Hệ thống bật tắt đèn thông minh dành cho các phòng họp sử dụng thu phát hồng ngoại và vi xử lý

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ BỘ MƠN: KỸ THUẬT MÁY TÍNH ĐỊ ÁN MƠN HỌC MƠN HỌC HỆ THỐNG NHÚNG Nhóm sinh viên : Nguyễn Thị Hòa Nguyễn Văn Hợp Tống Quang Long Lớp : K43DDK Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Huy Thái Nguyên - 2011 Nhận xét giáo viên hướng dẫn Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 2011 Giáo Viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Nhận xét giáo viên chấm Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 2011 Giáo Viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC Bộ mơn Kỹ thuật máy tính LỜI NĨI ĐẦU Bộ mơn Kỹ thuật máy tính Ngày nay, việc ứng dụng cho hệ thống nhúng ngày trở nên phổ biến: từ ứng dụng đơn giản điều khiển chốt đèn giao thông định thời, đếm sản phẩm dây chuyền sản xuất, điều khiển tốc độ động điện chiều, thiết kế biển quảng cáo dùng Led ma trận, đồng hồ thời gian thực đến ứng dụng phức tạp hệ thống điều khiển robot, kiểm soát nhà máy hệ thống kiểm soát máy lượng hạt nhân Các hệ thống tự động trước sử dụng nhiều công nghệ khác hệ thống tự động hoạt động nguyên lý khí nén, thủy lực, rơle điện, mạch điện tử số, thiết bị máy móc tự động cam chốt khí thiết bị, hệ thống có chức xử lý mức độ tự động thấp so với hệ thống tự động đại xây dựng tảng hệ thống nhúng Với mong muốn giới thiệu ứng dụng hệ thống nhúng đời sống đại, nhóm chúng em đưa mơ hình thiết kế hệ thống điều khiển đèn thơng minh dùng cho phịng họp Trong q trình thực đồ án mơn học, nhóm chúng em cố gắng thiết kế cho mơ hình đơn giản nhất, ổn định nhất; nhiên vấn đề thời gian kinh nghiệm nên mơ hình cịn gặp phải vấn đề chưa thể khắc phục Trân trọng chân thành cảm ơn! Nhóm thực đề tài: Nguyễn Thị Nguyễn Văn Hợp Tống Quang Long Hòa CHUƠNG 1: PHÂN TÍCH BÀI TỐN Bộ mơn Kỹ thuật máy tính 1.1 Khảo sát phân tích toán Hiện hầu hết việc giám sát điều khiển chiếu sáng phịng cơng cộng điều khiển tay thơng qua đóng mở cơng tắc, aptomat, cầu dao Điều thuận lợi đơn giản ta bật tắt đèn theo nhu cầu sử dụng Tuy nhiên, phịng cơng cộng nên việc bật tắt đèn người trực khu nhà làm Vì họ khơng biết xác có người tới người hết khỏi phịng họ biết phải quản lý nhiều phịng nên họ để điện đến hết ca trực, điều gây lãng phí điện lớn, đặc biệt hoàn cảnh nước ta thiếu điện cách trầm trọng Trên thị trường có số thiết bị bật tắt đèn thơng minh, SmartLight Hàn Quốc sản xuất: Được tích hợp sensor cảm ứng hồng ngoại thân nhiệt, đèn tự động bật có người vào vùng cảm ứng tắt khơng có người w SL*2DQ Hình 1.1: Đèn thơng minh Smartlight Bộ mơn Kỹ thuật máy tính SmartLight phù hợp với nhu cầu chiếu sáng thông minh bạn sân cổng, phòng khách, phòng ngủ, phòng vệ sinh, cầu thang, văn phịng giúp bạn bật tắt đèn hồn tồn tự động, mang lại an toàn, tiện nghi tiết kiệm điện Tuy nhiên thiết bị tích hợp điều khiển với đèn sản phẩm Dođó giá thành cao khơng thích hợp cho phịng cần lượng chiếu sáng lớn, khơng thay đổi loại bóng đèn theo yêu cầu Hệ thống giám sát điều khiển chiếu sáng sử dụng camera kết nối với máy tính để kiểm sốt số người phịng, qua phát lệnh đóng mở cơng tắc tơ bật tắt bóng đèn Hình 1.2: Hệ thống camera giám sát Hệ thống giúp việc bật tắt đèn nơi lắp đặt cách xác, tự động bán tự động Tuy nhiên sử dụng máy tính nên giá thành hệ thống cao, mặt khác không giải vấn đề tiết kiệm điện Vì thường sử dụng tịa nhà công nghệ cao, khu vực cần điều chỉnh chiếu sáng khơng phải mục đích tiết kiệm điện Bộ mơn Kỹ thuật máy tính Hệ thống bật tắt đèn tự động sử dụng IC số mạch Logic cho phép ta dựa vào lượng người vào để đóng ngắt cơng tắc cách tự động Bộ mơn Kỹ thuật máy tính Hình 1.3: Hệ thống bật tắt đèn thông minh dùng IC số Hệ thống có cấu tạo đơn giản, rẻ, khơng phải lập trình mà dựa vào mạch Logic tính linh động khơng cao, khó chỉnh định điều kiện làm việc thay đổi, có khả nâng cấp mở rộng hệ thống Với phòng họp công cộng, mà lưu lượng người không lớn kiểm sốt việc đếm người qua cửa ta hồn tồn áp dụng hệ thống đèn thông minh sử dụng Vi điều khiển lập trình để bật đèn có người tắt khơng có người Điều vừa tiện lợi cho người: ứng dụng cơng nghệ tự động hóa vào sống người, đảm bảo đủ ánh sáng trình làm việc, người quản lý đỡ tốn thời gian đồng thời góp phần giải vấn đề tiết kiệm điện thời kỳ mà nhu cầu điện tiêu thụ vượt khả cung cấp nhà máy điện 1.2 1.2.1 Lựa chọn giải pháp Giải pháp công nghệ Bộ môn Kỹ thuật máy tính Qua phân tích trên, nhóm chúng em đưa giải pháp xây dựng hệ thống điều khiển đèn thơng minh cho phịng họp: điều khiển bật tắt đèn qua việckiểm soát lượng người vào phịng Thu nhận tín hiệu xử lý tín hiệu, có người vào phịng, đèn bật bật, đèn chưa bật bật đèn lên; người hết khỏi phịng tắt đèn Trong q trình làm việc hệ thống ln hiển thị số người phòng để tiện cho việc kiểm tra, theo dõi 1.2.2 Giải pháp thiết kế • Để phát người ta dùng thu phát hồng ngoại mắc gần đặt cửa vào • Xử lý, điều khiển dùng vi điều khiển Pic: lập trình để Pic nhận tín hiệu vào từ Led hồng ngoại, tính tốn xử lý để đưa lệnh bật tắt đèn • Để hiển thị ta dùng Led thanh: lấy tín hiệu từ Pic để thơng báo xem phịng có người • Điều khiển tắt/mở bóng đèn nhờ transistor cấp dòng cho rơ le 1.2.3 Các yêu cầu • Hệ thống điều khiển đèn thông minh áp dụng cho phòng họp: > > > > Số lượng người phịng tối đa khơng q 99 người Phịng có cửa vào Ở thời điểm có người qua cửa Cửa cao 2.5m, rộng 2m • Có người vào bật đèn hết tắt đèn • Hệ thống có chế độ làm việc tự động tay • Làm việc với điện áp 220V/50Hz • Sensor cơng nghệ tùy chọn • Có khả nâng cấp, cải tiến 1.2.4 Giới hạn hạn định • Làm việc ban ngày lẫn ban đêm • Thu nhận tín hiệu liên tục có người vào • Nhiệt độ môi trường: nhà 100C đến 400C Bộ mơn Kỹ thuật máy tính • Hệ thống cấp điện từ đầu Bộ mơn Kỹ thuật máy tính 10 Hình 2.15: Hình ảnh transistor b Nguyên tắc hoạt động Transitor: Trong chế độ tuyến tính hay cịn gọi chế độ khuyếch đại, Transitor phần tử khuyếch đại dòng điện với dòng Ic p lần dịng bazo (dịng điều khiển ) Trong p hệ số khuyếch đại dòng điện : IC = P-IB 2.5.5 Tụ điện Tụ điện linh kiện điện tử thụ động sử dụng rộng rãi mạch điện tử, chúng sử dụng mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động Hình 2.16: Một số loại tụ điện 2.5.6 Rơle Rơle công tắc điều khiển từ xa đơn giản, dùng dịng nhỏ để điều khiển dịng lớn dùng để bảo vệ công tắc nên xem thiết bị bảo vệ Một rơle điển hình điều khiển mạch điều khiển nguồn Kết cấu rơle gồm có lõi sắt ,một cuộn từ tiếp điểm Hình 2.17: Cấu tạo Rơ le đơn giản hình ảnh Role 5V 2.5.7 IC ổn áp 7805 mạch tích họp điêu chỉnh điện áp Đây dòng IC họ 78xx điều chỉnh điện áp tuyến tính cố định Nguồn điện áp mạch có biến động khơng cho lưọng điện áp cố định Các vi mạch điều chỉnh điện áp trì điện áp đầu giá trị không đổi Các xx 78xx cho biết lưọng điện áp cố định đưọc thiết kế để cung cấp: 7805 cung cấp nguồn +5 V Hình 2.18: IC ổn áp 7805 2.6.Sơ đồ nguyên lý mạch Các module kết nối với theo sơ đồ hình vẽ V cc-5V C3 T13 C4 T1 Vcc -5V Ạ R5 RE S Y1 ZTB C5 V cc-5V X, PVN 1_ O S C 1/C LK IN B0/IN T O S C /C L K O U T B1 T13 T14 ,Voit2 zj LE D P H AT _J V 1 2 1 3 R R RB2 11 RB3/PG R A /A N R B4 R A /A N R B5 R A 2/A N /V R E F -/C V R E F R B 6/P G C R A 3/A N /V R E F + R B / PGD R A 4/T0C K I/C U T R A 5/A N /S S */C U T RC0/T1OSO/T1C KI R E0/R D */AN R C 1/T1O S I/C C P2 R E /W R */A N R C 2/C CP1 R E 2/C S */A N R C 3/S C K/S C L R C 4/S D I/S D A 1C L R */V P P R C 5/S D0 R C 6/TX/C K 33 r 34r 35 36 r37 - TH 38 39 I-I 40 c 15 S 16 S2 , 17 S3 • 18 S 23 S5 24 S6 ’ 25 S7 26 □ 19 L1 , 20 L2 , 21 22 r 27 r 28 r 29 r 30 c Hình 3.1 Sơ đồ mạch nguyên lý 2.7 Thuật tốn điều khiển Chương trình có nhiệm vụ: • Kiểm tra xem người vào phòng hay khỏi phịng • Vi điều khiển thực ngắt cổng B để chuơng trình điều khiển thực ❖ Giải thuật: Chương trình điều khiển thực dựa ngắt INTERRUPT vi điều khiển Chương trình hồn tồn khơng tham gia vào việc thực điều khiển, chương trình có chức thực ngắt mạch đểcho cổng B thực điều khiển Các cổng B thực ngắt từ B4 >B7 Đầu tiên ta bố trí thu phát hồng ngoại gần theo phương tạo thành mặt phẳng song song với mặt đất, thu phát nối với cổng B4 vi xử lý, thu phát thứ nối tới cổng B5 vi xử lý Khi có người qua, để biết người vào hay khỏi phịng Ta cần xem xét xem tín hiệu thu phát thứ bị gián đoạn trước hay tín hiệu thu phát hồng ngoại thứ Nếu mà tín hiệu thu phát thứ bị gián đoạn trước có nghĩa người vào phịng, tín hiệu thu phát thứ bị gián đoạn trước có nghĩa người khỏi phịng Vi xử lý ( cụ thể chương trình ) thực ngắt cổng B để thực đoạn chương trình ❖ Sơ đồ thuật tốn Trong đó: H B4=input_pin(B4): tín hiệu từ Led thu B5=input_pin(B5):tín hiệu từ Led thu Khởi tạo Số ng: số lượng người phòng ❖ Chương tipnn nạp vào Vi aieu khien ne iõrã//A Ep Chương ’ig Ngắt từềỗ.4khỉểĩi ta sử dụng ngôn pmữ C viết phần Tăng số ng trình mềm trình lơ t _CC „ hươqg trình người lên B4=0 ed(n Bật d den(ng) g)’, tl Hiển m người vào ‘inS lauvao()’, chương trình conLĐếm người chương t ’int laura()’, chương trình Ngắt thay đổi trSạng thái cá B7 Số ng> chương trì Star ácbhằhGlsố biến chư ơng trình : Mảng LED7[10] gÈm 10 phần g ứng với số lự đến mà Led Bậtđiệ, tử, môi hiển thị số người Biến chạy ‘i’ dùng Nwivtừ1B4ặ>Btể quét Led Biến ‘ng‘ bi thị Led7 đoạn tương ứng phòng Biếrs/LOL’' B5=0 ười phòng Biến ‘vao, ra’ để với chữ số hàng chục hàng thu nhận tín hiệu từ đầu hai Led thu : bình thường ‘vao=ra=1’, i biến có người cắt qua thu phát ‘v =0’, qua thu phát 2' Giảm số Độ th ‘x y’ để xác nhận xem Shiốệu » người lượt người vào ra: ban ng =y=0’, người c x=1 , người cắt qua Led thu thS y=1 ; người qua thu phát 1,2 cài đặt lại : x=y=0 chuẩn bị cho lượt i trạng thái cổng B : có Chương trình sử dụng ngắt Số ng cổng B chương trình thay đổi trạng thái trê sinh ngắt Trong này, tùy vào0 hiệu thu cổng B4 B5 chưcng trình ngắt gọi chi Tắt điệnn ‘dauvao’ chương trình số người phịng ’ng’ ‘daura’ Chương trình ngắt tr M Chương trình có vịng lặp vơ hạn giúp hệ thống làm việc liên tục, từ giá trị ‘ng’ trả từ chương trình ngắt, chương trình gọi hàm ‘den(ng)’ ‘Led(ng)’ để thực việc đóng cắt điện hiển thị CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 8.1Thiết kế phần cứng Với đồ án môn học Hệ thống nhúng với đề tài ‘‘Hệ thống bật tắt đèn thơng minh dùng cho phịng họp’’, việc thiết kế phần cứng mạch hệ thống cụ thể chia làm khối : - Khối nguồn Khối cảm biến hồng ngoại Khối hiển thị Khối rơle chấp hành Khối điều khiển 8.2Thiết kế phần mềm ❖ Mã lập trình : #include //thu vien cho Pic #use delay(clock=20M) // khai bao su dung tre int8 const LED7[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90}; //mang hien thi cac so tu den long i,L1,L2,ng,x,y,vao,ra; //khai bao cac bien //============================================// void den(ng){ if (ng==0) output_a(0); //xuat cong a gia tri : tat den else output_a(1); //xuat cong a gia tri : bat den } //============================================// void led(ng) { L1=(ng/ 1) % 10; L2=(ng/ 10) % 10; for(i=0;i > > > Nghiệp Thái Nguyên - 2010 Bài giảng Vi xử lý- Vi điều khiển - Bộ mơn Kỹ thuật Máy tính - ĐH Kỹ thuật Cơng Nghiệp Thái Nguyên - 2009 Sơ đồ chân linh kiện - Dương Minh Trí - Nhà xuất KH-KT- 09/2005 Một số tài liệu khác mạng: dientuvietnam.net picvietnam.com sites.google.com/site/ktmttn picat.dieukhien.net ... Bộ phận cảm biến hệ thống sử dụng mạch thu phát hồng ngoại Led phát hồng ngoại nối với nguồn chiều qua điện trở R1, R2: phát ánh sáng hồng ngoại truyền tới Led thu Led thu hồng ngoại có chân: chân... quát Hệ thống điều khiển đèn thơng minh gồm có khối Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống bật tắt đèn thơng minh • Khối Nguồn: Cung cấp nguồn cho hệ thống • Khối Cảm biến: Sử dụng sensor hồng ngoại. .. phịng Thu nhận tín hiệu xử lý tín hiệu, có người vào phịng, đèn bật bật, đèn chưa bật bật đèn lên; người hết khỏi phịng tắt đèn Trong q trình làm vi? ??c hệ thống ln hiển thị số người cịn phòng