HỆ THỐNG NHÚNG: Thiết kế mô hình hệ thống cửa tự động đóng mở sử dụng sensor cảm biến

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ *** BÁO CÁO BÀI TẬP HỆ THỐNG NHÚNG Thiết kế mơ hình hệ thống cửa tự động đóng mở sử dụng sensor cảm biến Giảng viên: TS Nguyễn Ngọc Minh Sinh viên nhóm 01 Đặng Văn Hưng Đỗ Xuân Lộc Nguyễn Hữu Hùng Phạm Văn Thưởng - B18DCDT100 - B18DCDT139 - B18DCDT092 - B18DCDT251 Hà Nội, 2021 Báo cáo tập cuối kì Nhóm Mục lục LỜI NÓI ĐẦU .4 I Sơ đồ nguyên lý mô proteus II Phần cứng Vi điều khiển AT89C51 IC tạo ổn áp 7805( IC ổn áp5v) Bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC a Giới thiệu ADC 0804 b Sơ đồ lắp mạch ADC 10 Sensor cảm biến 10 IC điều khiển động L298 .11 Động 12 III Phần mềm .12 Phần mềm mô mạch: 12 Ngơn ngữ lập trình 12 IV Thiết kế tổng quan phần cứng 13 Sơ đồ khối 13 Chức khối 13 a Khối nguồn 14 b Khối thu hồng ngoại .14 c Khối reset 15 d Khối điều khiển .16 e Khối tạo xung giao động .17 f Khối điểu khiển trung tâm 17 Đặc tả hệ thống FSM 17 Sơ đồ Call Graph 18 V Kết .18 LỜI CẢM ƠN 20 Báo cáo tập cuối kì Nhóm LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, hệ thống nhúng trở nên phổ biến đóng vai trị quan trọng đời sống người Ví dụ quanh ta có nhiều sản phẩm nhúng lị vi sóng, nồi cơm điện, điều hịa, điện thoại di động, tơ, máy bay, tàu thủy, đầu đo, cấu chấp hành thông minh, robot v.v ta thấy hệ thống nhúng có mặt lúc nơi sống Qua môn học hệ thống nhúng, chúng em hiểu thêm hệ thống nhúng thực tế, đặc điểm, tính ưu việt tính ứng dụng chúng người Với mong muốn làm rõ kiến thức học giới thiệu ứng dụng hệ thống nhúng, nhóm chúng em đưa mơ hình thiết kế kênh ADC đọc giá trị cảm biến biến trở hiển thị lên led có nút nhấn chọn cảm biến hiển thị – sản phẩm quen thuộc cần thiết đời sống Do thời gian thực kiến thức hạn chế nên nhiều sai sót q trình thực đề tài, mong bổ sung đóng góp thầy cô bạn Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa điện tử, cảm ơn thầy Minh tận tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em thực hoàn thành đề tài Báo cáo tập cuối kì Nhóm I Sơ đồ ngun lý mơ proteus Hình ảnh: Mạch ngun lý sản phẩm Báo cáo tập cuối kì Nhóm II Phần cứng Vi điều khiển AT89C51 Hình ảnh: Sơ đồ chân AT89C51 Ý NGHĨA CÁC CHÂN AT89C51 * Chân 30 (ALE: Adress Latch Enable) tín hiệu điều khiển xuất ra, cho phép phân kênh bus địa bus liệu port * Chân 31 (EA: Eternal Acess) đưa xuống thấp cho phép chon nhớ mã Báo cáo tập cuối kì Nhóm * 32 chân cịn lại chia làm cổng vào ra: Vào tức dùng chân để đọc mức logic *-PO từ chân 39 đến chân 32 tương ứng chân P0_0 đến P0_7 *-P1 từ chân đến chân tương ứng chân P1_0 đến P17 -P2 từ chân 21 đến chân 28 tương ứng chân P2_0 đến P2_7 -P3 từ chân 10 đến chân 17 tương ứng chân P3_0 đến P3_7 * Riêng cổng có chức chân hình H1: P3.0 – RxD : chân nhận liệu nối tiếp giao tiếp RS232 P3.1 TxD : phân truyền liệu nối tiếp giao tiếp RS232 P3.2_INTO: interrupt 0, ngắt P3.3 INTl: interrupt 1, ngắt P3.4T0 : Timer0 , đầu vào timer0 P3.5 T1 : Timer1, đầu vào timer P3.6_ WR: Write, điều khiển ghi liệu P3.7 RD: Read , điều khiển đọc liệu * Chân 18, 19 nối với thạch anh tạo thành mạch tạo dao động cho VĐK Tần số thạch anh thường dùng ứng dụng : 11.0592Mhz(giao tiếp với cổng com máy tính) 12Mhz Tần số tối đa 24Mhz Tần số lớn VĐK xử lí nhanh Hỉnh ảnh: Xung dao động thạch anh IC tạo ổn áp 7805( IC ổn áp5v) Với mạch điện khơng địi hỏi độ ổn định điện áp cao, sử dụng IC ổn áp thường người thiết kế sử dụng mạch điện Báo cáo tập cuối kì Nhóm đơn giản Các loại ổn áp thường sử dụng IC 78xx, với xx điện áp cần ổn áp Ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V Việc dùng loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, minh họa cho IC ổn áp 7805: Hình ảnh: Sơ đồ chân IC 7805 - Chân số IN - Chân số GND - Chân số OUT Ngõ OUT ổn định 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi Mạch dùng để bảo vệ mạch điện hoạt động điện áp 5V (các loại IC thường hoạt động điện áp này) Nếu nguồn điện có cố đột ngột: điện áp tăng cao mạch điện hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 giữ điện áp ngõ QUT 5V không đổi Báo cáo tập cuối kì Nhóm IC ổn áp 7805 : Đầu vào > TV đầu 5V 500mA Mạch ổn áp: cần cho VĐK nguồn cho VĐK khơng ổn định treo VĐK, khơng chạy đúng, reset liên tục, chí chết chíp Bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC a Giới thiệu ADC 0804 Báo cáo tập cuối kì Nhóm - Một số đặc tính kỹ thuật ADC 0804 + Không yêu cầu giao diện logic để ghép nối với VXL + Thời gian chuyển đổi nhỏ 100 us + Có dao động nội - Nguyên lý hoạt động ADC 0804: ADC bắt đầu hoạt động chân CS WR đồng thời mức thấp (tích cực) Chân INTR reset để mức cao ( khơng tích cực ) Tín hiệu analog chân VN+ VN- đưa vào lấy mẫu mã hoá xung clock nội 0804 Sau chân INTR chuyển xuống mức thấp (tích cực) báo hiệu cho vi điều khiển q trình chuyển đổi ADC hoàn tất Vi điều khiển đưa tín hiệu mức thấp vào chân RD 0804 để lấy liệu (Chân RD CS nối đất) Quá trình Báo cáo tập cuối kì Nhóm chuyển đổi lại bắt đầu CS WR nhận tín hiệu mức thấp (từ vi điều khiển ) b Sơ đồ lắp mạch ADC Sensor cảm biến  Cảm biến hồng ngoại Báo cáo tập cuối kì IC điều khiển động L298 Nhóm Báo cáo tập cuối kì Nhóm + Điện áp cấp lên đến 46V + Tổng Dòng DC chịu đựng lên đến 4A + Điện áp bão hòa + Chức bảo vệ nhiệt + Điện áp logic°0°từ 1.5V trở xuống  Tần cơng suất ngõ ra: IC L298 tích hợp tầng cơng suất (A, B) Tần cơng suất mạch cầu ngõ lái loại tải cảm thông dụng nhiều chế độ hoạt động khác (tùy thuộc vào Báo cáo tập cuối kì Nhóm điều khiển ngõ vào) Dòng điện từ chân ngõ chảy qua tải đến chân cảm ứng dịng điện trở ngồi RSA, Rss cho phép việc cảm ứng cường độ dòng điện  Tần ngõ vào: Mỗi cầu điều khiển cổng ngõ vào Inl, In2, EnA, In3, Ind, EnB Các chân In có tác dụng chân En mức cao, chân En mức thấp, chân ngõ vào In trạng thái cấm Tất chân tương thích với chuẩn TTL Động Sử dụng động chiều DC - 12V Động đảo chiều tức quay thuận quay ngược Tác dụng động là: thực lực kéo để đóng, mở cửa theo chương trình lập trình sẵn III Phần mềm Phần mềm mô mạch: Phần mềm Proteus Proteus phần mềm mô thiết kế mạch in Phần mềm bao gồm thành phần ISIS AREA ISIS phần mơ mạch, mơ mạch số mạch tương tự, nhiên, điểm mạnh tích hợp nhiều thư viện linh kiện số, đặc biệt vi điều khiển Trong trình thiết kế mạch số, cần mô phần mềm vi điều khiển PIC, AVR, 8051, phần mềm lý tưởng Bên cạnh đó, cịn tích hợp mơ mạch tương tự, mô ngôn ngữ mô tả phần cứng Verilog, AREA phần thiết kế mạch in, nhẹ, chạy dây thông minh, nhiên việc quản lý, xếp vị trí có nhiều linh kiện chưa hiệu Ngôn ngữ lập trình Giới thiệu chung hợp ngữ assembly Báo cáo tập cuối kì Nhóm Hợp ngữ (assembly language) ngôn ngữ cấp thấp dùng để viết chương trình máy tính Cách dùng thuật nhớ (mnemonics) thân thiện để viết chương trình thay cách lập trình trực tiếp lên máy tính mã máy dạng số (numeric machine code) - áp dụng cho máy tính - vốn mệt nhọc, dễ gây lỗi tốn nhiều thời Một chương trình viết hợp ngữ dịch sang ngơn ngữ máy tiện ích gọi trình hợp dịch Lưu ý rằng, trình hợp dịch khác hồn tồn với trình biên dịch, vốn dùng để biên dịch ngôn ngữ cấp cao sang thị lệnh cấp thấp mà sau trình hợp dịch chuyển đổi sang ngơn ngữ máy Các chương trình hợp ngữ thường phụ thuộc chặt chẽ vào kiến trúc máy tính xác định, khác với ngơn ngữ cấp cao thường độc lập tảng kiến trúc phần cứng Nhiều trình hợp dịch phức tạp ngồi tính cịn cung cấp thêm chế giúp cho việc viết chương trình, kiểm sốt trình dịch việc gỡ rối dễ dàng Hợp ngữ dùng rộng rãi tất khía cạnh lập trình, ngày có xu hướng dùng số lĩnh vực hẹp, chủ yếu để giao tiếp trực tiếp với phần cứng xử lý vấn đề liên quan đến tốc độ cao điển trình điều khiển thiết bị, hệ thống nhúng cấp thấp ứng dụng thời gian thực IV Thiết kế tổng quan phần cứng Sơ đồ khối Báo cáo tập cuối kì Nhóm Chức khối a Khối nguồn Nguồn nuôi vi điều khiển nguồn DC 5V, sau qua biến áp 12V, điện áp xoay chiều 220V 12V đưa qua chỉnh lưu thành dòng chiều, sau qua IC ổn áp 7805, điện áp 5V đưa vào vi điều khiển Đây mạch dùng để tạo nguồn điện áp chuẩn +5V Sử dụng IC7805 Đầu vào điện áp xoay chiều sau biến đổi qua máy biến Báo cáo tập cuối kì Nhóm thế, đưa vào Diod cầu dòng điện chiều, lúc điện áp nằm khoảng từ >10V) Sau qua IC ổn áp 7805 tạo nguồn điện áp chuẩn +5V cung cấp cho mạch b Khối thu hồng ngoại Hình ảnh: Sơ đồ nguyên lý Khối gồm mắt thu hồng ngoại U5 có vỏ bọc kim loại để chống nhiễu Hình dạng bên ngồi hình Cấu tạo chất bán dẫn có chân: Chân đưa tín hiệu (OUT) Báo cáo tập cuối kì Nhóm Chân nối mass(GND) Chân nối nguồn +5V (VCC) + Điện trở R50 tụ hóa C21 có tác dụng lọc nhiễu + Chân tín hiệu OUT nối với chân ngắt vi điều khiển (Encoder) - Nguyên lý hoạt động: Khi Remote phát tín hiệu hồng ngoại mắt thu nhận được, tín hiệu thu nhờ tụ C21 trở R50 lọc nhiễu đưa tín hiệu chân ngắt INTO vi điều khiển c Khối reset Báo cáo tập cuối kì Nhóm Khối RESET có tác dụng đưa vi điều khiển trạng thái ban đầu Khi nút Reset ấn điện áp +5V từ nguồn nối vào chân Reset vi điều khiển chạy thẳng xuống đất lúc điện áp chân vi điều khiển thay đổi đột ngột 0, VĐK nhận biết thay đổi khởi động lại trạng thái ban đầu cho hệ thống d Khối điều khiển Báo cáo tập cuối kì Nhóm Gồm nút ấn, hoạt động tương tự nút Reset Khi ấn nút chân 2,3 nối với chân 1,4 đưa điện áp xuống đất lúc điện áp chân 2,3 làm cho vi điều khiển nhận biết thay đổi thực lệnh cần điều khiển Nút thứ làm động dùng Nút thứ hai làm động quay thuận, nút làm động quay nghịch Báo cáo tập cuối kì Nhóm e Khối tạo xung giao động f Khối điểu khiển trung tâm Vi điều khiển AT89C51 phần tử thu nhập xử lý thông tin đưa tín hiệu điều khiển thiết bị Báo cáo tập cuối kì Đặc tả hệ thống FSM Sơ đồ Call Graph Nhóm Báo cáo tập cuối kì V Kết Nhóm Báo cáo tập cuối kì Nhóm Báo cáo tập cuối kì Nhóm LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn tới nhà trường “Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông” đưa môn học Hệ thống nhúng vào chương trình giảng dạy Đồng thời, em xin chân thành cảm ơn Giảng viên môn –Thầy Minh giảng dạy, hướng dẫn, truyền đạt cho chúng em nhiều kiến thức bổ ích mơn Hệ thống nhúng Trong thời gian học tập, lắng nghe thầy giảng dạy, em tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích, học tập tinh thần làm việc hiệu quả, nghiêm túc Đây thực điều cần thiết cho q trình học tập cơng việc sau em Hệ thống nhúng môn học bổ ích cần thiết, gắn liền với nhu cầu thực tiễn Mặc dù học tập tìm hiểu song thời gian học tập không nhiều nên hiểu biết môn Hệ thống nhúng nhóm em cịn hạn chế Vậy nên, tập nhóm cuối kỳ em có thiếu sót chưa xác, nhóm em mong nhận nhận xét, ý kiến đóng góp, phê bình từ phía thầy để làm nhóm hồn thiện Lời cuối cùng, em xin kính chúc thầy nhiều sức khỏe, thành công hạnh phúc công việc sống! Hà Nội, ngày 26 tháng 12 năm 2021 Nhóm sinh viên thực Đặng Văn Hưng Đỗ Xuân Lộc Nguyễn Hữu Hùng Phạm Văn Thưởng ... thiệu ứng dụng hệ thống nhúng, nhóm chúng em đưa mơ hình thiết kế kênh ADC đọc giá trị cảm biến biến trở hiển thị lên led có nút nhấn chọn cảm biến hiển thị – sản phẩm quen thuộc cần thiết đời... chuẩn TTL Động Sử dụng động chiều DC - 12V Động đảo chiều tức quay thuận quay ngược Tác dụng động là: thực lực kéo để đóng, mở cửa theo chương trình lập trình sẵn III Phần mềm Phần mềm mô mạch:... 10 Sensor cảm biến 10 IC điều khiển động L298 .11 Động 12 III Phần mềm .12 Phần mềm mô mạch: 12 Ngơn ngữ lập trình 12 IV Thiết kế tổng