bản thiết kế chi tiết đề tài mạch điều khiển thiết bị trong nhà

1 BẢN THIẾT KẾ CHI TIẾT ĐỀ TÀI “Mạch điều khiển thiết bị trong nhà” Nhóm 20 giảng đường TC 2051 Nguyễn Văn Huỳnh 20111645 (Nhóm trưởng) Hoàng Đình Đại 20111356 Nguyễn Văn Mạnh 20111835 Lê Thị Quyên 20112717 Mai Văn Trường 20112358 2 Mục lục Trang Mô tả đề tài Yêu cầu chức năng………………………………………………….3 Yêu cầu phi chức năng…………………………………………… 3 Thiết kế hệ thống……………………………………………………4 Kế hoạch đề tài………………………………………………………19 3 I- Mô tả đề tài Như chúng ta đã thấy ngày nay kỹ thuật Điện tử ngày một phát triển và đang góp phần làm cho cuộc sống con người ngày một hiện đại,tân tiến. Việc điều khiển các thiết bị gia đình,tự động bật tắt các thiết bị để tiết kiệm điện,chống trộm đột nhập đang trở thành nhu cầu bức thiết trong xã hội. Mạch điều khiển thiết bị trong nhà ra đời để đáp ứng những nhu cầu đó. II- Yêu cầu chức năng Mạch làm ra sẽ có các yêu cầu chức năng sau:  Đăng nhập password để vào nhà cũng như lấy quyền điều khiển toàn bộ tòa nhà qua hệ thống keypad và màn hình hiển thị LCD  Báo hiệu bằng âm thanh khi nhập sai password 2 lần  Có thể chỉnh sửa và thay đổi password thông qua hệ thống giao diện,chỉ dẫn người dung hiển thị trên LCD  Khi không đăng nhập thì LCD hiển thị ngày giờ,tháng năm hiện tại  Hiển thị nhiệt độ hiện tại trên LED 7 thanh  Điều khiển bật tắt đèn dựa vào độ sáng của ánh sáng trong phòng,khi phòng có nhiều ánh sang thì tự động tắt đèn để tiết kiệm điện.  Hẹn giờ tắt đèn trong phòng theo thời gian người dùng cài đặt. III- Yêu cầu phi chức năng Mạch làm ra có các yêu cầu phi chức năng sau:  Mạch sử dụng PIC 16F887A làm khối điều khiển chính,do PIC 16F877A là Pic khá phổ biến,có nhiều tài liệu liên quan,cộng đồng hỗ trợ nhiều.  Sử dụng keypad dán để nhập password,giúp người sử dụng dễ nhàng nhập liệu.  Sử dụng loa để phát ra tín hiệu thông báo,loa có công suất đủ để có thể nghe tiếng báo động.  Có mạch cảm biến nhiệt độ trong phòng để hiển thị trên LED 7 thanh,sử dụng cảm biến nhiệt LM35 là cảm biến phổ biến,giá thành rẻ  Có module cảm biến ánh sáng để xác định độ sáng trong phòng  Code của toàn bộ project được viết trên C và ASM đảm bảo yêu cầu chức năng đã nêu,code phải ít delay,chạy ổn định.  PCB có tên nhóm và các thành viên  Mạch thiết kế ra nhỏ gọn,đơn giản,dễ sử dụng . 4  Mạch thiết kế phải có giá thành rẻ,hình thức đẹp,hoạt động ổn định,lâu dài IV- Thiết kế hệ thống Khối xử lý trung tâm PIC 16F877A Khối hiển thị Khối cảm biến nhiệt Khối phát tín hiệu cảnh báo (chuông,đèn) Khối cảm biến ánh sáng Khối nguồn 1- Khối xử lý trung tâm 5 Khối xử lý trung tâm sử dụng PIC 16F877A là PIC rất thông dụng hiện nay. PIC 16F877A là loại vi điều khiển 8bit tầm trung của hãng microchip, 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 kì lệnh ngoại trừ các lệnh rẽ nhánh. Cấu tạo của PIC 16F877A : - 8 K Flash ROM. - 368 Bytes RAM. - 256 Bytes EEPROM. - 5 ports (A, B, C, D, E) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập. - 2 bộ định thời 8 bits (Timer 0 và Timer 2). - Một bộ định thời 16 bits (Timer 1) có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock ngoài. - 2 bô CCP( Capture / Compare/ PWM). - 1 bộ biến đổi AD 10 bits, 8 ngõ vào. - 2 bộ so sánh tương tự (Compartor). - 1 bộ định thời giám sát (WatchDog Timer). - Một cổng song song 8 bits với các tín hiệu điều khiển. - Một cổng nối tiếp. - 15 nguồn ngắt. - Có chế độ tiết kiệm năng lượng. - Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP(In-Circuit Serial Programming) - Được chế tạo bằng công nghệ CMOS - 35 tập lệnh có độ dài 14 bits. - Tần số hoạt động tối đa 20MHz. Sơ đồ chân: 6 7 Các chức năng cơ bản của PIC 16F877A ( Nguồn :Internet) 2- Khối hiển thị Khối hiển thị bao gồm LCD và LED a. LED hiển thị nhiệt độ Sử dụng 2 LED 7 đoạn: LED 7 đoạn hay LED 7 thanh (Seven Segment display) là 1 linh kiện rất phổ dụng , được dùng như là 1 công cụ hiển thị đơn giản nhất,có góc nhìn rộng,dễ gây sự chú ý 8 LED 7 thanh có 2 loại + Chân Anode chung (chân + các led mắc chung lại với nhau .) + Chân Catode chung (Chân - các led được mắc chung với nhau . Trong mạch ta sẽ dùng loại chung Anode. 9 b. LCD hiển thị thông tin ngày tháng năm,giao diện đăng nhập LCD là linh kiện hiển thị khá phổ biến hiện nay,có rất nhiều loại LCD như Text LCD 16x2, 20x2 hoặc GLCD 128x64 v.v. Trong mạch ta sử dụng LCD 16x2 để hiện thị thông tin đăng nhập và ngày tháng năm. Trong LCD thường tích hợp vi điều khiển (thường là HD44780). Các chân của LCD: Chân Ký hiệu Mô tả 1 VSS Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của mạch điều khiển 2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với VCC=5V của mạch điều khiển 3 VEE Điều chỉnh độ tương phản của LCD. 4 RS Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi. + Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD. 5 RW Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc. 6 EN Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E. + Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E. 10 + Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp. 7-14 D0-D7 Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này : + Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7. + Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7 15 A Nguồn dương cho đèn nền 16 K GND cho đèn nền LCD sẽ được kết nối với PIC,nhận tín hiệu từ PIC để hiển thị giao diện đăng nhập,thông tin ngày giờ khi không đăng nhập 3- Khối cảm biến nhiệt  Lựa chọn linh kiện: [...]... có sự cố Nhận lệnh từ vi điều khiển rồi bật đèn hoặc bật chuông báo hiệu 17  Nguyên lý Từ khối cảm biến , mảng đăng nhập truyền thông tin ( báo quá nhiệt đọ khi cháy, báo đăng nhập sai ) vào vi điều khiển Khối này nhận xung từ vi điều khiển Tín hiệu từ chân ra của vi điều khiển sẽ đc khuếch đại dòng qua tranzitor C1815 và loa sẽ đảm bảo đủ để hoạt động Linh kiện - Vi điều khiển PIC 16F877A - Tụ C1815... ra PIC để xử lý - Khi LDR được chi u sáng bằng ánh sáng trong phòng thì điện trở của nó sẽ giảm xuống rất thấp, nó giữ bộ phát xung ở mức điện áp dương Kết quả là đầu ra số 3 của IC sẽ ở mức thấp và LED tắt - Bằng cách thay đổi giá trị của tụ C2 thì ta có thể xác định thời gian mở của đèn LED - Biến trở 100KΩ dùng để điều chỉnh mức cường độ sáng cảnh báo  Thông số cơ bản của IC555: - Điện áp đầu vào:... đăng nhập sai quá số lần quy định - Có thể sử dụng để cảnh báo cháy nhờ khối cảm biến (cảm biến nhiệt độ) 18 Khi nhiệt độ cao vượt mức cho phép thì vi điều khiển phát lệnh cho loa và đèn để báo hiệu - Chống trộm sử dụng quang trở và laze V- Kế hoạch đề tài File Specification_Group20.mpp 19 ... điện áp chuẩn được ổn định - Chân số 6 (THRESHOLD): là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác và cũng được dùng như 1 chân chốt - Chân số 7 (DISCHAGER): có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều khiển của tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại Ngược lại nó mở ra Chân 7 tự nạp cả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động - Chân số 8 (Vcc):... độ trong khoảng từ 0 đến 99 độ C  Chịu được nhiệt độ thay đổi  Hiển thị trên led 7 thanh  Chi phí với giá hợp lý  giới hạn:  sử dụng nguồn điện 220v  kích thước phù hợp với người sử dụng  khối bê được bằng tay 13 4- Khối cảm biến ánh sáng Khối cảm biến ánh sáng:  Chức năng: khối này là 1 module cảm biến ánh sáng để xác định độ sáng trong phòng, đưa tín hiệu đến PIC để xử lý  Linh kiện dùng trong. .. giảm sai số trong quá trình đo  Quy trình đo nhiệt độ: Đối tượng Cảm Biến ADC Xử Hiển lý thị Cần đo  Quá trình đo nhiệt độ: nhiệt độ môi trường là tín hiệu tương tự thông qua khối cảm biến thu nhận tín hiệu và chuyển thành tín hiệu điện tương tự gửi đến ADC.Qua khối ADC tín hiệu chuyển đổi thành tín hiệu số truyền đến khối vi điều khiển xử lý và truyền ra khối hiển thị  yêu cầu và giới hạn trong thực... Khi chân số 4 nối mass thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo ức áp trên chân 2 và 6 Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường nối chân này lên Vcc - Chân số 5 (CONTROL VOLTAGE): dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài nối chân GND Chân này có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm nhiễu... lý và 1 con LDR cảm biến ánh sáng - NE555 ở đây dùng để tạo dao động xung vuông 14 - Các quang trở (LDR) giữ chức năng cảm nhận ánh sáng trong phòng Điện trở của các quang trở này rất lớn khi trời tối và thay đổi khá nhanh, rất nhỏ khi trời sáng - Bộ phận chính của mạch là IC NE555, có chức năng 1 bộ tạo dao động (tạo xung vuông) IC này hoạt động khi nhận được xung kích vào chân 2 của nó Mỗi lần kích... biến ánh sáng để xác định độ sáng trong phòng, đưa tín hiệu đến PIC để xử lý  Linh kiện dùng trong mạch: - 2 tụ 0.01µF - 1 tụ 1µF - 2 điện trở 56kΩ - 1 tụ 10kΩ - 1 tụ 3.3kΩ - 1 quang trở - 1 BJT 2N3906 - 1 IC NE55 - 1 pin 9V và đầu nối pin - 1 Led - 1 biến trở 100kΩ - 1 khóa - Dậy điện  Sơ đồ nguyên lý: - Mạch chỉ sử dụng 1 con IC NE555 để tạo dao động đưa tín hiệu đến PIC để xử lý và 1 con LDR cảm biến... số 1 (GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là chân chung - Chân số 2 (TRIGGER): đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của tần số áp Mạch so sánh ở đây dùng các transistor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc - Chân số 3 (OUTPUT): chân này dùng để lấy tín hiệu ra logic Trạng thái của tín hiệu ra được xác định ở mức 0 và 1 1 ở đây là