí AVR:
So với các vi xử lí điều khiển 8 bits khác, AVR có nhiều đặc tính hơn hẳn và
đặc biệt là về chức năng. Gần như chùng ta không cần mắc thêm bất kì linh kiện phụ
nào khi sử dụng AVR, thậm chí không cần nguồn tạo xung clock cho chip(thường là
khối thạch anh).
Thiết bị nạp chương trình (mạch nạp ) cho AVR rất đơn giản, có loại mạch
nạp chỉ cần vài điện trở có thể làm được. Một số AVR có hổ trợ lập trình on-chip
bằng bootloader không cần mạch nạp...
Bên cạnh lập trình ASM, cấu trúc AVR được thiết kế tương thích với ngôn
ngữ C...
Có thể sử dụng xung clock lên đến 16MHz, hoặc sử dụng xung clock nội lên
đến 8MHz(sai số 3%)
Bộ nhớ chương trình flash có thể lập trình lại rất nhiều lần và dung lượng lớn,
có SRAM (Ram tĩnh) lớn, và đặc biệt có bộ nhớ lưu trữ lập trình được.
Nhiều ngõ ra (I/O PORT) 2 hướng (bi-directional)

8bits, 16 bits timer/couter tích hợp PWM
Các bộ chuyển đổi Analog – Digital phân giải 10 bits, nhiều kênh.
Chức năng Analog comparator.
Giao diện nối tiếp USART (tương thích nối tiếp theo chuẩn RS-232).
Giao diện nối tiếp Two- Wire- Serial (tương thích chuẩn I2C) Master và
Slaver.
12


Giao diện nối tiếp Serial Peripheral Interface (SPI).
2.3.3 Tìm hiểu mạch nạp cho AVR:
Mạch nạp cho AVR co nhiều chuẩn, có thể sử dụng cổng nối tiếp (COM) hay
song song (LPT) của máy tính làm đường nạp. Nhìn chung mạch nạp cho AVR
thường đơn giản, rất dễ làm. Dưới đây là hai loại mạch nạp được xem là đơn giản
nhất.

Hình 2.13: Mạch nạp theo STK200

13


Hình 2.14: Mạch nạp AVR – ISP USB 910
a.

Vi điều khiển Atmega8

Hình 2.15: Sơ đồ chân Atmega 8
Atmega 8 là hệ vi điều khiển 8 bit do ATMEL sàn xuất. Chế tạo theo công
nghệ CMOS, có chất lượng cao, công suất thấp với 8KB FLASH ( flash
programmable and erasable read only memory ) Atmega8 là một vi điều khiển mạnh,

cung cấp một sự linh động cao và ưu thế về chức năng cùng với khả năng chống
nhiễu khá tốt so với các dòng vi điều khiển khác.
14


b.

Các đặc điểm của vi điều khiển Atmega8:


130 lệnh mạnh, hầu hết được thực hiện trong một chu kì xung nhịp.



32 x 8 thanh ghi làm việc đa năng.



Chịu được ghi xóa 10.000 lần.



Bộ chuyển đổi AD 8 kênh 10 bit.



Thạch anh dao động tới 16Mhz



Ba kênh PWM (điều chế độ rộng xung).



Bộ nhớ EPROM 512 byte.



Bộ nhớ Sram 1kb.



Hai bộ đếm, bộ định thời 8 bit.



Có sẳn bộ so sánh tương tự.

c.

Chức năng của các chân:
o

Vcc: điện áp nguồn.

o

GND: Đất

o

Port B (PB0 - PB7): là cổng vào ra 8 bit. Cá chân của cổng có các điện

trở nối lên nguồn dương. Các chân của cổng B ở trạng thái có điện trở cao khi tín
hiệu reset ở mức tích cực hoặc ngay cả khi không có tín hiệu giữ nhịp.
o

Port C (PC0 – PC6 ): là một cổng ra vào 7 bit. Các chân của cổng có

các điện trở nối lên nguồn dương. Các chân của cổng C ở trạng thái có điện trở cao
khi tín hiệu reset ở mức tích cực hoặc ngay cả khi không có tín hiệu giữ nhịp.
o

Port D (PD0 - PD7): là cổng vào ra 8 bit. Cá chân của cổng có các điện

trở nối lên nguồn dương. Các chân của cổng B ở trạng thái có điện trở cao khi tín
hiệu reset ở mức tích cực hoặc ngay cả khi không có tín hiệu giữ nhịp.
o

RST: Là ngõ vào reset. Khi ngõ vào này được đưa lên cao ( trong ít

nhất 2 chu kì máy ), các thanh ghi bên trong vi xử lí được tải những giá trị thích hợp
để khởi động lại hệ thống.
15


o

XTAL1, XTAL2: Lối vào bộ khuếch đại đảo và lối vào mạch tạo xung

nhịp bên trong.
2.3 Quang trở:

Hình 2.16: Quang trở
Quang trở là một loại biến trở mà giá trị thay đổi tùy thuộc vào cường độ ánh
sáng. Khi ánh sáng chiếu vào thì giá trị của điện trở sẽ giảm, ánh sáng càng lớn thì
điện trở sẽ càng nhỏ.

2.4 Bộ hiển thị LCD:

Hình 2.17: LCD 2*4 hiển thị thông số và thời gian.
Bộ hiển thị được sử dụng là LCD 20 x 4 có tổng cộng 16 chân.
Tính năng các chân của LCD:
16