Mô hình tự động đóng ngắt nguồn điện phòng học theo thời khóa biểu

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tên đề tài: MÔ HÌNH Tự ĐỘNG ĐĨNG NGẮT NGUỒN ĐIỆN PHỊNG HỌC THEO THỜI KHĨA BIÊU Mã số: Chủ nhiệm đề tài: HỒNG MINH HẠNH Cán phối hợp nghiên cứu: TRƯỜNG CÂỒ ĐẮNG CÔNG NGHỆ ' _ _ _ _ _ _ _ _ _ THỦ ĐỨC_ _ _ _ _ _ _ _ TỊÍƯVIỆN đkcb O.^C.ỘQ A{íì) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 03 năm 2014 Đe tài nghiên cứu khoa học cấp Cơ sở Hoàng Minh Hạnh MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG LỜI MỞ ĐẦU Chương - TỎNG QUAN VÈ ĐÈ TÀI 10 Chương - Cơ SỞ LÝ THUYẾT 12 2.1 Vi điều khiển AVR - Atmega8 12 2.1.1 Đặc tính kỹ thuật sơ đồ chân Atmega8 12 2.1.2 Cấu trúc nhân AVR Atmega8 12 2.1.3 Cấu trúc nhớ 15 2.1.4 Các cổng vào (I/O) 16 2.1.5 Bộ định thời 18 2.1.6 USART 22 2.1.7 Bộ biến đổi A/D 25 2.2 Lập trình giao diện VB.net 27 2.2.1 Truyền thông nối tiếp dùng ActiveX 27 2.2.2 Các thuộc tính 28 2.2.3 Các thuộc tính nhận liệu 29 2.2.4 Các thuộc tính xuất liệu 30 2.2.5 Các lỗi truyền thông 32 2.3 Chuẩn truyền nhận nối tiếp RS232 32 Chương - HỆ THÔNG ZIGBEE 35 3.1 Định nghĩa 35 3.2 Các loại Zigbee 35 3.2.1 Zigbee Coordinator 35 3.2.2 Full Function Device (FFD) 35 3.2.3 Reduce Function Device (RFD) .36 3.3 Zigbee Network 36 3.3.1 Thiết lập mạng 36 3.3.2 Giao thức truyền 37 Đe tài nghiên cứu khoa học cấp Cơ sở Hoàng Minh Hanh 3.3.3 Zigbee Network Topology 37 3.3.4 Lưu đồ hoạt động Zigbee Coordinator 39 3.3.5 Lưu đồ hoạt động FFD RFD 40 3.3.6 Khung liệu 40 3.3.7 Quá trình truyền nhận 41 Chưong - XÂY DựNG HỆ THÓNG 42 4.1 Module truyền nhận thông tin (Zigbee nRF24L01) 42 4.2 Module điều khiển: 43 Chương - KÉT QUẢ 47 5.1 Ket đạt 47 5.2 Kết luận 49 5.3 Hướng nghiên cứu phát triển 50 PHỤ LỤC .51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 Đe tài nghiên cứu khoa học cấp Cơ sở Hoàng Minh Hạnh DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CPU Central Processing Unit (Bộ xử lý trung tâm) ƯART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (Bộ truyền / nhận liệu không đồng bộ) USART Universal Synchronous & Asynchronous Receiver/Transmitter (có thêm chế độ truyền nhận liệu đồng bộ) RETI Return from Interrupts POP Post Office Protocol EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (Bộ nhớ đọc khả trình xóa đuợc mặt điện tử) AVR Advanced Virtual RISC AVR MCU Micro Controller Unit PWM Pulse Width Modulation LSB / MSB Least / Most - Significant Bit ADC Analog Digital Converter RISC Reduced Instructions Set Computer (Máy tính với tập lệnh đơn giản hóa) Đe tài nghiên cứu khoa hoc cấp Cơ sở Hồng Minh Hanh DANH MỤC CÁC HÌNH • Hình 2.1 - Sơ đồ chân ATmega8 12 Hình 2.2 - Cấu trúc vi điều khiển AVR 13 Hình 2.3 - Thanh ghi trạng thái SREG 13 Hình 2.4 - Thanh ghi trỏ ngăn xếp 14 Hình 2.5 - Bản đồ nhớ chương trình 16 Hình 2.6 - Bản đồ nhớ liệu SRAM 16 Hình 2.7 - Sơ đồ cấu trúc định thời 18 Hình 2.8 - Đơn vị đếm 19 Hình 2.9 - Sơ đồ đơn vị so sánh ngõ 20 Hình 2.10 - Thanh ghi điều khiển định thời 20 Hình 2.11 - Thanh ghi định thời 21 Hình 2.12 - Thanh ghi so sánh ngõ 21 Hình 2.13 - Thanh ghi mặt nạ ngắt TIMSK 21 Hình 2.14- Thanh ghi cờ ngắt định thời 22 Hình 2.15 - Sơ đồ khối USART 23 Hình 2.16 - Đơn vị tạo xung clock 23 Hình 2.17 - Định dạng khung truyền 24 Hình 2.18 - Sơ đồ biến đổi A/D 26 Hình 2.19 - Bổ sung đối tượng MsComm vào VBP 27 Hình 2.20 - Các thuộc tính đối tượng MSComm 28 Hình 2.21 - Chân cổng Com DB9 33 Hình 3.1 - Zigbee Coordinator 35 Hình 3.2 - Zigbee Full Funtion Device 36 Hình 3.3 - Zigbee Reduce Funtion Device 36 Hình 3.4 - Zigbee Star Topology 37 Hình 3.5 - Zigbee Mesh Topology 38 Hình 3.6 - Zigbee Cluster Tree Topology 38 Hình 3.7 - Lưu đồ hoạt động Coordinator 39 Hình 3.8 - Lưu đồ hoạt động FFD RFD 40 Hình 3.9 - Mơ tả khung liệu 40 Đề tài nghiên cửu khoa học cấp Cơ sở Hồng Minh Hạnh Hình 4.1 - Sơ đồ ngun lý mạch kết nối Zigbee nRF24L01 42 Hình 4.2 - Sơ đồ mạch in Zigbee nRF24L01 kết hợp cần phát thu wireless 42 Hình 4.3 - Hình ảnh thực tế Zigbee nRF24L01 43 Hình 4.4 - Sơ đồ chân vi điều khiển ATMega8 43 Hình 4.5 - Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 44 Hình 4.6 - Sơ đồ nguyên lý mạch Relay 44 Hình 4.7 - Sơ đồ nguyên lý mạch thời gian thực 45 Hình 4.8 - Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp máy tính qua cổng USB 45 Hình 4.9 - Sơ đồ mạch in Module tích hợp - điều khiển truyền nhận thơng tin46 Hình 5.1 - Module Master (giao tiếp máy tính chủ) 47 Hình 5.2 - Module Slaver (đặt phòng học) 48 Hình 5.3 - Mơ hình thi cơng thực tế 48 Hình 5.4 - Giao diện thi cơng thực tế 49 Đề tài nghiên cứu khoa hoc cấp Cơ sở Hoàng Minh Hanh DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 - Chọn xung đồng hồ 21 Bảng 2.2 - Các chân chức cổng Com DB9 33 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Cơ sở Hoàng Minh Hạnh LỜI MỎ ĐÀU Khoa học kỹ thuật phát triển nâng sống người lên tầm cao đáng kể công nghệ đổi liên tục phát triển sống theo chiều sâu chất lượng ngày đa dạng đầy bất ngờ Con người ngày làm việc nhà máy lớn với máy móc tối tân tiết kiệm sức lao động, sống nhà, tòa nhà lộng lẫy, cảm nhận sống với trang thiết bị đại, hưởng thụ hạnh phúc bàng dịch vụ giải trí, chăm sóc, vui chơi Học sinh, sinh viên có quyền tìm hiểu lựa chọn trường muốn học, dựa điều kiện sở vật chất, điều kiện giáo dục đào tạo, hiệu hội việc làm Trường học mà phát triển vượt bậc, đẹp hơn, đại hơn, cạnh tranh Nhưng, tất phát triển đại làm cạn kiệt nguồn lượng, tài nguyên trái đất Con người lãng phí nhiều, phải nỗ lực cải tạo, bảo vệ thiên nhiên tiết kiệm lượng Đe tài xin đóng góp phần nhỏ vào trương tiết kiệm lượng trường Cao đẳng Cơng Nghệ Thủ Đức, đóng - ngắt nguồn điện phòng học theo lịch học, tránh lãng phí điện Đe tài nghiên cứu khoa học cấp Cơ sở Hồng Minh Hạnh * Tính cấp thiết đề tài: Chủ trương cấp thiết nhà trường tiết kiệm điện Nhà trường thành lập Ban tiết kiệm lượng, giúp kiểm tra, giám sát việc sử dụng điện hỗ trợ giáo dục nhận thức tiết kiệm lượng nhà trường * Tình hình nghiên cứu: Hiện nay, nhà trường có đề tài nghiên cứu điều khiển nguồn điện phịng học, chưa ứng dụng mạng truyền thơng không dây Đe tài muốn dựa tảng nghiên cứu theo hướng hon * Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu: Thực việc đóng - mở nguồn, tránh tình trạng hết giờ, khỏi phòng mà quên tắt nguồn, sử dụng nguồn điện khơng mục đích dạy - học Từ sử dụng điện hiệu hơn, tránh thất thoát điện Sử dụng thiết bị điều khiển không dây giúp giảm chi phí tổn hao điện đường dây * Đối tượng phạm vi nghiên cứu: + Đặc thù thời khóa biếu trường: Thứ CN nghỉ, Thứ - 6: Sảng bắt đầu lúc 7h00, kết thúc lúc 12h Chiều bắt đầu lúc 12h45, kết thúc lúc 17h40 + Đặc điểm hệ thống điện thiết bị tiêu thụ điện phòng học triỉờng Phạm vi nghiên cứu: thử nghiệm mơ hình phịng điều khiển phịng học Phương hướng nhân mở rộng khu phòng học trường * PhươTig pháp nghiên cứu: Dữ liệu thời khóa biểu xuất từ file Excel chuẩn hóa cung cấp cho phần mềm điều khiển giám sát máy tính chủ Tùy theo thời khóa biểu mà điện phịng học cung cấp tắt điện Đề tài nghiên cửu khoa học cấp Cơ sờ Hoàng Minh Hạnh * Đóng góp cũa đề tài: Áp dụng thử nghiệm vào phong trào sử dụng hiệu quả, tiết kiệm nguồn lượng điện trường Cao đẳng Công Nghệ Thủ Đức * Ket cấu đề tài: Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Chương 2: Cơ SỞ LÝ THUYẾT Chương 3: HỆ THỐNG ZIGBEE Chương 4: XÂY DựNG HỆ THỐNG Chương 5: TỔNG KẾT Hoàng Minh Hạnh Đe tài nghiên cứu khoa học cấp Cơ sở Hình 4.3 - Hình ảnh thực tế Zigbee nRF24L01 4.2 Module điều khiển: J102 GND vcc PD4 INH \>ũ-1 \isNB