ĐATN “Mô hình điều khiển góc nghiêng pin mặt trời” BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN GÓC NGHIÊNG PIN MẶT TRỜI NGÀNH KỸ THUẬT TỰ ĐỘNG HÓA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ThS VÕ CƯỜNG Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Nguyễn Minh Lâm 1711050281 17DTDA2 Tp Hồ Chí Minh, tháng 0509 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN GÓC NGHIÊNG PIN MẶT TRỜI NGÀNH KỸ THUẬT TỰ ĐỘNG HÓA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN.
GIỚI THIỆU
Tổng quan về đề tài
Năng lượng mặt trời hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và công nghiệp, chủ yếu để cung cấp nhiệt và điện Hệ thống pin mặt trời có hai loại: độc lập và kết nối lưới, lựa chọn tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng và vị trí lắp đặt Hệ thống pin mặt trời độc lập bao gồm các tấm pin mặt trời, bộ biến đổi điện tử DC/DC và DC/AC, cùng với thiết bị điều tiết và lưu trữ năng lượng như bình ắc quy Mỗi thành phần trong hệ thống này có vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của hệ quang điện Đồ án này sẽ trình bày chi tiết về hệ thống pin mặt trời độc lập, đồng thời nghiên cứu nâng cao hiệu suất chuyển đổi của tấm pin bằng cách điều chỉnh vị trí tấm pin để tối ưu hóa khả năng thu nhận ánh sáng mặt trời.
Khái quát về sản phẩm
1.2.1 Chức năng từng phần cứng
1.2.1.1 Thân khung và đế khung
Sản phẩm được chế tạo từ sắt khối, với thiết kế đặt trên mái nhà, do đó cần một khung sắt vững chắc để bảo vệ mô hình khỏi tác động của nắng và gió.
- Phần đế khung phải đảm bảo sự cân bằng của khung không di chuyển, không bị lệch
- Có tác dụng cố định tấm pin giúp xoay tấm pin theo chiều thích hợp
Hình 1 4 Khái quát sản phẩm
4 quang trở Đế khung Động cơ Servo 1
Gối đỡ Ống sắt trơn Động cơ Servo 2 Biến trở
• Điện áp danh định: Udđ = 18V
• Điện áp hở mạch: Ioc = 21,8V
Tuốc năng quạt công nghiệp là một cơ cấu chuyển động sử dụng bánh răng trục vít, chuyển đổi chuyển động ngang thành chuyển động dọc và giảm tốc độ Cơ cấu này chỉ có khả năng tác động từ một đầu, không cho phép tác động ngược lại.
- Tuốc năng quạt trong mô hình này với mục đích giảm tốc chuyển động, tăng sức kéo của động cơ
- Có tác dụng giữ thanh sắt gắn tấm pin mặt trời, giúp thanh sắt chuyển động mượt mà, độ bền cao
Hình 1 7 Cấu tạo bên trong
- Để đo điện áp, nhận tín hiệu và giúp nhận biết tấm pin đang ở vị trí nào, từ đó điều chỉnh góc quay của động cơ
Điện trở quang là loại điện trở có giá trị giảm khi ánh sáng chiếu mạnh Trong điều kiện tối, điện trở thường vượt quá 1M, nhưng khi được chiếu sáng mạnh, giá trị này có thể giảm xuống dưới 100 ôm.
Nguyên lý hoạt động của quang điện trở dựa trên việc ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn, tạo ra các điện tử tự do, dẫn đến sự gia tăng khả năng dẫn điện và giảm điện trở của chất bán dẫn Đặc tính điện và độ nhạy của quang điện trở phụ thuộc vào loại vật liệu được sử dụng trong quá trình chế tạo.
- Là linh hồn của hệ thống: chứa tất cả các linh kiện điện tử, mạch điều khiển và công tắc điều khiển
1.2.1.9 Động cơ Servo 1 và động cơ Servo 2
- Động cơ Servo 1 có tác dụng quay tấm pin theo hướng lên, xuống
- Động cơ Servo 2 có tác dụng quay thân máy theo hướng trái, phải
Hình 1 11 Biểu đồ hoạt động quang trở
1.2.2 Chức năng của phần mềm
• Chân cấp nguồn: VSS (nối nguồn 5V), VDD (nối nguồn 0V), V0 (chỉnh độ tương phản)
• RS: chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” để chọn thanh ghi
• RW: chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân RW với logic “0” để LCD chế độ ghi hoặc nối logic “1” để LCD chế độ đọc
Chân E cho phép chốt xung ký tự (Enable) và các lệnh chỉ được chấp nhận khi tín hiệu được đưa lên bus DB0-DB7 kèm theo một xung cho phép từ chân E.
• A, K: Chân điều khiển đèn nền
LCD có hai chế độ hoạt động là 4 bit và 8 bit Chế độ 4 bit yêu cầu kết nối 7 chân I/O của PIC, trong khi chế độ 8 bit cần 11 chân I/O Trong bài viết này, tôi chọn sử dụng LCD ở chế độ 4 bit.
Giới thiệu tổng quát về đề tài
Đề tài: mô hình điều khiển góc nghiêng pin mặt trời
Hệ thống sẽ hoạt động một trong 2 trạng thái sau:
Hình 1 12 Sơ đồ chân màn hình LCD 16x2
1.3.1 Trạng thái thứ 1: Tự động
Hệ thống năng lượng mặt trời tự động nhận biết ánh sáng ban ngày thông qua quang trở, giúp dò vị trí mặt trời và điều chỉnh tấm pin sao cho vuông góc với tia sáng Khi mặt trời di chuyển, thiết bị sẽ tự động thay đổi hướng để tối ưu hóa việc thu bức xạ.
Vào ban đêm, khi không có ánh nắng, hệ thống sẽ tự động chuyển sang chế độ ban đêm, trở về vị trí gốc đã được cài đặt và giữ nguyên trạng thái đứng im.
1.3.2 Trạng thái thứ 2: Chế độ chỉnh tay
Trong chế độ tay, trạng thái tự động sẽ bị ngắt hoàn toàn, cho phép người dùng điều khiển hệ thống xoay quanh các trục OZ, OX hoặc OY.
✓ Định hướng mặt trời theo bốn hướng Đông Tây Nam Bắc bằng cách sử dụng hai trục
✓ Hiệu suất cao hơn một trục 5%
✓ Linh hoạt trong việc mặt trời có cường độ sáng theo mùa
✓ Chi phí cao hơn so với trục đơn
1.4 Ứng dụng của đề tài trong thực tiễn
Bộ điều hướng pin mặt trời có thể áp dụng vào các hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời phổ biến hiện nay như:
✓ Trạm sạc năng lượng mặt trời: Dùng để sạc pin cho Smartphone, có sẵn dây kết nối microUSB hay Lightning cho các thiết bị Android và iPhone
Ứng dụng pin năng lượng mặt trời cho đèn giao thông mang lại lợi ích lớn cho các phương tiện giao thông chạy bằng năng lượng mặt trời, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
✓ Ứng dụng pin mặt trời là những chiếc đèn năng lượng mặt trời tại đường đi, sân công viên, …
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
Giải pháp về khai thác và ứng dụng pin mặt trời
2.1.1 Ứng dụng chính của năng lượng mặt trời
Năng lượng nhiệt mặt trời là quá trình chuyển đổi bức xạ mặt trời thành nhiệt năng, chủ yếu được sử dụng cho hệ thống sưởi ấm hoặc đun nước, nhằm tạo ra hơi nước để quay tuabin điện.
▪ Điện năng lượng mặt trời: đây là quá trình chuyển đổi năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng sử dụng trong sinh hoạt và sản suất
2.1.2 Các phương pháp thu năng lượng mặt trời
▪ Phương pháp thụ động: là phương pháp sử dụng các nguyên tác thu giữ nhiệt trong cấu trúc vật liệu các công trình xây dựng
Phương pháp chủ động là cách tiếp cận hiện đại, sử dụng các thiết bị đặc biệt để thu thập năng lượng từ bức xạ mặt trời Năng lượng này sau đó được phân phối bằng hệ thống quạt hoặc máy bơm, giúp tối ưu hóa việc sử dụng nhiệt năng lượng mặt trời.
Ứng dụng của năng lượng mặt trời hiện nay
Nhiệt mặt trời là quá trình chuyển hóa năng lượng mặt trời thành cơ năng, chủ yếu được ứng dụng trong các lò sưởi, hệ thống đun nóng, tạo hơi nước và cung cấp nước nóng.
Điện mặt trời là quá trình chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành điện năng, giúp cung cấp nguồn điện thay thế cho lưới điện Hệ thống năng lượng mặt trời không chỉ phục vụ nhu cầu sinh hoạt hàng ngày mà còn hỗ trợ cho hoạt động sản xuất kinh doanh của con người.
Pin năng lượng mặt trời và nguyên lý hoạt động
Pin mặt trời là công nghệ sản xuất điện từ năng lượng mặt trời thông qua thiết bị biến đổi quang điện, với ưu điểm gọn nhẹ và có thể lắp đặt ở bất kỳ nơi nào có ánh sáng mặt trời Hiện nay, pin năng lượng mặt trời đang được ứng dụng để thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống, đặc biệt trong việc cung cấp điện cho những vùng sâu, xa ở Việt Nam, nơi mà lưới điện quốc gia chưa tới Mặc dù có sự hỗ trợ từ các tổ chức quốc tế để xây dựng các trạm pin mặt trời phục vụ nhu cầu sinh hoạt và văn hóa, nhưng giá thành trung bình khoảng 5 USD/WP vẫn khiến pin mặt trời trở thành hàng xa xỉ đối với nhiều quốc gia đang phát triển.
2.3.1 Cấu tạo của pin năng lượng mặt trời gồm 6 thành phần quan trọng:
✓ Các tế bào quang điện mặt trời (Solar sell)
✓ Kính cường lực (có thể dày 3 - 4 m)
✓ Bao bọc – các lớp màng EVA
✓ Tấm nền phía sau Polyme
✓ Hộp kết nối (diot và kết nối)
2.3.2 Cấu tạo pin mặt trời từ tế bào quang điện PV
Tế bào quang điện (tế bào PV) là thành phần chính trong pin mặt trời, giúp chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện một chiều (DC) Hiệu suất của bảng điều khiển năng lượng mặt trời phụ thuộc vào loại tế bào và đặc tính của silicon, trong đó có hai loại chính là silicon đơn tinh thể và đa tinh thể.
Hầu hết các tấm pin mặt trời hiện nay được cấu tạo từ 60 tế bào đơn hoặc đa tinh thể, liên kết với nhau qua các busbar để tạo ra điện áp từ 30-40 V, tùy thuộc vào loại tế bào Các tấm pin lớn hơn, thường được sử dụng trong các hệ thống năng lượng mặt trời thương mại và nhà ở quy mô tiện ích, có thể chứa 72 hoặc 144 tế bào và hoạt động ở điện áp cao hơn Các tiếp điểm điện kết nối các tế bào này, được gọi là thanh cái, cho phép dòng điện chạy qua tất cả các tế bào trong mạch.
Hình 2 1 Cấu tạo pin năng lượng mặt trời
Kính phía trước của pin mặt trời là thành phần quan trọng bảo vệ tế bào PV khỏi thời tiết và tác động từ mưa đá, với kính cường lực dày từ 3.0 đến 4.0mm, chịu được tải trọng cơ học và biến đổi nhiệt độ khắc nghiệt Theo tiêu chuẩn IEC, tấm pin mặt trời phải chịu được tác động của đá mưa đường kính 1 inch di chuyển với tốc độ 60 dặm/giờ Kính cường lực an toàn hơn kính tiêu chuẩn, vỡ thành mảnh nhỏ thay vì các mảnh sắc nhọn Để nâng cao hiệu quả, kính cường lực xuyên thấu với hàm lượng sắt thấp và lớp phủ chống phản xạ thường được sử dụng, giúp giảm phản xạ và cải thiện khả năng truyền ánh sáng.
Khung nhôm là yếu tố quan trọng trong cấu tạo của pin năng lượng mặt trời, giúp bảo vệ các cạnh của tấm kính chứa tế bào quang điện Nó cung cấp một cấu trúc vững chắc để gắn bảng điều khiển năng lượng mặt trời vào vị trí Các phần nhôm ép đùn được thiết kế nhẹ, cứng cáp và có khả năng chịu áp lực lớn, bao gồm tải từ gió mạnh và các lực bên ngoài.
Khung nhôm có thể được sản xuất với hai màu chủ đạo là bạc và đen, tùy thuộc vào nhà sản xuất bảng điều khiển Các phần góc của khung có thể được kết nối bằng cách vặn, ép hoặc kẹp, mang lại độ mạnh mẽ và độ cứng khác nhau cho sản phẩm.
EVA, viết tắt của ethylene vinyl acetate, là một loại polymer trong suốt được sử dụng để bọc các tế bào và giữ chúng ở vị trí chính xác trong quá trình sản xuất Vật liệu EVA nổi bật với độ bền cao và khả năng chịu nhiệt tốt.
Độ ẩm khắc nghiệt ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất lâu dài của pin mặt trời, vì nó giúp ngăn chặn sự xâm nhập của hơi ẩm và bụi bẩn vào cấu trúc của pin.
Việc ghép hai bên của các tế bào PV giúp tạo ra sự hấp thụ sốc, bảo vệ tế bào và dây kết nối khỏi rung động và tác động từ đá mưa đá Sử dụng phim EVA chất lượng cao với liên kết chéo có thể quyết định tuổi thọ của bảng điều khiển, tránh lỗi do thấm nước Trong quá trình sản xuất, các tế bào được lắp đặt với EVA trước khi được lắp ráp vào tấm kính và tấm lưng.
2.3.6 Tấm nền phía sau Polyme
Tấm nền là lớp cuối cùng của pin năng lượng mặt trời, đóng vai trò là hàng rào chống ẩm và bảo vệ cơ học Vật liệu tấm nền thường được làm từ các loại Polymer hoặc nhựa như PP, PET và PVF, mang lại mức độ bảo vệ, ổn định nhiệt và khả năng chống tia cực tím khác nhau Mặc dù tấm nền thường có màu trắng, nhưng nó cũng có thể có màu trong suốt hoặc đen, tùy thuộc vào nhà sản xuất và mô-đun.
Hộp nối là một vỏ bọc chống thời tiết nhỏ nằm ở phía sau của bảng điều khiển
Hộp nối là thiết bị thiết yếu trong cấu trúc pin năng lượng mặt trời, giúp gắn chặt các dây cáp kết nối các bảng Vai trò của hộp nối rất quan trọng, vì nó là điểm trung tâm nơi tất cả các tế bào liên kết, đồng thời cần được bảo vệ khỏi độ ẩm và bụi bẩn.
2.3.8 Đầu nối năng lượng MC4
Trong cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời, các tấm pin được kết nối bằng đầu nối MC4, một loại phích cắm và ổ cắm chịu được thời tiết MC4 là viết tắt của đầu nối đường kính 4 mm đa tiếp xúc, được thiết kế để đảm bảo độ bền và an toàn trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt.
22 chống tia cực tím và duy trì kết nối tốt với điện trở tối thiểu ở cả điện áp thấp và cao đến 1000 V
Các đầu nối MC4 được thiết kế để sử dụng với cáp DC năng lượng mặt trời có đường kính 4 mm hoặc 6 mm, với lõi đồng mạ thiếc đa sợi nhằm giảm thiểu điện trở Để lắp ráp chính xác, cần sử dụng công cụ uốn đặc biệt để kết nối cáp nhiều sợi vào đầu cực bên trong, sau đó lắp ráp vào vỏ đầu nối MC4.
Sử dụng đầu nối năng lượng trong cấu trúc pin mặt trời giúp giảm thiểu nguy cơ cháy nổ và hư hỏng hệ thống Các hình thức hoạt động khác nhau dẫn đến sự đa dạng về loại tấm pin mặt trời, chênh lệch giá cả đáng kể, cũng như ảnh hưởng đến tuổi thọ và sản lượng điện mà chúng tạo ra.
2.3.9 Thành phần tích trữ và bảo vệ năng lượng mặt trời
Pin mặt trời là thiết bị bán dẫn được chế tạo từ silic tinh khiết, chứa nhiều diode p-n, có chức năng chuyển đổi trực tiếp năng lượng mặt trời thành điện năng.
Quy trình công nghệ năng lượng mặt trời
2.4.1 Hệ thống điện mặt trời Điện mặt trời là nguồn điện được chuyển hóa từ ánh nắng mặt trời thông qua các tấm pin năng lượng Dựa trên hiệu ứng quang điện của các chất bán dẫn bên trong tấm pin mặt trời Để khai thác được nguồn năng lượng mặt trời chúng ta kết nối nhiều thiết bị lại tạo thành một hệ thống điện mặt trời Từ đó biến đổi quang năng của mặt trời thành điện năng cung cấp cho quá trình sinh hoạt và sản xuất của con người
2.4.2 Cấu tạo điện mặt trời
Hệ thống pin năng lượng mặt trời, hay còn gọi là pin quang điện, có chức năng thu nhận và chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện năng Các tấm pin mặt trời đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn điện cho toàn bộ hệ thống hoạt động hiệu quả.
Hệ thống sạc năng lượng mặt trời (NLMT) đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời sang ắc quy, giúp ngăn ngừa tình trạng sạc quá tải và xả quá sâu Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất hoạt động của ắc quy mà còn kéo dài tuổi thọ của toàn bộ hệ thống.
▪ Inverter chuyển đổi nguôn điện: Thiết bị inverter có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn điện một chiều của pin mặt trời sang điện xoay chiều sin chuẩn 220v.
Hệ thống ắc quy lưu trữ đóng vai trò quan trọng trong việc giữ nguồn điện, giúp cung cấp năng lượng cho các thiết bị tiêu thụ khi mất điện lưới hoặc khi hệ thống điện mặt trời không sản xuất đủ điện.
Hình 2 4 Sơ đồ hệ thống pin mặt trời
Hệ thống pin năng lượng mặt trời được lắp đặt trên mái nhà hoặc vách tường để tối ưu hóa việc tiếp nhận ánh sáng mặt trời Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào pin, nó sẽ được chuyển đổi thành dòng điện một chiều nhờ hiệu ứng quang điện.
Dòng điện một chiều sẽ được inverter chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều chuẩn 220 V, có cùng công suất và tần số với điện lưới Qua sạc năng lượng mặt trời, hệ thống ắc quy sẽ được sạc đầy và sau đó hòa vào điện lưới quốc gia Hai nguồn điện này sẽ song song cung cấp cho các tải tiêu thụ, nhưng ưu tiên sử dụng điện mặt trời Chỉ khi điện mặt trời không đủ cung cấp, các tải tiêu thụ mới nhận điện từ lưới điện.
✓ Tiết kiệm chi phí hàng tháng cho sinh soạt và sản suất
✓ An toàn, ổn định tuổi thọ cao
✓ Chi phí sửa chữa thấp và bảo trì thấp
✓ Bảo vệ môi trường, giảm bớt ô nhiễm không khí, giảm quá trình hiệu ứng nhà kính
Hình 2 5 Quy trình hệ thống.
Hiện này có nhiều doanh nghiệp đã áp dụng hệ thống này vào trong sản suất như:
Nhà máy điện mặt trời Đa Mi, có công suất 47,5 MW, được xây dựng trên hồ thủy điện Đa Mi tại tỉnh Ninh Thuận Công trình chiếm diện tích 56,65 ha, trong đó 50 ha mặt nước dành cho lắp đặt các tấm pin PV quang điện, và 6,65 ha trên đất liền để xây dựng trạm 110 kV, hai trạm Inverter, cùng với đường dây truyền tải 110 kV dài 3,5 km Dự án bao gồm 143.940 tấm pin năng lượng mặt trời.
Dự án điện năng lượng mặt trời Otrans Logistics, thuộc tập đoàn IREX và đại diện của SolarBK, được triển khai tại Vũng Tàu với công suất đạt 712,8 kWp.
Hình 2 6 Nhà máy điện mặt trời Đa Mi
Hình 2 7 Dự án Otrans Logistics
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
Đối tượng cụ thể
Hệ thống pin năng lượng mặt trời ngày càng phổ biến nhờ vào nhiều lợi ích vượt trội Tuy nhiên, điều quan trọng là cải thiện tính linh hoạt trong việc thu năng lượng từ tấm pin, nhằm nâng cao hiệu suất mà vẫn đảm bảo sự ổn định và chất lượng Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí sản xuất mà còn phù hợp với nhu cầu của mọi đối tượng sử dụng.
Mô hình thiết bị mà tôi hướng tới là dành cho các hộ gia đình nhỏ và chung cư, với thiết kế nhỏ gọn và dễ di chuyển Thiết bị này có khả năng tự điều hướng hoặc điều chỉnh bằng tay thông qua điện thoại, mang lại hiệu suất cao để giảm chi phí năng lượng cho các gia đình Đồng thời, nó còn giúp ngăn chặn hiệu ứng nhà kính, góp phần chống lại sự nóng lên toàn cầu.
3.2 Đề xuất giải pháp Đề tài “Mô hình Điều khiển góc nghiêng pin mặt trời” theo em tìm hiều có 3 giải pháp thiết kế và vận hành mô hình
- Dùng PLC điều khiển toàn hệ thống Ưu điểm: dễ dàng diều khiển, sử dụng ít linh kiện,
Nhược điểm: chi phí cao, có quá nhiều chức năng PLC không cần dùng đến
Sử dụng Arduino UNO để điều khiển mang lại nhiều lợi ích như có sẵn nhiều tài liệu và video hướng dẫn chi tiết, đồng thời chi phí thấp Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm như dễ bị nhiễu tín hiệu và mô hình chuyển động không được mượt mà.
- Dùng Vi điều khiển PIC 16F877 để điều khiển hệ thống Ưu điểm: giúp động cơ di chuyển mượt mà ổn định, chi phí thấp
Nhược điểm: có ít tài liệu liên quan, clip hướng dẫn, đòi hỏi có kiến thức để lập trình Pic
Trong ba giải pháp được đề xuất, tôi quyết định chọn giải pháp 3 để điều khiển mô hình Lý do là tôi muốn áp dụng kiến thức về vi điều khiển mà tôi đã học để cải tiến mô hình, sử dụng các câu lệnh và linh kiện một cách hiệu quả.
3.3 Giới thiệu về Vi điều khiển PIC 16F887
3.3.1 Khái niệm về vi diều khiển PIC
Vi điều khiển, hay microcontroller, là một mạch tích hợp có thể lập trình trên một chip, được sử dụng để điều khiển hoạt động của hệ thống dựa theo các tập lệnh do người lập trình thiết lập.
PIC, viết tắt của "Programmable Intelligent Computer" hay "máy tính thông minh khả trình", hiện nay có nhiều dòng sản phẩm với các module ngoại vi tích hợp như USART, PWM, ADC, và bộ nhớ chương trình dao động từ 512 đến 32.000 từ.
3.3.2 Các dòng Vi điểu khiển
Các kí hiệu của vi điều khiển PIC:
• PIC12xxxx độ dài lệnh 12 bit
• PIC16xxxx độ dài lệnh 14 bit
• PIC18xxxx độ dài lệnh 16 bit
• PIC24xxxx độ dài lệnh 16 bit
• PIC32xxxx độ dài lệnh 16 bit
• C: PIC có bộ nhớ EPROM
• F: PIC có bộ nhớ flash
• LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp
• LV tương tự LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp
3.3.3 Giới thiệu về Vi điều khiển PIC 16F887
Vi điều khiển PIC 16F887 là một thiết bị 40 chân phổ biến trong nhiều dự án và ứng dụng, với 5 cổng từ A đến E Nó được trang bị 3 bộ định thời, bao gồm hai bộ 8 bit và một bộ 16 bit PIC 16F887 hỗ trợ nhiều giao thức giao tiếp như giao thức nối tiếp, song song và I2C, đồng thời cung cấp cả phần ngắt chân phần cứng và ngắt bộ định thời.
Vi xử lý hiện có nhiều loại, từ 4 bit đến 32 bit, trong đó vi xử lý 4 bit đã không còn được sử dụng Mặc dù vi xử lý 64 bit đã ra đời, vi xử lý 8 bit vẫn còn tồn tại và được sử dụng trong một số ứng dụng nhất định.
Các hệ thống điều khiển trong ngành công nghiệp thường sử dụng vi xử lý 8 bit hoặc 16 bit, điển hình như trong hệ thống điện của xe hơi, hệ thống điều hòa không khí và các dây chuyền sản xuất.
Để kết nối các khối thành một hệ thống vi xử lý, người thiết kế cần hiểu rõ về các thành phần vi xử lý, bộ nhớ và thiết bị ngoại vi Hệ thống này khá phức tạp và chiếm nhiều không gian, yêu cầu mạch in và sự hiểu biết sâu sắc về toàn bộ hệ thống Ngoài ra, vi xử lý thường xử lý dữ liệu theo byte hoặc word, trong khi các đối tượng điều khiển trong công nghiệp thường hoạt động theo bit.
Do tính phức tạp của hệ thống, các nhà chế tạo đã kết hợp bộ nhớ và một số thiết bị ngoại vi với vi xử lý để tạo thành một IC gọi là vi điều khiển (Microcontroller).
Hình 3 1 Sơ đồ khối hệ thống PIC 16F887
3.3.3.1 Sơ đồ chân của PIC 16F887:
Hình 3 2 Cấu tạo của PIC 16F887
Hình 3 3 Sơ đồ chân PIC 16F887
Sơ đồ chân của vi điều khiển PIC 16F877 cho thấy chân 11 và 32 được kết nối với nguồn DC 5V, trong khi chân 12 và 31 nối đất Chân 13 và 14 nhận xung clock từ mạch dao động thạch anh hoặc mạch dao rộng RC, và tín hiệu reset được truyền tới chân số 1 33 chân còn lại sẽ kết nối với các module của vi điều khiển, đảm nhận các chức năng khác nhau tùy theo nhu cầu sử dụng.
Cổng Số chân Chân Thanh ghi SFR
Thanh ghi TRISA xác định chức năng của chân cổng A, cho phép người dùng thiết lập chế độ Input hoặc Output bằng cách đưa giá trị vào các bit tương ứng trong TRISA Tương tự, các thanh ghi TRISB, TRISC, TRISD và TRISE cũng thực hiện chức năng tương tự cho các chân cổng khác.
Thanh ghi PORTA cho phép điều khiển và phản ánh trạng thái của các chân cổng A Để thiết lập tín hiệu đầu ra cho các chân cổng A, người dùng chỉ cần nhập giá trị vào các bit tương ứng trên thanh ghi PORTA Khi đọc giá trị từ thanh ghi này, ta có thể biết được trạng thái hiện tại của các chân cổng A Tương tự, các thanh ghi PORTB, PORTC, PORTD và PORTE cũng hoạt động theo cách giống như vậy.
- Thanh ghi PORTB còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên được điều khiển bởi chương trình
3.3.4 ADC của vi điều khiển Pic 16F887
Vi điều khiển Pic 16F887 được trang bị bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ADC 10 bit với 14 kênh, cho phép giao tiếp hiệu quả với các tín hiệu tương tự Mạch ADC này rất hữu ích cho các ứng dụng liên quan đến cảm biến, bao gồm cảm biến nhiệt độ LM35, cảm biến áp suất, cảm biến độ ẩm và cảm biến khoảng cách.
- AN0 – AN13 (analog) là 14 ngõ vào của 14 kênh tương tự được đưa đến mạch đa hợp
Tính toán và chọn động cơ
3.4.1 Vai trò của động cơ
Trong hệ thống điều khiển góc quay pin mặt trời, động cơ chấp hành đóng vai trò thiết yếu, cung cấp năng lượng cho hoạt động của thiết bị Động cơ chấp hành thường hoạt động theo các chế độ khởi động, dừng mô hình hoặc chạy đảo chiều, do đó cần đảm bảo các yếu tố kỹ thuật phù hợp để hoạt động hiệu quả.
• Không có hiện tượng tự quay, tự hãm khi ngắt tín hiệu điều khiển
• Làm việc ổn định trong dãy tốc độ làm việc
• Công suất điều khiển nhỏ
• Dễ điều khiển vô cấp
• Dãy điều khiển tốc độ rộng
• Điện áp khởi động nhỏ
• Kích thước, trọng lượng nhỏ
Động cơ sevor, hay còn gọi là động cơ máy móc chuyên dụng, là thiết bị cung cấp cơ năng cho nhiều thiết bị và dây chuyền trong quy trình sản xuất và chế tạo Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp lực kéo, giúp các dây chuyền và cơ cấu động cơ khác hoạt động hiệu quả.
Động cơ Servo sử dụng từ trường để chuyển đổi điện năng thành cơ năng dưới dạng xoay, nhằm kéo tải Để hoạt động hiệu quả, động cơ Servo cần được kết nối với một cơ cấu chuyển động cơ khí như hệ thống truyền đai, xích hoặc bơm.
Động cơ Servo là một loại động cơ DC đơn giản, được điều khiển để đạt được góc quay cụ thể nhờ vào hệ thống Servomechanism, một hệ thống kiểm soát phản hồi vòng kín điển hình.
Động cơ Servo cung cấp khả năng điều chỉnh chính xác góc cạnh, cho phép xoay đến vị trí mong muốn và dừng lại chờ tín hiệu tiếp theo Khác với động cơ điện tiêu chuẩn, động cơ Servo không quay liên tục khi được cấp nguồn, mà chỉ hoạt động theo lệnh điều khiển.
Mặc dù không thể kiểm soát tiến trình quay của động cơ điện, người dùng có thể điều chỉnh tốc độ quay và bật tắt động cơ Các bộ dụng cụ khởi động Arduino mới dành cho người mới bắt đầu thường được tích hợp trong động cơ, giúp dễ dàng vận hành trong các dự án nhỏ.
• Gear system: Cơ cấu bánh răng
• DC Motor: Động cơ DC
• Control Electronics: Điều khiển điện
• Servo Horn/Arm: Nhánh/Cánh tay Servo
• Potentionmeter: Điện thiết kế phân cực
Hình 3 4 Cấu tạo động cơ Servo
3.4.3 Lựa chọn động cơ Servo
Trong mô hình điều khiển góc quay của pin mặt trời, hai động cơ thực hiện các chức năng khác nhau, hoạt động thông qua bánh răng để tạo lực kéo Chúng được kết nối với tuốc năng quạt công nghiệp và điều khiển bởi module L298N Cả hai động cơ servo kết nối với cơ cấu chuyển động cơ khí của tuốc năng quạt công nghiệp thông qua khớp nối cứng để hoạt động hiệu quả.
- Có vai trò điều khiển tấm pin năng lượng mặt trời
Hình 3 6 vị trí động cơ 1
Hình 3 5 Động cơ kết nối tuốc năng quạt
Dựa vào khối lượng của pin mặt trời khoảng 2kg và thanh sắt tròn D10 có trọng lượng 0.3g/50 cm, cùng với việc sử dụng bánh răng của tuốc năng giảm tốc để tăng sức kéo, chỉ cần sử dụng động cơ Servo với lực kéo 15 kg là đủ.
Chọn động cơ Servo MG995
- ĐC Servo này truyền qua bánh răng của tuốc năng quạt công nghiệp và được nối thẳng vào tấm Pin mặt trời để quay theo 2 hướng Đông và Tây
• Dòng điện cung cấp < 1000 Ma
• Xung yêu cầu: xung vuông điện áp đỉnh từ 3~ 5V
• Sức kéo tại áp 4.8V: 13kg/cm
• Sức kéo tại áp 6.0V: 15kg/cm
• Tốc độ vận hành 4.8V :0.17 sec / 60độ
• Tốc độ vận hành 6.0V :0.13 sec / 60độ
Hình 3 7 Động cơ Servo MG995
- Có vai trò điều khiển phần thân máy
Dựa vào khối lượng của pin mặt trời khoảng 2kg, thanh sắt tròn D10 nặng 0.3g cho mỗi 50 cm và phần thân khung sắt khoảng 10kg, bánh răng của tuốt năng giảm tốc giúp tăng sức kéo Tuy nhiên, do khối lượng phần thân máy khá nặng, nên đã sử dụng động cơ Servo 25 kg để đảm bảo động cơ quay dễ dàng hơn.
Chọn động cơ Servo SPT5525LV-320
Động cơ servo này kết nối với bánh răng của quạt công nghiệp, cho phép điều chỉnh khung đỡ tấm pin mặt trời quay theo hai hướng Bắc và Nam.
Hình 3 8 vị trí động cơ 2
Hình 3 9 Động cơ servo SPT5525LV-320
• Tốc độ vận hành 4,8V: 0,22 sec / 60 °
• Tốc độ hoạt động 6.0V: 0.18 sec/ 60 °
• Sức kéo tại áp 4,8V: 24 kg.cm
• Sức kéo tại áp 6.0V: 26 kg.cm.
Module I2C
Module chuyển đổi I2C cho LCD giúp đơn giản hóa việc kết nối với vi điều khiển, chỉ cần sử dụng 2 chân (SCL, SDA) thay vì 6 chân như trước (RS, EN, D7, D6, D5 và D4) Nó tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay và hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780 như LCD 1602, LCD 2004, giúp tiết kiệm không gian và dễ dàng trong quá trình kết nối.
• Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC
• Hỗ trợ màn hình: LCD16x2, 16x4, 20x4 (driver HD44780)
• Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2)
• Kích thước: 41.5mm (L) x 19mm (W) x 15.3mm (H)
• Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt
• Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD.
Giới thiệu Module điều khiển động cơ LN298N
Module L298N là một chip tích hợp với 2 mạch trong gói 15 chân, có khả năng hoạt động với điện áp danh định cao hơn 50V và dòng điện lớn hơn 2A Điều này khiến L298N trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng công suất nhỏ, đặc biệt là cho các động cơ DC loại vừa và nhỏ.
Chip L298 có 2 mạch cầu H, cho phép điều khiển 2 đối tượng riêng biệt Mỗi mạch cầu H bao gồm đường nguồn Vs chung cho cả 2 mạch và một chân cảm biến dòng ở cuối mạch cầu, chân này không được nối đất mà để trống cho người dùng kết nối.
Điện trở nhỏ được gọi là Sensing Resistor, có chức năng đo điện áp rơi trên điện trở để tính toán dòng điện qua động cơ, từ đó xác định tình trạng quá tải Nếu không cần đo lường, có thể nối chân này với GND, trong khi động cơ sẽ được kết nối với hai chân còn lại.
OUT1, OUT2 hoặc OUT3, OUT4 Chân EN (ENA và ENB) cho phép mạch cầu hoạt động, khi chân này được kéo lên mức cao.
Giới thiệu Module ESP8266 NodeMCU
ESP8266 là một mạch vi điều khiển tích hợp Wifi 2.4 GHz, thường được sử dụng như một module Wifi bên ngoài Nó cho phép lập trình và kết nối dễ dàng với ứng dụng Blynk trên điện thoại, giúp người dùng điều khiển các thiết bị một cách thuận tiện.
Hình 3 12 Sơ đồ chân của ESP8266
• Wifi: 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n
• Điện áp vào: 5V thông qua cổng USB
• Số chân I/O: 11 (tất cả các chân I/O đều có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0)
• Số chân Analog Input: 1 (điện áp vào tối đa 3.3V)
• Giao tiếp: Cable Micro USB (tương đương cáp sạc điện thoại)
• Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2
• Tích hợp giao thức TCP/IP
• Lập trình trên các ngôn ngữ: C/C++, Micropython, …
Giới thiệu Module cảm biến dòng ACS712
Cảm biến dòng điện ACS712 là một IC cảm biến dòng tuyến tính sử dụng hiệu ứng Hall, cung cấp tín hiệu analog Vout biến đổi theo dòng điện DC hoặc AC trong một phạm vi nhất định Tụ điện (Cf) trong mạch có chức năng chống nhiễu và giá trị của nó có thể thay đổi tùy theo mục đích sử dụng.
Hình 3 14 Module cảm biến dòng ACS712
• Thời gian tăng của đầu ra để đỏp ứng với đầu vào là 5às
• Điện trở dây dẫn trong là 1.2mΩ
• Nguồn vận hành đơn là 5V
• Độ nhạy đầu ra từ 63-69mV/A
• Điện áp cách ly tối đa: 2100V(RMS).
Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời Dual USB SOLAR CHARGE
Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời Dual USB Solar Charge Controller LCD 10A tối ưu hóa quá trình sạc Ắc Quy từ pin năng lượng mặt trời, đảm bảo hiệu suất sạc cao nhất Với quy trình sạc thông minh PWM 4 trạng thái, thiết bị giúp bảo vệ Ắc Quy và tự động ngắt khi đầy.
• Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời 10A
• Tích hợp màn hình LCD hiển thị chuyên nghiệp và 2 cổng USB
Hình 3 15 Dual USB SOLAR CHAGE CONTROLLER LCD 10A
• Sử dụng với Ắc Quy Chì 12/24V OPEN, AGM, GEL
• Công suất tải tối đa: 120W
• Quá trình xạc PWM 4 trạng thái
• Có bảo vệ quá dòng, chập mạch tự động.
Giới thiệu phần mềm SOLIDWORKS 2018
Phần mềm thiết kế 3D này cung cấp đầy đủ các tính năng và dễ dàng sử dụng, cho phép người dùng tạo ra mô hình và chi tiết, cũng như thực hiện các lắp ghép Nó tự động chuyển đổi thiết kế sang bản vẽ 2D để phục vụ sản xuất Ngoài ra, phần mềm còn hỗ trợ các công cụ cần thiết để tạo ra bề mặt phức tạp và chi tiết tấm kim loại.
Giới thiệu về phần mềm mô phỏng ROBOTSTUDIO (bản 6.8)
RobotStudio là phần mềm mô phỏng lập trình Robot ABB, giúp người dùng thực hiện các nhiệm vụ như lập trình, đào tạo và tối ưu hóa sản xuất một cách hiệu quả Phần mềm này giảm thiểu rủi ro, rút ngắn thời gian thay đổi và tăng năng suất khởi động, mang lại hiệu quả tốt hơn cho quy trình sản xuất.
RobotStudio cho phép lập trình robot trực tiếp trên máy tính mà không cần sản xuất thực tế Được xây dựng trên phần mềm ABB VirtualController, nó mô phỏng chính xác hoạt động của robot trong môi trường sản xuất Nhờ vào việc áp dụng các chương trình robot thực tế và các tệp cấu hình tương tự như trong cửa hàng, RobotStudio mang đến trải nghiệm mô phỏng thực tế hoàn hảo.
Giới thiệu phần mềm CCS
CCS kế thừa đầy đủ các đặc điểm của ngôn ngữ C, một ngôn ngữ cơ bản và quen thuộc mà sinh viên đã được đào tạo để lập trình cho PIC.
Xây dựng các hảm giúp dễ dàng sử dụng các khối chức năng đặc biệt của vi điều khiển PIC, bao gồm khối ADC, PWM, RS232 và SPI.
Hình 3 17 Giao diện và dự án mô phỏng robot trên Robotstudio
- Có khả năng kết hợp với ngôn ngữ hợp ngữ, tạo sự mềm dẻo trong phát triển ứng dụng
- Khả năng phát triển, nâng cấp ứng dụng là dễ dàng
- Ngày càng được cập nhật với nhiều tín năng ưu việt và hiệu quả hơn.
Giới thiệu phần mềm trên điện thoại App Blynk
- Blynk được thiết kế cho Internet of Things Nó có thể:
• Điều khiển các thiết bị phần cứng từ xa
• Hiển thị dữ liệu cảm biến
- Có 3 thành phần chính trong nền tảng:
• Blynk App: cho phép tạo giao diện cho sản phẩm của bạn bằng cách kéo thả các widget khác nhau mà nhà cung cấp đã thiết kế sẵn
• Blynk Server: chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu trung tâm giữa điện thoại, máy tính bảng và phần cứng
Thư viện Blynk hỗ trợ hầu hết các nền tảng phần cứng phổ biến, cho phép giao tiếp hiệu quả với máy chủ và xử lý tất cả các lệnh gửi đến và nhận từ thiết bị.
• Kết nối với server bằng cách sử dụng: Wifi, Bluetooth và BLE, Ethernet, USB (Serial), GSM.
Giới thiệu phần mềm lập trình Arduino
Arduino sử dụng phần mềm Arduino IDE để lập trình, với ngôn ngữ lập trình mang tên Arduino, được phát triển dựa trên ngôn ngữ C Phần mềm Arduino IDE không chỉ cho phép viết mã mà còn biên dịch và tải chương trình lên board Arduino.
Hình 3 21 Giao diện làm việc
QUY TRÌNH THIẾT KẾ
Thiết kế khung trên phẩn mềm Solidworks
Sử dụng các công cụ đo và vẽ bo góc là bước quan trọng trong thiết kế sản phẩm 3D theo từng “Part” Sau khi hoàn thành các phần riêng lẻ, quá trình lắp ghép sản phẩm hoàn chỉnh sẽ được thực hiện trong giai đoạn Assembly.
4.1.1 Phần đế mô hình (Part 1)
Hình 4 1 Các chế độ của Solidworks
Hình 4 2 Phần đế mô hình
4.1.2 Phần thân mô hình (Part 2)
4.1.3 Phần đầu (Part 3) mô hình
Sau khi vẽ xong các phẩn ta tiến hành lắp ghép:
Hình 4 3 Phần thân mô hình
Hình 4 4 Phần Pin năng lượng mặt trời
Thiết kế mạch của mô hình
4.2.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống
4.2.2 Chức năng của từng khối
Hình 4 5 Mô hình hoàn chỉnh
Hình 4 6 Sơ đồ tổng quát của tín hiệu
• Khối nguồn: Cung cấp điện áp thích hợp cho từng khối để đảm bảo các khối hoạt động ổn định (5VDC)
Khối XLTT (Pic 16F887) nhận dữ liệu từ các khối như CB hướng sáng, CB dòng và áp, CB hướng quay, cùng với Esp8266, sau đó xử lý các tín hiệu này để đưa ra kết quả chính xác.
▪ Truyền tín hiệu cho khối công suất để điều khiển ĐC
▪ Truyền tín hiệu cho khối ESP8266 để hiển thị giá trị dòng điện, điện áp lên App Blynk
• Khối hiển thị (LCD 16x2): nhận tín hiệu từ khối XLTT và hiển thị giá trị dòng điện và điện áp
• Khối cảm biến dòng và áp (ACS712): Đọc giá trị dòng điện đưa về khối XLTT
• Khối công suất (L298N): nhận tín hiệu từ khối XLTT và điều khiển 2 ĐC
• Khối cảm biến hướng quay (biến trở): nhận biết hướng quay của tấm Pin NLMT và đưa về khối XLTT
• Khối cảm biến hướng sáng (quang trở): nhận biết ánh sáng mặt trời theo 4 hướng: Đông, Tây, Nam, Bắc và đưa về khối XLTT
• ĐC Servo: dùng 2 động cơ servo MG 995 và SPT5525LV-320 để điều khiển
• Bộ sạc: bộ sạc NLMT Dual USB Solar Charge Controller LCD 10A
• Pin NLMT: sử dụng pin NLMT loại 20W.
Mạch điều khiển của từng khối mô phỏng trên phần mềm Protus
4.3.1 Khối xử lí trung tâm
- Khối xử lý trung tâm (PIC16F887) nhận dữ liệu từ khối CB hướng sáng, khối
CB dòng và áp, khối CB hướng quay, ESP8266 và xử lý những tín hiệu đó bằng cách:
• Truyền tín hiệu cho khối công suất để điều khiển ĐC
• Truyền tín hiệu cho khối ESP8266 để hiển thị giá trị dòng điện, điện áp lên App Blynk và ngược lại
Hình 4 7 Khối xử lí trung tâm
4.3.2 Khối cảm biến ánh sáng:
Khối cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở để đo cường độ ánh sáng chiếu vào tấm pin Hệ thống này bao gồm bốn quang trở đặt ở các hướng đông, tây, nam và bắc, nhằm so sánh giá trị giữa các quang trở và cung cấp thông tin cho khối XLTT.
4.3.3 Khối CB dòng và áp:
- Khối Cảm biến dòng và áp, đối với dòng sẽ dùng module ASC712 và áp thì sẽ chiết áp từ điện trở
Hình 4 8 Khối cảm biến ánh sáng
Hình 4 9 Khối cảm biến dòng và áp
Để bảo vệ ứng dụng khỏi nguy cơ cháy nổ hoặc hỏng hóc do dòng điện từ tấm pin năng lượng mặt trời 15V, cần sử dụng phương pháp cầu phân áp nhằm giảm điện áp xuống còn 5V.
- Khối ESP8266 dùng giám sát hoạt động của mô hình qua một App điện thoại và hiển thị LCD dòng và áp
- Kết nối với Pic 16F887 bằng 2 cổng truyển thông (tx, rx) tương ứng với chân
- Khối nguồn Adapter dùng nguồn Adapter (5V-5A) cấp nguồn cho mô hình
- Khối hiển thị dùng LCD 16x2, nhận tín hiệu từ khối XLTT và hiển thị giá trị dòng, áp
4.3.7 Khối cảm biến hướng xoay
- Khối cảm biến hướng quay dùng biến trở, nhận biết hướng quay của tấm Pin NLMT và đưa thông tin về khối XLTT
- Khối công suất dùng Module L298N, nhận tín hiệu từ khối XLTT và điều khiển 2 ĐC Servo
Hình 4 13 Khối cảm biến hướng xoay
4.3.9 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
Hình 4 15 Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển
4.3.10 Sơ đồ mạch in điều khiển
4.3.11 Sơ đồ mạch in của quang trở
Hình 4 16 Mạch in điều khiển
Hình 4 17 Mạch in của quang trở
Chương trình điều khiển
4.4.1 Lưu đồ của chương trình điều khiển hệ thống
Hệ thống hoạt động bằng cách kiểm tra biến “tt”; nếu biến này bằng 0, chương trình chính sẽ được khởi động và bắt đầu đọc dữ liệu áp suất Chương trình chính sẽ cho phép hệ thống tự động hoạt động Ngược lại, nếu “tt” bằng 1, hệ thống sẽ bắt đầu nhận dữ liệu từ ESP8266 để điều khiển tay.
Hình 4 18 Lưu đồ chương trình điều khiển hệ thống
4.4.2 Lưu đồ giải thuật của chương trình Arduino cho Module ESP8266
Chương trình khởi tạo các phần cứng cơ bản và chạy ứng dụng Blynk Nếu giá trị “tt1” bằng 1, nó sẽ gửi số 1 để điều khiển lên; nếu “tt1” bằng 2, nó gửi số 2 để điều khiển xuống; nếu “tt1” bằng 3, nó gửi số 3 để điều khiển qua phải.
4 thì gửi số 4 (điều khiển qua trái) trên giao diện app Blynk Ngược lại nếu
Hình 4 19 Lưu đồ giải thuật chương trình Arduino
Nếu "tt1" không đáp ứng các điều kiện đã nêu, kiểm tra "tt51" có bằng 1 hay không; nếu có, gửi số 5 (chạy tay) Nếu "tt51" không bằng 1, tiếp tục kiểm tra "tt52" có bằng 1 hay không; nếu có, gửi số 7 (chạy tự động) Sau khi kiểm tra tất cả các trạng thái, tiếp tục kiểm tra xem "dl" có dữ liệu nào để gửi không Nếu có, kiểm tra nếu "dl" bằng ký tự "r" thì bắt đầu tính dòng điện và gửi lên App; nếu "dl" bằng ký tự "u", thì bắt đầu tính điện áp và gửi lên App Nếu "dl" không phải là một trong hai ký tự đó, quay lại chạy Blynk.
4.4.3 Lưu đồ giải thuật chương trình con 1 (chay_td)
- Chương trình chay_td đọc cảm biến quang trở, điều khiển động cơ chạy theo ánh sáng mặt trời
Chương trình tự động khởi động và đọc các giá trị ADC từ quang trở và biến trở Sau đó, nó tính toán giá trị trung bình giữa các ADC: ADC đông (adcd) và ADC tây (adct) cho trung bình (hdt); ADC tây (adct) và ADC nam (adcn) cho trung bình (htn); ADC nam (adcn) và ADC bắc (adcb) cho trung bình (hnb); ADC bắc (adcb) và ADC đông (adcd) cho trung bình (hbd) Nếu tất cả các giá trị trung bình ADC lớn hơn 450, mô hình sẽ trở về vị trí ban đầu do không còn ánh nắng Nếu hdt nhỏ hơn hnb, giá trị hnb sẽ được cộng thêm một giá trị gh, và nếu tổng vẫn nhỏ hơn hdt, động cơ sẽ được bật đi xuống, ngược lại thì tắt Tương tự, nếu hnb nhỏ hơn hdt, hnb sẽ cộng thêm gh và nếu vẫn nhỏ hơn hdt, động cơ sẽ đi lên, còn nếu bằng hoặc lớn hơn thì tắt Nếu không thỏa mãn các điều kiện, động cơ sẽ tắt và kiểm tra các điều kiện khác Cuối cùng, hbd sẽ được so sánh với hdt để điều khiển động cơ quay trái hoặc phải.
Hình 4 20 Lưu đồ giải thuật chương trình chay_td
4.4.4 Lưu đồ giải thuật chương trình con 2 (doc_adcd)
- Chương trình con “doc_adcd” đọc cảm biến quang trở hướng đông, tính toán giá trị ADC đọc được
Chương trình con “doc_adcd” đầu tiên cài đặt kênh ADC cần thiết và khởi tạo các biến adc=0, i=0 Sau đó, chương trình thực hiện đọc giá trị ADC 10 lần liên tiếp bằng vòng lặp for Khi vòng lặp hoàn thành, giá trị adc vừa đọc được sẽ được chia cho 10 để tính giá trị trung bình, sau đó tiếp tục chia cho 2,046 để tính giá trị adc cuối cùng và gán cho biến adcd Cuối cùng, chương trình kiểm tra giá trị của biến hdt và gửi dữ liệu qua ESP8266 để xử lý và hiển thị.
Adc=0; i=0; i < 10 i ++; adc = adc + read_adc();
Delay_ms(1); adc = adc/10; adc = adc/2.048; adcd = adc;
Hdt < 10 Hdt < 100 Hdt < 1000 printf("d00%ld ",hdt); printf("d0%ld."
,hdt); printf("d%ld.", hdt); end Đúng
Sai Sai Sai Đúng Đúng Đúng
Hình 4 21 Lưu đồ giải thuật chương trình con 2 (doc_adcd)
4.4.5 Lưu đồ giải thuật chương trình con 3 (doc_adct)
- Chương trình con “doc_adct” đọc cảm biến quang trở hướng tây, tính toán giá trị ADC đọc được
Chương trình con “doc_adct” đầu tiên cài đặt kênh ADC và khởi tạo các biến như adc=0, i=0 Sau đó, chương trình thực hiện đọc giá trị ADC 10 lần liên tiếp thông qua vòng lặp for Khi vòng lặp hoàn tất, giá trị “adc” được tính trung bình bằng cách chia tổng giá trị cho 10, rồi tiếp tục chia cho 2,046 để có giá trị “adc” cuối cùng và gán cho “adct” Cuối cùng, chương trình kiểm tra giá trị của biến “hdn” và gửi dữ liệu qua ESP8266 để xử lý và hiển thị.
Hình 4 22 Lưu đồ giải thuật chương trình con 3 (doc_adct)
4.4.6 Lưu đổ giải thuật chương trình con 4 (doc_adcn)
- Chương trình con “doc_adcn” đọc cảm biến quang trở hướng Nam, tính toán giá trị ADC đọc được
Chương trình con “doc_adcn” được thiết lập để cài đặt kênh ADC và khởi tạo các biến như adc=0, i=0 Chương trình sẽ đọc giá trị ADC 10 lần liên tiếp thông qua vòng lặp for (i=0; i
