LUẬN VĂN THẠC SỸ
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ - THI CÔNG VÀ ĐIỀU
KHIỂN TẤM NĂNG LƯỢNG QUAY
THEO HƯỚNG MẶT TRỜI ĐỂ TỐI ƯU
LƯỢNG QUAN NĂNG THU ĐƯỢC.
Thành phố Hồ Chí Minh

Danh mục hình vẽ
Hình 1.1: Hệ toạ độ chân trời
Hình 1.2: Hệ toạ độ xích đạo
Hình 1.3: Hệ toạ độ hoàng đạo
Hình 1.4: Hình các thông số quỹ đạo
Hình 1.5: Góc của thiên thể trên quỹ đạo
Hình 4.1: Sơ đồ khối của IC L298
Hình 4.2: Sơ đồ chân của IC L298
Hình 4.3: Sơ đồ chân của IC DS1307
Hình 4.4: Cách đấu nối DS1307
Hình 4.5: Sơ đồ khối của DS1307
Hình 4.6: Mạch tạo giao động ngoài
Hình 4.7: Sự truyền nhận dữ liệu trên chuỗi 2 dây
Hình 4.8: Sơ đồ đồng bộ thời gian thực hiện viêc đọc ,ghi dữ liệu của DS1307
Hình 4.9: Vi điều khiển PIC16F877A/PIC16F874A và các dạng sơ đồ chân.
Hình 4.10: Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A.
Hình 4.11: Bộ nhớ chương trình PIC16F877A
Hình 4.12: Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A
Hình 4.12: Sơ đồ khối của khối truyền dữ liệu USART.
Hình 4.13: Sơ đồ khối của khối nhận dữ liệu USART.
Hình 4.14: Sơ đồ chân của IC 74HC74
Hình 4.15:Sơ đồ khối của IC 74HC74
Hình 5.1. BUS I2C và các thiết bị ngoại vi

0
. Nhưng chúng
ta đều biết mặt trời sẽ thay đổi theo từng ngày và theo từng tháng trong năm. Vậy
để được nguồn năng lượng có công suất lớn nhất thì Pin mặt trời sẽ được điều khiển
quay và hướng theo mặt trời.
Với ý tưởng đó để làm đề tài nghiên cứu trong luận văn này. Luận văn được
trình bày cách thiết kế, thi công và điều khiển tấm năng lượng quay theo hướng mặt
trời để tối ưu lượng quan năng thu được.

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ HỆ MẶT TRỜI VÀ
CÔNG THỨC TÍNH TOÁN
1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CẦN THIẾT CHO TÍNH
TOÁN
Để tính toán vị trí mặt trời chúng em đã tham khảo những công thức thiên văn
học từ một số webside uy tín cũng như một số giáo trình thiên văn học hiện đại.
1.1.1 Hệ tọa độ:
a. Hệ tọa độ chân trời (horizontal coordinates):
Là hệ toạ độ gắn liền với người quan sát. Gồm hai giá trị là độ cao
của thiên thể so với đường chân trời và hướng của thiên thể so với hướng bắc
theo chiều kim đồng hồ.
Hình 1.1: Hệ toạ độ chân trời
Ký hiệu
Alt: độ cao, đơn vị là độ, phút, giây
Az: độ phương, đơn vị là độ, phút, giây
b. Hệ tọa độ xích đạo (equatorial coordinates):

Sử dụng mặt phẳng xích đạo làm mặt phẳng tham chiếu.
Hình 1.2: Hệ toạ độ xích đạo
Vì các tọa độ trong hệ này không thay đổi theo thời gian (nếu bỏ
qua tiến động) và nơi quan sát nên nó được dùng để ghi lại toạ độ của các

Ký hiệu: UT, đơn vị là giờ, phút, giây
b. Giờ Mặt trời (Greenwich Sidereal Time):
Là giờ sao của điểm xuân phân tại kinh tuyến gốc.
Ký hiệu: GST, đơn vị là giờ, phút, giây
Dùng để tính LST.
c. Giờ Mặt trời địa phương (Local Sidereal Time):
Là giờ Mặt trời tại vị trí quan sát.
Ký hiệu: LST, đơn vị là giờ, phút, giây.
d. Góc giờ (Hour Angle):
Xem hình vẽ về hệ tọa độ xích đạo.
Ký hiệu: HA, đơn vị là giờ, phút, giây.
e. Ngày Julian:
Là số ngày (dạng thập phân) tính từ giữa trưa tại Greenwich ngày 1
tháng 1 năm 4713 trước công nguyên, dùng để tính toán GST và LST.
Ký hiệu: JD.
1.1.2 Các thông số cơ bản của thiên thể:
Đối với các thiên thể nói chung chúng ta chỉ cần tính toán vị trí là
đủ, còn đối với các hành tinh, sao chổi hoặc tiểu hành tinh thì có thêm các
thông số như sau:
a. Độ sáng biểu kiến:
Độ sáng biểu kiến (m) của một thiên thể là thước đo độ sáng của nó
khi quan sát từ Trái Đất, giá trị được tiêu chuẩn khi không có ảnh hưởng của
không khí. Nếu thiên thể càng sáng thì giá trị độ sáng của nó càng nhỏ.
Độ sáng biểu kiến của một số thiên thể quen thuộc:
Mặt Trời: -26,74
Trăng tròn: -12,6
Sirius: -1,44
Arcturus: -0,05
Vega: 0,03
Spica: 0,98

cận nhật. Bằng 0 khi thiên thể ở điểm cận nhật và 180 khi ở điểm
viễn nhật, ký hiệu TAno, đơn vị là độ, phút, giây
• Mean Anomaly: giống như TAno nhưng giả định rằng thiên thể
đi trên quỹ đạo tròn với tốc độ không đổi, là thông số chính, ký
hiệu MAno, đơn vị là giờ, phút, giây
• Eccentric Anomaly: dùng để tính TAno từ MAno, ký hiệu
EAno, đơn vị là độ, phút, giây

Hình1.5: góc của thiên thể trên quỹ đạo
• EAno là cung tròn màu xanh có tâm là vòng tròn nhỏ màu đỏ.
• TAno là cung tròn màu cam nhìn từ Mặt trời (màu vàng)

• MAno là tổng diện tích của hai khu vực màu đỏ và màu xanh.
• Hoàng vĩ của thiên thể (Longitude of the Ascending Node)
− Ngày cận nhật
Các tiểu hành tinh và sao chổi thường có quỹ đạo thay đổi sau một
thời gian nào đó, cho nên một thông số khác cần có là ngày cận nhật
gần nhất được ghi nhận. Ngày này được tính bằng ngày Julian.Chu kỳ
quỹ đạo tính bằng năm, ký hiệu là P
* Tính toán thêm nhiễu loạn vị trí do ảnh hưởng của các hành tinh
lớn:
• Hành tinh lớn như sao Mộc sẽ ảnh hưởng đến quỹ đạo của các
hành tinh xung quanh nó.
• Cũng như Hải vương ảnh hưởng đến Diêm vương, Trái đất và
Mặt trăng.
1.1.3 ĐƠN VỊ:
− Quy ước về đơn vị dạng giờ và góc ở dưới dạng thập phân (Decimal
Degree hoặc Decimal Hour)
VD: 5h30p ==> 5,5h; 108d45’ ==> 108,75d
0 < Góc < 360 độ

Giờ = (Giờ + Phút / 60 + Giây / 3600)*15
Góc → Giờ
Góc = (Góc + Phút cung / 60 + Giây cung / 3600) / 15
1.2.3 Tính thời gian:
1.2.3.1 Giờ UT: áp dụng cho Việt nam:
Giờ UT tính toán = giờ Việt Nam tại lúc quan sát – 7
1.2.3.2 Tính góc giờ HA:
HA = LST – RA
nếu HA<0 thì cộng thêm vào 24
1.2.3.3 Tính số ngày Julian
Tính theo thời gian của nơi quan sát
Nếu là tháng 1 hoặc là tháng 2 thì cộng thêm vào 12 cho số
háng và bớt năm đi 1.
Tính các SỐ NGUYÊN sau:
a = năm / 100
b = 2 - a + (a / 4)
c = 365,25 * năm
d = ngày
e = 30,6001 * (tháng + 1)
JD = b + c + d + e + 1720994,5
1.2.3.4 Tính GST:
Tính JT = (JD - 2451545) / 36525
Đổi giờ UT ra dạng thập phân
GST = 6,697374558 + 2400,051336 * JT + 0,000025862 * JT ^ 2 +
UT * 1,0027379093
Chia GST cho 15, ta được giờ GST
Nếu GST>24 thì bớt đi 24, lặp lại cho đến khi GST<24
Nếu GST<0 thì cộng thêm vào 24, lặp lại cho đến khi GST>0

1.2.3.5 Tính LST:

góc tính từ vị trí của thiên thể trên quỹ đạo đến điểm giao hội (Ω) incl
(inclination to the ecliptic) độ nghiêng quỹ đạo tính toán từ độ nghiêng đã
biết của quỹ đạo và vị trí của thiên thể
w (argument of perihelion) thông số cận nhật
q là khoảng cách cận nhật, q = a * (1 - e)
Q là khoảng cách viễn nhật, q = a * (1 + e)
P là chu kỳ quỹ đạo P = a
1,5
(tính bằng năm nếu a tính bằng AU)
Rs là khoảng cách từ thiên thể đến Mặt trời

lonecl, latecl là kinh độ và vĩ độ trong hệ tọa độ nhật tâm – hoàng
đạo
ecl là độ nghiêng tính toán (xích đạo so với hoàng đạo)
ecl = 23,4393 – 3,563E-7 * dtt
1.3.2 Các hệ toạ độ Đề-các 3 chiều:
Hệ tọa độ lấy mặt trời làm tâm (heliocentric), các toạ độ là xh, yh,
zh.
Hệ tọa độ lấy Trái đất làm tâm, mặt phẳng tham chiếu là mặt phẳng
hoàng đạo, các toạ độ là xg, yg, zg. Tọa độ của Mặt trời trong hệ này ký hiệu
là xs, ys (và zs thì = 0).
Hệ tọa độ lấy Trái đất làm tâm, mặt phẳng tham chiếu là mặt phẳng
xích đạo, các toạ độ là xe, ye, ze, xh, yh, zh được tính theo các thông số quỹ
đạo của thiên thể
xh = Rs * ( cos(N) * cos(v+w) - sin(N) * sin(v+w) * cos(incl) )
yh = Rs * ( sin(N) * cos(v+w) + cos(N) * sin(v+w) * cos(incl))
zh = Rs * ( sin(v+w) * sin(incl) )
hoặc (Công thức 1b) dùng để tính lại tọa độ sau khi đã tính toán
thêm về nhiễu loạn và tiến động.
xh = Rs * cos(lonecl) * cos(latecl)

Mặt trời:
N = 0
incl = 0w = 282,9404 + 4,70935E-5 * dtt
a = 1,000000 (AU)
e = 0,016709 – 1,151E-9 * dtt
MAno = 356,0470 + 0,9856002585 * dtt
Sao Thuỷ:
N = 48,3313 + 3,24587E-5 * dtt
i = 7,0047 + 5,00E-8 * dtt
w = 29,1241 + 1,01444E-5 * dtt
a = 0,387098 (AU)
e = 0,205635 + 5,59E-10 * dtt
M = 168,6562 + 4,0923344368 * dtt
Sao Kim:
N = 76,6799 + 2,46590E-5 * dtt
i = 3,3946 + 2,75E-8 * dtt
w = 54,8910 + 1,38374E-5 * dtt
a = 0,723330 (AU)
e = 0,006773 - 1,302E-9 * dtt
M = 48,0052 + 1,6021302244 * dtt
Sao Hỏa:
N = 49,5574 + 2,11081E-5 * dtt
i = 1,8497 - 1,78E-8 * d
w = 286,5016 + 2,92961E-5 * dtt
a = 1,523688 (AU)
e = 0,093405 + 2,516E-9 * dtt
M = 18,6021 + 0,5240207766 * dtt
Sao Mộc:
N = 100,4542 + 2,76854E-5 * dtt
i = 1,3030 - 1,557E-7 * dtt

1.3.3.2 Vị trí của Mặt trời:
Tính EAno = Mano + e * sin(MAno) * (1 + e * cos(MAno))
Tính giá trị trung gian sau (Sqrt là hàm dùng tính căn bậc 2):
xv = cos(EAno) – e và
yv = Sqrt(1 – e * e) * sin(EAno)
Từ đó
Rs = Sqrt(xv2 + yv2)
TAno = Arctan(yv / xv)
Tọa độ của Mặt trời trong hệ tọa độ Trái đất - hoàng đạo
xs = Rs * cos(TAno + w)
ys = Rs * sin(TAno + w)
Áp dụng công thức 2 với zs = zg = 0, để chuyển sang toạ độ Trái
đất - xích đạo
xe = xs
ye = ys * cos(ecl)
ze = ys * sin(ecl)
Áp dụng công thức 4 để tính LẠI RA, Dec

1.1.1.1 GIỚI THIỆU GIẢI PHÁP
Mặt trời chủ yếu di chuyển theo phương không đổi từ đông sang
tây đều đặn mọc vào mỗi sáng và lặn vào chiều tối, nên điều quan trọng nhất
để hấp thụ tốt ánh sáng mặt trời là tấm pin cũng phải hướng theo mặt trời đi
từ đông sang tây như vậy.
Bên cạnh đó để ý một chút có lẽ ai cũng nhận ra mặt trời thay đổi
một chút vị trí mọc, lặn theo mùa trong năm điều này thấy rõ có mùa chúng
ta sáng sớm dậy không thấy anh sáng mặt trời rọi sâu vào trong nhà qua cửa
sổ nhưng về mùa khác thì sáng sớm ánh nắng đã rọi sâu vào giữa phòng. Do
đó cũng phải quan tâm đến điều này khi muốn tận dụng tối đa năng lượng từ
mặt trời nên cũng cần điều khiển tấm pin dịch chuyển theo mùa để đáp ứng
hoàn toàn yêu cầu đặt ra

đựơc kết nối với các chân RD3, RD4
o 6 chân điều khiển thuận nghịch cho 2 động cơ:
 DC1: RA1,RA2,
 DC2: RE1, RE2
 2 chân on off điều khiển động cơ quay RA0, RE0
 2 chân xác định chiều động cơ RD6, RD7
o Đọc xung encoder để xác định vị trí động cơ
o Gặp công tắc các khớp quay đến vị trí gốc 0
− Cứ mỗi 50p sau tiếp tục đọc thời gian từ RTC giá trị phút 50 đến 59
o 7h < t < 17h tính toán vị trí mặt trời, điều khiển động cơ quay đến vị trí
cần thiết.
o 17h < t điều khiển động cơ xác định gốc 0, quay cho tấm pin nằm ngang
hạn chế ảnh hưởng của gió.
o 17h < t < 7h giữ nguyên vị trí nằm ngang.
− Quay lại vòng lặp khi tới 6h30.

Sơ đồ khối hệ thống:




ộnơ
ắc
hành
trình và
các nút
nhấn


   

Hình 4.1: Sơ đồ khối của IC L298

Hình 4.2: Sơ đồ chân của IC L298

THÔNG TIN ỨNG DỤNG
Tần công suất ngõ ra:
IC L298 tích hợp 2 tầng công suất (A, B). Tần công suất chính là
mạch cầu và ngõ ra của nó có thể lái các loại tải cảm thông dụng ở nhiều chế
độ hoạt động khác nhau (tùy thuộc vào sự điều khiển ở ngõ vào). Dòng điện
từ chân ngõ ra chảy qua tải đến chân cảm ứng dòng : điện trở ngoài R
SA
, R
SB
cho phép việc cảm ứng cường độ dòng điện này.
Tần ngõ vào:
Mỗi cầu được điều khiển bởi 4 cổng ngõ vào In1, In2, EnA, và In3,
In4, EnB. Các chân In có tác dụng khi chân En ở mức cao, khi chân En ở
mức thấp, các chân ngõ vào In ở trạng thái cấm. Tất cả các chân đều tương
thích với chuẩn TTL.
Một số đề nghị khi thiết kế:
Cần có một tụ điện không cảm kháng 100nF ở cả hai chân V
S
và
V
SS
tới GND. Gắn tụ điện thật gần với chân GND của IC. Khi tụ điện của
mạch nguồn quá xa IC, hãy thêm một tụ nhỏ gần IC.

Về điện trở cảm ứng dòng, không được dùng loại điện trở dây
quấn, và phải được nối đất sao cho càng gần chân GND càng tốt.

*+),-ơ đồ khối của DS1307
Mô tả hoạt động của các chân:
• Vcc, GND: nguồn một chiều cung cấp tới các chân này. Vcc là đầu
vào 5V. Khi 5V được cung cấp thì thiết bị đó có thể truy cập hoàn
chỉnh và dữ liệu có thể đọc và viết. Khi pin 3V được nối tới thiết bị
này và Vcc nhỏ hơn 1,25Vbat thì quá trình đọc và viết không được
thực thi, tuy nhiên chức năng timekeeping không bị ảnh hưởng bởi

điện áp vào thấp.khi Vcc nhỏ hơn Vbat thì RAM và timekeeping sẽ
được ngắt tới nguồn cung cấp trong ( thường là nguồn 1 chiều 3V ).
• Vbat: đầu vào pin cho bất kỳ một chuẩn pin 3V. Điện áp pin phải
được giữ trong khoảng từ 2,5 đến 3V để đảm bảo cho sự hoạt động
của thiết bị.
• SCL ( serial clock input ): SCL được sử dụng để đồng bộ sự chuyển
dữ liệu trên đường dây nối tiếp.
• SDA ( serial data input/out ): là chan vào ra cho 2 đườn dây nối tiếp.
Chân SDA thiết kế theo kiểu cực máng hở, đòi hỏi phải có một điện
trở kéo theo trong khi hoạt động.
• SQR/OUT ( square wave/output driver ): khi được kích hoạt thì bit
SQWE được thiết lập 1, chân SQW/OUT phát đi 1 trong 4 tần số
( 1kHz, 4kHz, 8kHz, 32kHz ). Chân này cũng thiết kế theo kiểu cực
máng hở vì vậy nó cũng cần có một điện trở kéo trong. Chân này sẽ
hoạt động khi cả Vcc và Vbat được cung cấp.
• X1, X2: được nối với thạch anh tần số 32,769kHz. Là một mạch tạo
giao động ngoài, để hoạt động ổn định thì phải nối thêm 2 tụ 33pF.
Hình 4.6: Mạch tạo giao động ngoài
Cũng có DS1307 với bộ tạo dao động trong tần số 32,768kHz, với
cấu hình này thì chân X1 sẽ được nối vào tín hiệu dao động trong còn chân
X2 thì để hở.
Sơ đồ địa chỉ RAM và RTC: