Xây dựng hệ thống đèn cầu thang thông minh

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦUError! Bookmark not defined. MỤC LỤC2 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNGError! Bookmark not defined. 1.1.Giới thiệu chungError! Bookmark not defined. 1.2.Các vấn đề đặt raError! Bookmark not defined. 1.3.Phương pháp nghiên cứuError! Bookmark not defined. 1.4.Phạm vi và giới hạn của nghiên cứuError! Bookmark not defined. CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINHError! Bookmark not defined. 2.1. Giới thiệu về nhà thông minhError! Bookmark not defined. 2.2. Tổng quan về đèn cầu thang thông minhError! Bookmark not defined. 2.2.1. Các loại cảm biếnError! Bookmark not defined. 2.2.2. Vi điều khiển sử dụngError! Bookmark not defined. 2.2.3. Mạch thu phát sóng RFError! Bookmark not defined. CHƯƠNG III MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNGError! Bookmark not defined. 3.1. Mô hình hoá hệ thống điều khiểnError! Bookmark not defined. CHƯƠNG IV THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNGError! Bookmark not defined. 4.1. Thiết kế và thi công Error! Bookmark not defined.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

1

LỜI NÓI ĐẦU

 

Trên con đường tiến tới công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì vấn đề phát triển khoa học kỹ thuật cao là mấu chốt hàng đầu với công nghệ cnc, thủy lực, cơ điện tử, cơ khí…

Với xu hướng giảm tối thiểu sức người xuống và tăng năng suất lao động đòi hỏi phải có nhiều trang thiết bị, nhiều dây chuyền tự động hóa, lấy sức máy móc thay thế sức người….Công nghiệp hiện đại cần nhiều cơ sơ vật chất để phục

vụ quá trình sản suất công nghiệp và máy móc hiện đại như dây truyền sản xuất tự động, các cỗ máy tự hành phục vụ cho con người….để đáp ứng nhu cầu ngày càng gia tăng này khoa học công nghệ chúng em đã xây dựng hệ thống đèn cầu thang thông minh

Tuy thời gian cho phép có hạn chúng em cũng đã cố gắng hết sức mình nhưng thiếu sót là không thể tránh khỏi vì vậy kính mong Thầy bộ môn đóng góp

để nhóm hoàn thiện hơn

Cùng với sự giúp đở của thầy Khổng Minh đã cố vấn và giúp đỡ chúng em rất nhiều trong việc ngiên cứu và chế tao hệ thống đèn cầu thang thông minh Chúng

em trân thành cảm ơn sự giúp đỡ của thầy

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Giới thiệu chung

Đề tài thiết kế hệ thống đèn cầu thang thông minh là một đề tài nằm trong các

dự án phát triển nhà thông minh hiện nay trên thế giới, nó mang tính ứng dụng cao,

dễ đi sâu phổ biến trong đời sống của con người

Hiện nay, có rất nhiều các mạch điện, hệ thống đèn cầu thang từ đơn giản tới phức tạp đáp ứng những nhu cầu của con người như mạch đèn chỉ có dây và công tắc đến những hệ thống thông minh tự động bật tắt khi có người đi vào

Nhu cầu thẩm mỹ của con người ngày càng tăng với mong muốn không chỉ

là đèn để chiếu sáng mà còn là một sản phẩm công nghệ thông minh trang trí cho ngôi nhà, tạo cảm giác thoải mái, tiết kiệm năng lượng Do đó giải pháp đèn thông minh là một lựa chọn được đặt ra

+ Giá thành hợp lý, cạnh tranh

+ Khâu lắp đặt, bảo trì dễ dàng

+ Thuận tiện cho người sử dụng, đảm bảo tính ưu việt của sản phẩm

1.2 Phương pháp nghiên cứu

Hệ thống đèn cầu thang thông minh là sản phẩm đã được phát triển trên thị trường, nên trong quá trình làm đồ án, nhóm đã áp dụng phương pháp nghiên cứu sau:

- Nghiên cứu mô hình của các hệ thống đã có sẵn trên thị trường, kết cấu, giao diện, tính năng của những sản phẩm đó Từ đó áp dụng để thiết kế trong giới hạn

đề tài

- Áp dụng phương pháp luận trong thiết kế cơ điện tử vào thiết kế máy, cụ thể là:

+ Thiết kế theo tuần tự, và đồng thời

+ Mô hình hóa phần cơ, mô phỏng hóa phần điện, tối ưu hóa trước khi hoàn thiện thiết kế trước khi chế tạo

+ Chế tạo mẫu các chi tiết chưa đảm bảo hoạt động như mong muốn, hoặc chưa được thiết kế trong các hệ thống thật trước đó, chế tạo mẫu mạch điện Sau cùng, chế tạo thật mô hình máy

1.3 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu

Một hệ thống đèn cầu thang thông minh có nhiều tính năng Tuy nhiên trong phạm vi một đề tài môn học, với những giới hạn về thời gian, tài chính và tầm hiểu biết, nhóm chỉ chế tạo một mô hình hệ thống đèn cầu thang thông minh:

Đề tài chỉ nghiên cứu hệ thống đèn thông minh sử dụng sóng RF điều khiển đèn

- Sử dụng PIC để điều khiển

- Dùng các cảm ứng hồng ngoại để phát hiện người đi lên cầu thang

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH 2.1 Tổng quan về nhà thông minh

2.1.1 Giới thiệu về nhà thông minh

Nhà thông minh (Smart home) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện,

điện tử có tác dụng tự động hoá hoàn toàn hoặc bán tự động, thay thế con người trong thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển

Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với Internet và điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết

bị ở nhà hoạt động theo lịch Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngôn ngữ của nhau và có khả năng tương tác với nhau

2.1.2 Giới thiệu về các sản phẩm ứng dụng trong nhà thông minh

2.1.2.1 Điều khiển chiếu sáng (on/off, dimmer, scence, timer, logic, )

Với điều khiển ánh sáng thông thường được coi là điều khiển ánh sáng

“Cứng” Điều khiển đèn chiếu sáng bởi một công tắc cố định, gắn tại một nơi cố định, muốn điều khiển đèn không còn cách nào khác là phải đi tới nơi đặt công tắc

5

để tắt hay bật Việc thay đổi cũng không còn cách nào khác là phải tháo dỡ và đi lại đường dây dẫn điện.

Điều khiển ánh sáng thông minh là việc điều khiển đèn chiếu sáng một cách

“Mềm dẻo” để phù hợp với công năng của từng khu vực Có nhiều cách để có thể bật/tắt hay tăng/giảm độ sáng của đèn: Tại chỗ, từ xa bằng điều khiển cầm tay, màn hình cảm ứng hay xa bất cứ đâu bằng điện thoại hay internet và hơn thế nữa là đèn phải tự nhận biết khi nào cần bật/tắt và bật/ tắt với thiết bị nào Việc thay đổi khi nhấn một nút chỉ một đèn sáng thành một vài hay

toàn bộ đèn của toà nhà sáng thật sự đơn giản Gia chủ chỉ cần vài giây là thực hiện được

- Đèn cổng:

Được tích hợp trong hệ thống EIB, có nhiều chọn lựa cách hoạt động của đèn khi trời tối: Tự động bật đèn khi có người vào khu vực cổng hay chỉ bật sáng khi có người nhấn chuông…

- Đèn hàng rào và sân vườn:

Cùng với hệ thống chống chộm được tích hợp trong hệ thống EIB Đèn được hoạt động theo thời gian định trước, hoạt động theo chỉ đạo của hệ thống chống chộm hay tự biết làm đẹp ngôi nhà khi có khách…

- Đèn sảnh, hành lang:

Đèn tự động bật sáng khi có người sử

dụng và tự tắt đi ngay sau đó Cũng tự biết

làm đẹp ngôi nhà là luôn sáng khi có khách

hay theo ý thích của Gia chủ…

- Đèn khu WC:

Đèn tự động bật khi có người sử dụng

và tuỳ theo mức độ sử dụng mà quạt hút có

được bật theo hay không…

- Đèn phòng bếp:

Đèn khu vực chung cũng như đèn các

khu vực riêng khác như chậu rửa, tủ chứa…

luôn tự biết phục vụ khi có người sử dụng

Để đảm bảo vệ sinh diệt khuẩn thì đèn tia

cực tím sẽ tự hoạt động khi trời đã về khuya

và không còn ai sử dụng bếp nữa

- Đèn phòng ăn

Thông thường phòng ăn có bố trí

nhiều line đèn(đèn tường, đèn hắt, đèn dọi,

đèn chùm…).Một line đèn vừa phải sẽ được chọn để tự động phục vụ khi có người

ra vào phòng ăn.Tất cả và các line đèn sẽ được kết hợp với nhau sao cho thể hiện được hết tính tiết kiệm, mỹ quan và tiện ích khi phục vụ một, hai hay nhiều người cùng dùng bữa Với Tebis của Hager, Gia chủ thoả thích thay đổi cách điều khiển các line đèn sau vài giây

cho “Xem phim”, “Nghe nhạc”, “Đi ngủ”,…sử dụng nhiều tính năng dimmer để ánh sáng luôn được điều chỉnh tăng/giảm dần nhẹ nhàng đưa Gia chủ vào giấc ngủ ngon.

- Đèn các phòng chức năng khác

Tuỳ theo công năng mà bố trí các line đèn tự động, điều khiển tại chỗ hay từ xa.Luôn đảm bảo tính tiện ích, mỹ quan và tiết kiệm

2.1.2 2 Điều khiển mành, rèm, cửa cổng

Hệ thống nhà thông minh cho phép điều khiển rèm cửa,cửa sổ thông minh :

- Tự biết đóng lại khi đến giờ có ánh nắng, khi Gia chủ “Xem phim”…

- Biết kết hợp với âm thanh, ánh sáng để tạo ra những khung cảnh phù hợp nhất trong những

trường hợp cụ thể cho Gia chủ

- Luôn đảm bảo tính tiện ích, mỹ quan và tiết kiệm.

2.1.2.3 HT An ninh, báo động, báo cháy

- Chuông cửa có hình, có tiếng ( video doorphone ): hệ thống cho phép bạn

trao đổi trong ngoài bằng tiếng nói, hình ảnh, khả năng liên lạc nội bộ giữa các phòng, các tầng Kết hợp chuông cửa này với khoá điện, bạn có thể tự mở cửa từ

xa cho khách, người nhà mà không nhất thiết phải ra ngoài, hoặc có thể từ chối những người khách lạ Bạn sẽ chủ động hơn trong các tình huống, những cuộc viếng thăm không hẹn trước, những tình huống mà khi chưa có chuông hình đã từng khiến bạn chưa hài lòng hoặc khó xử

- Hệ thống báo động: ( thiết bị báo trộm, báo động) Một hệ thống báo động đơn giản cho gia đình thông thường bao gồm:

Tủ trung tâm: được xem như bộ não của hệ thống, dùng để lập tình, lưu trữ, biến những mong muốn, yêu cầu của người sử dụng thành hiện thực Hệ thống có thể cấp phát tín hiêu báo động tới điện thoại cá nhân, trung tâm theo dõi, các đơn vị PCCC, bảo vệ, cảnh sát, cấp cứu,

Đầu dò hồng ngoại: phát hiện sự hiện diện trái phép của con người trong khoảng không gian mà nó "giám sát" bằng tia hồng ngoại và truyền tín hiệu về tủ trung tâm ( hoặc phát tiếng kêu báo động nếu là mắt thần hồng ngoại độc lập) Thiết bị với khả năng xử lý tín hiệu phức tạp cho phép nhận dạng sụ chuyển động của người và loại bỏ báo động giả do các vật nuôi trong nhà gây ra Sử dụng bảo vệ bên trong hoặc bên ngoài nhà ở, văn phòng làm việc,

Công tắc từ: lắp ở cửa ra vào, cử sổ, cửa tủ, ngăn kéo Thiết bị sẽ truyền tín hiệu báo động về tủ trung tâm khi cửa bị mở bất hợp pháp, hoặc đồ vật bị di dời Kích thước nhỏ gọn, tiêu thụ năng lượng ít, dễ lắp đặt

Đầu báo khói: phát hiệ nồng độ khói tăng nhanh do đám cháy gây nên Khả năng phát hiện chính xác, hiệu quả và kịp thời phù hợp cho công tác PCCC tạo sự an toàn cho cuộc sống Sử dụng để dò khói, dò nhiệt trong phòng khách, phòng ngủ, nhà kho,

Đầu báo gas: phát hiện nồng độ khí gas tăng một cách chính xác và kịp thời mang đến sự an toàn cho cuốc sống Lắp đặt nơi nhà bếp, những khu vực gần khí gas, Đầu báo kính vỡ: phát hiện các âm thanh đặc biệt do kính vỡ gây ra Kỹ thuật nhận dạng tín hiệu chuẩn xác loại trừ cảnh báo giả

Đầu báo nước tràn: báo động khi nước đầy đến một mức nhất định, giúp tiết kiệm nước và tiết kiệm thời gian cho người sử dụng

Loa báo động: giúp cho chủ nhà và những người xung quanh biết có sự đột nhập trái phép, hay có cháy nổ tránh được thất thoát tài sản

9

2.1.2.4 ĐK Điều hòa, máy lạnh

Hệ thống tự động nhận biết nhiệt độ độ ẩm ánh sáng nhờ trang bị hệ thống cảm biến hiện đại : cb nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm…Từ đó điều khiển phù hợp thiết

bị điều hòa, máy lạnh trong gia đình…

2.1.2.5 HT Âm thanh đa vùng

Âm thanh đa vùng giúp bạn thưởng thức âm nhạc tại mọi vị trí trong ngôi nhà của bạn Có thể tại phòng khách, phòng ngủ, phòng bếp, sân vườn và thậm chí ngay cả trong phòng tắm bạn đều có thể thưởng thức âm nhạc do bạn chọn lựa Không những thế, tại mỗi phòng, mỗi khu vực trong ngôi nhà của bạn, bạn có thể lựa chọn cho mình các nguồn phát nhạc khác nhau tùy vào sở thích của bạn vào thời điểm đó Ví dụ: vào buổi sáng sớm mới thức dậy bạn có thể nghe FM/AM về những tin tức ngày hôm qua; khi đi làm về để được thư giản bạn có thể chọn lựa nguồn phát nhạc là IPOD, DVD, CD, Music server để nghe những bản nhạc bạn

mà bạn ưa thích Ngoài ra, bạn có thể nghe nhạc trong phòng bếp khi bạn đang nấu ăn; trong phòng ăn với những bản nhạc trữ tình làm cho buổi ăn gia đình càng thêm ấm cúng; trong phòng tắm, phòng xông hơi với những bản giao hưởng, balad giúp bạn thư giãn thả lỏng cơ thể sau một ngày làm việc mệt mỏi

Tại các khu vực sân vườn, hồ bơi, lắp đặt loại loa hoạt động ngoài trời với tính năng chịu được sự tác động của ánh nắng, nhiệt độ cao và chống thấm nước Ngoài ra, loa được thiết kế giả đá, bồn hoa càng làm tăng thêm tính nghệ thuật của khu vườn không làm mất đi vẻ đẹp tự nhiên vốn có của nó

11

Vào dịp cuối tuần, cuối tháng hay vào những ngày đặc biệt bạn tổ chức những buổi tiệc tại gia; lúc này hệ thống âm thanh đa vùng chính là người phục vụ đắc lực cho buổi tiệc Tùy vào tính chất của buổi tiệc, bạn có thể chọn lựa phát những bản nhạc dance sôi động hay những bản nhạc nhẹ, giao hưởng, những bản nhạc ý nghĩa để làm tăng thêm không khí sôi động hoặc ấm cúng cho bữa tiệc.

2.1.2.6 Camera, chuông hình

Hệ thống gọi cửa (Audio/Video Doorphone) ngày càng được ứng dụng rộng rãi không chỉ với mục đích thay thế chuông cửa mà còn được ứng dụng nhằm mục đích kiểm soát an ninh, an toàn cho nhà riêng, biệt thự và đặc biệt các chung cư cao tầng

Khi sử dụng Hệ thống gọi cửa, chủ căn hộ có thể giao tiếp, nhận biết khách bên ngoài bằng tiếng nói và hình ảnh Khách bên ngoài cũng dễ dàng biết được chủ căn hộ hiện đang có hoặc không có nhà

Thông qua chuông cửa kết hợp với khóa từ tự động, chủ căn hộ có thể cho phép mở cửa từ xa cho khách vào hoặc từ chối những người khách lạ mà không nhất thiết phải ra ngoài

Hệ thống gọi cửa còn có thể kết hợp với các hệ thống khác như: Hệ thống báo động, chống đột nhập; Hệ thống kiểm soát vào ra; Hệ thống báo cháy,… giúp cho việc kiểm soát an ninh tòa nhà được dễ dàng, đạt hiệu quả cao hơn

2.1.2.7 HT Bảo vệ nguồn điện

Hệ thống được trang bị bộ lưu điện, cầu dao hoặc atomat chống chập cháy điện đồng thời có khả năng tiết kiệm điện cho gia đình

13

2.1.2.8 Các tiện ích và ứng dụng khác

Ngoài các tiện ích đáng kể trên,hệ thống nhà thông minh có thể được trang

bị hệ thống hiện đại khác phục vụ cho cuộc sống gia đình:

- Thiết bị giải trí đa phương tiện thông minh

- Hệ thống mạng, wifi hiện đại…

2.2.1 Cảm biến hồng ngoại PIR

ra các tia nhiệt, hay còn gọi là các tia hồng ngoại, người ta sẽ dùng một tế bào điện

để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động Cảm biến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồn tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn tha nhiệt, đó là thân nhiệt của các thực thể khác, như con người con vật

Trên đây là đầu dò PIR, loại bên trong gắn 2 cảm biến tia nhiệt, nó có 3 chân ra, một chân nối masse, một chân nối với nguồn volt DC, mức áp làm việc có thể từ 3 đến 15V Góc dò lớn Để tăng độ nhậy cho đầu dò, Bạn dùng kính Fresnel, nó được thiết kế cho loại đầu có 2 cảm biến, góc dò lớn, có tác dụng ngăn tia tử

ngoại

Hình vẽ cho thấy cách dùng đầu dò PIR để phát hiện người hay con vật di chuyển ngang

3

Nguyên lý làm việc của loại đầu dò PIR như hình sau:

Các nguồn nhiệt (với người và con vật là nguồn thân nhiệt) đều phát ra tia hồng ngoại, qua kính Fresnel, qua kích lọc lấy tia hồng ngoại, nó được cho tiêu tụ trên 2 cảm biến hồng ngoại gắn trong đầu dò, và tạo ra điện áp được khuếch đại với transistor FET Khi có một vật nóng đi ngang qua, từ 2 cảm biến này sẽ cho xuất hiện 2 tín hiệu và tín hiệu này sẽ được khuếch đại để có biên độ đủ cao và đưa vào mạch so áp để tác động vào một thiết bị điều khiển hay báo động

Hình vẽ cho thấy 2 vùng cảm ứng nhậy cảm tương ứng với 2 cảm biến trong đầu

dò Khi có một con vật đi ngang, từ thân con vật sẽ luôn phát ra tia nhiệt, nó được tiêu tụ mạnh với kính Fresnel và rồi tiêu tụ trên bia là cảm biến hồng ngoại, vậy khi con vật đi ngang, ở ngả ra của đầu dò chúng ta sẽ thậy xuất hiện một tín hiệu, tín hiệu này sẽ được cho vào mạch xử lý để tạo tác dụng điều khiển hay báo động

Bạn xem hình động sau đây dùng diễn tả nguyên lý làm việc của đầu dò PIR đối với người qua lại:

3

Lý thuyết chung về tia nhiệt:

Mọi vật thể đều được cấu tạo từ các phân tử nhỏ li ti, nhiệt là một dạng năng lượng tạo ra từ các xao động của các phân tử (Bạn xem hình), đó là các chuyển động hỗn loạn, không trật tự Từ các xao động này, nó phát ra các tia nhiệt, bằng cảm giác thông thường của giác quan, con người chúng ta nói đó là sức nóng Ở mỗi người nguồn thân nhiệt thường được điều ổn ở mức 37 độ C, đó là nguồn nhiệt mà ai cũng có và nếu dùng linh kiện cảm ứng thân nhiệt, chúng ta sẽ có thiết bị phát hiện

ra người, đó chính là ý tưởng mà người ta chế ra thiết bị motion detector, điều khiển theo nguồn thân nhiệt chuyển động

Hình vẽ sau đây cho thấy vật liệu nhóm pyroelectric được dùng làm cảm biến dò

3

tia nhiệt

Người ta kẹp vật liệu pyroelectric giữa 2 bản cực, khi có tác kích của các tia nhiệt, trên hai 2 bản cực sẽ xuất hiệu tín hiệu điện, do tín hiệu yếu nên cần mạch khuếch đại

Trong bộ đầu dò PIR, người ta gắn 2 cảm ứng PIR nằm ngang, và cho nối vào cực Gate (chân Cổng) của một transistor FET có tính khuếch đại Khi cảm biến

pyroelectric thứ nhất nhận được tia nhiệt, nó sẽ phát ra tín hiệu và khi nguồn nóng

di chuyển ngang, sẽ đến cảm biến pyroelectric thứ hai nhận được tia nhiệt và nó lại phát ra tín hiệu điện Sự xuất hiện của 2 tín hiệu này cho nhận biết là đã có một nguồn nhiệt di động ngang và mạch điện tử sẽ phát ra tín hiệu điều khiển Tín hiệu này có thể dùng tắt mở đèn hay dùng để báo động khi có kẻ lạ vào nhà

Bây giờ hãy nói đến thiết bị tiêu tụ gôm tia nhiệt rọi trên bề mặt cảm ứng PIR:

Chúng ta biết các tia nhiệt phát ra từ thân thể người rất yếu và rất phân tán, để tăng

độ nhậy phải dùng kính có mặt kính lồi tạo chức năng tiêu tụ, quen gọi là kinh Focus, hình động dưới đây cho thấy các mặt sóng của các tia sáng khi đi qua một mặt kính lồi đã được cho gôm lại tại một điểm nhỏ, điểm đó gọi là tiêu điểm ( 焦点

， theo âm Hán Việt, chữ tiêu 焦 bên dưới có bộ hỏa 灬 火 , vậy nó có nghĩa là điểm nóng, nhiều Bạn dùng kính lúp tạo ra điểm nóng, điểm nóng này có thể đốt cháy giấy đấy, đó là trò chơi của các bạn nhỏ)

3

Khuyết điểm của loại kính hội tụ dùng mặt lồi thông thường là khi mặt kính mở rộng, điểm tiêu tụ sẽ không nằm ở một chổ, người ta cho hiệu chỉnh sai lệch này bằng mặt kính Fresnel (Bạn xem hình, các mặt cong ở xa trục quang đã được chỉnh lại) Bạn thấy khi ở xa trục quang học, độ cong của mặt kính được hiệu chỉnh lại, với cách làm này, chúng ta sẽ có thể hội tụ nhiều tia sáng tốt hơn, trên một diện tích rộng lớn hơn và như vậy sẽ tăng được độ nhậy cao hơn và có góc dò rộng hơn.

Tìm hiểu kính Fresnel

3

2.2.2 Hệ thống điều khiển

2.2.2.1 Vi điều khiển sử dụng

Để có một bộ điều khiển ( Microcontroller ) linh hoạt thông minh, ổn định, phù hợp với hệ thống ứng dụng của mình thì việc lựa chọn được một chip điều khiển là vô cùng quan trọng và là yếu tố quyết định tới 90 % thành công việc thiết kế một bộ điều khiển

Hiện tại có một số loại chip điều khiển thường được dùng để thiết kế

ra các bộ điều khiển như là:

Họ 8051 của Atmel: AT89s51, AT89s52…

Họ AVR của Atmel: ATMEGA8, ATMEGA16, ATMEGA32, ATMEGA128

PIC của Microchip : Pic16F877A, DsPic30F4011, DsPic33f

3

ARM của Philip: ARM AT91SAM7,… ARM 7TDMI

PLC : S7 – 200, S7 – 300, Fx – 2N, Logo của Siemen…Khi tìm hiểu và làm việc với các MCU nhóm nhận thấy Pic là MCUphù hợp với ứng dụng trong đề tại này

Tổng quan về vi điều khiển PIC 16F877A

Bộ vi điều khiển ghi tắt là Micro – controller là mạch tích hợp trên một con chip có thể lập trình được, dùng để điểu khiển hoạt động của hệ thống Theo các tập lệnh của người lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lý thông tin, đo thời gian và tiến hành đóng mở một cơ cấu nào đó

Trong các thiết bị điện và điện tử các bộ vi điều khiển điều khiển hoạt động của ti vi, máy giặt đầu đọc lase, lò vi ba, điện thoại…Trong hệ thống sản xuất tự động, bộ vi điều khiển sử dụng trong robot, các hệ thống đo lường giám sát Các hệ thống càng thông minh thì vai trò của vi điểu khiển ngày cảng quan trọng hơn Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như: 6811 của Motorola, 8051 của Intel, Z8 của Zilog, PIC của

Microchip Technology…

Trong đề tài này nghiên cứu về PIC 16F877A vì nó khá dễ tìm hiểu và làm quen, nhất là với những người mới tiếp cận với dòng sản phẩm PIC Ngoài ra nó còn được các trường đại học trên thế giới mà đặc biệt là các nước ở Châu Âu xem như một môn học trong bộ môn vi điều khiển Nói như thế để ta có thể thấy được sự phổ biến rộng rãi của nó Hơn nữa Pic còn được rất nhiều nhà sản xuất phần mền tạo ra ngôn ngữ hỗ trợ cho việc lập trình ngoài ngôn ngữ Asembly như : MPLAB, CCSC, HTPIC,

MIRKROBASIC…

3

Hiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng, nhưng chúng ta có thể điểm qua một vài nét như sau:

• 8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Harvard sửa đổi, với tập lệnh rút gọn ( do vậy PIC thuộc loại RISC )

• Flash và Rom có thể tùy chọn 256 byte đến 256 kbyte

• Các cổng xuất/nhập ( mức logic thường từ 0V đến 5V, ứng với mức logic

0 và 1 )

• 8/16 bit Timer]

• Các chuẩn giao tiếp ngoại vi nối tiếp đồng bộ/ không đồng bộ

• Bộ chuyển đổi ADC

• Bộ so sánh điện áp

• MSSP Pripherap dùng cho các giao tiếp I2C, SPI

• Bộ nhớ nội EFPROM – có thể ghi/ xóa lên tới hàng triệu lần

• Modul điều khiển động cơ, đọc encoder

• Hỗ trợ giao tiếp USB

• Hỗ trợ điều khiển Ethernet

• Hỗ trợ giao tiếp CAN

• Hỗ trợ giao tiếp LIN

• Hỗ trợ giao tiếp IRDA

• DSP những tính năng xử lý tín hiệu số

Sơ đồ chân với chip loại cắm 40 chân:

3

Các chức năng cơ bản:

3

Các thông số về vi điều khiển PIC 16F877A

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có

độ dài 14 bit Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock Tốc

độ hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O

Có 8 kênh chuyển đổi A/D

Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:

• Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit

• Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế

độ sleep

• Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler

3

• Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rông xung

• Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C

• Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ

• Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR

Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

 Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần

 Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần

 Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm

 Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm

 Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming) thông Qua 2 chân

 Watchdog Timer với bộ dao động trong

 Chức năng bảo mật mã chương trình

 Chế độ Sleep

 Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau

3

2.2.2.2 Điều Khiển Không Dây Bằng Sóng RF

Trong cuộc sống hiện đại ngày nay, có lẽ ai cũng đã từng nghe tới các loại giao tiếp không dây như: Wifi, Bluetooth, hồng ngoại, RF, Trên thực tế đó được xem là các chuẩn giao tiếp không dây khác nhau, các chuẩn này hầu hết đều dựa trên hai công nghệ chính đó là: IR (InfraRed – dựa trên sóng hồng

3

ngoại) và RF (Radio Frequency - dựa trên sóng radio) Tùy theo phạm vi, điều kiện ứng dụng mà người ta dùng IR hay RF:

Giao tiếp IR

Sử dụng nhiều trong truyền nhận dữ liệu tốc độ cao, điều khiển từ xa

• Khoảng cách ngắn

• Cần hai thiết bị được kết nối trên đường truyền trong tầm ảnh hưởng của nó

• Không có vật cản ở giữa hai thiết bị

• Dễ dàng và rẻ tiền

Giao tiếp RF

• Sử dụng rất rộng rãi, như: bluetooth, cellphone, radio, satelite, wifi

• Tầm hoạt động rộng từ vài met với bluetooth, tới hàng triệu km (có thể dùng

để điều khiển robot trên sao hỏa)

• Không chỉ có hai thiết bị trên đường truyền

• Có thể vượt qua rất nhiều vật cản

Giao thức SPI cung cấp một giao thức nối tiếp đơn giản giữa MCU và thiết

bị ngoại vi Giống với các Bus nối tiếp khác như I2C, CAN hoặc USB , chuẩn giao tiếp SPI ngày càng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử, đặc biệt là trong giao tiếp trao đổi dữ liệu với các ngoại vi

3

Giao thức SPI được tích hợp trong một số loại thiết bị như:

• Các bộ chuyển đổi (ADC và DAC)

• Các loại bộ nhớ (EEPROM và FLASH)

• Các loại IC thời gian thực

• Các loại cảm biến (nhiệt độ, áp suất…)

• Và một số loại khác như: bộ trộn tín hiệu, LCD, Graphic LCD…

Giao tiếp SPI được thực hiện thông qua BUS 4 dây MISO, MOSI, SCK, SS nên đôi khi SPI còn được gọi là giao thức giao tiếp 4 dây:

 MISO: Master Input Slave Output

Trong VĐK PIC, chân MISO được kí hiệu là SDO

Chân MISO dùng để truyền dữ liệu ra khỏi Modun SPI khi đặt cấu hình là Slave và nhận dữ liệu khi đặt cấu hình là Master

 MOSI: Master Output Slave Input.

Trong VĐK PIC, chân MOSI được kí hiệu là SDI

Chân MOSI dùng để truyền dữ liệu ra khỏi Mođun SPI khi đặt cấu hình là Master và nhận dữ liệu khi đặt cấu hình là Slave

SPI TRONG VĐK PIC :

SPI Mode trong PIC cho phép 8 bit dữ liệu được truyền nhận đồng bộ 1 cách simultaneously Hỗ trợ hoạt động ở cả 4 Mode Để tiến hành hoạt động giao tiếp,

về cơ bản, 3 chân sau đây được sử dụng:

3