Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA ĐIỆN====o0o==== BÀI TẬP LỚN MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG MINHTên đề tài : Thiết kế ngôi nhà thông minh Trang 2 LỜI NÓI ĐẦUTrong cuộc sống ngày n
Giới thiệu về hệ thống nhà thông minh
Nhà thông minh (tiếng Anh là "Smart Home") hoặc hệ thống nhà thông minh là một ngôi nhà/ căn hộ được trang bị hệ thống tự động tiên tiến dành cho điều khiển đèn chiếu sáng, nhiệt độ, truyền thông đa phương tiện, an ninh, cửa tự động và nhiều tính năng khác nhằm mục đích làm cho cuộc sống ngày càng tiện nghi, an toàn và góp phần sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên.
Theo wiseGeek, một ngôi nhà (hoặc căn hộ) được coi là "thông minh" bởi vì hệ thống máy tính/điện thoại của nó có thể giám sát được nhiều khía cạnh diễn ra xung quanh ngôi nhà của chúng ta thường ngày.Một trong những ví dụ cơ bản nhất của nhà thông minh là một hệ thống kiểm soát mức độ chiếu sáng của hệ thống đèn giúp tiết kiệm điện và phù hợp với khung cảnh, chẳng hạn như cài đặt đèn ánh sáng nhẹ cho các bữa tiệc tối Hệ thống cũng có thể điều chỉnh rèm cửa theo yêu cầu, kiểm soát nhiệt độ, hệ thống báo sự cố khí gas, hệ thống đóng mở cửa tự động, hệ thống phòng ngừa trộm…Nhà thông minh ngoài ra còn có một số ứng dụng sáng tạo hơn, gồm hệ thống điều khiển giải trí loa đài với công suất khác nhau, hệ thống tưới nước
Các chức năng này có thể được thực hiện nhờ việc ghép nối các thiết bị điệntrong nhà với bộ điều khiển trung tâm thông qua hệ thống máy tính/điện thoại để có thể theo dõi các trạng thái và ra các quyết định điều khiển phù hợp.
Nhà thông minh đã được hình dung trong các tác phẩm khoa học viễn tưởng từ nhiều năm nhưng nó chỉ trở thành hiện thực kể từ thế kỷ 20 sau sự phát triển rộng rãi của ngành điện điện tử và những tiến bộ nhanh chóng của công nghệ thông tin, theo
Wikipedia Công nghệ nhà thông minh ngày càng trở nên tinh vi,các tín hiệu điều khiển và giám sát được mã hóa truyền đi thông qua hệ thống dây dẫn hoặc mạng không dây đến các bộ chuyển mạch, ổ điện được lập trình sẵn để vận hành các đồ gia dụng và thiết bị điện tử ở trong ngôi nhà Sự tự động hóa của ngôi nhà đặc biệt có ích cho người lớn tuổi và người tàn tật, những người muốn sống tự lập.
Việc lắp đặt các sản phẩm thông minh đem lại cho ngôi nhà và chủ nhân của nó rất nhiều lợi ích – tương tự như những lợi ích mà công nghệ và máy tính cá nhân đã đem lại cho chúng ta 30 năm qua, bao gồm: sự tiện nghi, tiết kiệm thời gian, tiền bạc và năng lượng.
Các thành phần của hệ thống nhà thông minh bao gồm các cảm biến (như cảm biến nhiệt độ, cảm biến chuyển động, cảm biến ánh sáng, cảm biến âm thanh, cảm biến khí gas…), các bộ điều khiển (PLC, vi điều khiển…), máy tính, khối thu phát tín hiệu (wifi, Bluetooth…)và các thiết bị chấp hành khác (Rơ le trung gian…) Nhờ hệ thống cảm biến, các bộ điều khiển và máy tính/điện thoại mà con người có thể theo dõi các trạng thái bên trong ngôi nhà dù chúng ta đang ở bất cứ đâu, để đưa ra các quyết định điều khiển các thiết bị chấp hành một cách phù hợp nhằm đảm bảo sự an toàn cũng
Hình1.1 Mô hình hệ thống nhà thông minh
Trên thế giới, nhiều kiến trúc sư đang bắt đầu cân nhắc đến nhà thông minh trong khi thiết kế và xây dựng nhà Khi đó, hệ thống được tích hợp ngay trong quá trình xây dựng thì chi phí cho việc lắp đặt, bảo trì sẽ giảm xuống đồng thời toàn bộ hệ thống điện trong tòa nhà cũng sẽ đồng bộ và linh hoạt hơn Tuy nhiên, các ngôi nhà hoặc căn hộ đã xây dựng trước đây cũng vẫn có thể sửa đổi để tích hợp hệ thống thông minh vào, đem lại những cảm giác mới cho ngôi nhà của chúng ta.
Hiện nay, trong lĩnh vực nhà thông minh, các kỹ sư vẫn đang tiếp tục sáng tạo để tạo ra nhiều tiện ích hơn nữa cho ngôi nhà cũng như tối ưu hóa về triển khai lắp đặt một ngôi nhà thông minh Trong tương lai không xa, ngôi nhà thông minh có thể có khả năng “tư duy” để tự điều chỉnh các thiết bị một cách phù hợp và có khả năng giao tiếp với con người như trong các bộ phim viễn tưởng là có cơ sở trở thành hiện thực.
Cuối những năm 1990, nhà thông minh vẫn được xem là một thứ xa xỉ của nhà giàu.Tuy nhiên, với sự ra đời và phổ biến của công nghệ vi điện tử và chi phí ngày càng giảm của chúng thì các công nghệ điều khiển thông minh có thể được ứng dụng rỗng rãi hơn và đem lại cho mọi người dân có mức sống trung bình có thể làm chủ được ngôi nhà thông minh trong tầm tay.
Với sự phát triển vũ bão của công nghệ thông tin, internet và chi phí cho hệ thống nhà thông minh đã giảm xuống trong thời gian gần đây Nhu cầu người sử dụng đã tăng cao đáng kể Theo hãng ABI Research, năm 2012 đã có hơn 1,5 triệu hệ thống nhà thông minh được lắp đặt ở Mỹ và dự kiến con số này sẽ tăng đến 8 triệu vào năm 2017.Trong tương lai không xa, có thể hi vọng nhà thông minh sẽ là một xu hướng mới cho cuộc sống của con người hiện đại.
Đặt bài toán
Xuất phát từ nhu cầu mở rộng quy mô ứng dụng hệ thống nhà thông minh không chỉ tập trung cho các nhà biệt thự, khách sạn… phục vụ cho các tầng lớp giàu có thượng lưu, mà còn đem lại cho người có mức thu nhập trung bình có được cơ hội sở hữu ngôi nhà thông minh với một số tính năng tự động nhất định của riêng mình trong khả năng kinh tế có hạn Vì vậy trong phạm vi của đề tài đề xuất xây dựng mô hình nhà ở dân dụng nhà thông minh, đảm bảo cho ngôi nhà có được một số tính năng tự động như sau:
➢Đóng mở cửa và bật tắt hệ thống chiếu sáng từ xa thông qua điện thoại/máy tính, modul Bluetooth HC06 kết nối với vi điều khiển trung tâm.
➢ Bật tắt các thiết bị bằng giọng nói thông qua điện thoại gửi đến modul
Bluetooth HC06 kết nối với vi điểu khiển trung tâm
➢Đóng mở cửa và bật tắt hệ thống chiếu sáng từ xa bằng việc giải mã tín hiệu DTMF của điện thoại.
➢Hiển thị nhiệt độ phòng, nồng độ khí gas trên LCD hoặc máy tính/điện thoại giám sát.
➢Tự động phát hiện và báo sự cố khí gas khi quá nồng độ cho phép thông qua còi báo động, đồng thời ngắt Rơ le trung gian cấp điện xoay chiều cho toàn hệ thống điện của ngôi nhà, đến khi sự cố được giải trừ thì tự động đóng Rơ le trung gian trở lại để cấp điện cho ngôi nhà hoạt động bình thường.
Ý tưởng xây dựng thuật toán điều khiển nhà thông minh
Về bản chất mô hình nhà thông minh đề xuất trong đề tài được vận hành: Đóng cắt từ xa thiết bị điện chiếu sáng và đóng mở cửa qua bộ điều khiển trung tâm Việc đóng mở cửa và đóng cắt thiết bị chiếu sáng thông qua bộ điều khiển trung tâm giúp cho người sử dụng có thể vận hành các thiết bị ở bất cứ vị trí nào bằng ba cách:
Cách 1: Điều khiển ở khoảng cách gần thông qua modul blutooth HC06 lúc này tất cả các hiệu lệnh đóng cắt thiết bị của người sử dụng thông qua các nút ấn trên bàn phím của máy tính hay điện thoại, được mã hóa thành tín hiệu nhờ phần mềm ứng dụng trên hệ điều hành Android và gửi tín hiệu về vi điều khiển thông qua kênh Bluetooth của modul Bluetooth HC06, tín hiệu sẽ được xử lý thông qua mã chương trình đã được lập trình sẵn trong vi điều khiển, từ đó phát tín hiệu điều khiển tới Rơ le trung gian để cấp điện cho động cơ cửa tự động hay thiết bị chiếu sáng.
Cách 2: Điều khiển ở khoảng cách gần bằng giọng nói thông qua modul blutooth HC06 lúc này tất cả các hiệu lệnh đóng cắt thiết bị của người sử dụng thông qua các khẩu lệnh giọng nói của ta truyền đến, được mã hóa thành tín hiệu nhờ phần mềm ứng dụng trên hệ điều hành Android và gửi tín hiệu về vi điều khiển thông qua kênh Bluetooth của modul Bluetooth HC06, tín hiệu sẽ được xử lý thông qua mã chương trình đã được lập trình sẵn trong vi điều khiển, từ đó phát tín hiệu điều khiển tới Rơ le trung gian để cấp điện cho các thiết bị.
Cách 3: Điều khiển ở khoảng cách xa bằng việc giải mã âm bàn phím nhờ modul DTMF sẽ chuyển từ tín hiệu âm thanh sang tín hiệu dạng số và được đưa tới bộ xủ lý trung tâm thông qua modul DTMF từ đó sẽ được xử lý và đưa ra lệnh điều khiển đóng mở các thiết bị Bên cạnh đó trong mô hình nhà ở dân dụng thông minh còn bố trí các công tắc ở mỗi phòng để bật tắt thiết bị chiếu sáng bằng tay.
Ngoài ra nhờ các cảm biến nhiệt độ và cảm biến khí gas MQ2 và thông qua vi điều khiển và modul Bluetooth sẽ hiển thị các thông số nhiệt độ phòng cũng như nồng khí gas trên LCD, máy tính và điện thoại, để người sử dụng có thể giám sát được đảm bảo sự an toàn trong ngôi nhà tốt nhất Một điều đáng chú ý đó là chế độ cảnh báo sự cố rò rỉ khí gas trong ngôi nhà thông qua chương trình cài đặt sẵn trong vi điều khiển đưa tín hiệu báo động ra còi báo động khi khí gas vượt quá ngưỡng cho phép, đồng thời giải trừ sự nguy hiểm cho toàn bộ hệ thống điện trong ngôi nhà nhờ tín hiệu từ vi điều khiển đưa đến Rơ le trung gian tổng, ngắt điện lưới toàn hệ thống của ngôi nhà, đảm bảo hạn chế sự cháy nổ do điện gây ra Khi sự cố khí gas đã được giải trừ thì hệ thống lại tự động đóng tiếp điểm của Rơ le trung gian tổng cấp điện lại cho toàn hệ thống trong ngôi nhà.
Hệ điều hành Android
Android là một hệ điều hành mã nguồn mở dành cho thiết bị di động như Smartphone, Tablet hay Netbook (thường gọi chung là thiết bị cầm tay thông minh) Android do Google phát triển dựa trên nền tảng Linux kernel phiên bản 2.6 và các phần mềm mã nguồn mở Bất kỳ một hãng sản xuất phần cứng nào cũng đều có thể tự do sử dụng hệ điều hành Android cho thiết bị của mình, miễn là các thiết bị ấy đáp ứng được các tiêu chuẩn cơ bản do Google đặt ra (như có cảm ứng chạm đa điểm, GPS, 3G,…) Nhờ tính mở miễn phí và những ưu điểm của hệ điều hành này, ngày nay các thiết bị cầm tay sử dụng hệ điều hành này càng nhiều và phổ biến Và một ưu điểm nữa là hầu như các thiết bị Android là đều được tích hợp công nghệ Bluetooth, vì thế người dùng có thể dễ dàng kết nối được với mạch để điều khiển Việc điều khiển trở lên thuận tiện và tiết kiệm chi phí Nhờ vào tính mở của hệ điều hành Android chúng ta có thể phát triển ứng dụng một cách tối ưu, phù hợp cho bộ điều khiển.
Từ những thuận lợi đó, việc tạo một ứng dụng trên chiếc Mobile Android thật sự dễ dàng, ứng dụng này sẽ có chức năng chính là truyền, nhận dữ liệu qua Bluetooth để điều khiển bảng thiết bị Và việc này được thực hiện trên những chiếc điện thoại sử dụng hệ điều hành Android mà mọi người thường dùng hằng ngày.
2.1.2 Cấu trúc hệ điều hành Android
Kiến trúc hệ điều hành Android gồm 4 tầng, từ dưới lên trên là tầng hạt nhân Linux(v2.6), tầng Libraries & Android Runtime, tầng Application Framework và trên cùng là tầngApplication Mô hình tổng thể của các thành phần bên trong hệ thống sử dụng Android được mình họa trong (Hình 2.1).
Hình 2.1 Minh Kiến trúc của hệ điều hành Android
Android là một hệ điều hành có tính mở, khác với nhiều hệ điều hành di động khác, android cho phép một ứng dụng của bên thứ ba được phép chạy nền Các ứng dụng đó chỉ có một hạn chế nhỏ đó là nó không được phép sử dung quá 5~10% công suất CPU, điều đó nhằm để tránh độc quyền trong việc sử dụng CPU Ứng dụng không có điểm vào cố định, không có phương thức main để bắt đầu.
Vi điều khiển PIC 16F877A là loại vi điều khiển 8 bit tầm trung của hãng
Microchip, là loại vi điều khiển có kiến trúc Havard, sử dụng tập lệnh kiểu RISC
(Reduced Instruction Set Computer) với chỉ 35 lệnh cơ bản, tất cả các lệnh được thực hiện trong một chu kỳ lệnh trừ các lệnh rẽ nhánh.
2.2.1 Sơ đồ chân vật lý của PIC 16F877A
Vi điều khiển PIC 16F877 A bao gồm 40 chân vật lý được bố trí như Hình 2.2 dưới đây Bao gồm:
+ Các chân nguồn: Chân 11, 32 là các chân VDD (+5v)
Chân 12, là các chân VSS (0v)
+ Chân reset : chân số 1 MCLR là chân reset của pic chân này có nhiệm vụ khởi động lại VĐK PIC
+ 4 cổng xuất nhập tín hiệu:
PORT A và thanh ghi TRIS A; PORT B và thanh ghi TRIS B PORT
C và thanh ghi TRIS C; PORT D và thanh ghi TRIS D
+ Bộ đếm và định thời PIC
2.2.2 Sơ đồ tối thiểu để PIC 16F877A có thể hoạt động được Để họ vi điều khiển PIC nói chung và PIC16F877A nói riêng hoạt động được phải đảm bảo các chân vật lý của vi điều khiển tối thiểu phải được đấu như Hình 2.3.
TIMER 0 là bộ đinh thời 8bit timer hoạt động ở 2 chế độ: chế độ định thời và chế độ đếm.
TIMER 1 là bộ định thời 16 bit được tạo thành từ 2 thanh ghi 8bit TMR1L và TMR1H.
(PWM). định thời 8 bit được ứng dụng để điều chế độ rộng xung
Ngắt tràn timer 0; Ngắt RB RB4RB7; Ngắt EXT RB0; Ngắt truyền thông Ngoài ra PIC 16F877A còn có 2 chân băm xung PWM CCP1 và CCP2 với chu kỳ xung là khoảng thời gian để giá trị thanh ghi TMR2 tăng đến giá trị thanh ghi PR2.
Hình 2.2 Sơ đồ chân vật lý của PIC 16F877A
Hình 2.3 Sơ đồ tối thiểu đảm bảo sfi hoạt động của PIC 16F877A
2.3 Các thiết bị ngoại vi sử dụng trong đề tài
2.3.1 Cảm biến khí gas Để đo nồng độ khí gas (trường hợp rò rỉ khí gas trong ngôi nhà) và hiển thị lên LCD hay máy tính/điện thoại, trong đề thông số vật lý như sau:
- Điện áp sử dụng : +5V tài sử dụng cảm biến khí gas MQ2 với các
- Aout: điện áp ra tương tự Nó có giá trị từ 0.3V đến 4.5V, phụ thuộc vào nồng độ khí xung quang MQ2.
- Dout: điện áp ra số, giá trị 0,1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ khí mà MQ2 đo được Các loại khí:
+LPG (Khí hóa lỏng)+ibutane
Việc có chân ra số Dout rất tiện cho ta mắc các ứng dụng đơn giản, không cần đến vi điều khiển Khi đó ta chỉ cần chỉnh giá trị biến trở tới giá trị nồng độ ta muốn cảnh báo Khi nồng độ MQ2 đo được thấp hơn mức cho phép thì Dout = 1, đèn Led tắt Khi nồng độ khí đo được lớn hơn nồng khí cho phép, Dout =0, đèn Led sáng.
Hình 2.4 Hình ảnh cảm biến khí gas MQ2
2.3.2 Cảm biến nhiệt độ Để đo nhiệt độ trong ngôi nhà và hiển thị lên LCD hay máy tính/điện thoại, trong đề tài sử dụng cảm biến nhiệt độ DS18B20 với các thông số vật lý như sau:
Cảm biến đo nhiệt độ DS18B20 sử dụng chuẩn giao tiếp ONE WIRE (đường dẫn tín hiệu và đường dẫn điện áp nguồn nuôi có thể dùng chung trên một dây dẫn) Ngoài ra,nhiều cảm biến có thể dùng chung trên một đường dẫn (Rất thích hợp với các ứng dụng đo lường đa điểm).
Các đặc điểm kỹ thuật của cảm biến DS1820 có thể kể ra một cách tóm tắt như sau:
-Độ phân giải khi đo nhiệt độ là 9 bit Dải đo nhiệt độ 55 o C đến 125 o C, từng bậc 0,5 o C, có thể đạt độ chính xác đến 0,1 o C bằng việc hiệu chỉnh qua phần mềm (Có thể đạt đến các độ phân giải 10 bit, 11 bit, 12 bit).
-Điện áp nguồn nuôi có thể thay đổi trong khoảng rộng (từ 3,0 V đến 5,5 V).
-Dòng tiêu thụ tại chế độ nghỉ cực nhỏ.
Thời gian lấy mẫu và biến đổi thành số tương đối nhanh, không quá 200 ms.
-Mỗi cảm biến có một mã định danh duy nhất 64 bit chứa trong bộ nhớ ROM trên chip (on chip).
Hình 2.5 Hình ảnh cảm biến nhiệt độ DS18B20
2.3.3 Thiết bị hiển thị LCD
Mạch này dùng để hiện thị trạng thái làm việc của hệ thống Sử dụng LCD 16x2 (2 dòng 16 cột), được nối vào PIC16F877A.
-Các chân Vcc, Vss và Vee:
Chân Vcc cấp dương nguồn 5V, chân Vss nối đất, chân Vee được dùng để điều khiển độ tương phản của màn hình LCD.
Khi ở mức thấp, chỉ thị được truyền đến LCD như xoá màn hình , vị trí con trỏ
….Khi ở mức cao, kí tự được truyền đến LCD.
Dùng để xác định hướng của dữ liệu được truyền giữa LCD và vi điều khiển Khi nó ở mức thấp dữ liệu được ghi đến LCD và khi ở mức cao, dữ liệu được đọc từ LCD. Nếu chúng ta chỉ cần ghi dữ liệu lên LCD thì chúng ta có thể nối chân này xuống GND để tiết kiệm chân.
Cho phép ta truy cập/xuất đến LCD thông qua chân RS và R/W Khi chân E ở mức cao (1) LCD sẽ kiểm tra trạng thái của 2 chân RS và R/W và đáp ứng cho phù hợp Khi dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một xung mức cao xuống thấp phải được áp đến chân này để LCD chốt dữ liệu trên các chân dữ liệu Xung này phải rộng tối thiểu là 450ns Còn khi chân E ở mức thấp (0), LCD sẽ bị vô hiệu hoá hoặc bỏ qua tín hiệu của 2 chân RS và R/W.
-Các chân D0 D7: Đây là 8 chân dữ liệu 8 bít, được dùng để gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD Các kí tự được truyền theo mã tương ứng trong bảng mã ASCII Cũng có các mã lệnh mà có thể được gửi đến LCD để xoá màn hình hoặc đưa con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ.
-LCD có 2 chế độ giao tiếp:
Chế độ 4 bit (chỉ dùng 4 chân D4 đến D7 để truyền dữ liệu) và chế độ 8 bit (dùng cả 8 chân dữ liệu từ D0 đến D7), ở chế độ 4 bit, khi truyền 1 byte, chúng ta sẽ truyền nửa cao của byte trước, sau đó mới truyền nửa thấp của byte.
Thiết kế phần cứng
Mục đích chính của đề tài xây dựng một hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua Bluetooth, wifi và tín hiệu giải mã âm thanh DTMF Hiểu rõ được việc kết nối và trao đổi dữ liệu giữa máy tính/điện thoại Smartphone sử dụng hệ điều hành
Android với Module Bluetooth HC – 06, và Module giải mã âm thanh DTMF Từ đó ta
HC06+WIFI 06 áp dụng vào bài toán thực tế, hệ thống sẽ cho phép người dùng có thể điều khiển các thiết bị điện bằng Smartphone Android thông qua kết nối Bluetooth, wifi hoặc DTMF Các thiết bị được điều khiển ON/OFF nhờ mạch Rơle được điều khiển bởi Vi điều khiển Pic 16F877A.
3.1.1 Thiết kế mạch điều khiển
Sơ đồ khối của mạch điều khiển sử dụng vi điều khiển pic 16F877A Được mô tả:
Hình 3.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn
Là khối dùng để tạo ra dòng điện ổn định cung cấp cho toàn mạch Mạch dùng nguồn từ6V đến 24VDC, IC7805 dùng để ổn định dòng 5v cấp cho vi điều khiển và ca ć khối khác, Diode để bảo vệ mạch khi cắm ngược âm dương; C6, C7, C4 là tụ liên lạc và tụ bù điện áp.
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch Reset
Khối RESET có tác dụng đưa vi điều khiển về trạng thái ban đầu Khi nút Reset được ấn điện áp +5V từ nguồn được nối vào chân Reset của vi điều khiển được chạy thẳng xuống đất lúc này điện áp tại chân vi điều khiển thay đổi đột ngột về 0, VĐK nhận biết được sự thay đổi này và khởi động lại trạng thái ban đầu cho hệ thống.
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch dao động
Là khối tạo dạo động cho vi điều khiển hoạt động Trong mạch trên sử dụng thạch anh 20Mhz.
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý điều khiển Rơ le
Có chức năng nhận tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển pic 16f877A được đưa vào ic cách ly quang và ic này có nhiệm vụ mở dòng cho Transistor NPN Q4 để đóng tắtRơle, cấp điện 220VAC cho thiêt bị điện hoạt động.
23 18EN 17PWM1 16PWM2 15T1CK 22nF
30 29 28LD4 27LD5 22LD6 21LD7 20LE 19LRS
RD7/PSP7 RD6/PSP6 RD5/PSP5 RD4/PSP4 RD3/PSP3 RD2/PSP2 RD1/PSP1 RD0/PSP0
RC7/RX/DT RC6/TX/CK RC5/SDO RC4/SDI/SDA RC3/SCK/SCL RC2/CCP1 RC1/T1OSI/CCP2 RC0/T1OSO/T1CKI
RE0/AN5/RD RE1/AN6/WR RE2/AN7/CS
RB7/PGD RB6/PGC RB5 RB4 RB3/PGM RB2 RB1 RB0/INT
RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF- RA3/AN3/VREF + RA4/T0CKI RA5/AN4/SS
Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển trung tâm
3.1.2 Hướng dẫn các bước thiết kế trên phần mềm Proteous và Altium a Hướng dẫn mô phỏng trên Proteous
- Cài đặt Proteus xong, vào Start menu, khởi động ISIS 7 profesionnal.
Giao diện chính như sau:
Cụm 1: Tạo nhanh một trang thiết kế, mở trang thiết kế đã tạo, lưu trang thiết kế
Cụm 2: In cả trang, chọn vùng in tùy ý Cụm
3: Chia lưới điểm trang thiết kế
Cụm 4: Zoom linh kiện về giữa trang, phóng to trang, thu nhỏ trang, fix trang, zoom vùng tùy chọn
Cụm 5: Cắt, copy, paste trang
Cụm 6: Copy, move, quay, xóa linh kiện trên trang
Cụm 7: Chỉ dùng biểu tượng đầu, chọn linh kiện
1 Component, cho phép chọn linh kiện sau khi nhấp nút P ở hộp thoại DEVICES
3 Tạo nhãn: nhấp trái chuột lên dây dẫn và đặt tên
4 Text:nhấp trái chuột và viết
5 Tạo bus:nhấp trái kéo đến điểm khác, lại nhấp trái rồi nhấp phải.Phải đặt label cho cùng tên cho các dây dẫn sử dụng chung bus
7 Nhấp trái lên linh kiện để xem edit component
13 Voltage Probe, giống vôn kế thường nhưng chỉ có 1 đầu dây, hiện số trực tiếp
14 Current Probe, như trên nhưng cho giá trị dòng
15.Dụng cụ ảo: oscilloscope, vôn kế AC,DC, ampe kế AC,DC,…
21 Text 2D, nhấp trái vào trang và type
Thanh sỐ 3 hộp hiển thị hình linh kiện
Quay trái, phải, đối xứng chân ngang dọc linh kiện trên mô phỏng
+ Thiết kế mạch mô phỏng Điều khiển start, step by step, pause, stop quá trình Đầu tiên chúng ta sẽ lấy tất cả các linh kiện cần dùng ra hộp thoại DEVICES, có 2 cách:
-Nhấp vào biểu tượng đầu tiên ở cụm 7 trên thanh số 1
- Nhấp vào biểu tượng số 1 trên thanh số 2, rồi nhấp vào chữ P ở hộp thoại
Ta sẽ có hộp thoại như sau
Gõ tên linh kiện cần lấy vào ô Keywords (Ví dụ Pic16F877 hay 16f đều được, miễn sao có từ trong tên linh kiện và thây nó xuất hiện là được)
Hình linh kiện và sơ đồ chân mạch in hiện ra bên cạnh khi bạn nhấp vào dòng chứa tên linh kiện, để chọn, bạn nhấp OK hoặc nhấp đúp vào tên linh kiện, lúc này trên hộp thoại DEVICES sẽ xuất hiện tên linh kiện đã chọn:
Tương tự như vậy ta gõ 7SEG để chọn led 7 thanh, minres10k – 100R để lấy điện trở LED chọn màu green red và yellow . Để lấy linh kiện ra trang thiết kế, nhấp vào tên linh kiện trong hộp thoại
DEVICES, dùng thanh công cụ thay đổi cho phù hợp sau đó sang nhấp trái vào trang thiết kế để đặt linh kiện, ví dụ ta đặt con Pic trước: Để di chuyển nó đến vị trí mong muốn, có 2 cách:
-Ta nhấp phải vào nó (lúc này nó có màu đỏ), chọn tiếp biểu tượng move trong cụm số 6 trên thanh số 1 (nút thứ 2 tính từ trái qua), lúc này linh kiện dính và di chuyển theo chuột, di chuyển đến vị trí thích hợp rồi nhấp trái là xong
-Ta nhấp phải vào nó (lúc này nó có màu đỏ), sau đó nhấp và giữ chuột trái, kéo đến vị trí mong muốn và thả ra, thế là ok.
Tương tự cho các linh kiện còn lại, các bạn đưa hết ra trang thiết kế, nguồn và đất các bạn lấy ra bằng cách nhấp vào biểu tượng trên thanh công cụ số 2, lúc này hộp thoại DEVICES sẽ hiện ra danh sách linh kiện trong đó có nguồn và đất, các bạn lấy ra trang thiết kế như thường.Để trở về danh sách linh kiện ban đầu, bạn nhấp vào biểu tượng trên thanh công cụ số 2, di chuyển các linh kiện đến vị trí thích hợp để chuẩn bị đi dây, ta được:
Tương tự với các linh kiện còn lại ta lấy lần lượt a rồi sắp xếp sao cho hợp lí và đẹp mắt
Tiến hành nối dây cho đúng sơ đồ nguyên lí, có 2 cách đi dây:
-Cách 1: bám chuột trái vào đầu dây cần nối sau đó di chuột đến đích cần nối
-Cách 2: sử dụng công cụ wire label mode để nối Để thực hiện cách 2 ta phải nối nhỏ 1 đoạn dây vào đầu linh kiện cần nối như hình sau
Tiếp theo t bấm công cụ sau đó kích chuột trái vào các đầu nối với nhau ghi tên giống nhau là được
Nối chân x1 và x2 với chân 13,14 của vi điều khiển thì ra làm như trong hình.
Sau khi thực hiện xong cho từng linh kiện và nối dây theo đúng nguyên lí theo các bước trên ta được mạch mô phỏng như sau: Để nạp file hex cho pic để mô phỏng, nhấp phải rồi nhấp trái lên con Pic, để có hộp thoại Edit Component sau:
Program file: bấm vào hình tệp tin rồi chọn file hex
Processor clock frequency: chọn theo đúng tần số của thạch anh đã chọn
Khâu thiết kế mạch đã hoàn tất, mô phỏng xem con Pic có làm được những gì mình muốn hay không.Dùng thanh điều khiển để bắt đầu. b Hướng dẫn thiết kế trên Altium
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của máy tính, CAD (Computer Aided
Design) ngày càng hoàn thiện và được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của khoa học kỹ thuật Đối với chuyên nghành Điện tử, nhiều phần mềm CAD cho phép vẽmạch, mô phỏng mạch điện và chuyển sang mạch in một cách nhanh chóng và hiệu quảnhư: OrCAD/PSPICE, EAGLE, Mutisim Workbench, MicroSim, Altium Designer,…
Kết luận và định hướng phát triển
Qua kết quả chạy thực nghiệm trên mô mình nhà thông minh cho thấy thuật toán xây dựng hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu của bài toán đã đề xuất về tính năng điều khiển không dây thông qua điện thoại hoặc máy tính kiểm soát tự động báo và giải trừ sự cố khi nồng độ khí gas vượt quá nồng độ cho phép từ đó hạn chế được các rủi do có thể xảy ra, đảm bảo sự an toàn cho ngôi nhà Mô hình nhà thông minh sử dụng đường truyền Buetooth, giải mã giọng nói, giải mã tín hiệu DTMF và các linh kiện điện tử có giá thành rẻ nên có thể lắp đặt cho bất cứ ngôi nhà dân dụng nào, tùy thuộc vào tính năng tự động của thiết bị trong ngôi nhà và khả năng kinh tế đầu tư của mỗi gia đình yêu cầu đến đâu, thì đều có thể phát triển các mô hình đáp ứng phù hợp.
Mô hình trên có thể phát triển với việc mở rộng các ứng dụng khác trong ngôi nhà.
-Phát triển thiết bị điều khiển không chỉ sử dụng một điện thoại mà có thể sử dụng nhiều điện thoại hoặc máy tính điều khiển các thiết bị cùng một thời điểm.
-Phát triển điều khiển thiết bị điện qua các mạng 3G