(Đồ án hcmute) thiết kế, thi công hộp điều khiển các thiết bị điện trong nhà

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ, THI CÔNG HỘP ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ GVHD: ThS PHAN VÂN HOÀN SVTH: PHẠM VĂN NHẨN MSSV: 11141151 SVTH: BÙI QUANG THỌ MSSV: 11141423 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG NGHỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, THI CÔNG HỘP ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ GVHD: ThS Phan Vân Hoàn SVTH: Phạm Văn Nhẩn MSSV: 11141151 SVTH: BÙI QUANG THỌ MSSV: 11141423 Tp Hồ Chí Minh – 1/2016 an LỜI CAM ĐOAN Chúng cam đoan cơng trình nghiên cứu chúng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 01 năm 2016 (Ký tên ghi rõ họ tên) i an LỜI CẢM ƠN Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô khoa Điện – Điện tử giảng dạy em suốt bốn năm học tạo điều kiện thuận lợi để em thực tốt đề tài Cảm ơn gia đình, cha mẹ nguồn động viên to lớn vật chất tinh thần suốt thời gian học hành, để em có đƣợc tƣơng lai, theo đuổi ƣớc mơ nghiệp Đặc biệt cảm ơn thầy Phan Vân Hoàn tạo điều kiện hƣớng dẫn em cách học tập nhƣ nghiên cứu để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Cuối xin chúc gia đình, bạn bè quý thầy, cô nhiều sức khỏe thành cơng cơng việc Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực đề tài ii an TÓM TẮT Ngày nay, dƣới phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật làm cho sống ngƣời ngày cảng tốt hơn, tiện nghi hơn, phải kể đến vai trị điều khiển thơng minh, chúng đƣợc ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đời sống cơng nghiệp Đã có nhiều dự án nhà thông minh ứng dụng điều khiển loại Tuy nhiên, chúng khó đƣợc triển khai mắc phải số nhƣợc điểm nhƣ chi phí lắp đặt cao, chƣa tiết kiệm kinh phí điều khiển giao diện điều khiển chƣa thân thiện với ngƣời dùng Do đó, để khắc phục nhƣợc điểm mà đảm bảo hạ giá thành sản phẩm nhóm định thiết kế, thi cơng hộp điều khiển thiết bị điện nhà, sử dụng vi xử lý trung tâm ARM STM32F103VET6, ngồi cịn điều khiển thiết bị điện thoại sử dụng hệ điều hành Android, phát nhạc mp3 phục vụ nhu cầu giải trí Sản phẩm hộp điều khiển thiết bị điện dân dụng, bên gồm mạch điều khiển, mạch công suất hình LCD 7” cảm ứng điện dung iii an ABSTRACT The rapid development of science and technology has a great positive impact on the people‟s lives nowadays As a matter of fact, we experience this effect in our daily lives It makes our living standards getting much higher and lead us to a more comfortable living conditions One of the advancements ofscience and technology is intelligent controller They are widely applied in many aspects of life and industry There are many plans of intelligent houses used this kind of intelligent controll However, they are difficult to be implemented because of three main disadvantages: high cost of installation, uneconomical running cost, and not a user-friendly interface Therefore, in order to fix these disadvantages as well as decreasing the cost, we decided to desin, construct a control box for home appliances by using ARM STM32F103VET6 central microprocessors Besides, we can manipulate the equipment by using the cell phone with Android operating system to play mp3 music in the demand for entertainment The product is an electrical appliances control box including control board, capacity board and 7” LCD capacitive touch screen iv an MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH SÁCH HÌNH vii DANH SÁCH BẢNG x Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VƢ̣C NGHIÊN CƢ́U 1.2MỤC ĐÍCH VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 1.2.1 Mục Đích Của Đề Tài 1.2.2Giới Ha ̣n Đề Tài 1.3 NỘI DUNG THƢ̣C HIÊ ̣N Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 VI ĐIỀU KHIỂN 2.1.1 Bô ̣ vi xƣ̉ lý ARM CORTEX – M3 2.1.2 Vi điề u khiể n STM32F103 2.2 MODULE LCD TFT 23 2.3 GIAO TIẾP SDCARD 24 2.5 PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA 29 2.6 TÌM HIỂU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 30 2.6.1 Khái niệm Android 30 2.6.2 Kiến trúc hệ điều hành Android 31 2.6.3 Sơ lƣợc lập trình ứng dụng cho android 33 v an 2.6.4 Các thành phần ứng dụng android 34 Chƣơng 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 36 3.1THIẾT KẾ HỆ THỐNG 37 3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống 37 3.1.2 Thiết kế khối mạch công suất 38 3.2.3 Khối Điều Khiển 43 3.2.4 Hiển Thị Giao Tiếp Với Ngƣời Dùng 44 3.2.5 Khối giao tiếp giải mã âm 45 3.2.6 Khối giao tiếp SDcard 48 3.2.7 Module bluetooth HC-05 49 3.2.8 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 50 3.2 LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT CHƢƠNG TRÌNH 54 3.2.1 Lƣu đồ giải thuật mạch điều khiển 54 3.2.2 Lƣu đồ thuật tốn chƣơng trình Android 59 Chƣơng 4: KẾT QUẢ 62 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC PHẦN LÝ THUYẾT 63 4.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC PHẦN THỰC HÀNH 63 4.2.1 Thiết kế mạch in 63 4.2.2 Thi công mạch thực tế 65 4.2.3 Giao diện giao tiếp ngƣời dùng 67 4.2.4 Giao diện điều khiển điện thoại 72 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 74 5.1 KẾT LUẬN 75 5.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 vi an DANH SÁCH HÌ NH Hình 2.1 Cấ u trúc vi điề u khiể n Cortex- M3 Hình 2.2 Cấ u trúc hệ thống 10 Hình 2.3 Mạch reset 11 Hình 2.4 Nguồn xung từ bên 12 Hình 2.5 Sơ đồ khối TIMER 16 Hình 2.6 Chế ̣ capture/compare kênh 17 Hình 2.7 Dạng sóng Edge-alibned PWM 18 Hình 2.8 Dạng sóng Center-aligned PWM 18 Hình 2.9 Sơ đồ khối SPI 20 Hình 2.10 Phƣơng thƣ́c truyề n I2C 21 Hình 2.11 Sơ đờ khớ i I2C 22 Hình 2.12 Bộ ADC STM32 23 Hình 2.13 Màn hình LCD TFT 24 Hình 2.14 Thẻ SD,mini SD, micro SD 24 Hình 2.15 Dạng sóng truyền liều giao tiếp Sdcard 26 Hình 2.16 Đọc khối liệu Sdcard 28 Hình 2.17 Đọc nhiều khối liệu Sdcard 28 Hình 2.18 Dạng sóng điện áp phƣơng pháp điều chỉnh điện áp xoay chiều 29 Hình 2.19 Mạch điều chỉnh độ sáng dùng vi xử lý 30 Hình 2.20 Kiến trúc hệ điều hành Android 31 Hình 2.21 Vịng đời activity 35 Hình 2.22 Sử dụng Intent để trao đổi thông tin hai chƣơng trình 35 Hình 2.23 Vịng đời service 36 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 37 Hình 3.2 Module nguồn xung 12V-2A 39 Hình 3.3 Mạch nguồn 5V sử dụng LM2576 39 Hình 3.4 Mạch phát điểm 41 Hình 3.5 Mạch opto triac 41 vii an Hình 3.6 Mạch PWM 0-12VDC 42 Hình 3.7 Sơ đồ kết nối vi điều khiển 44 Hình 3.8 Sơ đồ kết nối chân GLCD Touch với vi điều khiển 45 Hình 3.9 Sơ đồ khối VS1003B 46 Hình 3.10 Biểu đồ hiệu suất ngõ LEFT, RIGHT VS1003B 46 Hình 3.11 Phổ ngõ chân LEFT RIGHT với trở ngõ 30 Ω 47 Hình 3.12 Cấu hình để đọc dữu liệu từ VS1003B 47 Hình 3.13 Cấu hình chân để ghi liệu vào VS1003B 48 Hình 3.14 Sơ đồ thứ tự giải mã liệu VS1003B 48 Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý giao tiếp Sdcard 49 Hình 3.16.Sơ đồ chân HC-05 49 Hình 3.17 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 50 Hình 3.18 Sơ đồ kết nối DHT11 với vi xử lý 51 Hình 3.19 Quá trình giao tiếp tổng quát 51 Hình 3.20 Tín hiệu mức 53 Hình 3.21 Tín hiệu mức 53 Hình 3.22 Lƣu đồ chƣơng trình 55 Hình 3.23 Lƣu đồ tab Home 56 Hình 3.24 Lƣu đồ tab Timer 56 Hình 3.25 Lƣu đố tab Setup 57 Hình 3.26 Lƣu đồ tab Music 58 Hình 3.27 Lƣu đồ Activity Main 59 Hình 3.28 Lƣu đồ hàm Run 60 Hình 3.29 Lƣu đồ hàm onOptionsItemSelected 61 Hình 4.1 Lớp Top PCB mạch điều khiển 63 Hình 4.2 Lớp Bottom PCB mạch điều khiển 64 Hình 4.3 Lớp Top PCB mạch cơng suất 64 Hình 4.4 Lớp Bottom PCB mạch công suất 65 Hình 4.5 Mạch điều khiển thực tế 65 Hình 4.6 Mạch cơng suất thực tế 66 viii an ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP Hình 4.2.Lớp Bottom PCB mạch điều khiển Hình 4.3.Lớp Top PCB mạch cơng suất Chƣơng 4: Kết 64 an ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP Hình 4.4 Lớp Bottom PCB mạch công suất 4.2.2 Thi công mạch thực tế Hình 4.5.Mạch điều khiển thực tế Chƣơng 4: Kết 65 an ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP Hình 4.6.Mạch cơng suất thực tế Hình 4.7 Thi cơng hộp Chƣơng 4: Kết 66 an ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP 4.2.3 Giao diện giao tiếp ngƣời dùng Hình 4.8 Giao diện điều khiển Tab Home giao diện chính, hiển thị ngày nhiệt độ, độ ẩm, cƣờng độ sáng trạng thái bật, tắt thiết bị AC thiết bị DC, trạng thái hẹn Trên giao diện ngƣời dùng bật tắt thiết bị thông qua việc chạm tay vào nút tƣơng ứng với Chƣơng 4: Kết 67 an ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP thiết bị đƣợc cấu hình ban đầu Hình 4.9 Tab Setup Tab Setup cho phép ngƣời dùng tùy chọn điều khiển nhƣ: thêm, xóa thiết bị, chỉnh độ sáng đèn sợi tóc, chỉnh tốc độ quạt, đặt tên… Hình 4.10 Thêm thiết bị Chƣơng 4: Kết 68 an ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP Hình 4.11 Đặt tên thiết bị Hình 4.12 Chỉnh độ sáng đèn Hình 4.13 Tab Music Tab Music hiển thị giao diện nghe nhạc, phát nhạc cách chọn vào tên hát Chƣơng 4: Kết 69 an ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP hoăc nhấn nút next, previous Hình 4.14 Chức hẹn Tab Timer cho phép ngƣời dùng cài đặt thời gian bật, tắt thiết bị, lƣu thành danh sách lịch trình bật, tắt Tab System cho phép điều chỉnh độ sáng hình, chỉnh ngày giờ, cài đặt trạng thái thiết bị theo nhiệt độ, cƣờng độ sáng,… Chƣơng 4: Kết 70 an ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP Hình 4.15 Điều khiển đèn sợi tóc Hình 4.16 Điều khiển đèn huỳnh quang Chƣơng 4: Kết 71 an ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP 4.2.4 Giao diện điều khiển điện thoại Muốn sử dụng ứng dụng điện thoại Android phải bật bluetooth, giao diện điện thoại đồng với giao diện GLCD, cách điều khiển tƣơng tự Hình 4.17 Giao diện Hình 4.18 Bảng tùy chọn Hình 4.19 Thêm thiết bị Hình 4.20 Hẹn - Mạch thực đƣợc yêu cầu đề ra: Chƣơng 4: Kết 72 an ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP + Điều khiển bật tắt, điều chỉnh độ sáng, hẹn thiết bị cảm ứng GLCD điện thoại qua bluetooth + Hiển thị nhiệt độ, thời gian trạng thái thiết bị hình LCD + Phát nhạc MP3 từ thẻ nhớ + Hoàn thành giao diện giao tiếp ngƣời dùng qua hình GLCD inch điện thoại android - Thử nghiệm môi trƣờng khác nhau: + Môi trƣờng điện áp ổn định: mạch hoạt động ổn định + Môi trƣờng điện áp không ổn địnhnhƣ sụt áp đƣờng dây, tải công suất lớn nhƣ tủ lạnh, máy lạnh bật, tắt…: mạch hoạt động ổn định Chƣơng 4: Kết 73 an ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP Chƣơng 5KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Chƣơng 5: Kết luận hƣớng phát triển an 74 ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP 5.1 KẾT LUẬN Trong trình làm đồ án,sinh viên rút nhiều kinh nghiệm để làm đƣợc sản phẩm hoàn thiện phải dựa nhiều yếu tố nhƣ : thời gian, linh kiện có thị trƣờng, hiểu biết linh kiện thực tế, cách thiết kế board mạch Đồ án đƣợc hồn thiện nhƣ mục đích đề ra, mạch chạy ổn định ứng dụng thực tế 5.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN Đề tài hoàn thiện nhƣng cần phải cải thiện thêm để sản phẩm hoàn thiện nhƣ: - Kết nối internet, wifi để điều khiển thiết bị từ xa - Thêm mạch công suất lớn để điều khiển tải công suất lớn nhƣ tủ lạnh, máy lạnh, máy bơm Chƣơng 5: Kết luận hƣớng phát triển an 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] ARM Việt Nam, Cấu trúc STM32_ARM Cortex M3,18/3/2010 [3] Bùi Tấn Tài, Huỳnh Thanh Hiếu, Nghiên cứu kít vi điều khiển STM32F103VET6, Đồ án tốt nghiệp ĐH Sƣ phạm kỹ thuật Tp HCM, 2/2014 [5] STM32 Datasheet [6] HC-05 Datashseet [7] VS1003B Datasheet Website: [8]http://www.arm.vn/TinChiTiet/tabid/105/id/148/Default.aspx [9] http://www.dientuvietnam.net/ [10] http://www.android.vn/ [11] http://www.eleccircuit.com/ [12] https://duythanhcse.wordpress.com/lap-trinh-di-dong/android/ 76 an PHỤ LỤC Phần mềm sử dụng đề tài: - Phần mềm lập trình: Keil – uVision - Phần mềm chuyển đổi file bmp sang file (.h): StellarisWare - Phần mềm chỉnh sửa ảnh: GIM2 - Phần mềm mô vẽ mạch in: Protues 8.0 - Phàn mềm vẽ mạch in Altium 77 an an ... CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG NGHỆP ĐỀ TÀI: THI? ??T KẾ, THI CÔNG HỘP ĐIỀU KHIỂN CÁC THI? ??T BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ GVHD: ThS... phí điều khiển giao diện điều khiển chƣa thân thi? ??n với ngƣời dùng Do đó, để khắc phục nhƣợc điểm mà đảm bảo hạ giá thành sản phẩm nhóm định thi? ??t kế, thi công hộp điều khiển thi? ??t bị điện nhà, ... triển điều khiển thông minh vô quan trọng cấp thi? ??t Ở Việt Nam, năm gần điều khiển thi? ??t bị điện dân dụng nhà dần đƣợc ý, có dự án “ngôi nhà thông minh” (smart house) hay đề tài điều khiển thi? ??t bị