Thiết kế hệ thống điểu khiển cho ngôi nhà tự động

Thiết kế hệ thống điểu khiển cho ngôi nhà tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT T T H H A A Ø Ø N N H H P P H H O O Á Á H H O O À À C C H H Í Í M M I I N N H H ----- U ----- K K H H O O A A Đ Đ I I E E Ä Ä N N T T Ư Ư Û Û B B O O Ä Ä M M O O Â Â N N Đ Đ I I E E Ä Ä N N T T Ư Ư Û Û C C O O Â Â N N G G N N G G H H I I E E Ä Ä P P X X   W W ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO NGÔI NHÀ TỰ ĐỘNG GVHD : TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH : NGUYỄN TIẾN AN MSSV : 00101006 LỚP : 001012 TP HỒ CHÍ MINH – 2/2005 Đồ án tốt nghiệp Phần A Giới thiệu PHẦN A GIỚI THIỆU Đồ án tốt nghiệp Phần A Giới thiệu Trương Ngọc Anh Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghóa Việt Nam Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc Thành Phố Hồ Chí Minh -----o0o----- -----o0o----- K K H H O O A A Đ Đ I I E E Ä Ä N N T T Ư Ư Û Û B B O O Ä Ä M M O O Â Â N N Đ Đ I I E E Ä Ä N N T T Ư Ư Û Û C C O O Â Â N N G G N N G G H H I I E E Ä Ä P P NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên : NGUYỄN TIẾN AN MSSV : 00101006 Lớp : 001012 Ngành : Điện tử Khóa : 2000 1. Tên đề tài : Thiết kế hệ thống điều khiển cho ngôi nhà tự động 2. Cơ sở ban đầu : . . . 3. Nội dung các phần thuyết minh: . . . . . 4. Các bản vẽ: . . 5. Giáo viên hướng dẫn: TRƯƠNG NGỌC ANH 6. Ngày giao nhiệm vụ: 7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Thông qua bộ môn Ngày …… tháng …… năm 2005 Ngày …… tháng …… năm 2005 Giáo viên hướng dẫn Chủ nhiệm bộ môn Trương Ngọc Anh N N H H A A Ä Ä N N X X E E Ù Ù T T C C U U Û Û A A G G I I A A Ù Ù O O V V I I E E Â Â N N H H Ư Ư Ơ Ơ Ù Ù N N G G D D A A Ã Ã N N ĐHSPKT, Ngày . tháng . năm 2005 Giáo viên hướng dẫn N N H H A A Ä Ä N N X X E E Ù Ù T T C C U U Û Û A A G G I I A A Ù Ù O O V V I I E E Â Â N N P P H H A A Û Û N N B B I I E E Ä Ä N N ĐHSPKT, Ngày . tháng . năm 2005 Giáo viên phản biện Đồ án tốt nghiệp Trang -v- Phần A Giới thiệu L L Ơ Ơ Ø Ø I I M M Ơ Ơ Û Û Đ Đ A A À À U U Từ giữa những năm 80 đến nay công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn có những phát triển đậm nét để hỗ trợ cho sự phát triển của công nghệ thông tin, và sự tự động hóa trong công nghiệp … Với độ tích hợp ngày càng cao, công suất tiêu tán bé hơn, thông minh hơn nó đã làm thay đổi hẳn cấu trúc của nền công nghiệp hiện tại. 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 loạt những thiết bò với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ. Đó 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 lónh vực công–nông – lâm – ngư nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày. Một trong những ứng dụng rất quan trọng của công nghệ điện tử là kỹ thuật tự động điều khiển từ xa. Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bò từ xa. Trong thời đại ngày nay, hệ thống thông tin liên lạc là một trong những vấn đề quan trọng của loài người. Nhất là những ứng dụng của kỹ thuật thông tin liên lạc vào lónh vực kinh tế, khoa học và đời sống. Chính vì nó mà con người và xã hội loài người đã phát triển không ngừng. Đặc biệt trong vài năm gần đây, mạng Internet đã phát triển mạnh mẽ, bên cạnh đó máy tính ngày càng có giá thành vừa phải với mọi tầng lớp xã hội tạo ra bước ngoặc quan trọng trong lónh vực thông tin để đáp ứng nhu cầu của con người. Đối với hệ thống điều khiển xa bằng mạng điện thoại thì giới hạn về tính trực quan và đi dây kết nối giữa thiết bò với nhau rất phức tạp, tốn kém. Đây là yếu điểm của kỹ thuật này. Hiện nay, do nhu cầu sử dụng các hệ thống, thiết bò tự động của người dân ngày càng tăng. Đồng thời, việc lắp đặt hệ thống lưới điện ngày càng được phổ biến rộng rãi. Do đó, việc sử dụng mạng điện dân dụng để truyền tín hiệu điều khiển các thiết bò là phương thức thuận tiện, tiết kiệm nhiều thời gian cho công việc, vừa đảm bảo các tính năng an toàn cho các thiết bò điện gia dụng vừa tiết kiệm được chi phí lắp đặt khi sử dụng. Xuất phát từ những ý tưởng và tình hình thực tế như ở trên, tôi đã chọn đề tài: "THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO NGÔI NHÀ TỰ ĐỘNG". Với đề tài: "Thiết kế hệ thống điều khiển cho ngôi nhà tự động" gồm 3 phần: PHẦN A GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI PHẦN B NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI Đồ án tốt nghiệp Trang -vi- Phần A Giới thiệu PHẦN C PHỤ LỤC L L ơ ơ ø ø i i c c a a û û m m t t a a ï ï Có lẽ không một ai có thể quên được những mái trường mà mình đã đi qua trong một thời thơ ấu cho đến lúc trưởng thành. Cứ sau mỗi chặng đường đi qua, chúng em lại thấy mình lớn lên, vững vàng hơn trong kiến thức và năng lực. Chặng đường vừa đi qua là chặng đường với 5 năm dài đầy gay go và thử thách dưới mái Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật. Nơi đây đã không chỉ đơn giản cung cấp cho chúng em những kiến thức khoa học kỹ thuật mà quý hơn cả là đã nhóm trong chúng em ngọn lửa yêu khoa học và rèn luyện cho chúng em một nghò lực vững vàng để làm hành trang bước vào đời. Xin cảm ơn những mái trường mà em đã đi qua suốt thời niên thiếu. Em sẽ ghi nhớ mãi công ơn của tất cả thầy cô đã dìu dắt em từ những buổi học vở lòng đến nay. Kính lời cảm ơn khoa Điện cùng các thầy cô của khoa, đã dành nhiều tình cảm tốt đẹp đối với chúng em và tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em học tập tốt. Gởi đến thầy Trương Ngọc Anh lời ghi ơn vô vàn, người đã trực tiếp theo sát, tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án. Bên cạnh đó gia đình còn là nguồn động lực to lớn về tinh thần lẫn vật chất giúp cho chúng em bước đi trên con đường mà chúng em đã chọn. Xin chân thành cám ơn Cha, Mẹ và chò Hai đã hết sức động viên và giúp đỡ em về mọi mặt trong suốt quá trình học tập. Sau cùng là lời cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ và những ý kiến đóng góp của các bạn cùng lớp trong suốt quá trình làm đề tài. TP.HCM _ Tháng 2 năm 2005 Sinh viên thực hiện Nguyễn Tiến An Đồ án tốt nghiệp Trang -vii- Phần A Giới thiệu MỤC LỤC Trang Phần A Giới thiệu Trang tựa .i Nhiệm vụ đề tài ii Nhận xét của giáo viên hướng dẫn iii Nhận xét của giáo viên phản biện iv Lời mở đầu v Lời cảm tạ vi Mục lục vii Liệt kê các bảng ix Liệt kê các hình x Phần B Nội dung 1 Chương 1 Dẫn nhập .2 1.1 Giới thiệu đề tài .2 1.2 Tầm quan trọng của đề tài .3 1.3 Giới hạn đề tài .3 1.4 Mục đích yêu cầu .4 Chương 2 Cơ sở lý luận 5 2.1 Đề cương nghiên cứu chi tiết .5 2.2 Phương pháp nghiên cứu 5 2.3 Phương tiện nghiên cứu 5 2.4 Kế hoạch thực hiện .6 Chương 3 Truyền dữ liệu và giao tiếp máy tính .7 3.1 Tổng quát hệ thống truyền dữ liệu 7 3.2 Kỹ thuật ghép nối và giao tiếp máy tính 12 3.3 Lựa chọn phương án giao tiếp 15 3.4 Sự phát triển của ngôi nhà tự động .18 3.5 Truyền dữ liệu qua đường dây điện .19 3.6 Truyền dữ liệu qua chuẩn RS – 485 . 20 Chương 4 Thiết kế 29 4.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống 29 4.2 Sơ đồ khối chi tiết từng module .30 4.3 Sơ đồ nguyên lý từng module .31 4.4 Nguyên lý hoạt động của mạch 48 Chương 5 Xây dựng phần mềm điều khiển 51 5.1 Xây dựng chương trình điều khiển trên các module .51 5.2 Xây dựng chương trình điều khiển trên máy tính .56 Đồ án tốt nghiệp Trang -viii- Phần A Giới thiệu Chương 6 Thi công 59 6.1 Thi công phần cứng .59 6.2 Thi công phần mềm điều khiển .62 Chương 7 Kết luận 65 7.1 Tóm tắt .65 7.2 Hướng phát triển đề tài 66 Phần C Phụ lục . 67 Tài liệu tham khảo .122 [...]... ngôi nhà chuẩn bò xây dựng 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Một hệ thống ngôi nhà tự động hoàn chỉnh bao gồm rất nhiều các thiết bò hoạt động một cách tự động, có liên hệ chặt chẽ và trao đổi dữ liệu với nhau Ngôi nhà đó có thể tự động điều khiển hệ thống ống dẫn khí, tự động đo độ ẩm của môi trường để có thể điều khiển hệ thống tưới cây xung quanh nhà hoặc có thể tự động điều chỉnh nhiệt độ ở một nhiệt độ đã được... hệ thống điều hòa nhiệt độ, hệ thống chiếu sáng trong nhà Hầu hết các thiết bò trong nhà ngày nay hoạt động độc lập với nhau, mỗi thiết bò có cách sử dụng khác nhau Những thiết bò trong ngôi nhà tự động có thể trao đổi dữ liệu và được tập hợp thành những hệ thống nhỏ như hệ thống an ninh, hệ thống chiếu sáng trong ngân hàng Hệ thống nhà tự động ra đời gần đây nhất có các thiết bò có thể trao đổi thông... thiệu một số hệ thống nhà tự động, các công ty lớn đang nghiên cứu những công nghệ nổi bật để khai thác tiềm năng to lớn này Một hệ thống mạng trong nhà sẽ liên kết các thiết bò, các cảm biến, các bộ điều khiển, các bảng điều khiển bên trong ngôi nhà Các thiết bò được liên kết với nhau trong hệ thống bao gồm : những thiết bò giải trí, các dụng cụ cầm tay, đến những vật dụng trong nhà bếp, hệ thống điều... con người Ngôi nhà tự động có thể tự động điều khiển các thiết hoạt động theo một chương trình đã được cài đặt trước Tất cả các thiết bò liên lạc, trao đổi dữ liệu với nhau thông qua đường dây điện chính trong ngôi nhà Việc này nhằm tận dụng được đường dây điện hiện có để truyền dữ liệu, giảm bớt chi phí khi lắp đặt hệ thống Hệ thống còn được áp dụng cho những ngôi nhà có sẵn hoặc những ngôi nhà chuẩn... điều khiển trong bộ vi điều khiển hoàn toàn độc lập với kiểu được sử dụng và vì thế được viết chung thành một chương trình hợp ngữ dùng cho họ 8051 3.4 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA NGÔI NHÀ TỰ ĐỘNG Vài năm gần đây, một nền công nghệ mới ra đời được gọi là ngôi nhà tự động Công nghệ này đã tạo ra một số thiết bò mới để phục vụ cho người tiêu dùng Ngôi nhà này được thiết kế với các thiết bò và các dòch vụ cho người... Nếu một ngôi nhà tự động phát hiện ra lửa thì nó sẽ gởi một tin cảnh báo lên trên đường dây điện Hệ thống điều khiển sẽ ra lệnh khóa đường ống dẫn khí, hệ thống báo động sẽ báo động mọi người trong nhà và nếu có một máy điện thoại thì nó sẽ gọi điện báo cho dòch vụ chữa cháy Với đường dây điện thoại thì hệ thống cũng cho phép chủ nhà có thể gởi dữ liệu điều khiển các thiết bò từ bên ngoài ngôi nhà Ví... độ, hệ thống dẫn khí, màn hình hiển thò thông tin, điện thoại, hệ thống báo động, … tất cả được liên hệ với nhau thông qua một đường dữ liệu và được đưa qua hệ thống điều khiển trung tâm Nếu ngôi nhà tự động phát hiện ra hỏa hoạn nhờ vào các cảm biến thì lập tức dữ liệu đó sẽ được gởi đến hệ thống điều khiển trung tâm Khi hệ thống trung tâm đã xử lý xong dữ liệu thì nó sẽ lập tức ra lệnh điều khiển. .. xuất Một ý tưởng về một ngôi nhà tự động được hình thành Hầu hết các thiết bò trong nhà ngày nay đều hoạt động độc lập với nhau, mỗi thiết bò có một quy trình sử dụng khác nhau tuỳ thuộc vào sự cài đặt của người sử dụng Đối với một ngôi nhà tự động thì các thiết bò trong nhà được tập hợp thành những hệ thống và có thể liên hệ và trao đổi dữ liệu với nhau Các thiết bò bao gồm các thiết bò đơn giản như... máy, lò sưởi đến các thiết bò tinh vi, phức tạp như tivi, máy giặt, hệ thống báo động … Chúng có thể liên hệ trao đổi dữ liệu qua lại với nhau thông qua một hệ thống điều khiển trung tâm Hệ thống điều khiển trung tâm có thể là một hệ thống máy vi tính hoàn chỉnh hoặc một bộ vi xử lý đã được lập trình sẵn tất cả các chương trình điều khiển Điển hình một ngôi nhà tự động bao gồm các thiết bò như : máy... dữ liệu qua đường dây điện trong nhà Hệ thống này không cần lắp đặt thêm bất cứ đường dây điều khiển nào bên ngoài Các thiết bò có thể được kết nối thành một hệ thống mạng đơn giản bằng cách cắm chúng lên các ổ cắm điện trên tường Điển hình một ngôi nhà tự động có các thiết bò như: các cảm biến, hệ thống chiếu sáng, máy giặt, điện thoại, hệ thống báo động tất cả được kết nối thông qua đường dây điện