Luận Văn Thạc Sĩ: Thiết Kế Và Mô Phỏng Hệ Thống Điều Hướng Tự Động Pin Mặt Trời

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1. Giới thiệu đề tài

1.2. Lí do chọn đề tài

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4. Mục tiêu của đề tài

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Tấm pin năng lượng mặt trời

2.1.1. Cấu tạo của Tấm pin năng lượng mặt trời

2.1.2. Nguyên lý hoạt động của Tấm pin năng lượng mặt trời

2.2. Tìm hiểu về Động cơ bước

2.2.1. Động cơ bước là gì?

2.2.2. Cấu tạo động cơ bước

2.2.3. Phân loại động cơ bước

2.2.4. Nguyên lý hoạt động của động cơ bước

2.2.5. Các phương pháp điều khiển động cơ bước

2.2.6. Ưu – nhược điểm của động cơ bước

2.2.7. Ứng dụng của động cơ bước

2.3. Hệ thống truyền động cơ khí

2.3.1. Cơ cấu truyền động bánh răng côn

2.3.2. Cơ cấu truyền động đai

2.4. Ngôn ngữ lập trình C

2.4.1. Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình C

2.4.2. Cấu trúc chương trình C

2.4.3. Đặc điểm của ngôn ngữ C

2.4.4. Ưu – nhược điểm của ngôn ngữ C

2.5. Ngôn ngữ lập trình C#

2.5.1. Giới thiệu ngôn ngữ lập trình C#

2.5.2. Đặc trưng của C#

2.5.3. Biến, hằng, toán tử trong C#

2.5.4. Một số thao tác khi lập trình C#

2.5.5. Kiểu dữ liệu

2.5.6. Cấu trúc điều khiển

2.5.7. Cấu trúc lặp

2.5.8. Sử dụng môi trường lập trình Visual Studio xây dựng Windows Forms Application

2.6. Phương thức điều khiển sử dụng trong hệ thống

2.6.1. Mạch điều khiển Arduino Uno

2.6.2. Drive điều khiển động cơ bước A4988

2.6.3. Mạch CNC Shield V3

2.6.4. Thư viện điều khiển động cơ bước Accelstepper

2.6.5. Truyền thông giữa máy tính và mạch điều khiển Arduino UNO

3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ

3.1. Tính toán và lựa chọn động cơ cho tải thật

3.1.1. Tính toán và lựa chọn động cơ cho trục Y

3.1.2. Tính toán và lựa chọn động cơ cho trục X

3.2. Tính toán phần cơ khí cho mô hình

3.2.1. Tính toán và lựa chọn chiều dài dây đai cho bộ truyền trục X

3.2.2. Tỉ số truyền của bộ truyền đai răng

3.2.3. Tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng côn

3.3. Thiết kế mô hình 3D trên phần mềm SolidWorks

3.3.1. Tổng thể hệ thống

3.3.2. Cụm truyền động trục X

3.3.3. Cụm truyền động trục Y

3.4. Lập trình và thiết kế giao diện điều khiển

3.4.1. Lập trình điều khiển động cơ bước

3.4.2. Lập trình và thiết kế giao diện điều khiển

4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN

4.1. Mô hình thực tế sau khi hoàn thiện

4.2. Giao diện điều khiển

4.2.1. Đánh giá kết quả thực hiện

4.2.2. Hướng phát triển

5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH

I. Giới thiệu luận văn thạc sĩ

Luận văn thạc sĩ với chủ đề 'Thiết kế và mô phỏng hệ thống điều hướng tự động pin mặt trời' được thực hiện bởi sinh viên Châu Thiên Phong dưới sự hướng dẫn của ThS. Lê Thanh Tùng. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời thông qua việc thiết kế và mô phỏng một hệ thống điều hướng tự động cho các tấm pin mặt trời. Mục tiêu chính là khai thác tối đa năng lượng mặt trời bằng cách điều chỉnh hướng của tấm pin theo chuyển động của mặt trời.

1.1. Bối cảnh nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện trong bối cảnh toàn cầu đang đối mặt với khủng hoảng năng lượng và biến đổi khí hậu. Việc sử dụng năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng tái tạo đang trở thành xu hướng chính. Tuy nhiên, hiệu suất của các hệ thống năng lượng mặt trời hiện tại chưa được tối ưu do các tấm pin thường được lắp cố định hoặc chỉ xoay theo một trục.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của nghiên cứu là thiết kế một hệ thống điều hướng tự động cho các tấm pin mặt trời, giúp chúng có thể xoay theo cả hai trục để luôn hướng về phía mặt trời. Điều này nhằm tăng hiệu suất thu năng lượng và giảm thiểu lãng phí tài nguyên.

II. Thiết kế hệ thống

Phần này tập trung vào việc thiết kế hệ thống điều hướng tự động cho các tấm pin mặt trời. Hệ thống bao gồm các thành phần chính như động cơ bước, bộ truyền động cơ khí, và mạch điều khiển Arduino Uno. Các thành phần này được thiết kế để đảm bảo hệ thống có thể xoay theo cả hai trục (trục X và trục Y) để theo dõi chuyển động của mặt trời.

2.1. Thiết kế cơ khí

Hệ thống được thiết kế với cơ cấu truyền động bánh răng côn và bộ truyền động đai để đảm bảo độ chính xác và ổn định khi xoay các tấm pin. Các tính toán về lực và mô-men xoắn được thực hiện để lựa chọn động cơ phù hợp.

2.2. Thiết kế điện tử

Hệ thống sử dụng mạch điều khiển Arduino Uno kết hợp với driver A4988 để điều khiển động cơ bước. Các thư viện lập trình như AccelStepper được sử dụng để điều khiển chính xác các bước của động cơ.

III. Mô phỏng hệ thống

Phần này trình bày quá trình mô phỏng hệ thống trên phần mềm SolidWorks. Mô hình 3D của hệ thống được thiết kế để kiểm tra tính khả thi và độ chính xác của các chuyển động. Các kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống có thể hoạt động ổn định và đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật.

3.1. Mô phỏng chuyển động

Hệ thống được mô phỏng để xoay theo cả hai trục, đảm bảo các tấm pin luôn hướng về phía mặt trời. Các thông số như góc xoay và tốc độ được điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu suất.

3.2. Đánh giá kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống có thể đạt được độ chính xác cao trong việc điều hướng các tấm pin. Các lỗi sai lệch được ghi nhận và điều chỉnh để cải thiện hiệu suất.

IV. Ứng dụng thực tế

Nghiên cứu này có tiềm năng ứng dụng cao trong thực tế, đặc biệt là trong các hệ thống năng lượng mặt trời quy mô lớn. Việc áp dụng hệ thống điều hướng tự động có thể giúp tăng hiệu suất thu năng lượng lên đến 30%, đồng thời giảm chi phí vận hành và bảo trì.

4.1. Lợi ích kinh tế

Việc tăng hiệu suất thu năng lượng sẽ giúp các nhà máy điện mặt trời tăng doanh thu và giảm thời gian hoàn vốn. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh giá năng lượng đang tăng cao.

4.2. Lợi ích môi trường

Hệ thống này góp phần giảm thiểu khí thải CO2 bằng cách tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng mặt trời, một nguồn năng lượng sạch và tái tạo.

Luận Văn Thạc Sĩ Nghiên Cứu Thiết Kế Và Mô Phỏng Hệ Thống Điều Hướng Tự Động Cho Tấm Pin Năng Lượng Mặt Trời