Đang tải... (xem toàn văn)
Trường ĐH Bách Khoa Đà NẵngĐồ Án Vi Xử Lý và Máy TínhSmart RoomPhòng thông minh bật tắt đèn và quạt trong phòng khi có người trong phòng.Mạch cảm biến nhiệt độ và ánh sáng được đặt ở vị trí người ngồi để đo nhiệt độ và ánh sáng tại đó. Nếu trời tối và có người vào thì đèn sẽ được bật, nếu nhiệt độ cao và có người thì quạt được bật.Điều khiển bằng sóng RFModule RF CC1101 HshopCảm biến PIR phát hiện người trong phòng. Chuyển đổi ADC 2 kênh, Giao tiếp UART,
ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH Trang: | 1 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BỘ MÔN MÁY TÍNH ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH PHÒNG THÔNG MINH Ngƣời thực hiện: Lê Thành Phú Nhóm 39 Nguyễn Thái Phƣơng Nhóm 39 Nguyễn Phƣơng Nam Nhóm 39 Giảng viên hƣớng dẫn: Nguyễn Thế Nghĩa Chữ ký: Đà Nẵng, 25 tháng 5 năm 2015 ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH Trang: | 2 LỜI CAM ĐOAN Nhóm chúng tôi gồm (Tôi là): Lê Thành Phú Nhóm 39 Nguyễn Thái Phƣơng Nhóm 39 Nguyễn Phƣơng Nam Nhóm 39 Chúng tôi xin cam đoan toàn bộ sản phẩm và nội dung của bán báo cáo đồ án Vi xử lý và máy tính đều do chúng tôi thực hiện không sao chép nguyên bản của bất kỳ công trình nào có sẵn Các nội dung tham khảo đều đƣợc trích dẫn rõ ràng và đƣợc tham chiếu đến mục Tài liệu tham khảo. Nếu có bất kỳ sự gian dối nào, chúng tôi (tôi) xin nhận trách nhiệm và chịu hoàn toàn các hình thức kỷ luật của Bộ môn, Khoa, Trƣờng. Ký tên (ghi rõ họ tên): Lê Thành Phú ……………. Ký tên (ghi rõ họ tên): Nguyễn Thái Phƣơng ……………. Ký tên (ghi rõ họ tên): Nguyễn Phƣơng Nam ……………. ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH Trang: | 3 TÓM TẮT ĐỀ TÀI Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật điện tử nói riêng có nhiều phát triển vƣợt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nhƣ sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ và hoạt động ổn định. Là những yếu tố cần thiết làm cho hoạt động của con ngƣời đạt hiệu quả cao. Con ngƣời ngày càng có nhƣng nhu cầu cao hơn cần đƣợc đáp ứng. Chính vì vậy trong đồ án Vi Xử Lý này nhóm chúng em chọn đề tài : “ Thiết Kế và Thi Công Mô Hình Phòng Thông Minh” sử dụng cảm biến để đo nhiệt độ và quang trở để nhận biết ánh sáng trong phòng đƣợc đặt ở vị trí ngƣời ngồi sau đó đƣợc xử lý bởi chip MSP430G2553 truyền tín hiệu bằng sóng RF cho mạch chính, tại mạch chính sẽ nhận tín hiệu từ sóng RF thu đƣợc để điều khiển thiết bị quạt và đèn trong phòng khi có ngƣời. Sau khi hoàn thiện đồ án, nếu xử lý tốt đề tài có thể ứng dụng trong các phòng ở nơi công cộng mà không có ngƣời trực nhằm tiết kiệm năng lƣợng và có thể phục vụ cho mục đính công cộng một cách tốt nhất, để tài còn có thể ứng dụng trong các phòng học, phòng họp… nếu có thể phát triển thêm một số ứng dụng cần thiết khác. Đồ án đƣợc nhóm thực hiện dựa trên những kiến thức đã học đƣợc và sự hƣớng dẫn của thầy hƣớng dẫn đồ án và đặc biệt là sự nổ lực của tất cả thành viên trong nhóm để có thể hoàn thiện đồ án này. Mặc dù đã cố gắng hoàn thiện bản báo cáo này nhƣng trong quá trình làm không thể tránh khỏi những sai sót vì vậy nhóm rất mong đƣợc thầy, cô và các bạn góp ý kiến để nhóm có thể hoàn thiện hơn. ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH Trang: | 4 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 2 TÓM TẮT ĐỀ TÀI 3 MỤC LỤC 4 DANH MỤC HÌNH ẢNH 6 BẢNG PHÂN CHIA CÔNG VIỆC & KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 7 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8 1.1 Yêu cầu chức năng 8 1.2 Yêu cầu phần cứng 8 1.2.1 Vi điều khiển MSP430G2553 8 1.2.2 Module RF HC – 11 sử dụng chip CC1101 9 1.2.3 Cảm biến nhiệt độ LM35 11 1.2.4 12 CHƢƠNG 2: MÔ TẢ HỆ THỐNG 14 2.1 Sơ đồ khối khối mạch cảm biển và phát RF 14 2.2 Sơ đồ khối mạch thu RF và điều khiển thiết bị 15 CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 16 3.1 Mạch cảm biến và phát RF 16 3.1.1 Khối xử lý trung tâm 16 3.1.2 Khối nguồn 16 3.1.3 Mạch cảm biến nhiệt độ 17 3.1.4 Mạch cảm biến ánh sáng 18 3.2 Mạch thu RF và điều khiển thiết bị 19 CHƢƠNG 4 : LƢU ĐỒ THUẬT TOÁN 22 4.1 Lƣu đồ thuật toán bên phát 22 4.2 Lƣu đồ thuật toán bên thu 23 CHƢƠNG 5: KIỂM THỬ, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC VÀ KẾT LUẬN 26 5.1 Kiểm thử 26 5.1.1 Kiểm tra mạch cảm biến và phát RF 26 5.1.2 Kiểm tra mạch thu RF và điều khiển thiết bị 26 5.2 Đánh giá 27 ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH Trang: | 5 5.3 Mô hình 27 5.4 Kết luận 29 PHỤ LỤC 30 1. Tài liệu tham khảo 30 2. Phụ luc code 30 ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH Trang: | 6 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Sơ đồ chân của MSP430G2553 8 Hình 1.2: Sơ đồ khối chức năng của module CC1101 9 Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý của module RF sử dụng CC1101 10 Hình1.4: Module RF thực tế 10 Hình 1.5: Sơ đồ chân LM35 11 Hình 1.6: Module PIR 12 Hình 2.1: Sơ đồ khối mạch phát RF 14 Hình 2.2: Sơ đồ khối mạch thu 15 Hình 3.1: Mạch xử lý trung tâm 16 Hình 3.2: Sơ đồ mạch khối nguồn 17 Hình 3.3: Mạch cảm biến nhiệt độ 17 Hình 3.4: Mạch cảm biến ánh sáng 18 Hình 3.5: Sơ đồ mạch thu RF và điều khiển thiết bị 20 Hình 3.6: Mạch nguồn 3.3V 20 Hình 3.7: Mạch điều khiển thiết bị 21 Hình 5.1: Mô hình phòng thông minh 27 Hinh 5.2: Thiết bị điều khiển trong phòng 28 Hình 5.3: Mạch cảm biến và phát RF 28 Hinh 5.4: Cảm biến PIR 29 ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH Trang: | 7 BẢNG PHÂN CHIA CÔNG VIỆC & KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Họ và tên Tên công việc Thời gian thực hiện Mức độ hoàn thành (%) Lê Thành Phú + Thi công mạch: mạch nguồn, mạch cảm biến, mạch MCU của mạch phát RF. + Code tổng ghép nối chƣơng trình con, phân phối công việc cho MCU. + Lắp mô hình, trang trí. 10/3-31/5 90% Nguyễn Phƣơng Nam + Thiết kế mạch thu, phát RF: mạch nguồn, mạch cảm biến. Vẽ sơ đồ nguyên lý và layout. + Code chƣơng trình đọc ADC 2 kênh đọc tín hiệu từ cảm bi bên phát. + Viết báo cáo đồ án. 10/3-31/5 90% Nguyễn Thái Phƣơng + Thi công mạch thu RF: mạch nguồn, mạch cảm biến phát hiện ngƣời, mạch MCU và mạch điều khiển thiết bị. + Code đọc ADC từ cảm biến PIR phát hiện ngƣời. + Lắp mô hình, trang trí. 10/3-31/5 90% ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH Trang: | 8 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Yêu cầu chức năng - . Mạch xử lý trung tâm có nhiệm vụ thu tín hiệu RF đồng thời sử dụng bộ ện ngƣời trong phòng để . - Mạch phát RF sẽ đƣợc đặt ở vị trí ngƣời ngồi nhằm đo nhiệt độ và ánh sáng tại đó. Khi không có ngƣời trong phòng toàn bộ thiết bị sẽ không đƣợc hoạt động. Khi có ngƣời vào phòng, nếu trời tốt thì đèn sẽ đƣợc bật, và nếu nhiệt độ trong phòng cao lớn hơn 30 độ C thì quạt sẽ đƣợc bật, ở đây nếu ngƣời sử dụng không có nhu cầu thì có thể bật tắt quạt bằng tay. 1.2 Yêu cầu phần cứng - Sử dụng Vi điều khiên MSP430G2553 cũa hãng TI ( Texas Intruments ). - Bộ module thu phát RF CC1101. - Cảm biến nhiệt độ LM35, Cảm biến ánh sáng (quang trở) , module PIR phát hiện chuyển động của ngƣời. - Ngoài ra còn có các linh kiện khác đƣợc sử dụng sẽ đƣợc giới thiệu trong phần thiết kế. 1.2.1 Vi điều khiển MSP430G2553 Hình 1.1: Sơ đồ chân của MSP430G2553 - MSP430G2553 là một sản phẩm phổ biến trong dòng chip “ultra-low power” của Texas Instrument. Dƣới đây là một số đặc điểm của vi điều khiển này. + MSP430 sử dụng nguồn thấp 1.8V-3.6V, tích hợp nhiều ngoại vi thông minh, dễ sử dụng, chi phí thấp . + Cấu trúc sử dụng nguồn thấp giúp kéo dài tuổi thọ của Pin: - Duy trì 0.1µA dòng nuôi RAM. ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH Trang: | 9 - Chỉ 0.8µA real-time clock. - 250 µA/ MIPS. - Bộ tƣơng tự hiệu suất cao cho các phép đo chính xác - 12 bit hoặc 10 bit ADC-200 kskp, cảm biến nhiệt độ, Vref , - 16 bit RISC CPU cho phép đƣợc nhiều ứng dụng, thể hiện một phần ở kích thƣớc Code lập trình. - Thanh ghi lớn nên loại trừ đƣợc trƣờng hợp tắt nghẽn tập tin khi đang làm việc. - Thiết kế nhỏ gọn làm giảm lƣợng tiêu thụ điện và giảm giá thành. - Tối ƣu hóa cho những chƣơng trình ngôn ngữ bậc cao nhƣ C, C++. 1.2.2 Module RF HC – 11 sử dụng chip CC1101 - Module RF là sản phẩm Texas instruments. Nhiệm vụ truyền nhận tín hiệu không dây bằng sóng RF sử dụng giao tiếp UART. - IC CC1101 là một IC thu nhận có đầy đủ chức năng của bộ thu và phát RF. Hình 1.2: Sơ đồ khối chức năng của module CC1101 Sơ đồ nguyên lý của IC CC1101 từ datasheet đƣợc nối với một Anten 50 Ohm, đƣợc phối hợp trở kháng. ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH Trang: | 10 Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý của module RF sử dụng CC1101 Hình1.4: Module RF thực tế - Các thông số kỹ thuật: + Module RF to UART HC-11 sử dụng chip thu phát sóng CC1101 từ Texas Instruments. + Điểm ƣu việt của HC-11 là module đƣợc trang bị thêm một chip STM8 có nhiệm vụ chuyển từ giao tiếp SPI trên CC1101 sang giao tiếp UART với bộ tập lệnh dễ sử dụng, với giao tiếp UART bạn sẽ sễ dàng kết nối CC1101 với máy tính hoặc vi điều khiển, chỉ với 1 vài thiết lập đơn giản là bạn đã có thề sử dụng module này nhƣ một bộ truyền UART không dây: [...]... lý rồi đƣa vào vi điều khiển Khối mạch cảm biến ánh sáng để đo cƣờng độ ánh sáng trong phòng sau đó đƣợc đƣa vào vi điều khiển để xử lý Khối phát RF: Chức năng là truyền tín hiệu không dây sử dụng sóng RF đƣợc điều khiển bằng Vi điều khiển Nguyên lý hoạt động: - Khi cấp nguồn, mạch cảm biến nhiệt độ và ánh sáng hoạt động, sẽ có tín hiệu từ mạch cảm biến đƣa vào vi điều khiển( khối xử lý trung tâm) Tại... không quá nóng thì quạt sẽ không đƣợc bật Vi c đóng ngắt thiết bị đƣợc điều khiển bằng vi c đóng ngắt các Relay trong mạch Trang: | 15 ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH CHƢƠNG 3: BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 3.1 Mạch cảm biến và phát RF 3.1.1 Khối xử lý trung tâm Hình 3.1: Mạch xử lý trung tâm Nhiệm vụ: - Thu tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ và ánh sáng đƣa vào lần lƣợt chân P1.6 và chân P1.7... tối đa đƣa vào vi điều khiển sẽ là 2.4V, nhƣ vậy vẫn có thể đảm bảo cho vi điều khiển hoạt động 3.1.4 Mạch cảm biến ánh sáng Hình 3.4: Mạch cảm biến ánh sáng Trang: | 18 ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH Nguyên lý hoạt động và chức năng linh kiện: - - Lm358 trong mạch có nhiệm vụ là một opamp so sánh Khi trởi sáng điện trở của quang trở cở vài chục Ohm, nên điện áp vào chân số 2 của... động làm vi c: 300uA @ 5V Trang: | 12 ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH + Chân ra OUT không bị kích hoạt ở mức 0V (LOW), khi kích hoạt ở mức 3.3V (HIGH) + Thời gian giữ mức cao: 0.5 giây - 200 giây (điều chỉnh bằng biến trở Tx) + Kích thƣớc: 32mm x 24mm x 24mm (dài x rộng x cao) Trang: | 13 ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH CHƢƠNG 2: BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH MÔ TẢ HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ khối... và đƣa vào vi điều khiển để xử lý Khối cảm biến chuyển động: Cảm biến phát hiện ngƣời trong phòng, tín hiệu ra đƣợc đƣa vào vi điều khiển để xử lý Khối xử lý trung tâm: Xử lý toàn bộ hoạt động của mạch Khối điều khiển thiết bị: Bật tắt thiết bị trong phòng khối này sử dụng điện áp xoay chiều nên tuyệt đối cẩn thận trong thiết kế và sử dụng, phải cách ly với khối mạch vi điều khiển Nguyên lý hoạt động:... hình Clock và Uart Chƣơng trình đọc ADC Nhiệt độ > nhiệt độ thiết lập Sai Đúng Gời tín hiệu báo nhiệt độ cao Nếu trời tối hoặc ánh sáng yếu Gởi tín hiệu nhiệt độ thấp Sai Đúng Gởi tín hiệu báo trời tối Gởi tín hiệu báo trời sáng Trang: | 22 ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH - - BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH Cấu hình cho vi điều khiển ta lần lƣợt gọi các hàm: config_port(), config_Uart(), confg_clock(), config_adc()... vi c với điện áp xoay chiều, vi c để chạm dây trong quá trình đã gây ra chập mạch nhƣng rất may cho nhóm là mạch đã đƣợc cách ly với mạch vi điều khiển nên đã không ảnh hƣởng đến mạch vi điều khiển, vì vậy quá trình sửa chửa cũng nhanh chóng Trang: | 26 ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH 5.2 Đánh giá - Đê hoàn thiện sản phẩm nhóm cũng đã cố gắng hết mình, trong quá trình thi công vi c... cho relay khi áp đầu vào ở mức cao làm led tại đầu vào của PC817 sáng tạo hiệu ứng quang dẫn làm cho bjt đầu ra đƣợc kích và có áp ra ASM1117 dùng lấy áp ra 3.3V cấp cho vi điều khiển, các tụ lọc nguồn… Sơ đồ mạch: Trang: | 19 ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH Hình 3.5: Sơ đồ mạch thu RF và điều khiển thiết bị Nguyên lý hoạt động của mạch: + Đầu vào của mạch gồm cảm biến PIR, mạch... đƣợc là 49 thì vi điều khiển biết rằng nhiệt độ trong phòng lớn hơn 30 độ C và nếu có ngƣời trong phòng thì quạt sẽ đƣợc bật, còn nếu dữ liệu nhận đƣợc là 50 thì vi điều khiển sẽ xử lý cho trƣờng hợp nhiệt độ nhó hơn 30 độ C Vi c đọc dữ liệu bên thu sẽ đƣợc đọc từ thanh ghi UCA0RXBUF, nếu muốn đọc dữ liệu này lên máy tính thì ta dùng lệnh UCA0TXBUF = UCA0RXBUF Trang: | 25 ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH... là 1N4007 Hoạt động của PC817 là khi áp vào ở mức cao kích led trong PC817 sáng tạo ra hiệu ứng quang điện làm bjt tại đầu ra của PC817 dẫn Các BJT 2SC1815 có vai trò nhƣ khóa điện tử có nhiệm vụ kích đóng mở Relay Trang: | 21 ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH CHƢƠNG 4 : BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH LƢU ĐỒ THUẬT TOÁN 4.1 Lƣu đồ thuật toán bên phát Bắt đầu Cấu hình cho VĐK +Cấu hình port +Cấu hình adc +Cấu hình . ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH Trang: | 1 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN TỬ VI N THÔNG BỘ MÔN MÁY TÍNH ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH. 5.2 Đánh giá 27 ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH Trang: | 5 5.3 Mô hình 27 5.4 Kết luận 29 PHỤ LỤC 30 1. Tài liệu tham khảo 30 2. Phụ luc code 30 ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ. tối đa đƣa vào vi điều khiển sẽ là 2.4V, nhƣ vậy vẫn có thể đảm bảo cho vi điều khiển hoạt động. 3.1.4 Mạch cảm biến ánh sáng Hình 3.4: Mạch cảm biến ánh sáng ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ MÁY TÍNH