Thiết kế hệ thống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: ThS THIỀU QUANG TRÍ CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 1.1 Sơ đồ tổng quát Hệ thống điều khiển động AC gồm khối Hình 1.01 Các khối điều khiển SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: ThS THIỀU QUANG TRÍ Sơ đồ tổng quát hệ thống bật tắt đèn thông minh:  Khối điều khiển từ xa PC  Khối nguồn điều khiển AC: Cung cấp nguồn cho hệ thống nhận tín hiệu từ Vi điều khiển để đóng ngắt đèn  Khối Bluetooth: Sử dụng module HC05 đóng vai trị trung gian nhận tín hiệu từ PC gửi xuống cho Vi điều khiển  Khối xử lý trung tâm: Dùng vi điều khiển PIC16F877A để lấy tín hiệu mà Bluetooth nhận từ PC gửi xuống, xử lý liệu, sau thực thi chương trình 1.2 Các module hệ thống 1.2.1 Module điều khiển PC Dùng ngơn ngữ lập trình C# ứng dụng Windows forms để thiết kế giao điện điều khiển lập trình gửi lệnh xuống cho khối xử lý trung tâm (PIC16F877A) thông qua cổng truyền thông nối tiếp (Serial port) 1.2.2 Module khối nguồn điều khiển thiết bị AC Hình 1.02 Module nguồn điều khiển AC Module khối nguồn:  Cung cấp nguồn cho thiết bị AC hoạt động demo em chọn bóng đèn dây tóc làm vi dụ minh họa  Tạo điện áp chiều từ nguồn xoay chiều 220V để cung cấp cho linh kiện hệ thống hoạt động Sử dụng biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều 220V thành điện áp xoay chiều 12V, dùng chỉnh lưu cầu từ 12V xoay chiều sang 12V chiều, sau dùng IC7805 ổn định điện áp ngõ 5V cho PIC16F877A SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: ThS THIỀU QUANG TRÍ Module điều khiển thiết bị AC:Nhận tín hiệu điều khiển mức cao (Mức logic 1) từ vi điều khiển PIC16F877A qua cách ly quang MOC3020 điểm G Triac BT136 có dịng làm cho đầu A2 A1 Triac nối lại với làm đèn sáng Khi tín hiệu từ PIC16F877A gửi xuống mức thấp (hay mức logic 0) MOC3020 không hoạt động làm cho điểm G Triac khơng có dịng dẫn đến A2 A1 hở làm cho đèn tắt 1.2.3 Module Bluetooth HC05 Hình 1.03 Module Bluetooth HC05 1.2.3.1 Thông số kỹ thuật module HC05 Điện hoạt động UART 3.3 – 5V Dòng điện hoạt động : Khi pairing 30 mA, sau pairing hoạt động truyền nhận bình thường mA Baudrate UART chọn : 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 Khích thước module : 28 mm x 15 mm x 2.35mm Dải tần số hoạt động : 2.4GHz Bluetooth protocol : Bluetooth Specification v2.0+EDRo Kích thước : 26.9mm x 13mm x 2.2 mm SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: ThS THIỀU QUANG TRÍ 1.2.3.2 Thiết lập mặc định :  Baudrate : 9600, N, 8,  Pairing code : 1234 Sơ đồ chân HC05 Hướng dẫn nối dây: Bluetooth module Vi điều khiển VCC 5V GND GND TX RX RX TX 1.2.3.3 Chế độ hoạt động Ở chê độ SLAVE: bạn cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb bluetooth để dị tìm module sau pair với mã PIN 1234 Sau pair thành cơng, bạn có cổng serial từ xa hoạt động baud rate 9600  Ở chế độ MASTER: module tự động dị tìm thiết bị bluetooth khác (1 module bluetooth HC06 HC05, usb bluetooth, bluetooth laptop…) tiến hành pair chủ động mà khơng cần thiết lập từ máy tính smartphone Module bluetooth HC05 có nhiều chức Module bluetooth HC05 điều khiển tập lệnh AT để thực tác vụ mong muốn Để bluetooth module chuyển từ chế độ thông thường qua điều khiển lệnh AT, ta có cách sau:  Cấp nguồn cho module bluetooth (Vcc Gnd) đồng thời cấp mức điện áp cao (=Vcc) cho chân KEY module bluetooth Khi giao tiếp tập lệnh AT với module cổng Serial (Tx Rx) với baud rate 38400 (khuyên dùng)  Cấp nguồn cho module bluetooth trước, sau cấp mức điện áp cao cho chân KEY module bluetooth Lúc bạn giao tiếp với module tập lệnh AT với baud rate 9600 Sau pair thành công với thiết bị bluetooth khác, đèn module bluetooth HC05 nhấp nháy chậm cho thấy kết nối Serial thiết lập SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: ThS THIỀU QUANG TRÍ 1.2.4 Khối xử lý trung tâm Hình 1.04 Khối xử lý trung tâm Khối điều khiển trung tâm dùng vi điều khiển PIC16F877A Khi có tín hiệu từ Bluetooth HC05 vi điều khiển kích hoạt chân RB0 thơng qua thuật tốn nạp cho Pic thực chương trình điều khiển hoạt động MOC3021 điều khiển góc mở Triac làm cho động đóng ngắt theo ý muốn người dùng  Khi nhấn START PC làm cho thiết bị AC hoạt động cụ thể là: Đèn sáng  Khi nhấn STOP PC đèn tắt  Ngồi mạch cịn thiết kế điều khiển trực tiếp qua chân RB5 nhấn nút đèn sáng nhấn tiếp đèn tắt Các khối khác lại hình:  Bộ dao động dùng thạch anh 20M cung cấp nguồn dao động cho Pic  Bộ RESET cấp nguồn 5V để xác lập trạng thái ban đầu cho Pic SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: ThS THIỀU QUANG TRÍ 1.3 Lựa chọn linh kiện 1.3.1 Vi điều khiển PIC16F877A Đây vi điều khiển thuộc họ PIC16FXXX với 35 tập lệnh có độ dài 14 bit Mỗi lệnh thực thi chu kỳ xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép 20MHz với chu kì lệnh 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, nhớ liệu 368 byte RAM nhớ liệu EEPROM với dung lượng 256 byte Số Port I/O với 33 pin I/O 1.3.1.1 Sơ đồ chân khối cần thiết PIC16F877A Hình 1.05 PIC 16F877A Hình bên sơ đồ chân pic16f877a khối cần thiết điều cần mạch hoạt động: - Chân số chân để reset mức thấp (hay 0v) Chân số 11 32 chân cấp nguồn 5v SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: ThS THIỀU QUANG TRÍ 1.3.1.2 Chân số 12 31 chân nối đất Chân 13 14 cấp xung dao động thạch anh, Thạch anh thường dùng 4M 20M Các chức Hình 1.06 Các chức PIC16F877A Những chức nêu tóm tắt trình tìm hiểu phạm vi đề tài em đề cập chi tiết chức quan trọng liên qua đến đề tài: - Chức xuất nhập liệu cụ thể PortB gồm 8bit từ RB0 đến RB7 SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: ThS THIỀU QUANG TRÍ - Chức thứ hai chuẩn giao tiếp RS232 thông qua chân số 25 26 vi điều khiển Cách đấu nối với Module Bluetooth HC05 trình bày chi tiết chương sau - 1.3.2 IC ổn áp 7805 Hình 1.07 IC ổn áp 7805 7805 mạch tích hợp 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 lượng điện áp cố định Các vi mạch điều chỉnh điện áp tri điện áp đầu giá trị không đổi Các xx 78xx cho biết đại lượng điện áp cố định thiết kế để cung cấp: 7805 cung cấp nguồn +5V… Hình 1.08 Sơ đồ nguyên lý IC7805 1.3.3 Triac BT136 Triac BTA136 với vỏ có khả cách ly điện áp AC cao (khoảng 1.5 KVAC), dẫn hai chiều kích xung cho phép thơng qua chân số 3, tải mắc chân số nối với nguồn AC SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: ThS THIỀU QUANG TRÍ Hình 1.09 Triac BTA136 Thông số kỹ thuật:  Điện áp đỉnh mạch hở: 600V  Dòng định mức: 6A  Cách ly điện áp: 1500VAC  Dịng kích IGC = 10Ma  Điện áp max cực kích Gate: 20V 1.3.4 OPTO Triac MOC3020 MOC3020 loại Opto Triac quang học cách ly ngõ vào ngõ Nó gồm có LED hồng ngoại MOC3020 thiết kế thiết bị giao tiếp mạch điện điều khiển Triac công suất để điều khiển tải R tải cảm L có điện áp từ 115V (60Hz) đến 240V (50Hz) Chú ý: MOC3020 không dùng để điều khiển trực tiếp tải cơng suất, mà mạch kích muốn điều khiển tải phải nối với thiết bị khác Triac chẳng hạn SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: ThS THIỀU QUANG TRÍ Hình 1.10 MOC3020 Các thông số kỹ thuật:      Tầm nhiệt hoạt động: -400C đến +850C Điện áp ngược: VR = VTM = 3V Dòng thuận: IFT = 30mA Điện áp hở đầu ra: 250V Chức chân: + Chân 1: Anode + Chân 2: Cathode + Chân 5: Không sử dụng + Chân 6: Chân kích SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: ThS THIỀU QUANG TRÍ CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch Các module kết nối với theo hình vẽ: Thuật tốn điều khiển:  Nhận lệnh từ PC thông qua module HC05 kết nối với chân TX RX chuẩn giao tiếp rs232 vi điều khiển  Xử lý lệnh so sánh điều kiện chương trình viết để xuất tín hiệu điều khiển để kích cho MOC3020 để điều khiển góc mở Triac BT136 để đóng ngắt động (minh hoa qua bóng đèn dây tóc) SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | 11 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: ThS THIỀU QUANG TRÍ 2.2 Lưu đồ giải thuật START S KHỞI TẠO CHƯƠNG TRÌNH PC TRÊN PC SSS Đ HC05 S Đ RB0=’A’”” CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH Đ FFF ON Đ S RB0=”B” Đ FFF OFF SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | 12 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: ThS THIỀU QUANG TRÍ CHƯƠNG 3: THI CƠNG SẢN PHẨM 3.1 Mạch in 3.2 Mạch sau thi công 3.3 Code chương trình SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | 13