Thiết kế hệ thống diệt côn trùng sử dụng năng lượng mặt trời

41 18 0
  • Loading ...
1/41 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 03/10/2018, 21:07

LỜI CẢM ƠN Kính thưa q thầy cơ! Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu thầy cô trường, đặc biệt thầy cô khoa Công nghệ Tự động hóa trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông, tận tình dạy, truyền đạt kiến thức tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập vừa qua Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Đức Long thầy cô, anh, chị dành nhiều thời gian, công sức, quan tâm theo dõi, tận tình hướng dẫn, đợng viên nhắc nhở em hoàn thành tốt đề án Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn đến tất bạn bè người thân xung quanh đợng viên, giúp đỡ em q trình học tập Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2018 Sinh viên Lê Đăng Thắng LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan tồn bợ nợi dung báo cáo em tự tìm hiểu nghiên cứu sự định hướng thầy giáo hướng dẫn Nội dung báo cáo không chép vi phạm quyền từ cơng trình nghiên cứu Nếu lời cam đoan không đúng, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước pháp luật Thái Nguyên, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực đồ án Lê Đăng Thắng MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI NĨI ĐẦU Xung quanh ln tồn loại côn trùng, đặc biệt loại côn trùng có hại Chúng phá hoại mùa màng, mang mầm bệnh gây ảnh hưởng xấu đến người Thiết bị diệt côn trùng có hại dùng lượng mặt trời đời giải pháp cho vấn đề đặt Thiết bị có thể diệt loại trùng có kích thước vừa nhỏ Điều đặc biệt thiết bị sử dụng pin lượng mặt trời để tái tạo điện áp cung cấp cho ắc quy dự trữ nên không phụ thuộc vào địa lý khoảng cách với nguồn điện lưới Với ưu điểm tính mẻ em chọn đề tài “Thiết kế chế tạo thiết bị diệt côn trùng có hại dùng lượng mặt trời” để tạo sản phẩm góp phần hưởng ứng việc sử dụng lượng bảo vệ môi trường Bài báo cáo gồm chương: Chương I: Cơ sở lý thuyết tổng quan hệ thống Chương II: Phân tích thiết kế hệ thống Chương II: Kết luận hướng phát triển CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1 Tổng quan arduino 1.1.1 Giới thiệu chung Arduino một mã nguồn mở điện tử tạo thành từ phần cứng phần mềm.Về mặt kĩ thuật có thể coi Arduino một bộ điều khiển logic có thể lập trình Đơn giản hơn, Arduino thiết bị có thể tương tác với ngoại cảnh thông qua cảm biến hành vi lập trình sẵn Với thiết bị việc lắp ráp điều khiển thiết bị điện tử dễ dàng hết Hiện có nhiều loại vi điều khiển đa số lập trình ngơn ngữ C/C++ Assembly nên khó khăn cho người có kiến thức sâu điện tử lập trình Nó trở ngại cho người muốn tạo riêng cho mợt món đờ mang tính cơng nghệ Song Arduino giải vấn đề Arduino phát triển nhằm đơn giản hóa việc thiết kế, lắp ráp linh kiện điện tử lập trình vi điều khiển người có thể tiếp cận dễ dàng với thiết bị điện tử mà không cần nhiều kiến thức điện tử thời gian Nhưng mạnh Arduino so với tảng vi điều khiển khác: - Chạy đa tảng: Việc lập trình Arduino có thể thực hệ điều hành khác Windows, Mac Os, Linux Desktop, Android di động - Ngôn ngữ lập trình đơn giản dễ hiểu - Mã ng̀n mở: Arduino phát triển dựa nguồn mở nên phần mềm chạy Arduino chia sẻ dễ dàng tích hợp vào tảng khác - Mở rộng phần cứng: Arduino thiết kế sử dụng theo dạng modul nên việc mở rộng phần cứng dễ dàng - Đơn giản nhanh: Rất dễ dàng lắp ráp, lập trình sử dụng thiết bị - Dễ dàng chia sẻ: Mọi người dễ dàng chia sẻ mã nguồn với mà không lo lắng ngơn ngữ hay hệ điều hành sử dụng Arduino chọn làm bộ não xử lý nhiều thiết bị từ đơn giản đến phức tạp Trong số đó có một vài ứng dụng thực sự chứng tỏ khả vượt trội Arduino chúng có khả thực nhiều nhiệm vụ phức tạp Hình 1: Bo mạch arduino nano  Một số ứng dụng nổi bật của Arduino: Máy in 3D: Một c̣c cách mạng khác âm thầm định hình nhờ vào Arduino, đó sự phát triển máy in 3D nguồn mở Reprap Máy in 3D công cụ giúp tạo vật thể thực trực tiếp từ file CAD 3D Công nghệ hứa hẹn nhiều ứng dụng thú vị đó có cách mạng hóa việc sản xuất cá nhân Hình 2: Máy in 3D Makerbot điều khiển bằng Arduino Mega2560 Robot: Do kích thước nhỏ gọn khả xử lý mạnh mẽ, Arduino chọn làm bộ xử lý trung tâm nhiều loại robot, đặc biệt robot di động Hình 3: Robot di động tránh vật cản dùng Arduino nano camera CMUCam Điều khiển ánh sáng: Các tác vụ điều khiển đơn giản đóng ngắt đèn LED hay phức tạp điều khiển ánh sáng theo nhạc tương tác với ánh sáng laser có thể thực với Arduino Hình Ambilight với Arduino Ngoài còn nhiều ứng dụng khác sử dụng Arduino để điều khiển Arduino có nhiều modul modul phát triển cho một ứng dụng.Về mặt chức bo mạch Arduino chia thành hai loại: loại bo mạch có chip Atmega loại mở rợng thêm chức cho bo mạch Các bo mạch giống chức năng, nhiên mặt cấu số lượng I/O, dung lượng bợ nhớ, hay kích thước có sự khác Một số bo mạch có trang bị thêm tính kết nối Ethernet Bluetooth Các bo mở rộng chủ yếu mở rộng thêm một số tính cho bo mạch ví dụ tính kết nối Ethernet, Wireless, điều khiển đợng 1.1.2 Cấu trúc phần cứng Cấu trúc chung Arduino Nano một bo mạch vi điều khiển dựa chip ATmega168 ATmega 328 Cấu trúc chung bao gồm: - 14 chân vào tín hiệu số, đó có chân có thể sử dụng để điều chế đợ rợng xung - Có chân đầu vào tín hiệu tương tự cho phép kết nối với bợ cảm biến bên ngồi để thu thập số liệu - Sử dụng một dao động thạch anh tần số dao động 16MHz - Có một cổng kết nối chuẩn USB để nạp chương trình vào bo mạch một chân cấp nguồn cho mạch, một nút reset - Nó chứa tất thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển, nguồn cung cấp cho Arduino có thể từ máy tính thơng qua cổng USB từ bộ nguồn chuyên dụng biến đổi từ xoay chiều sang một chiều nguồn lấy từ pin - Hình Cấu trúc phần cứng của Arduino Nano  Thông số kỹ thuật của Nano:  Khối xử lý trung tâm vi điều khiển Atmega328  Điện áp hoạt động 5V  Điện áp đầu vào khuyến nghị 7-12V  Điện áp đầu vào giới hạn 6-15V  Dòng điện một chiều chân vào 40mA  Dòng điện một chiều cho chân 3.3V 50mA  Clock Speed 16 MHz  Flash Memory 16 Kb (ATmega 168) 32 Kb (ATmega 328), SRAM Kb (ATmega 168) Kb (ATmega 328), EEPROM 512 bytes (ATmega 168) Kb (AT mega 328)  Vi điều khiển trung tâm 10 Mạch nguồn nuôi 5V dùng IC ổn áp loại chân, họ 78xx Ở dùng IC 7805 nên mức áp cho chân OUT 5V có độ ổn định tốt Khi dùng loại IC ổn áp này, bên tải, tức bên ngả Trong mạch dùng tụ điện để dập tượng dao đợng tự kích IC Hiện tượng tự kích, tải thiếu tụ, làm cho mức áp ngả dao động tần thấp, lúc lên cao lúc xuống thấp 78xx dòng IC ổn định điện áp dương đầu với điều kiện đầu vào luôn lớn đầu khoảng 2V Ứng dụng: bộ ng̀n họ IC 78xx 79xx sử dụng nhiều mạch nguồn tạo điện áp ổn định đầu Hình 26: Sơ đồ cấu trúc mạch bên của 7805 1.11 Pin lượng mặt trời Tấm pin lượng mặt trời hay còn gọi pin quang điện cấu tạo từ nhiều tế bào quang điện (solar cell) Với diện tích bề mặt lớn, pin lượng mặt trời thu thập ánh nắng mặt trời chuyển hóa thành điện 27 Nguyên lý hoạt động: Tấm pin lượng mặt trời thiết bị có chức chuyển hóa quang thành điện dựa khả phát điện tử (electron) ánh sáng chiếu vào vật chất hiệu ứng quang điện Hiệu suất pin mặt trời phụ tḥc vào cơng nghệ chế tạo, điều kiện khí hậu, hướng lắp đặt, góc nghiêng chất lượng tế bào quang điện Hình 27: Hình dáng tấm pin lượng mặt trời 1.12 Ắc quy Ắc quy hay nguồn điện thứ cấp loại pin có thể tái sử dụng nhiều lần cần nạp điện cho chúng cách cắm điện vào bộ sạc để sạc Dựa cấu tạo người ta phân làm nhiều loại ắc quy khác Mỗi loại ắc quy lại phân nhiều loại điện áp tùy vào mục đích sử dụng người dùng Trong hệ thống sử dụng ắc quy khô loại 12V 28 hình 28: ắc quy 12v 29 CHƯƠNG II PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỚNG Ý tưởng hình thành bài tốn: Xây dựng mơ hình thiết bị diệt trùng có hại dùng lượng mặt trời Hệ thống sử dụng bóng đèn ánh sáng màu đỏ để thu hút loại côn trùng ưa ánh sáng nhiệt độ ấm đến Khi đến gần bóng đèn côn trùng bị quạt hút hút vào thiết bị ngã xuống nước đặt bên khiên côn trùng bị chết Hệ thống hoạt động khoảng thời gian cài đặt trước vào ban đêm để nâng cao hiệu tiết kiệm lượng việc kết hợp với module IC thời gian thực Ắc quy sạc tự động yếu tự ngắt đầy nhờ mạch điện khối sạc pin lượng mặt trời Khi ắc quy yếu hệ thống nhận biết không tiếp tục cấp điện cho tải hoạt động thõa mãn điều kiện hoạt động khác 2.1 Xác định yêu cầu Các yêu cầu chức phi chức hệ thống quản lý vào bao gồm:  Yêu cầu chức - Chức hoạt động dựa theo thời gian thực cài đặt sẵn - Có hệ thống tự động sạc ắc quy yếu ngắt đầy - Có mạch báo ắc quy yếu để ngắt tải bảo vệ ắc quy  Yêu cầu phi chức năng: - Hệ thống chạy ổn định, xác - Dễ dàng lắp đặt, triển khai thiết bị - Hệ thống có bảo vệ chập cháy cạn kiệt ắc quy 30 2.2 Giải pháp thiết kế phần cứng Hình 28: Hình ảnh sơ đồ khối hệ thống Khối điều khiển trung tâm có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu từ khối thời gian thực khối cảm biến ắc quy yếu Từ đó tính tốn xuất tín hiệu điều khiển hệ thống hoạt đợng phù hợp Khối sạc ắc quy tự động có tác dụng nạp điện cho ắc quy 31 2.3 Thiết kế và thực thi Hình 29: Hình ảnh sơ đồ nguyên lý tồn bợ hệ thớng Hình 30: Sơ đờ khới điều khiển tải của hệ thống Nguyên lý hoạt động: Khi có tín hiệu mức từ khối điều khiển xuất làm cho điốt phát quang bên cách ly quang phân cực thuận phát sáng Ánh sáng phát kích thích transistor thu quang làm bão hòa dẫn dòng điện từ nguồn ắc quy qua hai cực transistor, qua điện trở hạn dòng kích thích transistor Q3 Khi transistor dẫn đóng 32 rơ le lại cấp nguồn cho tải Hệ thống bắt đầu làm việc Điốt D5 có tác dụng chống lại dòng điện ngược cảm ứng sinh việc đóng ngắt cuộn dây rơ le gây hại đến linh kiện khác có mạch Hình 31: Sơ đồ khối nhận biết ắc quy yếu Nguyên lý hoạt động: Điện áp từ cực dương ắc quy trích cho qua ốt zener 9V Điốt zener 9V phân cực ngược tạo ghim áp 9V điốt Nếu điện áp lớn 9V xuất dòng điện chạy qua điốt, qua trở hạn dòng R1 đến kích chân B transistor Q1 Trasistor Q1 dẫn thông kéo mức áp 0V lên chân bộ vi điều khiển arduino Arduino nhận biết lúc ắc quy còn khỏe sẵn sàn hoạt động cho tải cần Nếu điện áp ắc quy thấp 9V không có dòng điện chạy qua điốt zener Lúc ko có dòng điện kích transistor Q1 khơng dẫn thơng Chân C transistor Q1 nối với trở treo lên nguồn dương 5V tạo áp mức đến chân vi điều khiển Vi điều khiển nhận biết trạng thái để không cấp nguồn cho tải, bảo vệ ắc quy 33 Hình 32: Sơ đồ khối nạp ắc quy tự động Nguyên lý hoạt động: Điện áp sinh từ pin lượng mặt trời qua IC ổn áp LM317 để điều chỉnh điện áp đầu đạt 13.5V mức áp đầy ắc quy điốt 1N4007 dòng điện theo một chiều tránh ngược lại gây hại cho pin lượng mặt trời Điều chỉnh biến trở RV1 để thay đổi trị số cầu phân áp cho chân ADJ IC ổn áp đó thay đổi điện áp đầu Điện trở công suất R5 có nhiệm vụ tiêu tán điện áp rơi sự chênh lệch điện áp IC ổn áp sinh điện áp ắc quy Khi điện áp ắc quy đạt 13.5V tức ắc quy đầy Lúc có xuất dòng điện chạy qua điốt zener D4 kích cho transistor Q2 dẫn thông khiến điện áp chân ADJ IC ổn áp 0V Lúc IC không cho điện áp ngõ Điện áp từ ắc quy bị chặn lại điốt D3 Khi điện áp ắc quy thấp 13.5V khơng có dòng điện chạy qua điốt zener Lúc IC ổn áp lại làm việc bình thường 34 3.2 Xây dựng phần mềm 3.1.1 Lưu đồ thuật tốn chương trình Hình 33: Lưu đờ tḥt toán của chương trình vi điều khiển 3.1.2 Lập trình nhúng tảng Arduino #include // Khai báo thư viện sử dụng /* Địa của DS1307 */ const byte DS1307 = 0x68; /* Số byte liệu đọc từ DS1307 */ const byte NumberOfFields = 7; /* khai báo biến thời gian */ int second, minute, hour, day, wday, month, year; 35 void setup() { Wire.begin(); /* cài đặt thời gian mặc định cho module */ setTime(19, 59, 50, 7, 12, 5, 2018); // 12:23:45 Thu7 12-05-2018 pinMode(13, OUTPUT); pinMode(12, INPUT); digitalWrite(13, HIGH); } void loop() { /* Đọc liệu của DS1307 */ readDS1307(); int IN = digitalRead(12); if((hour>=20)||(hour
- Xem thêm -

Xem thêm: Thiết kế hệ thống diệt côn trùng sử dụng năng lượng mặt trời, Thiết kế hệ thống diệt côn trùng sử dụng năng lượng mặt trời, CHƯƠNG I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN HỆ THỐNG, Lưu ý: vì Arduino sử dụng điện áp 5V, do đó các thiết bị I2C cũng phải hoạt động ở 5V., Đế sử dụng I2C bus trên Arduino, chúng ta sẽ cần sử dụng thư viện Wire.h (đây là built-in library của Arduino)., CHƯƠNG II. PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nhận lời giải ngay chưa đến 10 phút Đăng bài tập ngay