Ứng dụng vi điều khiển MCS51 thiết kế mạch điều khiển và giám sát một số thiết bị điện dân dụng

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KHAI THÁC THỦY SẢN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: Trương Thế Vinh MSSV: 4913024063 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện Tử Niên khoá: 2007-2011 Giảng viên hướng dẫn: Thầy Nhữ Khải Hoàn Cán bộ phản biện: 1. Nội dung thiết kế luận văn tốt nghiệp : Đề tài : “Ứng dụng VĐK MCS51 thiết kế mạch điều khiển và giám sát một số thiết bị điện dân dụng”. 2. Nhận xét của giáo viên hướng dẫn : ĐIỂM: (Bằng chữ: ) ĐH Nha Trang, Ngày tháng năm 2011 Cán bộ hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ và tên) 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KHAI THÁC THỦY SẢN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên sinh viên: Trương Thế Vinh MSSV: 4913024063 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện Tử Niên khoá: 2007-2011 Giảng viên hướng dẫn: Thầy Nhữ Khải Hoàn Cán bộ phản biện: 3. Nội dung thiết kế luận văn tốt nghiệp : Đề tài : “Ứng dụng VĐK MCS51 thiết kế mạch điều khiển và giám sát một số thiết bị điện dân dụng”. 4. Nhận xét của cán bộ phản biện : ĐIỂM: (Bằng chữ: ) ĐH Nha Trang, Ngày tháng năm 2011 Giáo viên phản biện (Ký, ghi rõ họ và tên) 3 DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ 1. Danh mục bảng STT TÊN NỘI DUNG TRANG 1 Bảng 3.1 Chức năng các chân port P3 17 2 Bảng 3.2 Các thuộc tính VB6 25 3 Bảng 3.3 Các giá trị tốc độ baud thông dụng 26 4 Bảng 3.4 Tập lệnh LCD 28 5 Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật bộ phát 33 6 Bảng 4.2 Thông số kĩ thuật bộ thu 38 7 Bảng 4.3 Giải thuật mã hóa phím 49 2. Danh mục hình STT TÊN NỘI DUNG TRANG 1 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển từ xa 8 2 Hình 2.2 Sơ đồ khối máy phát 10 3 Hình 2.3 Sơ đồ khối máy thu 10 4 Hình 3.1 Sơ đồ chân AT89C51 13 5 Hình 3.2 Phối ghép MCS51 với PC 19 6 Hình 3.3 Phối ghép giữa 2 MCS51 20 7 Hình 3.4 Giao tiếp giữa VĐK với DB9 thông qua RS 232 24 8 Hình 3.5 Giao tiếp giữa VĐK với LCD 27 9 Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý bộ phát 32 10 Hình 4.2 Sơ đồ mạch phát có IC mã hóa 33 11 Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn phát 34 12 Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý khối xử lí phát 34 13 Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp máy tính 35 14 Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý toàn bộ phát 36 15 Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý mạch thu 37 16 Hình 4.8 Sơ đồ mạch thu có IC giải mã 38 17 Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn thu 39 18 Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lý khối công suất 40 19 Hình 4.11 Khối xử lí bộ thu 40 20 Hình 4.12 Sơ đồ nguyên lý khối xử lí trung tâm bộ thu 42 21 Hình 4.13 Sơ đồ nguyên lý khối quá, hạ áp 43 22 Hình 4.14 Sơ đồ nguyên lý khối giám sát thiết bị 45 23 Hình 4.15 Sơ đồ nguyên lý toàn bộ thu 46 24 Hình 4.16 Sơ đồ khối toàn hệ thống 47 4 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang một ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng lọat những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao. Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công–nông-lâm-ngư nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong họat động đời sống hằng ngày. Một trong những ứng dụng rất quan trọng của công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển đặc biệt là điều khiển từ xa. Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị từ xa. Xuất phát từ ứng dụng quan trọng trên, em đã thiết kế và thi công mạch điều khiển và giám sát một số thiết bị điện dân dụng. Do thời gian và khả năng còn hạn chế nên cuốn đồ án chắc chắn không thể tránh những thiếu sót. Kính mong sự chỉ dẫn và góp ý của tất cả thầy cô và các bạn. Nha Trang ngày 20/05/2011 Sinh viên thực hiện Trương Thế Vinh 5 LỜI CẢM ƠN Đề tài “Ứng dụng VĐK MCS51 thiết kế mạch điều khiển và giám sát một số thiết bị điện dân dụng” tuy không phải là đề tài mới nhưng qua đó phản ánh được sự vận dụng các kiến thức đã học một cách khoa học, tinh thần làm việc nghiêm túc, sự tìm tòi học hỏi cùng với sự giúp đỡ chỉ dạy tận tình của thầy Nhữ Khải Hoàn và các thầy cô trong bộ môn Điện Tử Tự Động. Sau một thời gian làm đồ án. Em đã rút ra rất nhiều kinh nghiệm cho bản thân, đó cũng là nhờ vào sự chỉ dạy nhiệt tình của thầy cô và sự góp ý của các bạn. Sau cùng, một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy Nhữ Khải Hoàn và các thầy cô trong bộ môn đã giúp đỡ em hoàn thành cuốn đồ án này. Xin cảm ơn sự giúp đỡ của tất cả các bạn trong thời gian thực hiện đồ án. Nha Trang Tháng 06 năm 2011 Trương Thế vinh 6 CHÖÔNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung về đề tài: Điều khiển từ xa là việc điều khiển một mô hình ở một khoảng cách nào đó mà con người không nhất thiết trực tiếp đến nơi đặt hệ thống. Khoảng cách đó tuỳ thuộc vào từng hệ thống có mức phức tạp khác nhau, chẳng hạn như để điều khiển từ xa một phi thuyền ta cần phải có hệ thống phát và thu mạnh, ngược lại, để điều khiển một trò chơi điện tử từ xa ta chỉ cần một hệ thống phát và thu yếu hơn… Những đối tượng được điều khiển có thể ở trên không gian, ở dưới đáy biển sâu hay ở một vùng xa xôi hẻo lánh nào đó trên mặt điạ cầu. Thế giới càng phát triển thì lĩnh vực điều khiển cần phải được mở rộng hơn. Việc ứng dụng điều khiển từ xa vào thông tin liên lạc đã mang lại nhiều thuận lợi cho xa hội loài người, thông tin được cập nhật hơn nhờ sự chính xác và nhanh chóng của quá trình điều khiển từ xa trong đo lường từ xa. Ngoài ra điều khiển từ xa còn được ứng dụng trong kỹ thuật đo lường. Trước đây, muốn đo độ phóng xạ của lò hạt nhân thì hết sức khó khăn và phức tạp nhưng giờ đây con người có thể ở một nơi hết sức an toàn nào đó cũng có thể đo được độ phóng xạ của lò hạt nhân nhờ vào kỹ thuật điều khiển từ xa. Như vậy, hệ thống điều khiển từ xa đã hạn chế được mức độ phức tạp của công việc và đảm bảo an toàn cho con người. Trong sinh họat hằng ngày của con người như những trò chơi giải trí (robot, xe điều khiển từ xa …) cho đến những ứng dụng gần gũi với con người cũng được cải tiến cho phù hợp với việc sử dụng và đạt mức tiện lợi nhất. Điều khiển từ xa đã thâm nhập vào vấn đề này do đó cho ra những loại tivi điều khiển từ xa, đầu video, VCD, CD,… đến các hệ thống cửa tự động trong các nhà hàng, khách sạn hoặc các kho chứa hàng, tất cả đều được điều khiển từ xa. 7 1.2 Lý do chọn đề tài:  Nhu cầu học tập và kế hoạch tốt nghiệp  Sản phẩm này được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hiện nay  Muốn tìm hiểu sâu hơn về truyền dữ liệu không dây bằng sóng vô tuyến  Cuối cùng, xuất phát từ những ý tưởng trên nên em đã chọn đề tài: “Ứng dụng VĐK MCS51 thiết kế mạch điều khiển và giám sát một số thiết bị điện dân dụng”. 1.3 Mục tiêu đề tài:  Tổng quan các vấn đề nghiên cứu  Thiết kế sơ đồ khối chức năng tổng quát  Thiết kế sơ đồ nguyên lý các mạch điện, tính toán và lập trình chức năng mạch  Mô phỏng và hiệu chỉnh các thông số mạch điều khiển  Thi công mạch thật, chạy thử và hiệu chỉnh sản phẩm 1.4 Khả năng ứng dụng: Với thiết bị điều khiển từ xa trong tay, chúng ta có thể điều khiển không dây các thiết bị điện dân dụng ở một nơi nào đó, và từ đó có thể làm cho cuộc sống trở nên dễ dàng, thoải mái hơn. Với khả năng ứng dụng rộng rãi, trong tương lai, bộ điều khiển từ xa không dây này sẽ là một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại. 8 CHƯƠNG II LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 2.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA: Hệ thống điều khiển từ xa là một hệ thống cho phép ta điều khiển các thiết bị từ một khoảng cách xa. Ví dụ hệ thống điều khiển bằng vô tuyến, hệ thống điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại, hệ thống điều khiển từ xa bằng cáp quang dây dẫn.  Sơ đồ kết cấu của hệ thống điều khiển từ xa bao gồm: Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển từ xa  Thiết bị phát: biến đổi lệnh điều khiển thành tin tức tín hiệu và phát đi.  Đường truyền: đưa tín hiệu điều khiển từ thiết bị phát đến thiết bị thu.  Thiết bị thu: nhận tín hiệu điều khiển từ đường truyền, qua quá trình biến đổi, biến dịch để tái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thi hành.  Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống điều khiển từ xa: - Phát tín hiệu điều khiển. - Sản sinh ra xung hoặc hình thành các xung cần thiết. - Tổ hợp xung thành mã. - Phát các tổ hợp mã đến điểm chấp hành. - Ở điểm chấp hành (thiết bị thu) sau khi nhận được mã phải biến đổi các mã nhận được thành các lệnh điều khiển và đưa đến các thiết bị, đồng thời kiểm tra sự chính xác của mã mới nhận. thieát bò phaùt ñöôøng truyeàn th ieát bò thu 9 Do hệ thống điều khiển từ xa có những đường truyền dẫn xa nên ta cần phải nghiên cứu về kết cấu hệ thống để đảm bảo tín hiệu được truyền đi chính xác và nhanh chóng theo những yêu cầu sau: 2.1.1 Kết cấu tin tức: Trong hệ thống điều khiển từ xa độ tin cậy truyền dẫn tin tức có quan hệ rất nhiều đến kết cấu tin tức. Nội dung về kết cấu tin tức có hai phần: về lượng và về chất. Về lượng có cách biến lượng điều khiển và lượng điều khiển thành từng loại xung gì cho phù hợp, và những xung đó cần áp dụng những phương pháp nào để hợp thành tin tức, để có dung lượng lớn nhất và tốc độ truyền dẫn nhanh nhất . 2.1.2 Kết cấu hệ thống: Để đảm bảo các yêu cầu về kết cấu tin tức, hệ thống điều khiển từ xa có các yêu cầu sau: - Tốc độ làm việc nhanh. - Thiết bị phải an toàn tin cậy. - Kết cấu phải đơn giản. - Hệ thống điều khiển từ xa có hiệu quả cao là hệ thống đạt tốc độ điều khiển cực đại đồng thời đảm bảo độ chính xác trong phạm vi cho phép. 2.2 Các phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xa: Trong hệ thống truyền thông tin rời rạc hoặc truyền thông tin liên tục nhưng đã được rời rạc hóa tin tức thường phải được biến đổi thông qua một phép biến đổi thành số (thường là số nhị phân) rồi mã hóa và được phát đi từ máy phát. Ở máy thu, tín hiệu phải thông qua các phép biến đổi ngược lại với các phép biến đổi trên: giải mã, liên tục hóa …Sự mã hóa tín hiệu điều khiển nhằm tăng tính hữu hiệu và độ tin cậy của hệ thống điều khiển từ xa, nghĩa là tăng tốc độ truyền và khả năng chống nhiễu. 10 Trong điều khiển từ xa ta thường dùng mã nhị phân tương ứng với hệ, gồm có hai phần tử [0] và [1]. Do u cầu về độ chính xác cao trong các tín hiệu điều khiển được truyền đi để chống nhiễu ta dùng loại mã phát hiện và sửa sai. Mã phát hiện và sửa sai thuộc loại mã đồng đều bao gồm các loại mã: mã phát hiện sai, mã sửa sai, mã phát hiện và sửa sai. Dạng sai nhầm của các mã được truyền đi tùy thuộc tính chất của kênh truyền, chúng có thể phân thành 2 lọai: - Sai độc lập: Trong q trình truyền, do nhiều tác động, một hoặc nhiều ký hiệu trong các tổ hợp mã có thể bị sai nhầm, nhưng những sai nhầm đó khơng liên quan nhau. - Sai tương quan: Được gây ra bởi nhiều nhiễu tương quan, chúng hay xảy ra trong từng chùm, cụm ký hiệu kế cận nhau. Sự lựa chọn của cấu trúc mã chống nhiễu phải dựa trên tính chất phân bố xác suất sai nhầm trong kênh truyền. Hiện nay lý thuyết mã hóa phát triển rất nhanh, nhiều loại mã phát hiện và sửa sai được nghiên cứu như: mã Hamming, mã chu kỳ, mã nhiều cấp.2.3 2.3 Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiền từ xa: Sơ đồ khối máy phát Hình 2.2 Sơ đồ khối máy thu Hình 2.3 Tín hiệu điều khiển Điều chế Tín hiệu sóng mang Khuếch đại phát Khuếch đại thu Giải điều chế Khuếch đại Chấp hành [...]... số rất khó phân lọc, trong khi VCC R7 3p đó cái mà ta cần là một sóng Q2 R data 1 2 3 dạng sin có tần số cao nhưng tần số phải thuần nhất và TRANSMIT khống chế được Để có loại sóng này dùng trong "điều khiển vô tuyến", khởi đầu người ta dùng mạch dao động 12 cộng hưởng LC, nó được kết nối bởi một cuộn dây và một tụ điện, khi mạch LC bị kích thích, trong cuộn dây sẽ xuất hiện từ trường và trong tụ điện. .. thái dao động của mạch Mỗi khi chân E của transistor được cấp mức volt phân cực, transistor sẽ dao động nó liên tục bơm dòng điện kích thích vào mạch cộng hưởng LC, mạch này sẽ tạo ra sóng điện từ trường có tần số rất cao và sóng điện từ sẽ phủ sóng vào không gian chung quanh 33 Thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động 2.5 V đến 12V Dòng điện hoạt động 4mA ứng với 5V, 15mA với 9V Dòng điện tĩnh 10uA Nhiệt... và trong tụ điện sẽ xuất hiện điện trường, khi vào trạng thái cộng hưởng, từ trường trong cuộn dây L và điện trường trong tụ C sẽ kết hợp tạo ra dạng sóng điện từ trường Bây giờ chỉ cần dùng dây anten cho sóng trong mạch LC phát vào không gian, chúng ta đã có tia sóng dùng cho công vi c điều khiển vô tuyến 2.4.3 Phương thức điều khiển vô tuyến Khi chúng ta đã biết dùng mạch cộng hưởng LC để tạo ra các... ở đầu phát và thu giống nhau Khi có dữ liệu đến DTE, dữ liệu này sẽ được đưa vào bộ đệm và tạo ngắt - Có thể kết nối giữa hai DTE, ta dùng sơ đồ kết nối tín hiệu bắt tay: 3.2.2.3 Truyền dữ liệu qua cổng Com - Vì tín hiệu cổng Com thường ở mức +12V, -12V nên không tương thích với điện áp TTL nên để giao tiếp Kit Vi điều khiển 8051 với máy tính qua cổng Com ta phải qua một vi mạch biến đổi điện áp cho... sóng mang để phát vào không gian, bây giờ phải nghĩ đến cách dùng nó để đóng mở các thiết bị đặt ở xa Để làm được điều này, người ta phải nghĩ ra cách tạo ra các nhóm mã lệnh và "cho điều chế" các mã lệnh này vào nằm trong sóng mang Tóm lại cách điều khiển các thiết bị bằng sóng vô tuyến sẽ được thực hiện như sau: Bước 1: Ở bên phát: dùng mạch cộng hưởng LC tạo ra sóng mang có tần số ổn định dùng làm... Truyền thông nối tiếp dùng ActiveX a/ Mô tả - Điều khiển sự kiện: Truyền thông điều khiển sự kiện là phương pháp tốt nhất trong quá trình điều khiển vi c trao đổi thông tin Quá trình điều khiển thực hiện thông qua sự kiện OnComm 25 - Hỏi vòng: Quá trinh điều khiển bằng phương pháp hỏi vòng thực hiện thông qua kiểm tra các giá trị của thuộc tính CommEvent sau một chu kỳ nào đó để xác định xem có sự kiện... Port nối tiếp _ điều khiển vi c xuất nhập dữ liệu dưới dạng nối tiếp giữa trong và ngoài chip thông qua các chân TxD, RxD  Timer 0, Timer 1: Bộ định thời 0, 1 _ dùng để định thời gian hoặc đếm sự kiện (đếm xung) thông qua các chân T0, T1  Bus control: Điều khiển bus _ điều khiển hoạt động của hệ thống bus và vi c di chuyển thông tin trên hệ thống bus  Bus system: Hệ thống bus _ liên kết các khối trong... Dùng mạch tạo ra tín hiệu mã lệnh và cho mã lệnh điều chế vào sóng mang rồi cho phát vào không gian Bước 2: Ở bên thu: dùng mạch cộng hưởng LC làm bẩy sóng để bắt thu sóng điện từ có trong không gian, nó đã được phát ra từ bên phát, cho giải mã để lấy ra tín hiệu mã lệnh có trong sóng mang, dùng tín hiệu mã lệnh để đóng mở các thiết bị 13 CHƯƠNG III CÁC LINH KIỆN LIÊN QUAN 3.1 Giới thiệu về họ vi điều. .. 21 Bit số 5 (SM2): Chọn chế độ truyền thông đa xử lý Bit số 4 (REN): Cho phép bộ thu phải được đặt lên 1 để thu các ký tự Bit số 3 (TB8): Bit 8 phát, bit thứ 9 được phát trong các chế độ 2 và 3; được đặt và xóa bằng phần mềm Bit số 2 (RB8): Bit 8 thu, bit thứ 9 thu được Bit số 1 (TI): Cờ ngắt phát Đặt lên 1 khi kết thúc phát ký tự; được xóa bằng phần mềm Bit số 0 (RI): Cờ ngắt thu Đặt lên 1 khi kết thúc... VỀ SÓNG ĐIỆN TỪ: 2.4.1 Định nghĩa sóng điện từ: Sóng điện từ trường quen gọi là sóng điện từ hay gọn hơn là sóng Sóng điện từ là các dao động lập đi lập lại và càng lúc càng lan ra xa, nó lan truyền cũng giống như sóng nước lan truyền trên mặt nước Vậy, sóng điện từ cũng có các đặc tính, như:  Tần số của sóng: Chỉ số lần dao động đếm được trong 1 giây  Bước sóng: Chỉ đoạn đường sóng đi được ứng với . trong vi c điều khiển các thiết bị từ xa. Xuất phát từ ứng dụng quan trọng trên, em đã thiết kế và thi công mạch điều khiển và giám sát một số thiết bị điện dân dụng. Do thời gian và khả năng. Giảng vi n hướng dẫn: Thầy Nhữ Khải Hoàn Cán bộ phản biện: 3. Nội dung thiết kế luận văn tốt nghiệp : Đề tài : Ứng dụng VĐK MCS51 thiết kế mạch điều khiển và giám sát một số thiết bị điện dân. Giảng vi n hướng dẫn: Thầy Nhữ Khải Hoàn Cán bộ phản biện: 1. Nội dung thiết kế luận văn tốt nghiệp : Đề tài : Ứng dụng VĐK MCS51 thiết kế mạch điều khiển và giám sát một số thiết bị điện dân