Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nhu cầu sử dụng điện năng của xã hội ngày càng gia tăng trong khi các nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống như than đá, dầu mỏ và khí tự nhiên đang dần cạn kiệt. Việc khai thác các nhà máy thủy điện và nhiệt điện quy mô lớn gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái và làm gia tăng mức độ ô nhiễm môi trường. Trước thực trạng đó, việc tìm kiếm và ứng dụng các nguồn năng lượng tái tạo sạch, thân thiện với môi trường và có khả năng phục hồi là nhiệm vụ cấp bách. Việt Nam nằm trong khu vực có tiềm năng năng lượng mặt trời lớn với lãnh thổ trải dài từ vĩ độ 8° Bắc đến 23° Bắc, sở hữu cường độ bức xạ tương đối cao quanh năm.

Hệ thống pin mặt trời (photovoltaic - PV) sản xuất điện trực tiếp từ quang năng thông qua các tế bào quang điện bán dẫn. Trong thực tế, các dàn pin mặt trời thường được lắp đặt cố định trên khung đỡ. Phương pháp lắp đặt này tồn tại nhược điểm lớn: tấm pin chỉ đạt hiệu suất chuyển đổi công suất cực đại vào một số ít thời điểm giữa ngày khi tia sáng mặt trời chiếu vuông góc với bề mặt tiếp nhận; vào các khung giờ buổi sáng và buổi chiều, góc chiếu nghiêng làm giảm đáng kể hiệu suất thu gom năng lượng. Để khắc phục hạn chế này, giải pháp cơ điện tử được đặt ra là thiết kế hệ thống điều khiển tự động bám theo quỹ đạo mặt trời, đảm bảo bề mặt tấm pin luôn duy trì vị trí vuông góc với chùm tia bức xạ.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định gồm hai nội dung:

  1. Nâng cao hiệu suất chuyển đổi của tấm pin thông qua việc điều khiển vị trí tấm pin luôn vuông góc với tia sáng mặt trời chiếu tới.
  2. Thiết kế, chế tạo, mô phỏng hoàn chỉnh hệ thống điều khiển định hướng pin mặt trời.

Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn trong các điều kiện kỹ thuật cụ thể:

  • Xây dựng mô hình hóa hệ thống định hướng pin mặt trời phục vụ mục đích học tập và nghiên cứu trong khuôn khổ hệ thống quang điện độc lập quy mô gia đình.
  • Cơ cấu chấp hành dẫn động cơ khí sử dụng động cơ bước.
  • Sử dụng phần mềm điều khiển trên máy tính để giám sát và xử lý.
  • Dải độ rọi của nguồn sáng xử lý giới hạn trong khoảng từ 1.000 lux đến 100.000 lux.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Đề tài áp dụng nền tảng lý thuyết quang điện bán dẫn, lý thuyết điều khiển tự động và kỹ thuật vi điều khiển nhúng để giải quyết bài toán định vị hướng thu quang năng.

Về nguyên lý biến đổi năng lượng, tấm pin quang điện hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện bên trong tại lớp chuyển tiếp p-n của vật liệu bán dẫn Silic (Si). Silic tinh khiết được pha tạp nguyên tử nhóm V (như Phốt-pho) để tạo bán dẫn loại n chứa hạt dẫn tự do là electron, và pha tạp nguyên tử nhóm III (như Bo) để tạo bán dẫn loại p chứa hạt dẫn lỗ trống (hole). Khi hai vùng bán dẫn tiếp xúc, sự khuếch tán của các hạt mang điện hình thành vùng nghèo và tạo nên điện thế rào khoảng 0,6V đến 0,7V. Khi photon ánh sáng chiếu vào lớp tiếp xúc, các cặp electron-lỗ trống được sinh ra và bị phân tách bởi điện trường vùng nghèo, hình thành dòng điện chạy qua mạch ngoài tải tiêu thụ.

Về phương pháp định hướng, tác giả tiến hành khảo sát và đánh giá hai cấu hình chuyển động phổ biến:

Tiêu chí kỹ thuật Hệ thống định hướng một trục (Single-axis) Hệ thống định hướng hai trục (Dual-axis)
Trục chuyển động 1 trục quay duy nhất theo hướng Đông - Tây (trục đặt hướng Bắc - Nam) 2 trục quay kết hợp: Đông - Tây và Bắc - Nam
Mức tăng hiệu suất Tăng hiệu suất thu năng lượng tới 34% so với hệ cố định Tăng hiệu suất thu năng lượng tới 37% so với hệ cố định
Đặc điểm thiết kế Thiết kế cơ khí và mạch điều khiển đơn giản, hiệu quả Thiết kế phức tạp ở hệ thống cảm biến và thuật toán điều khiển động cơ
Chi phí & bảo trì Chi phí đầu tư thấp, chế độ bảo dưỡng đơn giản, ít nguy cơ hỏng hóc Chi phí đầu tư và bảo trì cao do phát sinh nhiều chi tiết chuyển động

Dữ liệu phân tích chỉ ra rằng hệ thống trục kép chỉ tăng thêm 3% năng lượng so với hệ thống trục đơn nhưng đòi hỏi chi phí thiết bị, bảo trì cao và độ tin cậy cơ học thấp hơn. Do đó, tác giả lựa chọn phương án thiết kế hệ thống định hướng một trục quay cho mô hình thực nghiệm.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp giữa thiết kế phần cứng mạch nhúng với thuật toán điều khiển lai hai chế độ:

  • Chế độ điều khiển phản hồi kín (Closed-loop) dựa trên số liệu cảm biến cường độ ánh sáng số BH1750.
  • Chế độ điều khiển định thời hở (Open-loop) dựa trên module đồng hồ thời gian thực DS1302 khi điều kiện ánh sáng không đảm bảo.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module phần cứng phân nhánh, giao tiếp đồng bộ qua bộ xử lý trung tâm vi điều khiển.

                      +-----------------------------+
                      |       KHỐI NGUỒN CẤP        |
                      +--------------+--------------+
                                     |
                                     v
+-----------------------+     +------+------+     +------------------------+
|    KHỐI CẢM BIẾN      |     |  ĐIỀU KHIỂN |     |     KHỐI ĐỘNG CƠ       |
|    (Module BH1750)    |---->|  TRUNG TÂM  |---->| (Driver ULN2003 +      |
|  Chuẩn giao tiếp I2C  |     | (Arduino Uno|     |  Động cơ bước 28BYJ-48)|
+-----------------------+     |  ATmega328) |     +------------------------+
                              +------+------+
                                     ^
                                     |
                      +--------------+--------------+
                      |    KHỐI THỜI GIAN THỰC      |
                      |       (Module DS1302)       |
                      |      Chuẩn nối tiếp 3 dây   |
                      +-----------------------------+

Kiến trúc các khối chức năng

  1. Khối điều khiển trung tâm (Arduino Uno):

    • Vi điều khiển: ATmega328 (họ AVR 8-bit), xung nhịp định thời bằng thạch anh tích hợp.
    • Bộ nhớ: 32 KB Flash ROM (trong đó một phần nhỏ dành cho bootloader), 2 KB SRAM lưu biến tạm thời, và 1 KB EEPROM.
    • Giao tiếp vào/ra: 14 chân Digital I/O (dòng tải cực đại 40 mA/chân, giới hạn tổng dòng qua chip không vượt quá 200 mA; các chân 3, 5, 6, 9, 10, 11 cung cấp xung PWM 8-bit; chân 0-RX và 1-TX hỗ trợ UART TTL; chân 10, 11, 12, 13 hỗ trợ SPI), 6 chân Analog Input A0–A5 với bộ biến đổi ADC 10-bit. Hai chân A4 (SDA) và A5 (SCL) đóng vai trò bus giao tiếp I2C.
    • Điện áp hoạt động: 5V DC, cấp nguồn qua cổng USB hoặc chân Vin (nguồn ngoài khuyến nghị 7–12V DC, ngưỡng giới hạn an toàn 6–20V DC).

  2. Khối cảm biến ánh sáng (BH1750):

    • Tích hợp bộ chuyển đổi ADC 16-bit nội, giao tiếp bus I2C xuất trực tiếp giá trị đo theo đơn vị lux trong dải 1 đến 65.535 lx mà không cần xử lý điện áp trung gian.
    • Cảm biến có khả năng khử nhiễu tần số 50 Hz/60 Hz từ ánh sáng nhân tạo, hệ số biến thiên quang học nhỏ (±20%), ít chịu ảnh hưởng từ bức xạ hồng ngoại, điện áp hoạt động từ 3,3V đến 5V DC.
Chế độ hoạt động (Opecode) Mã nhị phân (Instruction) Độ phân giải Thời gian chuyển đổi
Power Down 0000_0000 - Chế độ ngắt nguồn tiêu thụ
Power On 0000_0001 - Chờ lệnh đo
Reset 0000_0111 - Đặt lại giá trị thanh ghi dữ liệu
Continuously H-Resolution Mode 0001_0000 1 lx 120 ms
Continuously H-Resolution Mode 2 0001_0001 0,5 lx 120 ms
Continuously L-Resolution Mode 0001_0011 4 lx 16 ms
One Time H-Resolution Mode 0010_0000 1 lx 120 ms (tự về Power Down sau đo)
One Time H-Resolution Mode 2 0010_0001 0,5 lx 120 ms (tự về Power Down sau đo)
One Time L-Resolution Mode 0010_0011 4 lx 16 ms (tự về Power Down sau đo)

  1. Khối chấp hành động cơ bước và mạch lái (28BYJ-48 + ULN2003):

    • Động cơ bước 28BYJ-48: Động cơ đơn cực 4 pha 5 dây, điện áp định mức 5V DC. Góc quay cơ bản là 5,625°/bước, tỷ số truyền hộp số giảm tốc tích hợp là 1:64 (để quay trọn 1 vòng trục ra cần 64 × 64 = 4.096 xung nửa bước).
    • Mạch điều khiển ULN2003: Mạch tích hợp 7 cặp transistor Darlington collector hở, cho phép khuếch đại dòng điện kích cuộn dây stator lên tới 500 mA, dải điện áp làm việc từ 5V đến 15V DC, đáp ứng các chế độ kích xung cả bước 1 pha, cả bước 2 pha và nửa bước (Half-step).

  2. Khối đồng hồ thời gian thực (Module DS1302):

    • Cung cấp dữ liệu lịch biểu gồm giây, phút, giờ, ngày, thứ, tháng, năm kèm bù trừ năm nhuận tự động. Hỗ trợ định dạng 12 giờ (AM/PM) hoặc 24 giờ.
    • Giao thức truyền thông 3 dây gồm chân RST (chốt dữ liệu/cho phép chip), chân SCLK (xung clock đồng bộ) và chân I/O (đường truyền dữ liệu hai chiều). Dải nhiệt độ làm việc từ 0°C đến 70°C, điện áp cấp DC 3,3V đến 5V.

  3. Tấm pin năng lượng mặt trời thử nghiệm:

    • Chủng loại cell: Silic đa tinh thể (Polycrystalline).
    • Công suất danh định: $P_{max} = 4\text{ W}$.
    • Điện áp cực đại danh định: $V_{mp} = 8,89\text{ V}$.
    • Dòng điện cực đại danh định: $I_{mp} = 0,44\text{ A}$.
    • Kích thước cơ học: $185\text{ mm} \times 230\text{ mm} \times 18\text{ mm}$, trọng lượng 0,5 kg, tuổi thọ vật liệu từ 30 đến 50 năm.

Thuật toán vận hành và triển khai phần mềm

Thuật toán điều khiển của hệ thống được thực thi tuần tự theo chu trình logic:

  • Khởi tạo và định vị: Khi cấp nguồn, hệ thống thực hiện hiệu chuẩn đưa góc nghiêng tấm pin về vị trí gốc ban đầu tương ứng hướng đón ánh nắng lúc 7 giờ sáng.
  • Trạng thái 1 (Có ánh nắng): Khối cảm biến BH1750 tiến hành quét cường độ sáng môi trường. Khi độ rọi vượt ngưỡng kích hoạt trong dải làm việc, hệ thống tiến hành thuật toán dò hướng quang sai cực đại, phát xung qua driver ULN2003 để động cơ bước dịch chuyển tấm pin vuông góc với phương chiếu của bức xạ.
  • Trạng thái 2 (Không có nắng/trời mây): Nếu giá trị độ rọi tụt xuống dưới ngưỡng đo hoặc cảm biến bị che khuất, vi điều khiển tự động chuyển đổi sang chế độ định vị theo đồng hồ thời gian thực DS1302. Vị trí mặt trời được ước lượng theo hàm số thời gian trong ngày để quay trục đỡ theo từng khoảng thời gian định trước.

Giao tiếp phần mềm với module DS1302 được xây dựng qua các hàm đọc/ghi thanh ghi chuyên trách:

void DS1302_SetTime(unsigned char hour, unsigned char minute, unsigned char second) {
    DS1302_Write(0x80, second);
    DS1302_Write(0x82, minute);
    DS1302_Write(0x84, hour);
}

void DS1302_SetDate(unsigned char day, unsigned char date, unsigned char month, unsigned char year) {
    DS1302_Write(0x86, date);
    DS1302_Write(0x88, month);
    DS1302_Write(0x8A, day);
    DS1302_Write(0x8C, year);
}

void DS1302_GetTime(unsigned char *hour, unsigned char *minute, unsigned char *second) {
    *second = DS1302_Read(0x81);
    *minute = DS1302_Read(0x83);
    *hour   = DS1302_Read(0x85);
}

void DS1302_GetDate(unsigned char *day, unsigned char *date, unsigned char *month, unsigned char *year) {
    *date  = DS1302_Read(0x87);
    *month = DS1302_Read(0x89);
    *day   = DS1302_Read(0x8B);
    *year  = DS1302_Read(0x8D);
}

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 1 trình bày bối cảnh khủng hoảng năng lượng hóa thạch và nêu bật tiềm năng khai thác năng lượng mặt trời tại Việt Nam nhờ vị trí địa lý kéo dài từ 8°B đến 23°B. Tác giả phân tích hạn chế cố hữu của các hệ thống pin cố định và xác lập mục tiêu nghiên cứu chế tạo hệ thống pin mặt trời một trục quay quy mô hộ gia đình. Điểm trọng tâm của chương là phần phân tích so sánh kỹ thuật giữa hai hệ thống định hướng: cấu hình trục đơn theo hướng Đông - Tây giúp nâng cao hiệu suất thu năng lượng tới 34% với chi phí đầu tư và bảo trì thấp; cấu hình trục kép tăng hiệu suất 37% nhưng cấu trúc cơ khí và thuật toán phức tạp, chi phí cao. Từ các luận cứ trên, tác giả chọn phương án 1 trục quay nhằm tối ưu hóa tính khả thi kỹ thuật và hiệu quả kinh tế.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Nội dung chương tập trung giới thiệu chi tiết cấu tạo, nguyên lý làm việc và thông số kỹ thuật của các linh kiện phần cứng:

  • Bo mạch Arduino Uno sử dụng vi điều khiển ATmega328, mô tả chi tiết sơ đồ chân cấp nguồn, các chân Digital I/O, PWM và Analog ADC.
  • Cảm biến BH1750 đo trực tiếp cường độ ánh sáng theo đơn vị lux, tích hợp ADC 16-bit, giao tiếp I2C, đi kèm bảng giá trị độ rọi tự nhiên và bảng mã tập lệnh vận hành (Opecode).
  • Động cơ bước 4 pha 28BYJ-48 phối hợp mạch công suất ULN2003 với các giản đồ xung kích cả bước 1 pha, 2 pha và nửa bước.
  • Module thời gian thực DS1302 dùng giao tiếp 3 dây nối tiếp kèm cấu trúc các hàm nạp và đọc thời gian/ngày tháng bằng ngôn ngữ C.
  • Pin mặt trời Silic đa tinh thể 4W, phân tích hiện tượng chuyển tiếp p-n, dải điện thế tiếp xúc 0,6–0,7V, và tổng hợp thông số cơ - điện của tấm pin 4W.

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Chương này triển khai thiết kế cấu trúc hệ thống gồm 5 khối chức năng: khối điều khiển trung tâm, khối nguồn, khối cảm biến ánh sáng, khối chấp hành động cơ và khối thời gian thực. Tác giả phân tích nguyên tắc chuyển mạch logic hai trạng thái: tự động quay bám theo điểm hội tụ cường độ sáng cực đại khi có nắng và chuyển sang bám theo thời gian thực nhờ module DS1302 khi không có nắng hoặc trời nhiều mây. Lưu đồ giải thuật toàn hệ thống được thiết lập chi tiết từ khâu khởi tạo tọa độ gốc lúc 7 giờ sáng đến chu trình quét vòng lặp điều khiển.

Chương 4: Thi công mạch

Chương 4 mô tả quá trình hiện thực hóa phần cứng mô hình thực nghiệm:

  • Đấu nối bus I2C giữa cảm biến ánh sáng BH1750 với các chân A4, A5 của bo mạch Arduino Uno.
  • Ghép nối các đường tín hiệu điều khiển logic từ Arduino Uno sang bo mạch công suất ULN2003 để cấp dòng kích cho 4 cuộn dây động cơ bước 28BYJ-48.
  • Kết nối các chân RST, SCLK và I/O của module đồng hồ thời gian thực DS1302 với các chân Digital của vi điều khiển.
  • Lắp ráp khung cơ khí mang tấm pin mặt trời 4W gắn liền trục quay giảm tốc của động cơ bước.

Chương 5: Kết luận

Chương kết luận tổng hợp các kết quả thực nghiệm đạt được sau khi vận hành mô hình; đánh giá mức độ hoàn thành so với mục tiêu ban đầu; phân tích các ưu điểm về tính ổn định, tự động hóa linh hoạt và chỉ ra các mặt hạn chế còn tồn tại về công suất truyền động và quy mô cơ khí; đồng thời đề xuất các định hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm nâng cấp hệ thống.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Thiết kế và chế tạo thành công mô hình vật lý hoàn chỉnh của hệ thống điều khiển định hướng pin mặt trời 1 trục quay độc lập quy mô thử nghiệm gia đình.
  • Tích hợp và điều khiển đồng bộ các khối linh kiện phần cứng: vi điều khiển ATmega328 (Arduino Uno), cảm biến quang kỹ thuật số BH1750 dải đo 1–65.535 lx, mạch driver ULN2003, động cơ bước 28BYJ-48 (bước quay 5,625°, hộp số 1:64) và module thời gian thực DS1302.
  • Thuật toán điều khiển xử lý ổn định nguồn sáng trong giới hạn độ rọi thực nghiệm từ 1.000 lux đến 100.000 lux.
  • Vận hành thành công cơ chế chuyển trạng thái kép: hệ thống tự động bám theo tín hiệu cảm biến BH1750 khi có nắng và tự chuyển sang bám theo góc giờ thực DS1302 khi trời râm mát, giúp hệ thống không bị mất phương hướng khi điều kiện thời tiết thay đổi đột ngột.

Giải pháp và kiến nghị

  • Sử dụng mô hình định hướng một trục quay theo trục Bắc - Nam (chuyển động Đông - Tây) thay vì trục kép cho các ứng dụng quy mô vừa và nhỏ, vừa tận dụng mức tăng hiệu suất 34% vừa tiết kiệm chi phí đầu tư cơ khí và giảm thiểu xác suất lỗi vận hành.
  • Ứng dụng cảm biến đo độ rọi số BH1750 giao tiếp bus I2C thay cho cảm biến quang trở (LDR) tương tự truyền thống để loại bỏ sai số điện áp phi tuyến và tinh giản khâu tính toán chuyển đổi trên vi điều khiển.

Đóng góp của đề tài

Tác giả đã hoàn thiện tài liệu kỹ thuật chi tiết từ cơ sở lý thuyết bán dẫn, tính toán thiết kế sơ đồ nguyên lý đến thi công kết nối mạch điều khiển thực tế; cung cấp một mô hình thực hành cơ điện tử trực quan phục vụ cho công tác nghiên cứu, giảng dạy và học tập chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Hệ thống chỉ được chế tạo ở quy mô mô hình học tập, sử dụng tấm pin mặt trời công suất nhỏ (4W, 8,89V - 0,44A) và động cơ bước công suất thấp (28BYJ-48 chạy nguồn 5V), chưa có khả năng mang tải cho các giàn pin mặt trời công nghiệp kích thước lớn.
  • Khả năng xử lý độ rọi của cảm biến bị giới hạn trong dải 1.000 ÷ 100.000 lux.
  • Hệ thống chuyển động trên 1 trục duy nhất, chưa bù trừ được góc tà (góc nâng) của mặt trời biến thiên theo các mùa trong năm (Bắc - Nam).

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Nâng cấp cơ cấu chấp hành cơ khí và mạch điều khiển công suất (sử dụng động cơ bước công nghiệp hoặc động cơ DC servo có công suất lớn hơn) để kéo được các giàn pin thương mại quy mô lớn.
  • Nghiên cứu phát triển thuật toán bám 2 trục hoặc tích hợp thêm giải thuật dò tìm điểm công suất cực đại (MPPT - Maximum Power Point Tracking) để khai thác tối đa năng lượng sinh ra.
  • Xây dựng phần mềm giám sát trên máy tính hoặc mở rộng giao tiếp truyền thông không dây để theo dõi các thông số điện áp, dòng điện và góc quay từ xa.

Giá trị tham khảo

Đồ án có giá trị tham khảo thiết thực cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông, Cơ điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa: Tài liệu hữu ích cho việc thực hiện đồ án môn học, khóa luận tốt nghiệp liên quan đến hệ thống nhúng với Arduino, điều khiển động cơ bước và tích hợp cảm biến số.
  • Người nghiên cứu hệ thống năng lượng tái tạo: Cung cấp tài liệu tổng hợp về cấu tạo tế bào quang điện Silic, bảng số liệu so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa hệ thống định hướng 1 trục và 2 trục.
  • Phần nội dung đáng tham khảo nhất: Sơ đồ giao tiếp phần cứng giữa Arduino Uno với cảm biến BH1750, module RTC DS1302 qua bus I2C/nối tiếp, cùng các hàm lập trình điều khiển giao tiếp DS1302 viết bằng ngôn ngữ C tại Chương 2 và Chương 3.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao tác giả chọn hệ thống định hướng một trục thay vì hai trục?
Dựa trên các nghiên cứu quốc tế được trích dẫn trong văn bản, hệ thống một trục làm tăng hiệu suất thu năng lượng tới 34% so với hệ thống cố định, trong khi hệ thống hai trục đạt mức tăng 37% (chỉ nhỉnh hơn 3%). Tuy nhiên, hệ thống hai trục có chi phí chế tạo, chi phí bảo dưỡng cao hơn nhiều và dễ phát sinh hỏng hóc cơ khí. Do đó, hệ thống một trục là giải pháp cân bằng tối ưu giữa hiệu quả năng lượng và chi phí kinh tế.

2. Cảm biến ánh sáng BH1750 có ưu điểm gì so với quang trở (LDR) truyền thống trong đề tài?
Cảm biến BH1750 tích hợp sẵn bộ chuyển đổi AD 16-bit bên trong, cho phép xuất trực tiếp số liệu độ rọi theo đơn vị lux qua giao thức I2C, không cần bộ tính toán chuyển đổi trung gian từ điện áp. Điều này giúp loại bỏ sai số do biến đổi điện áp của quang trở thông thường và có khả năng chống nhiễu nguồn sáng tần số 50 Hz/60 Hz.

3. Hệ thống xử lý thế nào khi thời tiết chuyển sang âm u hoặc không có nắng?
Khi trời nhiều mây hoặc không có ánh nắng, hệ thống tự động nhận biết qua sự suy giảm độ rọi đo được từ cảm biến và chuyển từ chế độ dò tìm quang học sang chế độ điều khiển theo module thời gian thực DS1302. Khi đó, động cơ sẽ quay tấm pin bám theo góc chiếu danh định của mặt trời được tính toán theo thời gian thực trong ngày.

4. Thông số kỹ thuật của tấm pin mặt trời được sử dụng trong mô hình thử nghiệm là gì?
Đề tài sử dụng tấm pin mặt trời Silic đa tinh thể (polycrystalline) có công suất định mức 4W, điện áp danh định ($V_{mp}$) là 8,89V, dòng điện danh định ($I_{mp}$) là 0,44A, kích thước $185\text{ mm} \times 230\text{ mm} \times 18\text{ mm}$, trọng lượng 0,5 kg và tuổi thọ thiết kế từ 30 đến 50 năm.

5. Module đồng hồ thời gian thực DS1302 giao tiếp với vi điều khiển bằng những đường tín hiệu nào?
Module DS1302 sử dụng chuẩn giao tiếp nối tiếp 3 dây gồm: chân RST (chân chốt dữ liệu/cho phép chip), chân SCLK (chân cấp xung clock đồng bộ từ vi điều khiển) và chân I/O (chân truyền và nhận dữ liệu hai chiều).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Hệ thống điều hướng pin mặt trời" của sinh viên Nguyễn Tấn Lực đã thiết kế và chế tạo thành công mô hình định vị quang điện một trục quay hoạt động độc lập dựa trên vi điều khiển Arduino Uno ATmega328. Công trình kết hợp hiệu quả giữa cảm biến ánh sáng số BH1750 và module thời gian thực DS1302 để giải quyết bài toán bám hướng mặt trời liên tục trong cả điều kiện đủ nắng và nhiều mây. Dù chỉ dừng lại ở quy mô mô hình học tập với công suất tấm pin 4W, đề tài đã đưa ra các luận cứ kỹ thuật xác đáng và cung cấp quy trình thiết kế phần cứng, giải thuật hoàn chỉnh cho các ứng dụng khai thác năng lượng tái tạo quy mô gia đình.