Hcmute thiết kế bộ điều khiển thiết bị sử dụng điện hiệu quả, tiết kiệm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ BỘ ÐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ SỬ DỤNG ÐIỆN HIỆU QUẢ, TIẾT KIỆM S K C 0 9 MÃ SỐ: T2014 - 33 S KC 0 5 Tp Hồ Chí Minh, 2014 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ SỬ DỤNG ĐIỆN HIỆU QUẢ, TIẾT KIỆM MÃ SỐ: T2014 - 33 Chủ nhiệm đề tài: THS PHẠM TỶ PHÚ TP HCM, 11/2014 Luan van TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ SỬ DỤNG ĐIỆN HIỆU QUẢ, TIẾT KIỆM MÃ SỐ: T2014 – 33 Chủ nhiệm đề tài: THS PHẠM TỶ PHÚ TP HCM, 11/2014 Luan van MỤC LỤC MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU RESULTS INFORMATION MỞ ĐẦU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC TÍNH CẤP THIẾT – MỤC TIÊU CÁCH TIẾP CẬN PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 11 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 12 CHƢƠNG 13 CHƢƠNG 14 CHƢƠNG 28 CHƢƠNG 33 KẾT LUẬN 37 KIẾN NGHỊ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 Luan van DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 Sơ đồ khối điều khiển 16 Hình 2.2 Bàn phím ma trận 4x4 17 Hình 2.3 Khối hiển thị LCD 18 Hình 2.4 Sơ đồ chân DS1307 18 Hình 2.5 Tổ chức nhớ DS1307 18 Hình 2.6 Tổ chức ghi thời gian 19 Hình 2.7 Hình ảnh cảm biến PIR tầm phát sản phẩm dùng cảm biến PIR 20 Hình 2.8 Sơ đồ mạch hệ thống điều khiển 22 Hình 2.9 Sơ đồ mạch vi điều khiển khối triac 23 Hình 2.10 Sơ đồ mạch vi điều khiển khối triac 24 Hình 2.11 Khối cơng suất triac 25 Hình 2.12 Mạch PCB khối cơng suất triac 26 Hình Lưu đồ 28 Hình 4.1 Sản phẩm sau thi công 33 Hình 4.2 Sản phẩm dùng phòng D501 34 Hình 4.3 Cách kết nối 35 Luan van DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH A Các thành viên tham gia gồm có NGUYỄN ĐÌNH PHÚ B Các đơn vị phối hợp Nhóm giảng viên dạy thực hành vi xử lý – vi điều khiển trường Đại Học Sư Phạm Kỹ thuật Luan van TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ Tp HCM, ngày tháng 11 năm 2014 THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ SỬ ĐIỆN HIỆU QUẢ, TIẾT KIỆM - Mã số: T2014 – 33 - Chủ nhiệm: Ths PHẠM TỶ PHÚ - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: THÁNG 2/2014 ĐẾN THÁNG 11/2014 Mục tiêu: Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng mơ hình điều khiển tiêu thụ điện hiệu tiết kiệm Tính sáng tạo: Hệ thống điều khiển thiết bị có khả điều khiển tự động bán tự động Cảm biến PIR sử dụng để phát diện người phịng từ đưa giải pháp sử dung hiệu (nếu khơng có người tắt hết thiết bị) Cảm biến ánh sáng đo cường độ sáng phòng để đưa mức chiếu sáng hợp lý (nếu đủ độ sáng tắt bớt đèn) Hệ thống có khả giao tiếp với mạng khác thơng qua giao tiếp CAN, tăng tính linh hoạt mở rộng hệ thống Kết nghiên cứu: Hoàn thành hệ thống điều khiển tiêu thụ điện tiết kiệm Áp dụng thực tế hệ thống điều khiển tiêu thụ hệ thống điện phòng D501 Sản phẩm: Bộ điều khiển tiêu thụ điện Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Hệ thống ứng dụng để điều khiển thiết bị điện phòng D501 cho hiệu tích cực, vận hành ổn định, đạt yêu cầu an toàn tiết kiệm Hệ thống có khả áp dụng cho phịng học phòng làm việc điều khiển hệ thống trung tâm qua giao tiếp CAN Ngoài việc áp dụng trường, hệ thống có khả thương mại hóa chuyển giao cho cơng ty có nhu cầu Trƣởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên) Ths PHẠM TỶ PHÚ Luan van TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA ĐIỆN ĐIỆN TƢ Tp HCM, ngày tháng 11 năm 2014 RESULTS INFORMATION General Information: Project title: DESIGN OF EFFECTIVE POWER CONSUMPTION SYSTEM - Item Number: T2014 - 33 - Chairman: PHAM TY PHU, M.Eng - Responsible agencies: University of Technology and Education Ho Chi Minh City - Implementation period: 2/2014 to 11/2014 Objectives Research and design efficiency power consumption system Install the system to control the power system in D501 room Novelty and creativity: The system controls device by automatic or semi-automatic modes Two PIR sensors are used to sense movement of people in its field of view, then, the system can control the devices in room effectively The Ambient Light Sensor detects light in room to turn off the light whether the room is enough light The system can connect to other system by CAN interface The study results: The research results are already built the power consumption system Products: A power consumption system, Efficient method of transferring research results and the ability to apply: The system was applicated to control the power system in D501 room The system operated PHAM TY PHU, M.Eng Luan van MỞ ĐẦU Các điều khiển trang bị nhà để điều khiển tất thiết thiết bị ngày phổ biến, sản phẩm thương mại Các nhà sử dụng thiết bị điều khiển gọi ngắn gọn nhà thông minh Nhà thông minh (smart home) kiểu nhà lắp đặt thiết bị điện, điện tử điều khiển tự động hố hồn tồn bán tự động, thay người việc thực số thao tác quản lý, điều khiển Ngày nay, xã hội đại, khoa học kỹ thuật phát triển sống người đầy đủ tiện nghi việc ứng dụng tự động hóa rộng rãi Trong nhà thông minh, đồ dùng nhà từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet gắn điều khiển điện tử kết nối với Internet điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa lập trình cho thiết bị nhà hoạt động theo yêu cầu Thêm vào đó, đồ gia dụng hiểu ngơn ngữ có khả tương tác với Tuy nhiên, có điều nhận thấy giải pháp quản lý nhà thông minh tịa nhà thơng minh tập đồn lớn hay doanh nghiệp nhỏ cung cấp phụ thuộc nhiều vào chất lượng dịch vụ viễn thông, bao gồm mạng điện thoại mạng Internet tốc độ cao Đối với nhà thơng minh ngày phát triển ứng dụng nhiều công nghệ để điều khiển nhằm mang lại hiệu tiện nghi, đại cho người, cịn phịng học, phịng thí nghiệm, phòng thực hành, phòng làm việc cán công sở với thiết bị sử dụng không nhiều khác với thiệt bị sử dụng nhà cần có giải pháp quản lý điều khiển nhầm đem lại hiệu tiết kiệm tránh lãng phí nội dung nghiên cứu đề tài Luan van TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC Thiết bị điều khiển mà nhóm nghiên cứu thực gần giống thiết bị điều khiển tồ nhà thơng minh, nhiên đối tượng phục vụ khác Nhà thơng minh sử dụng thiết bị điều khiển quản lý thiết bị dùng điện ứng dụng nhiều giới năm gần xuất nhiều Việt Nam Ví dụ Triển lãm thành tựu kinh tế - xã hội Việt Nam Thăng Long - Hà Nội 2010, Bkav giới thiệu Hệ thống nhà thơng minh SmartHome hồn tồn kỹ sư chuyên gia Công ty đầu tư phát triển công nghệ nhà thông minh Bkav SmartHome nghiên cứu sản xuất Trường ĐH Công nghệ thành công với đề tài nghiên cứu nhà thông minh thuộc gần hội thảo Giải pháp nhà thông minh Công ty Cổ phần Biển Bạc phối hợp với đối tác tổ chức Hà Nội thu hút đông đảo khách quan tâm tham dự Sản phẩm điều khiển cho nhà thông minh thương mại nhiên Việt Nam cịn hạn chế, phổ biến gia đình có khả tài chánh tốt Trở lại với thiết bị nhóm nghiên cứu phục vụ cho phịng học, phịng thí nghiệm, phịng thực hành, văn phịng làm việc chưa có thiết bị điều khiển phù hợp với thiết bị sử dụng phịng làm việc nhầm mục đích sử dụng thiết bị điện hiệu tiết kiệm Luan van Hình 2.12 Mạch PCB khối cơng suất triac Sơ đồ nguyên lý vẽ triac, sơ đồ PCB giao tiếp 16 ngõ ra, giống nên cần phần nguyên lý 8, sang PCB copy thành 16 Phần đo dịng dùng chung cho 16 26 Luan van Hai PCB cho 16 triac kết nối với bo mạch vi điều khiển cách gắn kết nối pinheader PCB vi điều khiển trung tâm kết nối với vi điều khiển bên cơng suất dùng dây bus sợi 27 Luan van CHƯƠNG LẬP TRÌNH CHO MẠCH ĐIềU KHIểN I GIỚI THIỆU Sau thiết xong phần cứng tiến hành lắp ráp mạch hồn chỉnh viết chương trình cho hệ thống vận hành Các cơng việc thực bao gồm viết lưu đồ điều khiển trình tự thực sau viết code chi tiết II TRÌNH TỰ THỰC HIỆN Để viết chương trình ta phải viết lưu đồ, lưu đồ hệ thống Hình 3.1: BEGIN Khởi tạo hệ thống Đọc nhiệt độ từ cảm biến hiển thị Kiểm tra phím nhấn xử lý có Đọc thời gian thực S Giây Đ Hiển thị thời gian Thực yêu cầu điều khiển theo thời gian Hình Lưu đồ Giải thích lưu đồ: công việc thực bao gồm: 28 Luan van Bước 1: khởi tạo hệ thống bao gồm port, ADC, mạng CAN, LCD, trạng thái điều khiển chuông, đèn, quạt, trạng thái nhiệt, cảm biến PIR, mã điều khiển đèn, mã điều khiển quạt, truyền liệu UART, I2C, kiểm tra thời gian thực, timer1 hoạt động, cho phép timer1 ngắt, khởi tạo vùng liệu Sau thực xong bước tất sẵn sàng hoạt động Bước 2: vào chương trình thực công việc bao gồm: Đọc nhiệt độ từ cảm biến nhiệt DS18B20 hiển thị nhiệt độ LCD Kiểm tra xem có phím nhấn hay khơng? Nếu có tiến hành xử lý chức phím nhấn theo yêu cầu Đọc thời gian từ đồng hồ thời gian thực để hiển thị LCD tiến hành so sánh để điều khiển:  Nếu vào vào lớp điều khiển reng chuông  Nếu thời gian làm việc thời gian thực hành/thí nghiệm hết tự động tắt dần thiết bị tắt hết, học cho phép mở thiết bị  Kiểm tra để tắt mở đèn hành lang  Gởi mã điều khiển sang vi điều khiển bên thiết bị công suất để tắt mở đèn  Đọc giá trị dòng điện từ cảm biến dòng hiển thị LCD, so sánh để báo thiết bị có tải hay không  Hiển thị trạng thái thiết bị Các công việc thực với chu kỳ giây Kiểm tra cảm biến PIR sau thời gian mà khơng có người tiến hành tắt thiết bị, phát có người mở thiết bị đèn Đèn chủ yếu đủ ánh sáng để di chuyển Kiểm tra sau khoảng thời gian mà khơng tác động đến điều khiển tắt đèn Backlight LCD để tiết kiệm nguồn III VIẾT CHƢƠNG TRÌNH Sau có trình tự thực nhóm tiến hành viết chương trình cho hệ thống hoạt động Chương trình gồm có chương trình nhiều chương trình viết dạng thư viện Nội dung chương trình sau: #include #DEVICE ADC=10 #fuses NOWDT,PUT,HS,NOPROTECT,NOLVP 29 Luan van #use delay(clock=16000000) #include #use rs232(baud=9600,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7)//,timeout=200) #use I2C(Master,slow,sda=PIN_C4,scl=PIN_C3)// KHAI BAO I2C #define TOUCH_PIN PIN_C0 #include unsigned int8 MPK; #include #include #include #include #include #include #include #include #include struct rx_stat rxstat; unsigned int32 rx_id; unsigned int8 HTB_DATA_NHAN[8]; unsigned int8 HTB_DATA_PHAT[8]; unsigned int8 rx_len; #INT_TIMER1 void interrupt_timer1() { BDN++;SET_TIMER1(3036); IF (BDN==90) { SETUP_TIMER_1 (T1_DISABLED); DISABLE_INTERRUPTS(INT_TIMER1); KEY_MOD=0; HIENTHI_KEY_MOD();} } void main() { init_port_int(); 30 Luan van TT_QUANHIET=0; LCD_DEM=0;PIR_DEM=0; TEST_CHUONG_BIP(); CHINH_REALTIME() ; WHILE(TRUE) { DOC_SS_BAONHIET (); PRESS_KEY(); DOC_REALTIME_HIENTHI(); if (LCD_DEM>15) {LCD_OFF();} DETECT_PIR(); IF (PIR_DEM