Thực tập tốt nghiệp nghiên cứu lý thuyết và lắp ráp modul điều khiển nhà thông minh

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ - - Thực tập tốt nghiệp Đề tài: Nghiên cứu lý thuyết lắp ráp modul điều khiển nhà thông minh Giáo viên hướng dẫn: Lê Việt Tiến Sinh viên thực hiện: Nguyễn Bách Khoa Lớp: CNKT Điện Tử Khóa Hà Nội 03-2016 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Hà Nội, Ngày…… tháng…… năm 2016 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Lời cảm ơn Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới thầy cô giáo trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội nói chung thầy giáo khoa Điện Tử nói riêng tận tình giảng dạy, truyền đạt cho chúng em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt năm ngồi giảng đường qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lê Việt Tiến, thầy tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, hướng dẫn em suốt trình làm thực tập tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với thầy, em khơng ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, điều cần thiết cho em trình học tập cơng tác sau Sau em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè động viên, đóng góp ý kiến giúp đỡ trình học tâp, nghiên cứu hoàn thành thực tập tốt nghiệp Đề tài hồn thành khơng thể tránh khỏi thiếu sót định Em mong nhận góp ý quý báu thầy cô giáo bạn Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội 03-2016 Mục lục Bảng ký hiệu viết tắt Ký hiệu Viết đầy đủ Giải thích VĐK Vi Điều Khiển PIC Máy tính khả trình thơng minh CPU Programmable Intelligent Computer Central Processing Unit ROM Read-only Memory Bộ nhớ đọc RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên Bộ xử lý trung tâm CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI I Cơ sở lý thuyết Khi sống người nâng cao, nhu cầu sống ngày đòi hỏi phải hỗ trợ tốt Và từ nhu cầu thực tế ý tưởng ngơi nhà thơng minh mà nơi ngồi ấm áp tình yêu hạnh phúc, hoạt động người hỗ trợ giúp đỡ cách linh hoạt, giúp đỡ mà ngơi nhà cịn tự động quản lý cách thơng minh Ngày với phát triển mạnh mẽ vượt bậc khoa học kỹ thuật, đặc biệt phát triển vi điều khiển ý tưởng ngơi nhà thơng minh khơng cịn vướng rào cản cơng nghệ Khi người có cảm giác an tồn ngơi nhà tích hợp hệ thống hệ thống điều khiển giám sát môi trường: hệ thống đảm bỏa nhiệt độ, hệ thống đảm bảo ánh sáng…, mạch đóng ngắt, điều khiển vào, giám sát cảnh báo cháy…, thành hệ thống mạng thống II Ý nghĩa thực tiễn Chúng ta phủ nhận lợi ích việc nghiên cứu phát triển nhà thơng minh tới đời sống tại, mang lại tính tiện nghi, thoải mái, sang trọng, an tồn cho sống nhiều âu lo, vất vả ngày Không nhà thơng minh cịn giải pháp tiết kiệm nguồn lượng, vấn đề làm đau đầu nhà khoa học Con người có sống tốt đẹp hơn, dành nhiều tâm trí việc quản lý ngơi nhà, mà người dành thời cho nhiều việc khác Chúng ta gần tương tác đươc vật liệu mà trước gần Và nhà có nhìn hồn toàn mới, thực vật thể tự vận hành để phục vụ người Giờ ta hoàn tồn hãnh diện với ngơi nhà thể dẳng cấp chuyên nghiệp, đại, phong cách mà đặc trưng ta muốn có Với tiêu chí khóa luận lần em trình vày cách xây dựng thiết kế modul điều khiển nhiệt độ ánh sáng nhà thông minh CHƯƠNG 2: CÁC HỌ VI ĐIỀU KHIỂN THÔNG DỤNG Vi điều khiển máy tính tích hợp chíp, thường sử dụng để điều khiển thiết bị điện tử Vi điều khiển, thực chất, hệ thống bao gồm vi xử lý có hiệu suất đủ dùng giá thành thấp (khác với vi xử lý đa dùng máy tính) kết hợp với khối ngoại vi nhớ, mô đun vào/ra, mô đun biến đổi số sang tương tự tương tự sang số, Ở máy tính mơ đun thường xây dựng chíp mạch ngồi Vi điều khiển thường dùng để xây dựng hệ thống nhúng Nó xuất nhiều dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lị vi sóng, điện thoại, đầu đọc DVD,thiết bị đa phương tiện, dây chuyền tự động, v.v Các họ vi điều khiển nay: Họ vi điều khiển AMCC (do tập đoàn "Applied Micro Circuits Corporation" sản xuất) Từ tháng năm 2004, họ vi điều khiển phát triển tung thị trường IBM + 403 PowerPC CPU + PPC 403GCX Họ vi điều khiển Atmel + Dòng 8051 (8031, 8051, 8751, 8951, 8032, 8052, 8752, 8952) + Dòng Atmel AT91 (Kiến trúc ARM THUMB) Họ vi điều khiển Cypress MicroSystems + CY8C2xxxx (PSoC) Họ vi điều khiển Freescale Semiconductor Từ năm 2004, vi điều khiển phát triển tung thị trường Motorola + Dòng 8-bit Họ vi điều khiển Fujitsu + F²MC Family (8/16 bit) + FR Family (32 bit) + FR-V Family (32 bit RISC) Họ vi điều khiển Intel + Dòng 8-bit + Dòng 16-bit + Dòng 32-bit Họ vi điều khiển Microchip + PIC 8-bit (xử lý liệu 8-bit, 8-bit data bus) + PIC 16-bit (xử lý liệu 16-bit) + PIC 32-bit (xử lý liệu 32-bit): PIC32MX Trong báo cáo em xin trình bày họ vi điều khiển thông dụng nhiều người sử sụng là: Họ VĐK 8051 (bao gồm vđk 8051, 8052, 8031) , họ VĐK PIC ( PIC16F877A) họ VĐK AVR I Họ vi điều khiển 8051 Vi điều khiển 8051 a Tóm tắt lịch sử 8051 Vào năm 1981 hãng Intel giới thiệu số vi điều khiển gọi 8051 Bộ vi điều khiển có 128 byte RAM, 4K byte ROM chíp, hai định thời, cổng nối tiếp cổng (đều rộng bit) vào tất đặt chíp Lúc coi „hệ thống chíp‟ 8051 xử lý bit có nghĩa CPU có thẻ làm việc với bit liệu thời điểm Dữ liệu lớn bit đƣợc chia thành liệu bit xử lý 8051 có tất cổng vào I/O cổng rộng bit (hình vẽ) Mặc dù 8051 có ROM chíp cực đại 64Kbyte, nhà sản xuất lúc xuất xưởng với 4Kbyte Rom chíp 8051 trở nên phổ biến sau Intel cho phép nhà sản xuất khác sản xuất bán dạng biến thể 8051 mà họ thích với điều kiện họ phải để lại mã tương thích với 8051 Điều dẫn đến đời nhiều phiên 8051 với tốc độ khác dung lượng Rom chíp khác Điều quan trọng có nhiều biến thể khác 8051 tốc độ dung lượng nhớ ROM chíp tất chúng tương thích với 8051 ban đầu lệnh Điều có nghĩa ta viết chương trình cho phiên chạy với phiên khác mà không phân biệt từ hãng sản xuất Bảng 2.1 Các đặc tính 8051 Đặc tính ROM chip RAM Bộ định thời Các chân vào Số lượng 4Kbyte 128 byte 32 Cổng nối tiếp Nguồn cắt Bộ vi điều khiển 8051 thành viên họ 8051, hãng Intel ký hiệu MSC51 b Sơ đồ chân Hình 2.1 Sơ đồ chân 8051 Từ hình 2.1 ta thấy 40 chân có 32 chân dùng cho cổng P0, P1, P2, P3 với cổng có chân Các chân lại dành cho nguồn Vcc, đất GND, chân dao động XTAL1 XTAL2, khởi động lại RST cho phép chốt địa EA , cho ngắt cất chƣơng trình PSEN Trong chân chân Vcc, GND, XTAL1, XTAL2, RST EA đƣợc họ 8031 8051 sử dụng Hay nói cách khác chúng phải nối hệ thống làm việc mà không cần biết vi điều khiển thuộc họ 8051 hay 8031 Còn chân PSEN chân ALE sử dụng hệ thống dựa 8031 + Chân Vcc chân GND tương ứng với chân số 40 chân số 20 cung cấp nguồn (+5V) nối mass + Chân XTAL1 (chân 19) XTAL2 (chân 18): 8051 có dao động chíp u cầu có xung đồng hồ ngồi để chạy Bộ dao động thạch anh nối với XTAL1 XTAL2 hai tụ điện có giá trị 30pF + Chân RST: Chân số chân tái lập RESET Nó chân đầu vào có mức tích cực cao Khi cấp xung cao tới chân vi điều khiển tái lập kết thúc hoạt động Nó coi tái bật nguồn + Chân EA (là chân IN): Truy cập nhớ ngoài, chân số 31 vỏ chíp 8751, 89C51 DS5000 chân EA nối với nguồn Vcc Trường hợp khơng có ROM chíp 8031 8051 mã chương trình lưu cất nhớ ngồi, chân EA nối đất Như chân không để hở + Chân PSEN chân có chức cho phép lưu chƣơng trình Ở hệ thống 8031, chương trình cất nhớ ROM ngồi chân nối tới chân OE ROM + ALE cho phép chốt địa chân có mức tích cực cao Khi nối 8031 tới nhớ ngồi cổng cấp địa liệu Hay nói cách khác, 8031 dồn địa liệu qua cổng để tiết kiệm số chân Chân ALE sử dụng để phân kênh địa liệu cách nối tới chân G của chíp 73LS373 + Nhóm chân cổng vào I/O: bốn cổng P0, P1, P2, P3 có chân tạo thành cổng bít Tất cổng RESET cấu hình làm cổng Để làm đầu vào cần lập trình Các cổng bình thường cổng Cổng P0 vừa làm đầu ra, vừa làm đầu vào cổng P0 từ chân 32 đến 39 phải nối với điện trở kéo 10K bên ngồi Cổng P1 có chân, từ chân đến chân 8, sử dụng làm đầu vào Khác với cổng P0, cổng P1 khơng cần đến điện trở kéo bên ngồi có điện trở kéo bên Cổng P2 có chân từ chân 21đến 28, sử dụng làm đầu vào Cũng giống cổng P1, cổng P2 không cần điện trở kéo bên có điện trở kéo Cổng P3 có chân từ chân 10 đến chân 17 Cổng sử dụng làm đầu vào Cũng chân P1và P2, cổng P3 không cần điện trở kéo Bảng 2.2 Chức chân cổng P3 10 Version : 1.0 Date : 26/02/2016 Author : NeVaDa Company : Comments: Chip type : ATmega8 Program type : Application AVR Core Clock frequency: 8,000000 MHz Memory model : Small External RAM size :0 Data Stack size : 256 *****************************************************/ #include #define ADC_VREF_TYPE 0x20 #include #include #include 46 #define a PORTB.0 #define b PORTB.1 #define c PORTB.2 #define d PORTB.3 #define e PORTB.4 #define f PORTB.5 #define g PORTB.6 #define led1 PORTC.3 #define led2 PORTC.2 int t; unsigned char *T=0; int chuc,donvi; interrupt [EXT_INT0] void ext_int0_isr(void) { } interrupt [EXT_INT1] void ext_int1_isr(void) { } 47 unsigned char read_adc(unsigned char adc_input) { ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff); delay_us(10); ADCSRA|=0x40; // Wait for the AD conversion to complete while ((ADCSRA & 0x10)==0); ADCSRA|=0x10; return ADCH; } void ma7SEG(int so) { if(so==0){a=b=c=d=e=f=0; g=1;} if(so==1){b=c=0; a=d=e=f=g=1;} if(so==2){a=b=g=e=d=0; c=f=1;} if(so==3){a=b=c=d=g=0; e=f=1;} if(so==4){b=c=g=f=0; a=d=e=1;} if(so==5){a=f=g=c=d=0; b=e=1;} if(so==6){a=c=d=e=f=g=0;b=1; } 48 if(so==7){a=b=c=0;d=e=f=g=1; } if(so==8){a=b=c=d=e=f=g=0; } if(so==9){a=b=c=d=f=g=0; e=1;} } void hienthi(int k) { led1=1; ma7SEG(k/10);delay_ms(10); led1=0;PORTB=0XFF; led2=1; ma7SEG(k%10);delay_ms(10); led2=0;PORTB=0XFF; } void nhietdo(void) { t=ds1820_temperature_10(T); if(t>40){PORTC.4=1;} else PORTC.4=0; } 49 interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void) { TCNT0=50; hienthi(t); } void anhsang(void) { if(read_adc(0)>=60){PORTC.5=0;} else PORTC.5=1; } void setup(void) { PORTB=0x00; DDRB=0xff; PORTC=0x00; DDRC=0xfe; PORTD=0x00; DDRD=0x00; TCCR0=0x05; 50 TCNT0=0x00; TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00; // Timer/Counter initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer2 Stopped // Mode: Normal top=0xFF // OC2 output: Disconnected ASSR=0x00; TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; 51 OCR2=0x00; // External Interrupt(s) initialization // INT0: On // INT0 Mode: Low level // INT1: On // INT1 Mode: Low level GICR|=0xC0; MCUCR=0x00; GIFR=0xC0; // Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x01; // USART initialization // USART disabled UCSRB=0x00; // Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off 52 // Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80; SFIOR=0x00; // ADC initialization // ADC Clock frequency: 1000,000 kHz // ADC Voltage Reference: AREF pin // Only the most significant bits of // the AD conversion result are used ADMUX=ADC_VREF_TYPE & 0xff; ADCSRA=0x83; // SPI initialization // SPI disabled SPCR=0x00; // TWI initialization // TWI disabled TWCR=0x00; // Wire Bus initialization // Wire Data port: PORTD 53 // Wire Data bit: // Note: Wire port settings must be specified in the w1_init(); ds1820_set_alarm(T,0,0); #asm("sei") } void main(void) { unsigned char n=0; setup(); while (1) { nhietdo(); anhsang(); } } III Kết luận Về ưu điểm 54  Mạch lấy dữ liệu nhiệt độ và hiển thị rất chính xác,ổn định  Tỉ lệ sai số nhỏ  Độ chia nhỏ (0.5 độ)  Cảnh báo nhiệt độ quá cao  Mạch tự động tắt đèn trời tối Về nhược điểm  Thời gian lấy mẫu lâu  Mạch điều khiển ít thiết bị  Không hoạt động cúp điện Hướng phát triển  Đề tài cần tích hợp thêm hệ thống thông minh khác như: chống trộm, hệ thống đóng mở cửa tự động… kết hợp với hệ thống điều khiển modul sim, camera giám sát  Hệ thống bảo bảo nhiệt độ cần kết hợp với thiết bị nhà để điều chỉnh nhiệt độ cho phù hợp, phịng cháy khong có người nhà  Mạch điều khiển cần tích hợp IC nhớ, nguồn tích trữ nhà bị cúp điện Trong q trình thực đề tài khơng tránh khỏi sai sót, em mong nhận chia sẻ, bảo thầy cô bạn bè Em xin chân thành cảm ơn TÀI LIỆU THAM KHẢO: - https://vi.wikipedia.org/wiki/Vi_điều_khiển http://ket-noi.com/ http://www.hocavr.com/ ……………… 55 ... trình vày cách xây dựng thiết kế modul điều khiển nhiệt độ ánh sáng nhà thông minh CHƯƠNG 2: CÁC HỌ VI ĐIỀU KHIỂN THÔNG DỤNG Vi điều khiển máy tính tích hợp chíp, thường sử dụng để điều khiển. .. MODUL ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH I Cơ sở lý thuyết Khái quát Vi điều khiển ATMEGA a Một số đặc tính kỹ thuật 37 • • • • • ATMega8 Vi Điều Khiển thuộc dòng Mega AVR hãng ATMEL Dòng Vi Điều Khiển. .. thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600 Vi điều khiển sau nghiên cứu phát triển thêm từ hình thành nên dịng vi điều khiển PIC ngày 21 Hiện thị trường có nhiều họ vi điều khiển 8051, Motorola 68HC,