Yêu cầu điều khiểnĐảm bảo đầy đủ các yếu tố cơ bản nhất mô phỏng một ngôi nhà thông minh thu nhỏ.Có tính khả thi và thực hiện được trong thời gian ngắn.Đảm bảo phát triển theo mục tiêu của đề tài đặt ra: thiết kế hệ thống chiếu sáng và hệ thống báo cháy tự động có hiển thị nhiệt độ trong hệ thống nhà thông minh.Thiết kế và thi công một số cảm biến như: cảm biến chuyển động, cảm biến báo khói, cảm biến nhiệt độ… và các mạch công suất để điều khiển các thiết bị như: đèn chiếu sáng, quạt gió, máy bơm …Hệ thống phải hoạt động 2424.
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN VÀO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG VÀ HỆ THỐNG BÁO CHÁY TRONG NHÀ THÔNG MINH Yêu cầu điều khiển Đảm bảo đầy đủ yếu tố mô nhà thông minh thu 3.1 - nhỏ Có tính khả thi thực thời gian ngắn Đảm bảo phát triển theo mục tiêu đề tài đặt ra: thiết kế hệ thống chiếu sáng - - hệ thống báo cháy tự động có hiển thị nhiệt độ hệ thống nhà thông - minh Thiết kế thi công số cảm biến như: cảm biến chuyển động, cảm biến báo khói, cảm biến nhiệt độ… mạch công suất để điều khiển thiết bị như: - đèn chiếu sáng, quạt gió, máy bơm … Hệ thống phải hoạt động 24/24 3.2 Phương án thiết kế hệ điều khiển nhà thông minh 3.2.1 Hệ thống chiếu sáng Mô tả mô hình Khi có người vào nhà cảm biến chuyển động truyền tín hiệu đến điều khiển trung tâm, điều khiển truyền tín hiệu đến hệ thống đèn, đèn chiếu sáng bật, người nhà hệ thống đèn tắt Khi trời tối cảm biến quang truyền tín hiệu bật hệ thống đèn chiếu sáng hành lang Yêu cầu kỹ thuật Thiết bị cần thiết kế phải gọn nhẹ, dễ lắp đặt, đảm bảo ánh sáng luôn vừa đủ, lượng điện tiêu hao vừa phải Có thể đóng ngắt cần thiết Cảm biến chuyển động, cảm biến quang hoạt động xác Các phương pháp lựa chọn Đối với hệ thống ánh sáng thường có hai kiểu là: ánh sáng thay đổi điện áp thay đổi điều khiển hệ thống đèn tắt mở ánh sáng xung quanh thay đổi Kiểu ánh sáng thay đổi theo điện áp có độ xác cao, độ điều chỉnh ánh sáng có độ thay đổi nhỏ, mắt người khó phát được, phần lập trình phức tạp Còn với kiểu điều khiển tắt mở đèn ánh sáng thay đổi, cách mắt người dễ phát hiện, phần lập trình đơn giản Do thời gian có hạn phương án thông dụng nước ta nên em chọn phương án điều khiển hệ thống bóng đèn tắt mở ánh sáng xung quanh thay đổi Ưu điểm Cảm biến xác Điều khiển đơn giản điều khiển nhiều đèn Dễ thay đổi điều khiển Giá thành vừa phải 3.2.2 Hệ thống báo khói, báo cháy có hiển thị nhiệt độ Mô tả mô hình Khi nhà có mức độ khói vượt mức cho phép cảm biến báo khói phát truyền tín hiệu đến mạch chủ, mạch chủ phát tín hiệu đến chuông báo động, chuông báo động kêu thông báo cho chủ nhà Nhiệt độ đo cảm biến nhiệt độ hiển thị hình LCD Khi nhiệt độ vượt mức 35°C cảm biến nhiệt truyền tín hiệu bật quạt thông gió, nhiệt độ vượt mức 45°C chuông báo động kêu cảnh báo có cháy đồng thời bật máy bơm phun nước dập lửa Yêu cầu kỹ thuật Phải đảm bảo thiết bị nhận biết khói nhiệt độ xác, dễ lắp đặt nhà, thiết kế với giá phù hợp, thiết bị phải gọn nhẹ, không cồng kềnh, phải đảm bảo an toàn cho nhà, phát báo động kịp thời Các phương án lựa chọn Đối với thiết bị báo cháy, thông thường ta sử dụng hệ thống cảm biến nhiệt độ, phương pháp phổ thông thông dụng nay, có phương pháp cảm biến độ bền vật liệu để nhận biết độ an toàn nhà, nhiên phương pháp sử dụng nước ta Do ta chọn phương pháp cảm biến nhiệt độ môi trường Ưu điểm Cảm biến báo khói cảm biến nhiệt xác Cách lắp đặt đơn giản có chức cảm biến Giá thành rẻ 3.3 Lựa chọn thiết bị thiết kế mô hình 3.3.1 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 cảm biến nhiệt độ sản xuất Dalas Semiconductor tích hợp giao thức 1-Wire Một số thông số DS18B20: - Điện áp: 3.0V đến 5.5V Dải đo:-55°C đến +125°C Trong dải từ -10°C đến +85°C, độ xác - ±0.5°C Mỗi giá trị nhiệt độ biến đổi sang giá trị số với độ phân giải 12bit Hình 3.1: Sơ đồ chân DS18B20 Hình 3.2: Sơ đồ khối DS18B20 Các thành phần DS18B20 bao gồm: - 64-bit lasered ROM, Cảm biến nhiệt độ (temperature sensor) Các ghi cấu hình Bộ cảnh báo nhiệt so với nhiệt độ đặt trước TH, TL Bộ phát mã vòng (CRC) Bộ đệm, biến đổi tương tự-số (SCRATCHPAD) Khi hoạt động, DS18B20 tự động biến đổi nhiệt độ thu từ cảm biến thành giá trị số, truyền thiết bị chủ giao thức 1-Wire Bảng 3.1 mô tả quan hệ nhiệt độ thực giá trị số TEMPERATUR E DIGITAL OUTPUT (Binary) +125°C 0000 0111 1101 0000 DIGITAL OUTPUT (HEX) 07D0h +85°C +25.0625°C +10.125°C +0.5°C 0000 0101 0101 0000 0000 0001 1001 0001 0000 0000 1010 0010 0000 0000 0000 1000 0550h* 0191h 00A2h 0008h 0°C -0.5°C 0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1000 000h FFF8h -10.125°C -25.0625°C -55°C 1111 1111 0101 1110 1111 1110 0110 1111 1111 1100 1001 0000 FF5Eh FF6Fh FC90h Bảng 3.1: Giá trị số tương ứng biến đổi tương ứng nhiệt độ thực Giao thức 1-wire Giao thức 1-Wire phát phát triển Dallas Semiconductor (Công ty Maxim) Kiến trúc giao thức bao gồm đường truyền liệu, điện trở pull-up gắn phía thiết bị chủ (hình 3.3) Hình 3.3: Truyền thông vi mạch giao thức 1-Wire Tốc độ truyền nhận tiêu chuẩn 1-wire 15,4kbps, khoảng cách thiết bị chủ thiết bị tớ xa đạt tới 200m Số lượng thiết bị tớ kết nối bus khuyến cáo nên nhỏ 20 thiết bị Giao thức 1-Wire sử dụng mức logic CMOS/TTL Điện áp hoạt động nằm dải từ 2.8 đến 6V Thiết bị chủ thiết bị tớ truyền/nhận với nhau, nhiên thời điểm có hai thao tác thực thi Bit có trọng số thấp (LSB) truyền trước Thủ tục truyền/nhận thiết bị chủ thiết bị tớ bao gồm bước: Reset, xác nhận có thiết bị nối bus, đồng thiết bị chủ thiết bị tớ (hình 3.4) Hình 3.4: Dạng sóng thiết bị chủ thực reset Để thực thao tác này, từ thiết bị chủ, bus phải đặt chiều đưa từ mức cao xuống mức thấp, giữ mức thấp khoảng thời gian từ 480 đến 640µs Tiếp theo bus đặt chiều vào để đọc xung xác nhận thiết bị tớ Xung xuất khoảng thời gian 60 đến 240µs Nếu có thiết bị tớ kết nối, bus có trạng thái logic “0”, ngược lại “1” Cuối cùng, bus cần khoảng thời gian từ 45 đến 180 µs để “phục hồi” mức logic “1” trước thực thao tác khác 3.3.2 Cảm biến quang (quang trở) Quang trở loại "vật liệu" điện tử hay gặp sử dụng mạch cảm biến ánh sáng Có thể hiểu cách dễ dàng rằng, quang trở loại điện trở có điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng Nếu đặt môi trường có ánh sáng, có bóng râm tối điện trở quang trở tăng cao đặt nắng, nơi có ánh sáng điện trở giảm Là điện trở có trị số giảm chiếu sáng mạnh Điện trở tối (khi không chiếu sáng - bóng tối) thường 1MΩ, trị số giảm nhỏ 100Ω chiếu sáng mạnh Hình 3.5: Hình dạng ký hiệu cảm biến quang Nguyên lý làm việc quang điện trở ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn (có thể Cadmium sulfide – CdS, Cadmium selenide – CdSe) làm phát sinh điện tử tự do, tức dẫn điện tăng lên làm giảm điện trở chất bán dẫn Các đặc tính điện độ nhạy quang điện trở dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu dùng chế tạo Hình 3.6: Tỷ lệ điện trở tần số ánh sáng chiếu vào Về phương diện lượng, ta nói ánh sáng cung cấp lượng E=h.f để điện tử nhảy từ dải hóa trị lên dải dẫn điện Như lượng cần thiết “h.f” phải lớn lượng dải cấm 3.4 3.4.1 Quy trình thiết kế mô hình Hướng thiết kế Trong đề tài em sử dụng vi điều khiển PIC 18F4520 để điều khiển lấy liệu từ cảm biến nhiệt độ DS18B20, cho hiển thị hình LCD Cho cảm biến chuyển động, cảm biến quang nhận biết chuyển động, nhận biết ánh sáng điều khiển bóng đèn tắt mở 3.4.2 3.4.2.1 Thiết kế phần cứng Mạch nguyên lý Hình 3.8: Sơ đồ mạch in 3.4.2.3 Chương trình điều khiển #include "main.h" #include "DS18B20.c" #include "1wire.c" #include "lcd4bit.h" // -Dinh nghia chan int out // #define MQ2 PIN_A0 // khai bao MQ2 la cam bien bao khoi bao gas #define PIR PIN_C1 // cam bien chuyen dong #define QT PIN_C2 // cam bien quang tro #define MODE PIN_C3 // nut bam set che #define UP PIN_C4 // nut an tang len #define DOWN PIN_C5 // nut an giam xuong #define den1 PIN_B0 // khai bao den #define den2 PIN_B1 // khai bao den #define motor PIN_B2 // khai bao motor bom nuoc #define buzz PIN_B3 // khai bao loa buzz #define fan PIN_C6 // khai bao quat fan // - Khai bao bien -// float temp; int dem=0,nhietdo=32; // - chuong trinh doc cam bien gas -// void read_MQ2(void) { if(input(MQ2)==1) //kiem tra xem co gas khoi hay khong neu co thi bao coi buzz { delay_us(20); if(input(MQ2)==1) { output_High(buzz); // xuat muc cao cho coi buzz delay_ms(400); output_Low(buzz); // xuat muc thap cho coi buzz delay_ms(100); } } else output_Low(buzz); } // xuat muc thap cho coi buzz // - chuong trinh doc cam bien nhiet ds18b20 -// void read_nhietdo(void) { if(dem==0) { temp=ds18b20_read(); // Gan bien temp bang gia tri nhiet doc duoc LCD_Cmd(0x80); // Hien thi o dong thu nhat LCD_Char(" Nha Thong Minh "); LCD_Cmd(0xC0); // Hien thi o dong thu Printf(LCD_Char,"Nhiet do: %3.1f%cC",temp,0xdf);//xuat gia tri nhiet man hinh } } // - chuong trinh dieu khien den -// void dk_den1(void) { if(input(PIR)==0) { delay_us(20); if(input(PIR)==0) { busy=0; output_High(den1); if(dem==0) { LCD_Cmd(0x80); LCD_Char(" Bat Den "); } } } else output_Low(den1); } // - chuong trinh dieu khien den -// void dk_den2(void) { if(input(QT)==1) { delay_us(20); if(input(QT)==1) { busy=0; output_High(den2); if(dem==0) { LCD_Cmd(0x80); LCD_Char(" Bat den "); } } } else output_Low(den2); } // - chuong trinh kiem tra nhiet va bao co hoa hoan -// void KT_nhietdo(void) { if(temp>=50&&input(MQ2)==0) { output_High(motor); if(dem==0) { LCD_Cmd(0x80); LCD_Char(" Canh bao co chay "); LCD_Cmd(0xc0); LCD_Char(" Thoat va bat bom "); output_Low(fan); output_High(buzz); delay_ms(400); output_Low(buzz); delay_ms(100); } } else output_Low(motor); } // - chuong trinh doc nut nhan sw -// void read_mode(void) { if(input(mode)==0) { delay_us(50); if(input(mode)==0) { while(!input(mode)); { dem++; if(dem==2) dem=0; } } } } void read_sw(void) { if(dem==1) { if(input(up)==0) { delay_us(50); if(input(up)==0) { while(!input(up)); { nhietdo++; if(nhietdo>=100) nhietdo=0; } } } if(input(down)==0) { delay_us(50); if(input(down)==0) { while(!input(down)); { nhietdo ; if(nhietdo[...]... ra hướng đi đúng đắn cho em trong thời gian vừa qua, giúp em hoàn thành tốt những nhiệm vụ đã đặt ra Trong quá trình thực hiện đồ án không tránh khỏi những sai sót, em rất mong được sự góp ý của các thầy, cô và các bạn để có thể xây dựng một ngôi nhà thông minh hoàn chỉnh hơn Ngôi nhà đó sẽ có nhiều tính năng thông minh hơn với sự điều khiển tối ưu hơn để có thể áp dụng vào thực tiễn cuộc sống hàng... độ trong phạm vi rộng được nên cần lắp tại II nhiều chỗ Cả biến bào khỏi không lắp được ở những nơi quá cao, khi đó sẽ k cảnh báo kịp thời khi có khói Hướng phát triển đề tài Đề tài cần tích hợp thêm các hệ thống thông minh khác như: chống trộm, hệ thống đóng mở cửa tự động… kết hợp với hệ thống điều khiển bằng modul sim, camera giám sát Hệ thống đảm bảo nhiệt độ cần kết hợp với các thiết bị trong. .. Thiết kế hệ thống cảm biến ánh sáng Thiết kế hệ thống báo khói, báo cháy và hiển thị nhiệt độ, có quạt thông gió, máy bơm nước chữa cháy Ưu, nhược điểm I Đồ án có những ưu, nhược điểm như sau: Ưu điểm Mạch lấy dữ liệu nhiệt độ và hiển thị ra chính xác, ổn định Tỉ lệ sai số nhỏ Độ chia nhỏ (0,5 độ) Cảnh báo khi lượng khói vượt mức cho phép và khi nhiệt độ quá cao Khi có nhiều khói hoặc... hoặc nhiệt độ cao quạt thông gió sẽ được bật làm giảm lượng khói, giảm nhiệt độ trong nhà Khi có cháy xảy ra máy bơm nước sẽ được bật để dập đám cháy Mạch tự động bật đèn khi có người vào nhà, bật đèn ngoài trời khi trời tối Nhược điểm Thời gian lấy mẫu lâu Mạch điều khiển ít thiết bị Không hoạt động khi cúp điện Mạch cảm biến nhiệt và báo cháy chưa nhớ được khi nhà bị cúp điện Mạch... LCD_Char(" Nha Thong Minh "); LCD_Cmd(0xc0); LCD_Char(" Khoa DT _K7 "); delay_ms(1000); while(true) { read_nhietdo(); read_sw(); read_mode(); read_MQ2(); dk_den1(); dk_den2(); KT_nhietdo(); dk_fan(); read_QT_and_PIR(); } } KẾT LUẬN Sau 2 tháng tìm tòi nghiên cứu và hoàn thành đồ án, em đã đạt được nhiều kiến thức nhất định về ngôi nhà thông minh Theo yêu cầu đặt ra là thiết kế ngôi nhà thông minh với các đặc... bằng modul sim, camera giám sát Hệ thống đảm bảo nhiệt độ cần kết hợp với các thiết bị trong nhà để điều chỉnh nhiệt độ cho phù hợp, cũng như phòng cháy khi không có người trong nhà Mạch điều khiển cần tích hợp IC nhớ, nguồn tích trữ khi nhà bị cúp điện Mặc dù đề tài không thể hoàn thành cả những mặt trong hướng phát triển nhưng cũng hoàn thành hết những yêu cầu nhiệm vụ đã đặt ra Một lần nữa em...Hình 3.7: Mạch nguyên lý 3.4.2.2 Sơ đồ mạch in Hình 3.8: Sơ đồ mạch in 3.4.2.3 Chương trình điều khiển #include "main.h" #include "DS18B20.c" #include "1wire.c" #include "lcd4bit.h" // -Dinh nghia chan int out // #define MQ2 PIN_A0 // khai bao MQ2 la cam bien bao... bien nhiet do ds18b20 -// void read_nhietdo(void) { if(dem==0) { temp=ds18b20_read(); // Gan bien temp bang gia tri nhiet do doc duoc LCD_Cmd(0x80); // Hien thi o dong thu nhat LCD_Char(" Nha Thong Minh "); LCD_Cmd(0xC0); // Hien thi o dong thu 2 Printf(LCD_Char,"Nhiet do: %3.1f%cC",temp,0xdf);//xuat gia tri nhiet do ra man hinh } } // - chuong trinh dieu khien den 1 -// void dk_den1(void) { if(input(PIR)==0)