Thiết kế và chế tạo mô hình cửa tự động

Tuy nhiên loại cửa bình thường cửa không tự động mà chúng ta hay dùng hiện nay lại có những nhược điểm gây phiền toái cho người sử dụng đólà: Cửa thường chỉ đóng mở khi có tác động của c

LỜI CẢM ƠN

Sau một khoảng thời gian với sự cố gắng của bản thân và được sự giúp đỡ

của mọi người, đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và chế tạo mô hình cửa tự động ” của

em đã được hoàn thành

Em xin gửi đến các thầy hướng dẫn cùng toàn thể các quý thầy trong bộ môn

Cơ – Điện tử lời cảm ơn với sự trân trọng và lòng biết ơn sâu sắc đã hết lòng chỉbảo và truyền đạt cho em những kiến thức vô cùng quý báu, làm cơ sở để em thựchiện tốt đề tài này và đã tạo điều kiện thuận lợi để cho em hoàn tất khóa học

Nhân dịp này, em cũng xin cảm ơn gia đình và bạn bè những người đã hếtlòng giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian qua, để emhoàn thành đồ án tốt nghiệp

Sinh viên thực hiện

Đinh Hoàng Thiện

MỤC LỤC

DANH SÁCH CÁC HÌNH

LỜI NÓI ĐẦU

Công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang diễn ratheo sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật Trước tình hình đó đã có khá nhiềuyêu cầu cấp bách và cũng có những thách thức đặt ra cho giới trí thức

Cơ điện tử là một lĩnh vực mới mà ở nước ta đang nghiên cứu vàtừng bước phát triển để ứng dụng vào quá trình sản xuất góp phần năngcao năng suất lao động, đây là nghành có sự hội tụ và đúc kết của ba chuyênnghành là cơ khí, tin học và điện tử mà sản phẩm cuối cùng của nó là một hệ thống

tự động hóa góp phần ải phóng sức lao động của con người

Sau thời gian học tập và nghiên cứu cùng với sự nỗ lực của em đãhoàn thành nhiệm vụ thiết kế mô hình cổng tự động Em xin chân thành cảm

ơn thầy trong bộ môn cơ điện tử đã giúp đỡ tận tình, và đặc biệt cảm ơn

sự hướng dẫn tận tình của thầy TRẦN TÙNG DƯƠNG và thầy TRẦN VĂNHÙNG Mô hình không tránh khỏi những thiếu xót, chúng em mong được sựchỉ bảo của các thầy để sản phẩm hoàn thiện hơn và có thể ứng dụng vàothực tế

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện

Đinh Hoàng Thiện

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CỔNG TỰ ĐỘNG VÀ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

1.1 Giới thiệu

Hiện nay tự động hóa được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực và ngành nghề,tại nhiều cơ quan và xí nghiệp vì lý do an ninh nên đã đầu tư tiền xây hàng rào vàcổng cơ quan Vì độ an toàn nên những chiếc cổng này thường rất nặng nên việcvận hành thường mất rất nhiều sức lực của nhân viên bảo vệ và cũng mất khá nhiềuthời gian

Trong xã hội văn minh hiện đại, cửa là một phần không thể thiếu trong từngcông trình kiến trúc Tuy nhiên loại cửa bình thường (cửa không tự động) mà chúng

ta hay dùng hiện nay lại có những nhược điểm gây phiền toái cho người sử dụng đólà: Cửa thường chỉ đóng mở khi có tác động của con người vào nó Vì vậy mà dùngcửa thường chỉ tốn thời gian và gây cảm giác ngại cho người sử dụng

Việc thiết kế ra một loại cửa tiện ích hơn, đa năng hơn, phục vụ tốt hơn chođời sống con người trong thời điểm xã hội ngày càng hiện đại và phát triển hiện nay

là tất yếu và vô cùng cần thiết Vì vậy cần thiết kế ra một loại cửa tự động khắcphục tốt những nhược điểm của cửa thường

Mục đích của việc thiết kế cửa tự động là để tạo ra một loại cửa vừa duy trìđược những đặc tính cần có của cửa, vừa khắc phục những nhược điểm lớn của loạicửa thường

Do đó, sử dụng cửa tự động, người dùng hoàn toàn không phải tác dụng trựctiếp lên cánh cửa vẫn tự động đóng mở theo ý muốn của mình Với tính năng này,cửa tự động mang lại những thuận lợi lớn cho người sử dụng :

 Thứ nhất, cửa tự động sẽ đem lại cảm giác thỏa mái cho người sửdụng, loại bỏ hoàn toàn cảm giác ngại, khó chịu như dùng cửathường

 Thứ hai, sử dụng cửa tự động sẽ giúp người dùng nó để tốn thời gian

để đóng mở cửa tức là tiết kiệm thời gian dù rất nhỏ nhưng cũng cóthể rất cần thiết trong nhịp sống cộng nghiệp hiện đại ngày nay

 Đặc biệt , ở những nơi công cộng, công sở, cửa tự động ngày càngphát huy ưu điểm Đó là vì cửa tự động sẽ giúp cho lưu thông qua cửanhanh chóng dễ dàng, cũng như sẽ giảm những va chạm khi nhiềungười sử dụng chung một cánh cửa

Chính vì những ưu điểm nổi bật của cửa tự động mà chúng ta càng phải pháttriển ứng dụng nó rộng rãi hơn, đồng thời nguyên cứu cải tiến và nâng cao chấtlượng hoạt động của cửa tự động đẻ nó ngày càng hiện đại hơn, tiện ích hơn

Để nguyên cứu một cách chính xác và cụ thể của cửa tự động, cần thiết phải chế tạo

ra mô hình cửa đóng mở, mô tả hoạt động, hình sáng của cửa tự động từ mô hìnhnày ta có thể quan sát và tìm hiểu hoạt động của cửa tự động, cũng như lường trướcnhững khó khăn có thể gặp phải khi chế tạo cửa tự động trên thực tế Cũng từ môhình có thể thấy ưu nhược điểm của thiết kế mà từ đó khắc phuc những hạn chếphát huy thế mạnh thiết kế cánh cửa ưu việt hơn, hoàn thiện hơn cho con người

Hiện nay có nhiều loại cửa tự động: cửa kéo, cửa cuốn, cửa đẩy, cửa trượt

Loại cửa này có ưu điểm là gọn nhẹ tiện dụng và dễ sử dụng , lại chỉ cần động

cơ công suất nhỏ loại cửa này thường dùng cho gara ô tô Nó có tính kinh tế khá cao

vì không mấy khó khăn khi làm loại cửa này Nhưng có nhược điểm là cửa nàykhông chắc chắn

1.1.2. Cửa kéo

Hình 1.2 Loại cửa kéo

Loại cửa này nhìn rất lạ , với kết cấu đơn giản một động cơ được gắn cốđịnh với trần nhà Cửa đươc kéo bằng đoạn dây Ưu điểm của loại này là đơn giảnnhưng hiệu quả, so với loại cửa cuốn thì cánh cửa chắc chắn hơn nhiều Có lẽ nhượcđiểm của loại này là động cơ gắn vào trần nhà cần phải găn đủ chắc để chịu đượcsức nặng của cánh cửa

1.1.3 Cửa trượt

Hình 1.3 Loại cửa trượt

Loại cửa này có đặc điểm là có một rãnh trược cố định cho phép cánh cửa cóthể trượt qua trượt lại Loại cửa này thường được sử dụng trong nhà hàng, kháchsạn, cơ quan hay sân bay, nhà ga…

Loại cửa này có ưu điểm là kết cấu nhẹ nhàng, tạo ra một cảm giác thoángđạt, thoải mái và lịch sự rất thích hợp cho những nơi cộng cộng, cơ quan…

Nhược điểm của loại cửa này là không hề chắc chắn, nhẹ nhàng nhưngkhông có nghĩa là gọn gàng mà ngược lại có khi lạ rất cồng kềnh

1.2 Giới thiệu một số loại của tự động thường gặp trong thực tế

Cửa tự động ( Auto Door ): Trong thực tế chúng ta có thể bắt gặp một số

dạng sau :

1.2.1 Loại cửa trượt tự động một cánh ( single Auto door )

Mở về bên phải hoặc bên trái Loại này rail thường dài 2m hoặc hơn mộtchút Khẩu độ mở rộng nhất là 1 mét, thường lắp đặt trong những phòng làm việc códiện tích hẹp

1.2.2 Loại cửa trượt tự động 2 cánh (bi-parting sliding Auto door)

Loại cửa này dùng 2 cánh đóng mở về hai phía ngược chiều nhau Khẩu độrộng từ 2 tới 3 mét thường dùng cho các văn phòng làm việc lớn như phòng trưngbày sản phẩm, sảnh nhà hàng, bệnh viện, ngân hàng, phòng họp, trung tâm hội nghị

và nhiều công trình khác nữa

Hình 1.4 Cửa trượt tự động 2 cánh

1.2.3 Loại cửa trượt tự động 4 cánh ( Folder sliding Auto door )

Còn gọi là cửa trượt xếp, các cánh cửa khi mở sẽ xếp chồng nhau giúp tiết

kiệm không gian và tăng khẩu độ mở đến lớn hơn 4 mét Loại cửa trượt tự động này

thường lắp đặt ở những nơi có lưu lượng người qua lại lớn như nhà ga xe điện, gatàu hỏa, ga hàng không

Hình 1.5 Cửa trượt tự động 4 cánh

1.2.4 Loại cửa trượt cong và cửa xoay vòng

Loại cửa này chiếm nhiều không gian và ít được sử dụng

Hình 1.6 Cửa trượt tự động xoay vòng

Kích thước cửa trượt tự động ( Auto Door ) được sử dụng thường có chiều ngang từ 600mm-1500mm 1 cánh cửa tương ứng với các loại rail cửa như sau:

 Rail cửa 3m2 : Chiều ngang cánh cửa 600-800, tải trong tuong ứng60kgx2

 Rail 4m2 : Chiều ngang cánh 800 -1100, tải trọng tương ứng 80kgx2

 Rail 5m2 : Chiều ngang cánh 1100 -1300mm, tải trọng tương ứng100kgx2.

 Rail 6m4-150kg: Chiều ngang cánh 1400 - 1600mm, tải trong tươngứng120kgX2

Chiều cao cửa tự động tối đa không vượt quá 2600mm Thông thường ta có thể

tính nhanh như sau: 1 mét vuông kính loại dày 10mm nặng 25kg, loại dày 12mmnặng 30kg Cửa trượt tự động loại mở 2 cánh với các thông số về kỹ thuật và tínhthẩm mỹ như khe hở giữa cánh cửa trượt và cánh cố định là 10mm, khe hở giữa sàn

và cánh trượt từ 10-15m, chiều cao cửa trượt tự động thông thường từ 2400mm, chiều ngang cửa thường từ 1/3 - 1/2 chiều cao

Kính dùng cho cửa trượt tự động có thể là kính cường lực, kính dán hoặc kính

thường Thông thường để an toàn cho người sử dụng chúng ta được khuyến cáo nêndùng kính cường lực có độ dày tối thiếu 10mm

Kích thước của kính phụ thuộc yêu cầu thiết kế, thi công của chủ công trình,nhu cầu sử dụng hay do đặc thù của mặt bằng Chiều cao quy chuẩn là 2200mm Ứng với bề ngang mỗi cánh cửa có các khoảng kích thước là dưới 800mm(L1),

từ 800 đến 1000mm(L2), trên 1000 đến 1200mm(L3), trên 1200 -1500mm(L4) Mặc định kính làm cường lực là kính trắng (trong) không màu, không hoa văn.Tùy theo yêu cầu của khách hàng có thể phun cát làm nhám 1 phần diện tích để tạochữ hoặc hình, có thể phun sơn hay làm kính màu Kính được coi là chuẩn mực hiệnnay là của Công ty Liên doanh Kính nổi Việt Nhật- VFG Ngoài ra trên thị trườngcòn có nhiều loại kính được nhập khẩu từ Indonexia, Trung Quốc, Nhật,Anh Trọng lượng của kính trắng tiêu chuẩn được tính theo công thức: 2,5(kg/mm

x m2) x A(độ dày mm)x B( diện tích kính tính theo m2)

Ví dụ 1 tấm kính cường lực (hoặc kính thường) có độ dày 10mm, kích thước1000x2000(mm) có trọng lượng là 2,5x10x2=50(kg)

Việc tính trọng lượng có ý nghĩa rất quan trọng trong việc lựa chọn loại cửa

có chiều dài rail phù hợp, công suất motor cũng như khả năng chịu tải của bánh xe

1.3 Thành phần cấu tạo của hệ cửa trượt tự động (Auto Door)

 Hệ rail trượt và bánh xe dẫn hướng

 Cụm motor kéo hộp số truyền động

 Bộ cấp nguồn và ổn định điện áp chống sốc điện.

 Bộ điều khiển trung tâm

+ Hệ rail trượt được được sơn với công nghệ phủ ion hóa dương cực tạo lớp

bề mặt chống mài mòn cao, chịu lưc ma sát mạnh

+ Cụm bánh xe đẫn hướng với thiết bị chống nảy loại bỏ hoàn toàn sự cốcửa trượt khỏi rail

+ Thông số motor: Hầu hết các loại cửa trượt tự động đều sử dụng motor

DC 24V không chổi quét, tốc độ 3000 vòng/ phút Hộp số dạng trục vít bánh víthollow-shaft Ưu điểm loại motor này không cần bảo dưỡng định kỳ chổi than nhưcác loại motor DC khác, thiết kế nhỏ gọn mà đạt được momen xoắn tại trục lớn + Thông số Bộ điều khiển trung tâm: Cửa tự động dùng họ vi điều khiển 8bit kiến trúc RISC nâng cao làm tăng tốc độ xử lý tín hiệu và chống nhiễu tốt giúpcửa hoạt động ổn định tuyệt đối

+ Thông số cảm biến bức xạ di động: Độ nhạy cao có thể điều chỉnh Giảmthiểu can nhiễu và không phát hiện vật chuyển động dưới 10kgs (chó mèo ) tránhcho cửa tự động vận hành không như mong đợi

1.3.2 Công năng sử dụng

+ Độ bền của vật liệu: 5 năm và hơn thế nữa

+ Một số tính năng khác: Cửa trượt tự động (Auto Door) có thể kết hợp với

hệ access control, khóa vân tay, thẻ không tiếp xúc, hoặc hệ báo cháy, báo động anninh của tòa nhà

1.3.3 Thứ tự quy trình lắp dựng

+ Gia cố đà sắt hoặc khung nhôm để treo bộ điều khiển: Chọn đà hay khungnhôm có khả năng chịu lực phù hợp với dộ dài rail và tải trong cánh Phần gia cố

này phải làm thật chắc chắn vì nếu không khi vận hành cửa sẽ rung tần số cao gâytiềng ồn khó chịu.

+ Gắn hệ rail trượt lên đà sắt: công đoạn này cần phải làm cẩn thận và chínhxác về cao độ cũng như độ thẳng của rail trượt Bất kỳ vị trí nào bị vênh, nghiêng

hay cao thấp khác nhau đều gây tác hại nghiêm trọng cho độ bền của cửa tự động

+ Lắp hệ thống motor, controller, puly : Motor và puly phải được cố địnhthật chắc vì khi khởi động xung lực mạnh có thể làm trượt motor hay puly gây nguy

hiểm có thể rớt cửa ra ngoài Dây đai truyền động không được gắn quá căng sẽ gây

tiếng rít, làm mau mòn dây đai và gây hiện tượng bó hộp số Đường dây điện nguồn

và tín hiệu điều khiển phải cố định và gọn gàng tránh tiếp xúc với rail và dây đai sẽgây chập điện và đứt dây tín hiệu

+ Lắp kính vào bánh xe trượt: Kính phải được lắp thật cân đối nếu không sẽgây hiện tượng mòn rail về một phía và phá hủy bánh xe

+ Lắp cửa vào ray: Thao tác nhịp nhàng cân đối tránh làm trầy xước rail vì tabiết rail cửa bền là nhờ lớp sơn chống mài mòn cao đó

+ Điều chỉnh tốc độ: Kiểm tra vật cản trên rail và trên đường trượt của kính.Bật công tắc nguồn điện chính, điều chỉnh tốc độ và các tính năng cho phù hợp từngloại độ dài rail Tốc độ đóng không nên nhanh quá sẽ tạo cảm giác e sợ cho ngườiqua lại

+ Hoàn thiện: Lắp nắp che bảo vệ cho cửa tự động- Auto Door, dọn dẹp vệ

sinh toàn bộ hệ cửa trượt tự động và môi trường xung quanh Chờ cho cửa trượt tự động hoạt động trong vòng 30 phút Nếu không có trở ngại hay điều chỉnh gì nữa

thì coi như đã kết thúc quá trình lắp dựng

1.4 Nhiệm vụ và phân tích nhiệm vụ

Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế mô hình cổng tự động dùng ATmega32

 Bước 1: Đi khảo sát thị trường, thăm dò nhu cầu của người sử

dụng như muốn thiết kế cổng theo kiểu dáng nào, khối lượng cổng bao nhiêu, vậnhành như thế nào

 Bước 2: Nêu các yêu cầu với 1 cổng tự động mà thị trường

đang cần và bắt đầu ý tưởng thiết kế mô hình sản phẩm

 Bước 3: Phân tích ưu nhược điểm của từng ý tưởng 1 để chọn

 Rèn luyện tư duy lập trình cho vi điều khiển

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGUYÊN CỨU

2.1 Phương pháp nguyên cứu

2.1.1 Sơ đồ tổng quát của hệ thống

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát của hệ thống

Hệ thống hoạt động theo chương trình đã nạp trên ROM, qua sự điều khiểncủa MCU Melga32 Mắt thu hồng ngoại đặt nơi có thể hứng được tia hồng ngoạicủa remote tivi truyền tới tốt nhất Mắt thu hồng nhận tín hiệu từ Remote truyền tớirồi đưa vào vi điều khiển để giải mã rồi truyền tín hiệu ra các chân điều khiển

Dựa vào chương trình đã nap trong VĐK và tín hiệu mà nó nhận được, màMCU cho các thiết bị ngoại vi hoạt động: Điều khiển led hoạt đông theo chươngtrình định sẵn, điều khiển các thiết bị

2.1.2 Phương pháp nguyên cứu

 Phương pháp nghiên cứu dựa trên lý thuyết phải phù hợp với thực tế.nghĩa là hệ thống phải được thiết kế đơn giản trong việc lắp đặt, dễ dàng trong việcphát triển hệ thống, có tính ổn định trong thu thập dữ liệu và mang lại hiệu quả kinh

tế khi sử dụng Thay thế sức người bằng máy móc, tiết kiệm thời gian Người sửdụng dễ dàng vận hành, bảo trì Gía thành hợp lý Đảm bảo an toàn khi sửdụng, ít bị ảnh hưởng do thời tiết

Dựa vào những nguyên cứu ta nên tìm hiểu về những vấn đề sau:

 Tìm hiểu về các phương pháp thiết kế mô hình lựa chọn phương pháptối ưu nhất để dễ dàng cho việc thiết kế mô hình

 Thiết kế mạch bằng chương trình orcad

Khối thu hồng ngoại

Khối MCU Melga32

Khối hiển thị

Khối công suất

Khối phát

hồng ngoại

Khối phím

 Thử nghiệm và sửa chữa mạch để hoàn thiện đề tài.

 Lắp ráp mạch hoàn chỉnh

2.2 Nội dung nguyên cứu

Trước khi đi vào tìm hiểu các phương án ta đi vào tìm hiểu các linh kiện, thiết bị

quan trọng để sau này dễ dàng lắp ghép.

2.2.1 Khái niệm về tia hồng ngoại

Anh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằngmắt thường, có bước sóng khoảng 0,8µm đến 0.9µm, tia hồng ngoại có vận tốctruyền bằng vận tốc ánh sáng

Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu Nó ứng dụng rộng rãitrong công nghiệp Lượng thông tin có thể đạt được 3Mbit/s… Trong kỹ thuậttruyền tin bằng sợi quang dẫn không cần các trạm khuếch đại giữa chừng, người ta

có thể truyền một lúc 15000 điện thoại hay 12 kênh truyền hình qua một sợi tơquang với đường kính 0,13 mm với khoảng cách 10Km đến 20 Km Lượng thôngtin được truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ

IRED :Diode hồng ngoại.

Sóng hồng ngoại có những đặc tính quang học giống như ánh sánh (sự hội tụ quathấu kính, tiêu cực…) Ánh sáng và sóng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong sựxuyên suốt qua vật chất Có những vật mắt ta thấy “phản chiếu sáng” nhưng đối vớitia hồng ngoại nó là những vật “phản chiếu tối” Có những vật ta thấy nó dưới mộtmàu xám đục nhưng với ánh sáng hồng ngoại nó trở nên trong suốt Điều này giảithích tại sao LED hồng ngoại có hiệu suất cao hơn so với LED cho màu xanh lácây, màu đỏ… Vì rằng, vật liệu bán dẫn “trong suốt” đối với ánh sáng hồng ngoại,tia hồng ngoại không bị yếu đi khi nó phải vượt qua các lớp bán dẫn để đi ra ngoài Đời sống của LED hồng ngoại dài đến 100000 giờ (hơn 11 năm), LED hồngngoại không phát sáng cho lợi điểm trong các thiết bị kiểm soát vì không gây sựchú ý

2.2.1.1 Bộ phát hồng ngoại

Bộ phát hồng ngoại trong hệ thống em sử dụng là một remote tivi của hãngsony Đây là thiết bị phát hồng ngoại nhỏ gọn, đặc biệt có nhiều nút mã tín hiệu và

dễ sử dụng

* Giải mã tín hiệu remote tivi sony

Các máy phát tín hiệu sóng hồng ngoại khác nhau tùy thuộc vào thiết bị điềukhiển và do các hãng sản xuất khác nhau

Hình 2.3 Các máy phát tín hiệu hồng ngoại khác nhau của Sony

Sony sử dụng mã theo tiêu chuẩn IR Sử dụng giao thức chế độ rộngxung,hoặc là SIRC Dùng mã hóa độ rộng xung và điêu chế biên độ Data payloadgồm 7 bits lệnh và 5 bits địa chỉ

Dữ liệu được khởi đầu bằng chuỗi xung 2.4ms mark và 0.6ms space để cấuhình cho AGC của máy thu

Tín hiệu sóng mang từ LED hồng ngoại của remote Sony phát ra có tần sốkhoảng từ 36 Khz đến 38 Khz

Sóng mang này chuyên chở tín hiệu dữ liệu mã hóa có dạng như sau:

Hình 2.4 Mã hóa tín hiệu sony

- Bit 0 được mã hóa bằng một xung ở mức thấp 600 μs và chuyển trạng tháisang mức cao 600 μs

- Bit 1 được mã hóa bằng một xung ở mức thấp 600 μs và chuyển trạngtháng

sang mức cao 1200 μs

Hình 2.5 Định ước bề rộng xung, giải mã bit.

Hình 2.6 Định ước bề rộng xung, cấu trúc Frame dữ liệu

Hình 2.7 Định ước bề rộng xung, cấu trúc dãy đầy đủ

Xung Start sẽ được phát đi trước và có dạng là một tín hiệu mức cao trongkhoảng thời gian 2400 μs, tiếp theo là các bit dữ liệu Tổng cộng có 12 bits dữ liệu

và kết thúc bằng một xung Stop ở mức thấp trong thời gian 2400 μs Tiếp theo, tínhiệu sẽ được duy trì ở mức thấp trong khoảng thời gian 20 ms và xung Start thứ 2 sẽđược phát đi để báo hiệu cho sự tiếp tục của một khung dữ liệu thứ 2 Khung dữliệu này hoàn toàn giống với khung dữ liệu trước đó Và cứ như thế tiếp tục cho đếnkhi nào phím remote nhả ra thì thôi

Mục đích của chúng ta là phải lấy 12 bits dữ liệu mà remote phát đi Mỗiphím bấm của remote sẽ cho giá trị 12 bit dữ liệu khác nhau Dùng chương trình viđiều khiển để phân tích 12 bits dữ liệu này thì chúng ta sẽ điều khiển tắt mở nhữngthiết bị điện từ xa một cách dễ dàng

Khi dạng LED thu nhận mã dữ liệu từ LED phát gửi Mã hóa dữ liệu có :

Hình 2.8 Mã hóa dữ liệu nhận

Hình 2.9 Mã số các phím remote sony

2.2.1.2 Bộ thu hồng ngoại

Khi REMOTE phát tín hiệu hồng ngoại để thu được tín hiệu này ta dùng cácthiết bị thu hồng ngoại

LED thu tín hiệu hồng ngoại PIC 1080SCL

PIC – 1018SCL là IC thu tín hiệu hồng ngoại với những ưu điểm sau:

- Là IC có kích thước nhỏ

- Phạm vi thu nhận tín hiệu xa ( +,- 45 độ)

- Khả năng chống nhiễu tốt

a Sơ đồ khối của PIC 1018SCL

Hình 2.10 Sơ đồ khối của PIC 1018SCL

b Nguyên lý hoạt động

Tín hiệu hồng ngoại từ nguồn phát qua bộ truyền đến mạch thu được LEDhồng ngoại nhận rồi đưa qua ba tầng khuếch đại Sau đó tín hiệu này được quamạch lọc băng thông (Band Pass Filter) để chọn dãy băng thông thích hợp Ở ngõ ratín hiệu này được qua mạch khuếch đại (AGC) để tăng độ khuếch đại nếu cần thiết

Xung này được qua mạch so sánh và phân tích truớc khi vào mạch SchmittTrigger

Mạch Schmitt Trigger là mạch so sánh có phản hồi như hình sau:

Hình 2.11 Mạch Schmitt Trigger.

Lúc này do Vin so sánh với tín hiệu ngõ vào V+ là điện thế trên mạch phân

áp R4 – R2, nên theo sự biến thiên giữa hai mức điện áp của Vout, mạch SchimittTrigger cũa cĩ hai ngưỡng so sánh là VH và VL

Hình 2.12 Đồ thị biểu diễn ngưỡng điện áp của mạch Schmitt Trigger

Qua hình ta nhận thấy, mạch Schmitt Trigger là mạch so sánh Vin theo hai

ngưỡng H V và L V Khi điện áp Vin vượt qua H V thì giá trị Vout là 0V và khi Vin thấp hơn L V thì Vout sẽ ở +Vcc (nghĩa là cĩ sự đảo pha) Nhiệm vụ chủ yếu

của mạch Schmitt Trigger là đổi tín hiệu liên tục thành tín hiệu vuơng với khả năngchống nhiễu cao Tín hiệu ngõ ra của mạch Schmitt Trigger qua mạch đảo sẽ cho tínhiệu ở ngõ của PIC – 1018SCL là tín hiệu đảo

Hình 2.13 Biểu diễn tín hiệu qua PIC – 1018SCL

Nếu cĩ hiện tượng nhiễu thì hãy mắc thêm trở kháng 100 Ohm hoặc tụkhoảng 100 mF

Hình 2.14 Mạch chống nhiễu cho PIC – 1018SCL

c Thơng số kỹ thuật

- Nguồn cung cấp 2.5 - 5V , thuờng chọn 5V

- Dòng tiêu thụ cực đại ngõ vào =0, Ic=1.5mA.

Trong những thập niên cuối thế kỉ XX, từ sự ra đời của công nghệ bán dẫn,

kĩ thuật điện tử đã có sự phát triển vượt bậc Các thiết bị điện tử sau đó đã đượctích hợp với mật độ cao và rất cao trong các diện tích nhỏ, nhờ vậy các thiết bị điện

tử nhỏ hơn và nhiều chức năng hơn Các thiết bị điện tử ngày càng nhiều chức năngtrong khi giá thành ngày càng rẻ hơn, chính vì vậy điện tử có mặt khắp mọi nơi

Bước đột phá mới trong công nghệ điện tử, đó là cho ra đời bộ vi xử lý đầutiên của công ty Intel Đột phá ở chỗ: "Chức năng của kết cấu logic có thể thay đổibằng chương trình ngoài chứ không phát triển theo hướng tạo một cấu trúc phần

cứng chỉ thực hiện theo một số chức năng nhất định như trước đây.

Tuy bộ vi xử lý có khả năng vượt bậc so với các hệ thống khác về khả năng

tính toán, xử lý…, và thay đổi chương trình linh hoạt theo mục đích người dùng,đặc biệt hiệu quả đối với các bài toán và hệ thống lớn Tuy nhiên đối với các ứngdụng nhỏ, tầm tính toán không đòi hỏi khả năng tính toán lớn thì việc ứng dụng vi

xử lý cần cân nhắc Bởi vì hệ thống dù lớn hay nhỏ, nếu dùng vi xử lý thì cũng đòihỏi các khối mạch điện giao tiếp phức tạp như nhau Các khối này bao gồm bộ nhớ

để chứa dữ liệu và chương trình thực hiện, các mạch điện giao tiếp ngoại vi để xuấtnhập và điều khiển trở lại, các khối này, cùng liên kết với vi xử lý thì mới thực hiệnđược công việc Để kết nối các khối này đòi hỏi người thiết kế phải hiểu biết tinhtường về các thành phần vi xử lý, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi Hệ thống được tạo rakhá phức tạp, chiếm nhiều không gian, mạch in phức tạp và vấn đề chính là trình độngười thiết kế

Kết quả là giá thành sản phẩm cuối cùng rất cao, không phù hợp để áp dụngcho các hệ thống nhỏ Với một số nhược điểm trên, nên các nhà chế tạo tích hợpmột ít bộ nhớ và một số mạch giao tiếp ngoại vi cùng với vi xử lý vào một IC duynhất được gọi là Microcontroller-Vi điều khiển Vi điều khiển có khả năng tương tựnhư khả năng của vi xử lý nhưng cấu trúc phần cứng dành cho người dùng đơngiản hơn Vi điều khiển ra đời mang lại sự tiện lợi đối với người dùng, họ khôngcần nắm vững một khối lượng kiến thức quá lớn như người dùng vi xử lý kết cấumạch điện dành cho người dùng cũng trở nên đơn giản hơn nhiều và có khả nănggiao tiếp trực tiếp với các thiết bị bên ngoài Vi điều khiển tuy được xây dựng vớiphần cứng dành cho người sử dụng đơn giản hơn, nhưng thay vào lợi điểm này làkhả năng xử lý bị giới hạn (tốc độ xử lý chậm hơn và khả năng tính toán ít hơn,dung lượng chương trình bị giới hạn) Thay vào đó, vi điều khiển có giá thành rẻhơn nhiều so với vi xử lý, việc sử dụng đơn giản, thích hợp cho các ứng dụng cóchức năng đơn giản, không đòi hỏi tính toán phức tạp Chẳng hạn như trong các dâychuyền tự động loại nhỏ, các robot có chức năng đơn giản, trong máy giặt, ôtô v v

AVR là một họ vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất AVR là chip vi điềukhiển 8bits với cấu trúc tập lệnh đơn giản hóa-RISC (Reduced Instruction SetComputer), một kiểu cấu trúc đang thể hiện ưu thế trong các bộ xử lí

Hầu hết các chip AVR có những tính năng (features) sau:

- Có thể sử dụng xung clock lên đến 16MHz, hoặc sử dụng xung clock nộilên đến 8MHz (sai số 3%)

- Bộ nhớ chương trình Flash có thể lập trình lại rất nhiều lần và dung lượnglớn, có SRAM (Ram tĩnh) lớn, và đặc biệt có bộ nhớ lưu trữ lập trình đượcEEPROM

- Bộ nhớ chương trình Flash có thể lập trình lại rất nhiều lần và dung lượnglớn, có SRAM (Ram tĩnh) lớn, và đặc biệt có bộ nhớ lưu trữ lập trình đượcEEPROM

- Nhiều ngõ vào ra (I/O PORT) 2 hướng (bi-directional)

- 8 bits, 16 bits timer/counter tích hợp PWM

- Các bộ chuyển đổi Analog – Digital, phân giải 10 bits, nhiều kênh;

- Chức năng Analog comparator.

- Giao diện nối tiếp USART (tương thích chuẩn nối tiếp RS-232)

- Giao diện nối tiếp Two –Wire –Serial (tương thích chuẩn I2C) Master vàSlaver

- Giao diện nối tiếp Serial Peripheral Interface (SPI)

Một số chip AVR thông dụng

Dùng đế biên dịch code của thành file intel hex để nạp vào chip

Một số trình dịch quen thuộc có thể kể đến như sau

- RStudio: Là trình biên dịch ASM chính thức cung cấp bởi Atmel

- Aavrasm: Cũng được cung cấp bởi Atmel, nó chính là tiền thân củaAvrStudio

- InAVR hay avr-gcc: Là bộ trình dịch được phát triển bởi gnu, ngôn ngữ sửdụng là C và có thể được dùng tích hợp với AvrStudio (dùng Avrstudio làm trìnhbiên tập editor) Đặc biệt bộ biên dịch này cũng miễn phí và đa số nguồn sourcecode C được viết bằng bộ này

- CodeVisionAvr: Một chương trình bằng ngôn ngữ C rất hay cho AVR, hỗtrợ nhiều thư viện lập trình

- CCAVR: Lập trình C cho AVR

- AscomAVR: Lập trình cho AVR bằng basic, đây là trình biên dịch khá hay

và dễ sử dụng, hỗ trợ rất nhiều thư viện Tuy nhiên rất khó debug lỗi và không thíchhợp cho việc tìm hiểu AVR …

b Chương trình nạp (Chip Programmer)

Đa số các trình biên dịch (AvrStudio, CodeVisionAVR, Bascom…) đều tíchhợp sẵn 1 chương trình nạp chip hỗ trợ nhiều loại mạch nạp Trong trường hợpkhác, có thể sử dụng các chương trình nạp như Icprog hay Ponyprog

Hình 2.15 Sơ đồ mạch nạp STK200/300 thu gọn

Đây là loại mạch đơn giản nhất trong tất cả các loại mạch nạp cho AVR,mạch chỉ bao gồm 4 điện trở Nhược điểm của mạch này là không an toàn, có thểgây hại cho cổng LPT Mặt khác mạch này không đảm bảo nạp được cho tất cả cácchíp AVR

- Mạch nạp STK200/300 sử dụng IC đệm 74xx244

Hình 2.16 Sơ đồ mạch nạp STK200/300 có IC đệm

Mạch này có phức tạp hơn đôi chút nhưng bù lại nó là mạch nạp rất ổn định

và an toàn Mạch này được hỗ trợ bởi rất nhiều chương trình nạp và sử dụng đượccho hầu hết các loại chip AVR

Hình 2.18 Mạch nguyên lý AVR910 USB

2.2.3.3 Cấu trúc bộ nhớ AVR

AVR có cấu trúc Harvard, trong đó đường truyền cho bộ nhớ dữ liệu (datamemory bus) và đường truyền cho bộ nhớ chương trình (program memory bus)được tách riêng Data memory bus chỉ có 8 bit và được kết nối với hầu hết các thiết

bị ngoại vi, với register file Trong khi đó program memory bus có độ rộng 16 bits

và chỉ phục vụ cho instruction registers

Hình 2.19 Cấu trúc bộ nhớ AVR

Bộ nhớ chương trình (Program memory): Là bộ nhớ Flash lập trình được,

trong các chip AVR cũ (như AT90S1200 hay AT90S2313…) bộ nhớ chương trìnhchỉ gồm 1 phần là Application Flash Section nhưng trong các chip AVR mới chúng

ta có thêm phần Boot Flash setion Boot section sẽ được khảo sát trong các phần

sau, trong bài này khi nói về bộ nhớ chương trình, chúng ta tự hiểu là Applicationsection Thực chất, application section bao gồm 2 phần: Phần chứa các instruction(mã lệnh cho hoạt động của chip) và phần chứa các vector ngắt (interrupt vectors).Các vector ngắt nằm ở phần đầu của application section (từ địa chỉ 0×0000) và dàiđến bao nhiêu tùy thuộc vào loại chip Phần chứa instruction nằm liền sau đó,chương trình viết cho chip phải được load vào phần này.

Bộ nhớ dữ liệu (data memory): Đây là phần chứa các thanh ghi quan trọng

nhất của chip, việc lập trình cho chip phần lớn là truy cập bộ nhớ này Bộ nhớ dữliệu trên các chip AVR có độ lớn khác nhau tùy theo mỗi chip, tuy nhiên về cơ bảnphần bộ nhớ này được chia thành 5 phần:

Hình 2.20 Thanh nghi 8 bít

Phần 1: Là phần đầu tiên trong bộ nhớ dữ liệu, như mô tả trong hình 1, phần

này bao gồm 32 thanh ghi có tên gọi là register file (RF), hay General PurposeRgegister – GPR, hoặc đơn giản là các Thanh ghi Tất cả các thanh ghi này đều làcác thanh ghi 8 bits như trong hình

Hình 2.21 Register fileTất cả các chip trong họ AVR đều bao gồm 32 thanh ghi Register File có địachỉ tuyệt đối từ 0×0000 đến 0x001F Mỗi thanh ghi có thể chứa giá trị dương từ 0đến 255 hoặc các giá trị có dấu từ -128 đến 127 hoặc mã ASCII của một ký tự nào

đó…Các thanh ghi này được đặt tên theo thứ tự là R0 đến R31 Chúng được chiathành 2 phần, phần 1 bao gồm các thanh ghi từ R0 đến R15 và phần 2 là các thanhghi R16 đến R31

Các thanh ghi này có các đặc điểm sau: Được truy cập trực tiếp trong cácinstruction

Các toán tử, phép toán thực hiện trên các thanh ghi này chỉ cần 1 chu kỳxung clock

Register File được kết nối trực tiếp với bộ xử lí trung tâm – CPU của chip.Chúng là nguồn chứa các số hạng trong các phép toán và cũng là đích chứa kết quảtrả lại của phép toán

Tóm lại 32 RF của AVR được xem là 1 phần của CPU, vì thế chúng đượcCPU sử dụng trực tiếp và nhanh chóng, để gọi các thanh ghi này, chúng ta khôngcần gọi địa chỉ mà chỉ cần gọi trực tiếp tên của chúng RF thường được sử dụng nhưcác toán hạng (operand) của các phép toán trong lúc lập trình

Phần 2: là phần nằm ngay sau register file, phần này bao gồm 64 thanh ghi

được gọi là 64 thanh ghi nhập/xuất (64 I/O register) hay còn gọi là vùng nhớ I/O(I/O Memory) Vùng nhớ I/O là cửa ngõ giao tiếp giữa CPU và thiết bị ngoại vi Tất

cả các thanh ghi điều khiển, trạng thái…của thiết bị ngoại vi đều nằm ở đây Xemlại ví dụ trong bài 1, trong đó tôi có đề cập về việc điều khiển các PORT của AVR,mỗi PORT liên quan đến 3 thanh ghi DDRx, PORTx và PINx, tất cả 3 thanh ghinày đều nằm trong vùng nhớ I/O Xa hơn, nếu muốn truy xuất các thiết bị ngoại vikhác như Timer, chuyển đổi Analog/Digital, giao tiếp USART…Đều thực hiệnthông qua việc điều khiển các thanh ghi trong vùng nhớ này

Vùng nhớ I/O có thể được truy cập như SRAM hay như các thanh ghi I/O.Nếu sử dụng instruction truy xuất SRAM để truy xuất vùng nhớ này thì địa chỉ củachúng được tính từ 0×0020 đến 0x005F Nhưng nếu truy xuất như các thanh ghi I/O

thì địa chỉ của chúng đựơc tính từ 0×0000 đến 0x003F.

Xét ví dụ instruction OUT dùng xuất giá trị ra các thanh ghi I/O, lệnh này sửdụng địa chỉ kiểu thanh ghi, cấu trúc của lệnh như sau: OUT A, Rr, trong đó A làđịa chỉ của thanh ghi trong vùng nhớ I/O, Rr là thanh ghi RF, lệnh OUT xuất giá trị

từ thanh ghi Rr ra thanh ghi I/O có địa chỉ là A Giả sử chúng ta muốn xuất giá trị

chứa trong R6 ra thanh ghi điều khiển hướng của PORTD, tức thanh ghi DDRD, địachỉ tính theo vùng I/O của thanh ghi DDRD là 0×0011, như thế câu lệnh của chúng

ta sẽ có dạng: OUT 0×0011, R6 Tuy nhiên trong 1 trường hợp khác, nếu muốn truyxuất DDRD theo dạng SRAM, ví dụ lệnh STS hay LDS, thì phải dùng địa chỉ tuyệtđối của thanh ghi này, tức giá trị 0×0031, khi đó lệnh OUT ở trên được viết lại làSTS 0×0031, R6

Để thống nhất cách sử dụng từ ngữ, từ bây giờ chúng ta dùng khái niệm “địachỉ I/O” cho các thanh ghi trong vùng nhớ I/O để nói đến địa chỉ không tính phầnRegister File, khái niệm “địa chỉ bộ nhớ” của thanh ghi là chỉ địa chỉ tuyệt đối củachúng trong SRAM Ví dụ thanh ghi DDRD có “địa chỉ I/O” là 0×0011 và “địa chỉ

bộ nhớ” của nó là 0×0031, “địa chỉ bộ nhớ” = “địa chỉ I/O” + 0×0020

Vì các thanh ghi trong vùng I/O không được hiểu theo tên gọi như cácRegister file, khi lập trình cho các thanh ghi này, người lập trình cần nhớ địa chỉ củatừng thanh ghi, đây là việc tương đối khó khăn Tuy nhiên, trong hầu hết các phầnmềm lập trình cho AVR, địa chỉ của tất cả các thanh ghi trong vùng I/O đều đượcđịnh nghĩa trước trong 1 file Definition, bạn chỉ cần đính kèm file này vào chươngtrình của bạn là có thể truy xuất các thanh ghi với tên gọi của chúng Giả sử trong ví

dụ ở bài 1, để lập trình cho chip Atmega8 bằng AVRStudio, dòng thứ 2 chúng ta sửdụng INCLUDE “M8DEF.INC” để load file định nghĩa cho chip ATMega8, fileM8DEF.INC Vì vậy, trong sau này khi muốn sử dụng thanh ghi DDRD bạn chỉ cần

gọi tên của chúng, như: OUT DDRD,R6.

Phần 3: RAM tĩnh, nội (internal SRAM), là vùng không gian cho chứa các

biến (tạm thời hoặc toàn cục) trong lúc thực thi chương trình, vùng này tương tự cácthanh RAM trong máy tính nhưng có dung lượng khá nhỏ (khoảng vài KB, tùythuộc vào loại chip)

Phần 4: RAM ngoại (external SRAM), các chip AVR cho phép người sử

dụng gắn thêm các bộ nhớ ngoài để chứa biến, vùng này thực chất chỉ tồn tại khinào người sử dụng gắn thêm bộ nhớ ngoài vào chip

Phần 5: EEPROM (Electrically Ereasable Programmable ROM) là một phần

quan trọng của các chip AVR mới, vì là ROM nên bộ nhớ này không bị xóa ngay cảkhi không cung cấp nguồn nuôi cho chip, rất thích hợp cho các ứng dụng lưu trữ dữ

liệu Như trong hình 1, phần bộ nhớ EEPROM được tách riêng và có địa chỉ tính từ0×0000.

2.2.3.4 Cách thức hoạt động của vi điều khiển AVR

Hình 2.21 biểu diễn cấu trong bên trong của 1 AVR Bạn thấy rằng 32 thanhghi trong Register File được kết nối trực tiếp với Arithmetic Logic Unit -ALU(ALU cũng được xem là CPU của AVR) bằng 2 line, vì thế ALU có thể truy xuấttrực tiếp cùng lúc 2 thanh ghi RF chỉ trong 1 chu kỳ xung clock

Hình 2.22 Cấu trúc bên trong của AVRCác instruction được chứa trong bộ nhớ chương trình Flash memory dướidạng các thanh ghi 16 bit Bộ nhớ chương trình được truy cập trong mỗi chu kỳxung clock và 1 instruction chứa trong program memory sẽ được load vào tronginstruction register, instruction register tác động và lựa chọn register file cũng nhưRAM cho ALU thực thi Trong lúc thực thi chương trình, địa chỉ của dòng lệnhđang thực thi được quyết định bởi một bộ đếm chương trình – PC (Programcounter) Đó chính là cách thức hoạt động của AVR

AVR có ưu điểm là hầu hết các instruction đều được thực thi trong 1 chu kỳxung clock, vì vậy có thể nguồn clock lớn nhất cho AVR có thể nhỏ hơn 1 số viđiều khiển khác như PIC nhưng thời gian thực thi vẫn nhanh hơn

2.2.3.5 Vi điều khiển Atmega32