Đang tải... (xem toàn văn)
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Đồ án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác MỤC LỤC Chương.
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Đồ án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác MỤC LỤC Chương 1: Giới thiệu đề tài…………………………………… 1.1: Đề tài……………………………………………………….1 1.2: Lý chọn đề tài………………………………………… 1.3: Mục đích nguyên cứu………………………………………1 1.4: Đối tượng phạm vi nguyên cứu…………………………1 Chương 2: Những nguyên cứu thực nghiệm……………………2 2.1.0: Hướng giải quyết…………………………………………2 2.1.1:Tổng quan cấu trúc chức msp430……… 2.1.2: Hệ thống định thời ( Clock) linh hoạt…………… 2.1.3: Kiểu chân thiết kế…………………… …………………4 2.1.4: Các chế độ định địa chỉ………… …………… …………5 2.1.5: Sơ đồ chân loại MSP 430…………… …… ……6 2.1.6: MSP430G2553……………………………….…… …….7 2.1.7: Cấu trúc chung ……………… …… ….……… …… ….7 2.1.8: Các vùng địa chỉ……… ……………………… …… … 2.1.9:Flash/ROM……….………… …………………… … … 2.2.0: RAM…………….…………… ………………… ………9 2.2.1: Các module ngoại vi…………… ……………… ………10 2.2.2: Thanh ghi hàm đặc biệt………… ………………………10 2.2.3: Tổ chức nhớ……… ……………… …………… .10 2.2.4: Kit Lanchp…………………………… …………………11 2.2.5: Module cảm biến hồng ngoại… …………………… 12 2.2.6: Ứng dụng………………………………… …………… 14 2.2.7: Modunle cảm biến ánh lửa………………… ………… 15 Chương 3: Thiết kế mơ hình…………………………………….16 3.1: Các linh kiện sử dụng……………………………… …… 16 3.2: Nguyên lí hoạt động chức linh kiện………… 16 3.3: Nguồn điện………………………………………………….16 3.4: Code sửng dụng cho mơ hình dung phần mềm IAR……… 16 3.5: Mơ hình…………………………………………………… 18 Chương 4: Kết bàn luận hướng phát triển danh mục tài liệu tham khảo 4.1: Kết thu được……………………………………………19 4.2: Hướng phát triển……………………………………………19 4.3 : Các tài liệu tham khảo…………………………………… 19 Danh mục hình vẽ Hình I.1: Sơ đồ cấu trúc MSP430………………………… Hình I.2: Các kiểu chân MSP430………………………… Hình I.3: Sơ đồ khối vi điều khiển MSP430G2553……… Hình I.4: Cấu trúc chung MSP430…………………………7 Hình I.5: Sơ đồ nhớ MSP430………………………… Hình I.6: Bit, Byte, Word cấu trúc nhớ MSP43… 10 Hình I.7: Module Msp430…………………………………… 11 Hình I.8: Cảm biến hồng ngoại……………………………… 12 Hình I.9: Mơ tả sơ đồ chân module cảm biến ánh sang……13 Hình II.1: Sơ đồ ngun lí hoạt động cảm biến hồng ngoại……14 Hình II.2: cảm biến báo cháy ………………………………… 15 Hình II 3: Mơ hình…………………………………………… 18 Danh mục bảng Bảng 1: Kiểu thiết kế MSP430………………………………………………….5 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU Giới thiệu đề tài: 1.1 Đề tài: SMART HOUSE 1.2 1.2 Lý chọn đề tài: Xã hội phát triển bảo mật đáng quan tâm, có việc bảo vệ nhà bạn Khoa học công nghệ ngày phát triển nâng cao nhằm đáp ứng cầu thực tiễn từ ta áp dụng thành tựu khoa học công nghê vào đời sống để mang đến sống chất lượng Với nhu cầu thiết yếu việc thiết kế ngơi nhà có đầy đủ tính cần thiết chống trộm, báo cháy, điều khiển thông minh điều cần thiết để mang đến sống an n Đó lí dó mà nhóm chúng em chọn đề tài để thực 1.3: Mục đích nguyên cứu: - Để hiểu rõ loại cảm biến - Bảo vệ nhà - Cảnh báo tác nhân ảnh hưởng đến nhà - Tiếp cận loại mơ hình tự động thông minh - Phát ngăn ngừa thiệt hại nghiêm trọng xảy - Phát triển nghiên cứu sáng tạo dự án “ SMART HOUSE” 1.4: Đối tượng phạm vi nguyên cứu: Đối tượng: Các hộ gia đình, hộ chung cư Phạm vi: Trong ngơi nhà CHƯƠNG 2: NHỮNG NGUYÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2.1 Hướng giải Để giải vấn đề trên, nhóm chúng em sử dụng module, phần mềm, phần cứng lập trình code cho msp 430 Thông tin module sử dụng: - MSP430G2553 Module cảm biến hồng ngoại Module cảm biến phát lửa 2.2 TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG MSP430: MSP430 chứa 16 bit RISC CPU, ngoại vi hệ thống định thời linh hoạt kết nối với theo cấu trúc VON-NEUMANN, có Bus liên kết như: Bus địa nhớ ( MAB), Bus liệu nhớ ( MDB) Đây xử lý đại với mô đun nhớ tương tự kết nối ngoại vi tín hiệu số, MSP430 đưa giải pháp tốt cho nhu cầu ứng dụng với tín hiệu hỗn tạp MSP430 có số phiên như: MSP430x1xx, MSP430x2xx, MSP430x3xx, MSP430x4xx, MSP430x5xx Dưới đặc điểm tổng quát họ vi điều khiển MSP430: + Cấu trúc sử dụng nguồn thấp giúp kéo dài tuổi thọ Pin - Duy trì 0.1µA dịng ni RAM - Chỉ 0.8µA real-time clock - 250 µA/ MIPS + Bộ tương tự hiệu suất cao cho phép đo xác - 12 bit 10 bit ADC-200 kskp, cảm biến nhiệt độ, Vref - 12 bit DAC - Bộ giám sát điện áp nguồn + 16 bit RISC CPU cho phép nhiều ứng dụng, thể phần kích thước Code lập trình - Thanh ghi lớn nên loại trừ trường hợp tắt nghẽn tập tin làm việc - Thiết kế nhỏ gọn làm giảm lượng tiêu thụ điện giảm giá thành - Tối ưu hóa cho chương trình ngơn ngữ bậc cao C, C++ - Có chế độ định địa - Khả ngắt theo véc tơ lớn + Trong lập trình cho nhớ Flash cho phép thay đổi Code cách linh hoạt, phạm vi rộng, nhớ Flash cịn lưu lại nhật ký liệu 2.2.1 Hệ thống định thời ( Clock) linh hoạt: Hệ thống Clock thiết kế cách đặc biệt cho ứng dụng sử dụng nguồn cung cấp Pin Một tạo xung nhịp phụ tần số thấp ( ACLK) cung cấp trực tiếp từ dao động thạch anh 32 KHz ACLK sử dụng Realtime Clock để kích hoạt tính Một dao động kĩ thuật số tốc độ cao (DCO) làm nguồn xung đồng hồ ( MCLK) sử dụng cho CPU kết nối ngoại vi tốc độ cao Bởi thiết kế này, DCO hoạt động ổn định 1MHz thời gian 2µS MSP430 thiết kế dựa giải pháp có hiệu sử dụng RISC CPU 16 bít hiệu suất cao + Bộ định thời phụ tần số thấp: Hoạt động chế độ sẵn sang sử dụng nguồn cực thấp + Bộ định thời ( Master Clock) tốc độ cao: Hoạt động xử lý tín hiệu hiệu suất cao Hình I.1: Sơ đồ cấu trúc MSP430 2.2.2 Kiểu chân thiết kế: PACKAGED DEVICES TA PLASTIC 38-PIN PLASTIC40-PINQFN TSSOP (RHA) (DA) MSP430F2232IDA MSP430F2232IRHA MSP430F2252IDA MSP430F2252IRHA 0°C to 85°C MSP430F2272IDA MSP430F2272IRHA MSP430F2234IDA MSP430F2234IRHA MSP430F2254IDA MSP430F2254IRHA MSP430F2274IDA MSP430F2274IRHA MSP430F2232TDAw MSP430F2232TRHAw MSP430F2252TDAw MSP430F2252TRHAw MSP430F2272TDAw MSP430F2272TRHAw MSP430F2234TDA MSP430F2234TRHA MSP430F2254TDA MSP430F2254TRHA MSP430F2274TDA MSP430F2274TRHA 0°C to 105°C Bảng 2.1: Kiểu thiết kế MSP430 2.2.3 Các chế độ định địa chỉ: MSP 430 có chế độ định địa chỉ: + Chế độ ghi + Chế độ số + Chế độ định địa ký hiệu + Chê độ định địa tuyệt đối + Chế độ định địa ghi gián tiếp + Chế độ định địa tăng tự động + Chê độ định địa tức thời Hình 2.1: Các kiểu chân MSP430 Hình 2.2: MSP430G2553 Sơ đồ khối vi điều khiển MSP430G2553 Hình 2.3: Sơ đồ khối vi điều khiển MSP430G2553 10 Điều giống việc thiết lập input port B vi điều khiển PIC, port B có điện trở kéo lên , người lập trình phải thao tác qua ghi OPTION_REG 2.2.5 Các vùng địa chỉ: MSP430 thiết kế theo cấu trúc Von-Neumann có vùng địa chia thành nhiều vùng ghi hàm đặc biệt (SFRs), ngoại vi, RAM, nhớ Flash/ROM Hình 2.5: Sơ đồ nhớ MSP430 2.2.6 Flash/ROM: Địa bắt đầu Flash/ROM phụ thuộc vào độ lớn Flash/ROM tùy thuộc vào họ vi điều khiển Địa kết thúc Flash/ROM 0x1FFFFh Flash/ROM sử dụng cho mã chương trình liệu Những bảng Byte Wordcó thể tồn trử sử dụng Flash/ROM mà không cần copy vào RAM trước sử dụng chúng.Những bảng véc tơ ánh xạ đến 16 Word phía vùng địa Flash/ROM với ưu tiên ngắt cao vùng địa cao Flash/ROM 11 2.2.7 RAM: - RAM bắt đầu địa 0200h giới hạn cuối tùy thuộc vào kích thước RAM - RAM sử dụng cho mã chương trình liệu 2.2.8 Các module ngoại vi: Trong vùng khơng gian địa MSP430 có vùng địa dành cho Mô đun ngoại vi Vùng địa từ 0100 đến 01FFh sử dụng dành riêng cho mơ đun ngoại vi 16 Bít Vùng địa từ 010 đến 0FFh sử dụng dành riêng cho mơ đun ngoại vi Bít 2.2.9 Thanh ghi hàm đặc biệt: SFRs liên quan nhiều đến cho phép tính số mơ đun ngoại vi dùng để truyền tín hiệu ngắt từ ngoại vi SFRs nằm 16 Byte thấp vùng địa tổ chức Byte SFRs truy cập thị Byte 2.2.10 Tổ chức nhớ: Byte dùng để định vị trí địa lẽ chẳn, cịn Wordthì sử dụng cho địa chẵn Vì sử dụng lệnh Từ có địa chẵn sử dụng Byte thấp Word ln số chẵn, Byte cao số lẽ 12 Hình 2.6: Bit, Byte, Word cấu trúc nhớ MSP43 2.2.11 Kit Lanchp: Với MCU việc phải thiết kế mạch nạp cho chip điều bỏ qua ! Và với Msp430 không ngoại lệ PIC hay 8051 có nhiều mạch nạp để nạp code cho chip , từ đơn giản đến phức tạp , nói chung đa dạng.Và nói chung mạch nạp đắt , thấp phải 200k hay Như nói Msp430 dịng value line , power low, low – cost Chính mà TI cung cấp cho người dùng mạch nạp code + debug mạch nhỏ gọn • Trong kit cịn có hỗ trợ : - mạch nạp code có debug - dây cáp USB tốt để kết nối kit với máy tính - chip thạch anh 32,768kHz - chip Msp430G2553 - chip Msp430G2453 - header female 13 - Kit nạp code cho dịng Msp430G : msp430g2231, 2553, 2452, … - Kit kết nối với máy tính thơng qua cổng USB Chính tiện lợi mà nhà phát hành TI mang lại mà nhóm chúng em sử dụng vi điều khiển MSP430G2553 để sử dụng làm đồ án Hình 2.7: Module Msp430 2.3 Modul Cảm Biến Hồng Ngoại: 14 Hình 28: Cảm biến hồng ngoại 2.3.1 Cấu Tạo: Cảm biến có khả nhận biết vật cản môi trường với cặp LED thu phát hồng ngoại để truyền nhận liệu hồng ngoại Tia hồng ngoại phát với tần số định, có vật cản đường truyền LED phát phản xạ vào LED thu hồng ngoại, LED báo vật cản module sáng, khơng có vật cản, LED tắt Với khả phát vật cản khoảng ~ 30cm khoảng cách điều chỉnh thơng qua chiết áp cảm biến cho thích hợp với ứng dụng cụ thể như: xe dò line, xe tránh vật cản, … Thông số kỹ thuật - IC so sánh: LM393 - Điện áp: 3.3V - 6VDC - Dòng tiêu thụ: + Vcc = 3.3V: 23 mA + Vcc = 5.0V: 43 mA - Góc hoạt động: 35° - Khoảng cách phát hiện: ~ 30 cm - LED báo nguồn LED báo tín hiệu ngõ - Mức logic ngõ ra: 15 + Mức thấp - 0V: có vật cản + Mức cao - 5V: khơng có vật cản - Kích thước: 3.2cm x 1.4cm Cảm biến hồng ngoại điều chỉnh độ nhạy Trên mạch có biến trở 10K ohm dùng để điều chỉnh độ nhạy: • Vặn bên trái (nhìn theo hướng từ lên): bạn tăng độ nhạy cảm biến với khoảng cách: cần chạm nhẹ mạch tự ngắt • Vặn bên phải: bạn giảm độ nhạy cảm biến, cần chạm với sát để ngắt mạch Thơng số kĩ thuật : • Điện áp hoạt động: 3.3V-5V • Kích thước PCB: 3cm * 1.6cm • Led xanh báo nguồn ánh sáng • IC so sánh : LM393 • VCC: 3.3V-5V • GND: 0V • DO: Đầu tín hiệu số (0 1) 16 Hình 2.9: Mơ tả sơ đồ chân module cảm biến ánh sáng Hình 2.10: Sơ đồ ngun lí hoạt động cảm biến hồng ngoại Module cảm biến hồng ngoại có đầu tín hiệu D0 A0, đầu A0 lấy từ quang trở đưa vào so sánh lm393 để đưa mức điện áp 0V 5V Biến trở điều chỉnh độ nhạy cảm biến, bạn tùy ý thay đổi biến trở để cảm biến đưa mức với cường độ chạm phù hợp 17 2.3.2 Ứng dụng : - Chế tạo đèn ngủ tự động sáng, xe dò line, đo cường độ ánh sáng - Sử dụng chức digital chế tạo đèn tự sáng trời tối - Đầu DO đưa mức trời tối, kết hợp với tran NPN đèn led để chế tạo đèn ngủ tự sáng trời tối, bạn chỉnh biến trở để điều chỉnh thời điểm sáng phù hợp 2.4 Module cảm biến phát lửa: Cảm biến chuyên dùng để phát lửa, thường dùng hệ thống báo cháy Tầm hoạt động khoảng 80cm với góc quét 60° Cảm biến nhận biết lửa tốt với bước sóng 760nm - 1100nm Mạch cịn tích hợp IC LM393 để so sánh tạo mức tín hiệu chỉnh độ nhạy biến trở Tính năng: Khả phát lửa nguồn sáng có bước sóng tương tự Sử dụng cảm biến hồng ngoại YG1006 với tốc độ đáp ứng nhanh độ nhạy cao • Tích hợp IC LM393 để chuyển đổi ADC, tạo ngõ số tương tự, linh động việc sử dụng • Biến trở để tùy chỉnh độ nhạy cảm biến • Có thể ứng dụng hệ thống báo cháy, robot chữa cháy,… Thơng số kỹ thuật: • Điện áp hoạt động: 3.3 ~ 5.3 VDC • Dịng tiêu thụ: 15 mA • Bước sóng phát được: 760 ~ 1100 nm • Góc quét: - 60° • Khoảng cách phát hiện: < m 18 • Nhiệt độ hoạt động: -25℃ ~ 85℃ • Kích thước: 3.0 cm x 1.5 cm x 0.5 cm Sơ đồ chân: • VCC > 3.3V ~ 5.3V • GND > power supply ground • DOUT (DO) > digital output Hình 2.11: Cảm biến báo cháy CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3.1 Các linh kiện sử dụng: - Msp430 - Cảm biến hồng ngoại - Cảm biến lửa - Led màu ( rơ le) - Còi 19 3.2 Nguyên lí hoạt động chức linh kiện: -Msp430: Để nạp code chạy chương trình - Cảm biến lửa: Trên serial monitor liên tục giá trị Analog mà cảm biến /đo được, đưa cảm biến gần nguồn lửa giá trị giảm dần - Cảm biến ánh sáng: Khi trời tối, cảm biến đưa mức kích mở tran C1815 led sáng Khi trời sáng, cảm biến đưa mức tran C1815 không dẫn, led tắt - Led ( rơ le): Đóng vai trị kết nối với ngoại vi ( máy bơm…) - Còi: Hú, báo động 3.3 Nguồn điện: Sử dụng nguồn điện 5v lấy từ laptop 3.4 Code sử dụng cho mơ hình dùng phần mềm IAR: #include //code dành cho cảm biến báo cháy cảm biến hồng ngoại ,đêm tắt led ngày hoạt động int dem=0; void main (void) { WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD; // stop watchdog timer DCOCTL=CALDCO_1MHZ; BCSCTL1=CALBC1_1MHZ; P1SEL &=~(BIT0+BIT3+BIT4+BIT5); P1SEL2 &=~(BIT0+BIT3+BIT4+BIT5); P1DIR &=~BIT3+BIT4; P1OUT &=~(BIT0); 20 P1OUT |=BIT5; P1REN |=BIT3+BIT4; P1DIR|=BIT0+BIT5; P1IE|=BIT4; P1IES|=BIT4; P1IFG&=~BIT4; _BIS_SR(GIE); while(1) { if((P1IN&BIT3)== 0) { while((P1IN&BIT3)== 0){ P1OUT&= ~BIT5; } } P1OUT&=~BIT0; P1OUT|= BIT5; } } #pragma vector= PORT1_VECTOR interrupt void light_on(){ P1OUT|= BIT0; P1IFG &= ~BIT4; } 21 Cách nối dây: chân out CB hồng ngoại nối vào bit3 cảm biến, chân DO CB báo cháy nối vào bit4 ,led hồng ngoại nối vào bit5 chân lại nối đất, led báo cháy nối vào bit0 chân cịn lại nối GND 3.5 Mơ hình : : 22 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ BÀN LUẬN KẾT LUẬN HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 4.1: Kết thu được: Hệ thống hóa kiến thức lập trình Hiểu linh kiện Tạo mơ hình thơng minh 4.2: Hướng phát triển: Thêm modun ngoại vi moto bơm nước, ống dẫn nước Thêm thêm hệ thống chống trộm, máy ấp trứng,… 4.3 Các tài liệu tham khảo: https://linhkien.cxt.vn/1158-module-cam-bien-bao-chay.html https://iotmaker.vn/cam-bien-phat-hien-lua.html http://mlab.vn/19600-huong-dan-su-dung-module-cam-bien-lua-flame-sensor.html Lời cảm ơn: 23 Trong thời gian làm đồ án, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, bạn bè gia đình Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Võ Tuấn hướng dẫn tận tình chu đáo, bảo em suốt trình làm đồ án Cuối cùng, nhóm em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập hoàn thành đồ án ... MSP430F2272IDA MSP430F2272IRHA MSP430F2234IDA MSP430F2234IRHA MSP430F2254IDA MSP430F2254IRHA MSP430F2274IDA MSP430F2274IRHA MSP430F2232TDAw MSP430F2232TRHAw MSP430F2252TDAw MSP430F2252TRHAw MSP430F2272TDAw... MSP430F2252TRHAw MSP430F2272TDAw MSP430F2272TRHAw MSP430F2234TDA MSP430F2234TRHA MSP430F2254TDA MSP430F2254TRHA MSP430F2274TDA MSP430F2274TRHA 0°C to 105°C Bảng 2.1: Kiểu thiết kế MSP430 2.2.3 Các chế... cấu trúc MSP430 2.2.2 Kiểu chân thiết kế: PACKAGED DEVICES TA PLASTIC 38-PIN PLASTIC40-PINQFN TSSOP (RHA) (DA) MSP430F2232IDA MSP430F2232IRHA MSP430F2252IDA MSP430F2252IRHA 0°C to 85°C MSP430F2272IDA