Khi một người vào một cửa và đống lại thì ngay lập tức đèn trong phòng sẽ bật sáng, các cửa khác sẽ bị khóa lại, đồng thời đèn báo hiệu ở trước các cửa sẽ sáng (nhấp nháy) báo hiệu trong phòng đang có người. Khi người này mở khóa của để ra khỏi phòng thì lập tức các khóa cửa khác cũng tự động được mở theo đồng thời đèn trong phòng và các đèn báo hiệu ở các cửa đều tắt.
Trang 1MỤC LỤC
A PHẦN CHUNG 3
I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 3
II Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 3
III MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 4
III.1 Mục tiêu chung 4
III.2 Mục tiêu cụ thể 4
III GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4
IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4
IV.1 Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết 4
IV.2 Phương pháp thực nghiệm, bao gồm: 4
IV.2.1 Thực nghiệm thăm dò, tìm hiểu các nghiên cứu có liên quan đến đề tài 4
V NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 5
V.1 Tìm hiểu các linh kiện điện tử có liên quan đến mạch nghiên cứu 5
V.1.1 Nghiên cứu Relay 5
V.1.2 Tìm hiểu về cuộn hút 5
V.1.3 Tìm hiểu về IC vi điều khiển 89S52 6
V.1.4 Tìm hiểu về IC khuếch đại đảo ULN 2803 8
V.1.5 Tìm hiểu về LED 8
V.2 Mạch hệ thống khóa cửa thông minh 9
V.2.1 Sơ đồ khối bố trí mạch hệ thống khóa cửa thông minh 9
V.2.2 Cấu tạo của khóa cửa 9
V.2.3 Sơ đồ nguyên lý của mạch Hệ thống khóa cửa tự động 11
V.2.4 Nguyên tắc hoạt động của mạch 13
V.3 Chương trình phần mềm nạp cho IC vi điều khiển 89S52 13
V.4 Bo mạch thí nghiệm, chạy thử 14
V.5 Bo mạch đồng 15
V.6 Thực nghiệm 15
VI NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀ TÀI 16
B KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 18
I KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 18
II THẢO LUẬN 18
C KẾT LUẬN KHOA HỌC 18
D TÀI LIỆU THAM KHẢO 18
Trang 2A PHẦN CHUNG.
I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.
Khi xã hội càng phát triển thì nhu cầu về sự tiện ích của con người trong cuộc sống là ngày càng cao Từ cách ăn mặt, công cụ giao tiếp, phương tiện đi lại, cho tới những nhu cầu cơ bản, tế nhị nhất, đó chính là nhu cầu về đại, tiểu tiện của con người
Xu thế xây nhà hiện nay, nhiều gia đình thường làm theo mô hình mỗi phòng ngủ có một phòng vệ sinh (WC) khép kín Điều này là rất tốt, rất tiện lợi
và rất hữu, nó mang lại cho mỗi cá nhân sự thoải mái trong sinh hoạt hàng ngày Tuy nhiên việc làm nhiều phòng wc sẽ làm không gian sinh hoạt ở các phòng bị thu hẹp lại và chi phí xây dựng sẽ cao hơn Ta làm một phép tính đơn giản để thấp rõ điều này Nếu nhà có 3 phong ngủ có phòng wc khép kín, mỗi phong wc
để sinh hoạt thoải mái phải có diện tích tối thiểu 6m2, 3 phòng là 18m2 Chi phí làm một phòng wc khoảng 15 triệu, 3 phòng là 45 triệu như vây, so với việc sử dụng 1 phòng wc chung, chúng ta bị mất 12m2 không gian sinh hoạt và phải thêm khoản chi phí 30 triệu Việc sử dụng nhà wc không phải là liên tục, chỉ vào một số khoảng thời gian nhất định trong ngày, nhưng phải hết 12m2 không gian sinh hoạt và mất 30 triệu để xây dựng là điều quá lãng phí Do vây, việc xây nhà kiểu này chỉ thích hợp cho những hộ gia đình có diện tích đất rộng rãi,
có điều kiện về kinh tế khá giả Với đa số người dân có thu nhập thấp, diện tích đất chật hẹp thì xây nhà theo phương án trên là không khả thi
Vấn đề đặt ra là, ta có thể làm một phòng wc chung nhưng khả năng sử dụng tương tự phòng wc khép kín không? Ta có thể làm được bằng cách đặt phòng wc ở phần chung giữa 3 phòng và có 3 cửa mở vào 3 phòng Như vậy, cả
3 phòng đều có thể vào sử dụng phòng wc Phòng wc này có chức nặng giống như phòng wc khép kín Tuy nhiên sẽ nảy sinh vấn đề, nếu các phòng đều cùng
mở cửa để vào phòng wc thì sao? Tuy xác suất để xảy ra tình huống này là rất thấp, nhưng cũng ảnh hưởng đến sự riêng tư của mỗi người, lamg mất đi phép lịch sự trong gia đình.Như vậy, ở 3 cửa này phải lắp đặt các khóa cửa có chức năng sao cho khi một khóa đã chốt thì các khóa ở các của khác cũng phải chốt lại
Xuất phát từ những lý do trên đội chúng em đã mang đến hội thi một sản phẩm “Hệ thống khóa cửa thông minh”
Trang 3II Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI.
Nếu đề tài được nghiên cứu và chế tạo thành công sẽ giúp những người lao động có thu nhập thấp không có điều kiện làm hệ thống phòng wc khép kín ở mỗi phòng ngủ, có thể làm một phòng wc chung nhưng khả năng sử dụng tương đương phòng wc khép kín Giúp không gian ngôi nhà rộng rãi hơn, điều kiện sinh hoạt thoải mãi hơn
III MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU.
III.1 Mục tiêu chung.
Nghiên cứu chế tạo khóa cửa và mạch điện tử có khả năng điều khiển tự động đống hoặc mở khóa cửa
Nghiên cứu chế tạo mạch điện đơn giản, có kích thước nhỏ gọn, dễ chế tạo,
dể sử dụng, dễ lắp đặt trong nhà
III.2 Mục tiêu cụ thể.
- Khi một người vào một cửa và đống lại thì ngay lập tức đèn trong phòng
sẽ bật sáng, các cửa khác sẽ bị khóa lại, đồng thời đèn báo hiệu ở trước các cửa
sẽ sáng (nhấp nháy) báo hiệu trong phòng đang có người
- Khi người này mở khóa của để ra khỏi phòng thì lập tức các khóa cửa khác cũng tự động được mở theo đồng thời đèn trong phòng và các đèn báo hiệu
ở các cửa đều tắt
III GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU.
- Đề tài được nghiên cứu trong phạm vi kiến thức của học sinh ở cấp trung học phổ thông kết hợp với kiến thức nâng cao lập trình vi điều khiển cho IC
IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
IV.1 Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết.
Thông qua sách tham khảo và hệ thống Intener, đội đã tìm hiểu, nghiên cứu
về các loại linh kiện điện tử và các loại mạch điện tử có liên quan đến đề tài Nghiên cứu về các loại khóa cửa đang có trên thị trường
Nghiên cứu các loại mạch điện tử có chức năng điều khiển tự dộng
Nghiên cứu, tìm hiểu về IC vi điều khiển 89S52
Nghiên cứu phần mềm lập trình cho vi điều khiển 89S52: Keil C
Nghiên cứu phần mềm nạp chương trình cho vi điều khiển 89S52: Progisp phiên bản 1.72
IV.2 Phương pháp thực nghiệm, bao gồm:
IV.2.1 Thực nghiệm thăm dò, tìm hiểu các
nghiên cứu có liên quan đến đề tài.
Trang 4Thông qua hệ thống internet chúng tôi đã tìm hiểu một số sản phẩm về khóa cửa tự động như:
Trang web http://www.vatgia.com/4855/2088922/kh%C3%B3a-%C4%91i
%E1%BB%87n-m%E1%BB%9F-c%E1%BB%95ng-t%E1%BB%B1-%C4%91%E1%BB%99ng.html có giới thiệu Khóa
điện mở cổng tự động Nion Tech với giá
1.200.000đ
Trang web http://www.vatgia.com/4855/5057752/
kh%C3%B3a-t%E1%BB%AB-algatec-ul27l-s-a.html giới thiệu khóa từ Algatec UL27L-S-A, với
mức giá 1.050.000 đồng.
Trên trang youtubi.com có đăng tải Khóa của tự động của tác giả Lê Quang Thái (https://www.youtube.com/watch?v=HYCaHODE0uM )
Hiện tại, trên thị trường vẫn chưa có sản phẩm nào có chức năng giống với sản phẩm của đề tài mà nhóm đang nghiên cứu
IV.2.2 Thực nghiệm định lượng
Tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch
Lắp ráp phần cứng trên bo mạch thử nghiệm
Sử dụng phần mềm Kiel C viết chương trình phần mềm cho IC 89S52
Sử dụng phần mềm nạp chương trình Progisp 1.72 nạp cho IC 89S52 Chạy thử nghiệm sản phẩm
V NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.
V.1 Tìm hiểu các linh kiện điện tử có liên quan đến mạch nghiên cứu.
V.1.1 Nghiên cứu Relay.
Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực
Relay là thiết bị điện tử có thời gian tác
động chậm Thời gian tác động (ttđ): Là thời
gian kể từ thời điểm cung cấp tín hiệu cho
đầu vào, đến lúc cơ cấu chấp hành làm việc
Với rơle điện từ là quãng thời gian cuộn dây
được cung cấp dòng (hay áp) cho đến lúc hệ
thống tiếp điểm đóng hoàn toàn (với tiếp
điểm thường mở) và mở hoàn toàn (với tiếp
điểm thường đóng)
Với mỗi loại relay khác nhau thì thời
gian tác động là khác nhau, với relay điện từ thì
thời gian này là từ 2 đến 20 ms
(http://ptth-phanchutrinh-phuyen.violet.vn/present/same/entry
_id/8505591)
Trang 5V.1.2 Tìm hiểu về cuộn hút.
Sử dụng trong các mạch điện tử, mạch đống mở
Dòng điện tiêu thụ:
Điện áp Dòng tiêu thụ
V.1.3 Tìm hiểu về IC vi điều khiển 89S52.
1 Chân VCC: Chân số 40 là VCC cấp điện áp nguồn cho Vi điều khiển
Nguồn điện cấp là +5V±0.5
2 Chân GND:Chân số 20 nối GND(hay nối Mass)
Khi thiết kế cần sử dụng một mạch ổn áp để bảo vệ cho Vi điều khiển, cách đơn giản là sử dụng IC ổn áp 7805
3 Port 0 (P0)
Port 0 gồm 8 chân (từ chân 32 đến 39) có hai chức năng:
Chức năng xuất/nhập :các chân này được dùng để nhận tín hiệu từ bên ngoài vào để xử lí, hoặc dùng để xuất tín hiệu ra bên ngoài, chẳng hạn xuất tín hiệu để điều khiển led đơn sáng tắt
Chức năng là bus dữ liệu và bus địa chỉ (AD7-AD0) : 8 chân này (hoặc Port 0) còn làm nhiệm vụ lấy dữ liệu từ ROM hoặc RAM ngoại (nếu có kết nối với bộ nhớ ngoài), đồng thời Port 0 còn được dùng để định địa chỉ của bộ nhớ ngoài 4.Port 1 (P1)
Port P1 gồm 8 chân (từ chân 1 đến chân 8), chỉ có chức năng làm các đường xuất/nhập, không có chức năng khác
5.Port 2 (P2)
Port 2 gồm 8 chân (từ chân 21 đến chân 28) có hai chức năng:
Chức năng xuất/nhập
Chức năng là bus địa chỉ cao (A8-A15): khi kết nối với bộ nhớ ngoài có dung
Trang 6lượng lớn,cần 2 byte để định địa chỉ của bộ nhớ, byte thấp do P0 đảm nhận, byte cao do P2 này đảm nhận
6.Port 3 (P3)
Port 3 gồm 8 chân (từ chân 10 đến 17):
Chức năng xuất/nhập
Với mỗi chân có một chức năng riêng thứ hai như trong bảng sau
Bit Tên Chức năng
P3.0 RxD Ngõ vào nhận dữ liệu nối tiếp
P3.1 TxD Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp
P3.2 INT0 Ngõ vào ngắt cứng thứ 0
P3.3 INT1 Ngõ vào ngắt cứng thứ 1
P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/Counter thứ 0
P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/Counter thứ 1
P3.6 WR Ngõ điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài
P3.7 RD Ngõ điều khiển đọc dữ liệu từ bộ nhớ bên ngoài
P1.0 T2 Ngõ vào của Timer/Counter thứ 2
P1.1 T2X Ngõ Nạp lại/thu nhận của Timer/Counter thứ 2
7 Chân RESET (RST)
Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset dùng để thiết lập trạng thái ban đầu cho
vi điều khiển Hệ thống sẽ được thiết lập lại các giá trị ban đầu nếu ngõ này ở mức 1 tối thiểu 2 chu kì máy
8.Chân XTAL1 và XTAL2
Hai chân này có vị trí chân là 18 và 19 được sử dụng để nhận nguồn xung clock
từ bên ngoài để hoạt động, thường được ghép nối với thạch anh và các tụ để tạo nguồn xung clock ổn định
9 Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN
PSEN ( program store enable) tín hiệu được xuất ra ở chân 29 dùng để truy xuất
bộ nhớ chương trình ngoài Chân này thường được nối với chân OE (output enable) của ROM ngoài
Khi vi điều khiển làm việc với bộ nhớ chương trình ngoài, chân này phát ra tín hiệu kích hoạt ở mức thấp và được kích hoạt 2 lần trong một chu kì máy
Khi thực thi một chương trình ở ROM nội, chân này được duy trì ở mức logic không tích cực (logic 1)
(Không cần kết nối chân này khi không sử dụng đến)
10 Chân ALE (chân cho phép chốt địa chỉ-chân 30)
Khi Vi điều khiển truy xuất bộ nhớ từ bên ngoài, port 0 vừa có chức năng là bus địa chỉ, vừa có chức năng là bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ Tín hiệu ở chân ALE dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và các đường dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt
Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động đưa vào Vi điều khiển, như vậy có thể dùng tín hiệu ở ngõ ra ALE làm xung clock cung cấp cho các phần khác của hệ thống
Ghi chú: khi không sử dụng có thể bỏ trống chân này
Trang 711 Chân EA
Chân EA dùng để xác định chương trình thực hiện được lấy từ ROM nội hay ROM ngoại
Khi EA nối với logic 1(+5V) thì Vi điều khiển thực hiện chương trình lấy từ bộ nhớ nội
Khi EA nối với logic 0(0V) thì Vi điều khiển thực hiện chương trình lấy từ bộ nhớ ngoại
V.1.4 Tìm hiểu về IC khuếch đại đảo ULN 2803.
ULN 2803 gồm 18 chân Các chân từ 1 đến 8 là tín hiệu vào, chân 9 nối mới mát, chân 10 nối với dương nguồn 12V, các chân từ 11 đến 18 là tín hiệu đầu ra tương ứng
ULN 2803 là IC khuếch đại đảo, tức là khi tín hiệu đầu vào ở mức 1 (mức cao) thì tín hiệu ở đầu ra là mức thấp (mức 0), và ngược lại
V.1.5 Tìm hiểu về LED.
LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là
các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n
Đối với led thường thì điện áp sử dụng thường là:
- Với led dỏ: 1.4 - 1.8v
- Led xanh, vàng các loại: 2.2 - 2.8v
- Dòng của led thường thì thấp khoảng 7 - 10mA
Đối với led siêu sáng:
- Đỏ, vàng: 2.2 -2.4v
- Xanh các loại: 3.2 -3.4v
- Trắng: 4.0 - 4.4v
- Dòng điện led siêu sáng là 17 - 20mA
Trang 8Đối với một số loại led 4 chân thường là 35 đến 50mA.
Các loại led công suất cao thì có thể từ 135 đến 700mA
V.2 Mạch hệ thống khóa cửa thông minh.
V.2.1 Sơ đồ khối bố trí mạch hệ thống khóa cửa thông minh.
* Nguyên tắc hoạt động:
Khi khóa của cửa số 1 bị khóa lại thì tín hiệu sẽ được truyền về hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển sẽ xử lý thông tin tín hiệu nhận được và điều khiển các khóa ở các cửa khác tự động khóa lại, đồng thời điều khiển đèn chiếu sáng trong phòng bật lên và các đèn báo hiệu sẽ sáng nhấp nhấy
Khi khóa của cửa số 1 được mở ra thì tín hiệu sẽ được truyền về hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển sẽ xử lý thông tin tín hiệu nhận được và điều khiển các khóa ở các cửa khác tự động mở ra, đồng thời điều khiển đèn chiếu sáng trong phòng tắt đi và các đèn báo hiệu không sáng nhấp nhấy
Các cửa còn lại cũng hoạt động tương tự Với một IC 89S52 có thể điều khiển tối đa 15 cửa
V.2.2 Cấu tạo của khóa cửa.
Khóa cửa số 1
Khóa cửa số 2 Hệ thống điều khiển Khóa cửa số n
Đèn chiếu sáng Đèn báo hiệu
Trang 9Hình 1
Hình 2
Hình 3
* Nguyên tắc hoạt động.
Binh thường, thanh chốt cửa số 1 ở trạng
thái mở thì công tắc trạng thái chưa bị tác
động và ở trạng thái 0 (hình 1).
Khi thanh chốt cửa ở trạng thái chốt, thì
công tắc trạng thái bị tác động và chuyển lên
trạng thái 1, tín hiệu trạng thái này sẽ được
2)
V.2.3 Sơ đồ
động.
Trang 10V.2.3.2 Sơ đồ mạch Hệ thống khóa cửa thông minh.
Trang 12V.2.4 Nguyên tắc hoạt động của mạch.
Khi có người vào phòng và chốt cửa (giả sử cửa số 1) thì công tắc trạng thái sẽ từ trạng thái 0 lên trạng thái 1 (điện áp 5V DC) Tín hiệu này được đưa vào chân P3.0 của IC vi điều khiển IC 98S52, theo lập trình phần mềm IC sẽ điều khiển cấp điện cho cuôn hút ở các khóa cửa còn lại và ngay lập tức các của này sẽ bị khóa lại, đồng thời IC cũng điều khiển bật đèn chiếu sáng trong phòng
và bật các đèn báo hiệu sáng nhấp nháy Các khóa cửa khác cũng hoạt động tương tự như vậy
V.3 Chương trình phần mềm nạp cho IC vi điều khiển 89S52.
#include <REGX51.H>
void delay(int time)
{
while(time );
}
void main()
{
P1=0;
P3=0;
P0=0;
P2=0;
while(1)
{
if((P3_0==1)&&(P3_1==0)&&(P3_2==0)&&(P3_3==0)) {
P2_0=0;P2_1=1;P2_2=1;P2_3=1;
P2_4=1;
P2_7=1;
delay(10000000);
P2_7=0;
delay(10000000);
} if((P3_0==0)&&(P3_1==1)&&(P3_2==0)&&(P3_3==0)) {
Trang 13P2_4=1;
P2_7=1;
delay(10000000);
P2_7=0;
delay(10000000);
}
if((P3_0==0)&&(P3_1==0)&&(P3_2==1)&&(P3_3==0))
{
P2_0=1;P2_1=1;P2_2=0;P2_3=1;
P2_4=1;
P2_7=1;
delay(10000000);
P2_7=0;
delay(10000000);
}
if((P3_0==0)&&(P3_1==0)&&(P3_2==0)&&(P3_3==1))
{
P2_0=1;P2_1=1;P2_2=1;P2_3=0;
P2_4=1;
P2_7=1;
delay(10000000);
P2_7=0;
delay(10000000);
}
if((P3_0==0)&&(P3_1==0)&&(P3_2==0)&&(P3_3==0))
{
P2_0=0;P2_1=0;P2_2=0;P2_3=0;
P2_4=0;
P2_7=0;
}
if((P3_0==1)&&(P3_1==1)&&(P3_2==1)&&(P3_3==1))
{
P2_0=0;P2_1=0;P2_2=0;P2_3=0;
P2_4=0;
P2_7=0;
}
}
}