ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
PBL 3: THIẾT KẾ THIẾT BỊ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN
NHÓM 24.04
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO
MÔ HÌNH ĐIỀU HƯỚNG PIN MẶT TRỜI
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. LÊ HOÀI NAM
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huỳnh Đức
Hồ Sỹ Kỳ
Lớp: 23CDT2 (24.04B)
24CDTLT (24.04B)
PBL3:Solar tracker
1 | P a g e
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN........................................................................................... 5
1.1. Giới thiệu hệ thống................................................................................................5
1.2. Mục tiêu đề tài.......................................................................................................5
1.3. Ứng dụng của hệ thống.........................................................................................6
1.4. Phạm vi và giới hạn đề tài.....................................................................................6
1.5. Ý nghĩa của đề tài..................................................................................................6
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................................7
2.1. Vi điều khiển PIC16F877A...................................................................................7
2.1.1. Giới thiệu chung............................................................................................ 7
2.1.2. Sơ đồ chân.....................................................................................................8
2.2 Các module chính...................................................................................................8
2.2.1. Module UART...............................................................................................8
2.2.2. Mô-đun cảm biến điện áp DC 0–25V............................................................9
2.3. Cảm biến hướng sáng ( Direct sensor ).................................................................9
2.3.1. Nguyên lý hoạt động...................................................................................10
2.3.2. Ứng dụng trong đề tài..................................................................................10
2.3.3. Sơ đồ mạch..................................................................................................11
2.4. Động cơ Servo.....................................................................................................11
2.4.1. Giới thiệu.....................................................................................................12
2.4.2. Hình dạng và cấu tạo...................................................................................12
2.4.3. Đặc điểm kỹ thuật........................................................................................12
2.4.4. Nguyên lý điều khiển...................................................................................13
2.4.5. Ứng dụng trong đề tài..................................................................................13
2.5. Mô-đun hiển thị LCD 16x2.................................................................................13
2.5.1. Giới thiệu.....................................................................................................13
2.5.2. Cấu tạo và sơ đồ chân..................................................................................14
2.5.3. Nguyên lý hoạt động...................................................................................14
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG.................................................15
3.1. Tổng quan quy trình thực hiện............................................................................15
PBL3:Solar tracker
2 | P a g e
3.2. Thiết kế mạch điện..............................................................................................15
3.2.1. Thiết kế mạch khối nguồn...........................................................................15
3.2.2 Thiết kế mạch điều khiển trung tâm.............................................................17
3.3.1. Giới thiệu phần mềm...................................................................................19
3.3.2. Cấu trúc chương trình..................................................................................19
3.3.3. Biểu đồ thuật toán tổng quát........................................................................19
3.4. Mô phỏng và kiểm tra hệ thống trên Proteus......................................................20
3.4.1. Giới thiệu.....................................................................................................21
3.4.2. Nội dung mô phỏng.....................................................................................21
3.4.3. Quy trình thực hiện mô phỏng.....................................................................22
3.4.4. Lợi ích của việc mô phỏng..........................................................................22
3.4.5 Kết quả mô phỏng........................................................................................22
3.5. Thiết kế mạch in PCB.........................................................................................23
3.5.1. Giới thiệu.....................................................................................................23
3.5.2. Quy trình thiết kế PCB................................................................................23
3.5.4. Yêu cầu kỹ thuật..........................................................................................25
3.5.5. Nhận xét.......................................................................................................26
3.6. Chế tạo mạch in (PCB) thủ công 1 lớp...............................................................26
3.6.1. Giới thiệu.....................................................................................................26
3.6.2. Quy trình chế tạo mạch in...........................................................................26
3.6.3. Yêu cầu kỹ thuật..........................................................................................27
3.6.4. Ưu điểm và nhược điểm..............................................................................27
3.6.5. Nhận xét.......................................................................................................28
3.7. Thiết kế giao diện và truyền thông UART..........................................................28
3.7.1. Giới thiệu.....................................................................................................28
3.7.2. Thiết kế giao diện người dùng.....................................................................28
3.7.3. Truyền thông UART....................................................................................29
3.7.4. Nguyên lý truyền nhận dữ liệu....................................................................29
3.7.5. Ưu điểm của hệ thống giao tiếp...................................................................30
3.7.6. Nhược điểm.................................................................................................30
3.7.7. Nhận xét.......................................................................................................30
3.8. Nạp chương trình và chạy trên mạch thực..........................................................30
3.8.1. Giới thiệu.....................................................................................................30
PBL3:Solar tracker
3 | P a g e
3.8.2. Quy trình nạp chương trình.........................................................................30
3.8.3. Kiểm tra hoạt động trên mạch thực.............................................................31
3.8.4. Đánh giá kết quả thực nghiệm.....................................................................31
3.8.5. Một số vấn đề gặp phải................................................................................31
3.8.6. Nhận xét.......................................................................................................32
3.9. Thiết kế mô hình cơ khí bằng Fusion 360...........................................................32
3.9.1. Giới thiệu.....................................................................................................32
3.9.2. Mục tiêu thiết kế..........................................................................................32
3.9.3. Cấu trúc mô hình.........................................................................................32
3.9.4. Quá trình thiết kế trên Fusion 360...............................................................34
3.10. Gia công và lắp ghép mô hình cơ khí...............................................................34
3.10.1. Giới thiệu...................................................................................................34
3.10.2. Vật liệu sử dụng.........................................................................................35
3.10.3. Quy trình gia công.....................................................................................35
3.10.4. Yêu cầu kỹ thuật........................................................................................36
3.10.5. Kết quả đạt được........................................................................................37
3.10.6. Đánh giá.....................................................................................................37
3.10.7. Nhận xét.....................................................................................................37
CHƯƠNG 4: NHẬN XÉT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN..............................................38
4.1. Đánh giá chung về hệ thống................................................................................38
4.2. Ưu điểm của hệ thống.........................................................................................38
4.3. Nhược điểm và hạn chế.......................................................................................39
4.4. Khó khăn trong quá trình thực hiện....................................................................39
4.5. Hướng phát triển đề tài........................................................................................39
4.6. Kết luận...............................................................................................................40
PBL3:Solar tracker
4 | P a g e
LỜI NÓI ĐẦU
Trong bối cảnh nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng gia tăng, đặc biệt là các
nguồn năng lượng sạch và tái tạo, việc nghiên cứu và ứng dụng các hệ thống khai thác
năng lượng hiệu quả đang trở thành xu hướng tất yếu. Trong đó, năng lượng mặt trời là
một trong những nguồn năng lượng tiềm năng, thân thiện với môi trường và có khả
năng ứng dụng rộng rãi trong thực tế.
Tuy nhiên, hiệu suất của hệ thống pin năng lượng mặt trời phụ thuộc rất lớn vào góc
chiếu của ánh sáng. Để tối ưu hóa khả năng thu nhận năng lượng, các hệ thống bám
mặt trời đã được nghiên cứu và phát triển nhằm giúp tấm pin luôn hướng về phía có
cường độ ánh sáng mạnh nhất.
Xuất phát từ yêu cầu đó, đề tài “Thiết kế và chế tạo hệ thống điều hướng pin mặt trời
” được thực hiện với mục tiêu xây dựng một mô hình có khả năng tự động điều chỉnh
theo hướng ánh sáng, đồng thời tích hợp các chức năng đo lường, hiển thị và giám sát.
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm đã vận dụng các kiến thức đã học về vi điều
khiển, điện tử, lập trình nhúng và thiết kế cơ khí để xây dựng một hệ thống hoàn
chỉnh. Cụ thể, hệ thống sử dụng vi điều khiển PIC16F877A làm trung tâm xử lý, kết
hợp với các cảm biến ánh sáng, động cơ servo, LCD hiển thị và giao tiếp với máy tính
thông qua UART.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện, do thời gian và kiến thức còn
hạn chế, đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm rất mong nhận được sự góp ý
của thầy để hoàn thiện hơn trong tương lai.
Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn đã tận tình giúp đỡ và tạo điều
kiện thuận lợi để nhóm hoàn thành đề tài này.