BÁO cáo hệ THỐNG NHÚNG đề tài xây DỰNG hệ THỐNG điều KHIỂN đèn THÔNG MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN: HỆ THỐNG NHÚNG ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN THÔNG MINH Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS Nguyễn Trọng Đức Phạm Tuấn Anh - 45353 Trần Văn Hưng - 45373 Đinh Xuân Hoàng - 45370 Đặng Hoài Ninh - 45393 Nguyễn Ngọc Sơn - 45462 Hải phòng, 2016 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, việc ứng dụng cho hệ thống nhúng ngày trở nên phổ biến: từ ứng dụng đơn giản điều khiển chốt đèn giao thông, đếm sản phẩm truyền băng chuyền, điều khiển tốc độ động cơ, thiết kế bảng quảng cáo điện tử… đến ứng dụng phức tạp như: điều khiển robot, hệ thống kiểm soát, điều khiển máy móc… Các hệ thống tự động trước sử dụng nhiều công nghệ khác hệ thống tự động hoạt động nguyên lý khí nén, thủy lực, rơle điện, mạch điện tử số, thiết bị máy móc tự động cam chốt khí… thiết bị, hệ thống có chức xử lý mức độ tự động thấp so với hệ thống tự động đại xây dựng tảng hệ thống nhúng Với mong muốn giới thiệu ứng dụng hệ thống nhúng thực tế, nhóm em đưa mô hình thiết kế hệ thống điều khiển đèn thông minh dùng cho phòng hội thảo chuyên ngành Trong trình thực đồ án môn học, nhóm em cố gắng thiết kế cho mô hình đơn giản nhất, ổn định nhất, nhiên vấn đề thời gian kinh nghiệm nên mô hình gặp phải vấn đề chưa thể khắc phục CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH BÀI TOÁN 1.1 Khảo sát phân tích toán Hiện hầu hết việc giám sát điều khiển đèn chiếu sáng phòng hội thảo điều khiển tay thông qua việc đóng mở công tắc, atomat, cầu dao… Điều thuận lợi đơn giản ta bật tắt đèn theo nhu cầu sử dụng Tuy nhiên, có ý thức tiết kiệm điện, giữ gìn thiết bị điện Vì thế, người nên đóng mở hệ thống đèn gây lãng phí điện năng, hao tổn thiết bị điện, gây hậu tiêu cực cho toàn xã hội Trên thị trường xuất số loại đèn thông minh, SmartLigh Hàn Quốc sản xuất: tích hợp sensor cảm ứng hồng ngoại thân nhiệt, đèn tự động bật có người vào vùng cảm ứng tắt đèn người SmartLight phù hợp với nhu cầu chiếu sáng thông minh bạn sân cổng, phòng khách, phòng ngủ, nhà vệ sinh, cầu thang, văn phòng… giúp bạn bật tắt đèn hoàn toàn tự động, mang lại an toàn, tiện nghi tiết kiệm điện Tuy nhiên thiết bị tích hợp điều khiển với đèn sản phẩm Do giá thành cao không thích hợp cho phòng cần lượng chiếu sáng lớn, không thay đổi loại bóng đèn theo yêu cầu Hệ thống giám sát điều khiển chiếu sáng sử dụng camera kết nối với máy tính để kiếm soát số người phòng, qua phát lệnh đóng mở công tắc tự bật tắt bóng đèn Hệ thống bật tắt đèn tự động sử dụng IC số mạch Logic cho phép ta dựa vào lượng người vào để đóng ngắt công tắc cách tự động Hệ thống cấu tạo đơn giản, rẻ, lập trình mà dựa vào mạch Logic … tính linh động không cao, khó chỉnh điều kiện làm thay đổi, có khả nâng cấp mở rộng hệ thống Với phòng hội thảo này, mà lưu lượng người không lớn kiểm soát việc người qua cửa ta hoàn toàn áp dụng hệ thống đèn thông minh sử dụng Vi điều khiển lập trình đề bật tắt đèn Điều vừa tiện lợi cho người: ứng dụng công nghệ tự động hóa vào sống người, đảm bảo đủ ánh sáng trình làm việc, góp phần tiết kiệm điện thời kì thiếu hụt điện 1.2 Lựa chọn giải pháp 1.2.1 Giải pháp công nghệ Qua phân tích trên, nhóm chúng em đưa giải pháp xây dựng hệ thống điều khiển đèn thông minh cho phòng hội thảo chuyên ngành: điều khiển bật tắt đèn qua việc kiểm soát lưu lượng người vào phòng Thu nhận tín hiệu xử lí tín hiệu, có người vào phòng, đèn bật bật, đèn chưa bật bật lên, người hết khỏi phòng tắt đèn Trong trình làm việc hệ thống hiển thị số người phòng để tiện cho việc kiểm tra, theo dõi 1.2.2 Giải pháp thiết kế • Để phát người ta dùng thu phát hồng ngoại mắc gần đặt cửa vào • Xử lý, điều khiển dùng vi điều khiển Pic: lập trình Pic nhận tín hiệu vào từ Led hồng ngoại, tính toán xử lí để đưa lện bật tắt đèn • Để thị ta dùng Led thanh: lấy tín hiệu từ Pic để thông báo xem tròng phòng có người • Điều khiển tắt/mở bóng đèn nhờ transistor cấp dòng cho rơle 1.2.3 Các yêu cầu • Hệ thống điều khiển đèn thông minh áp dụng cho phòng hội thảo • • • • • chuyên ngành: o Số lượng người tối đa 99 người o Phòng có cửa vào o Ở thời điểm có người qua cửa Có người vào bật đèn tắt đèn Hệ thống có chế độ làm việc tự động tay Làm việc với điện áp 220V/50Hz Sensor công nghệ tùy chọn Có khả nâng cấp, cải tiến CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ tổng quát Hệ thống điều khiển đèn thông minh gốm có khối chính: • Khối nguồn: cung cấp nguồn cho hệ thống • Khối cảm biến: sử dụng sensor hồng ngoại dùng để thu nhận tín hiệu người vào phòng, đưa tín hiệu thu vào chân Pic để xử lý Để nhận biết người vào hay ta dùng thu phát hồng ngoại mắc gần • Khối xử lý: dùng VDK Pic 16F877A để lấy tín hiệu từ cảm biến, tính toán, lưu trữ đưa khối hiển thị khối chấp hành • Khối hiển thị: lấy tín hiệu từ chân Pic để hiển thị số lượng người phòng Led • Khối chấp hành: nhận tín hiệu từ khối xử lý để thực đóng cắt tiếp điểm mạch động lực 2.2 Các module hệ thống 2.2.1 Module khối nguồn Module tạo điện áp chiều từ nguồn xoay chiều 220V để cung cấp cho linh kiện hệ thống Sử dụng biến áp để biến điện áp xoay chiều 220V thành xoay chiều 12V, dùng chỉnh lưu từ 12V xoay chiều sang 12V chiều, dùng IC 7805 ổn áp để lấy điện áp ổn định 5V ngõ 2.2.2 Module cảm biến Bộ phận cảm biến hệ thống sử dụng mạch thu phát hồng ngoại Led phát hồng ngoại nối với nguồn chiều qua điện trở R1, R2: phát ánh sáng hồng ngoại truyền tới Led thu Led thu hồng ngoại có chân: chân nối với nguồn qua R3, R4 đất, chân lấy tín hiệu đưa vào chân Vi xử lý Ở trạng thái bình thường, tín hiệu hồng ngoại truyền từ khối phát Led thu thu nhận, đầu tín hiệu mức cao( mức 1), có người cắt qua khiến Led thu tín hiệu, đầu cho tín hiệu mức thấp(mức 0) Để phân biệt người hay vào ta mắc Thu-Phát song song đặt cạnh Tín hiệu thu từ đầu Led thu đưa vào chân Vi xử lý để thực trình tính toán, kiểm tra, lưu trữ… 2.2.3 Module điều khiển trung tâm Khối điều khiển trung tâm dùng vi điều khiển Pic 16F877A Khi có tín hiệu ngắt từ thu hồng ngoại qua chân RB4 RB5 cổng B vi điều khiển kích hoạt ngắt cổng B từ RB4 đến RB7, qua thuật toán nạp Pic thực chương trình điều khiển đưa tới cổng A, C, D tín hiệu để điều khiển khối hiển thị( Led thanh) khối chấp hành(module động lực) Bộ tạo dao động dùng thạch anh 20M cung cấp nguồn dao động cho Pic Bộ Reset cấp nguồn 5V xác lập trạng thái ban đầu cho Pic 2.2.4 Module tương tác điều khiển (hiển thị) Để tiện cho việc kiểm tra theo dõi số người phòng, ta sử dụng Led mắc chung Anot với số người hiển thị tối đa 99 người Tín hiệu điều khiển từ vi xử lý đưa cổng C để bật tắt Led từ đến 7( tích cực mức dương) tương ứng với số từ đến cần hiển thị Để thị Led ta dùng thuật toán quét Led với tín hiệu đưa từ cổng D định Led hay Led bật 2.2.5 Module chấp hành Bộ phận chấp hành có Role nối với thiết bị điện Vi xử lý sau xử lý tín hiệu gửi lệnh điều khiển để đóng mở Transistor cấp nguồn cho cuộn dây Role(dòng áp) Đèn điện nối với nguồn 220V xoay chiều qua tiếp điểm Role, Role tác động đèn bật lên ngược lại đèn tắt Role tác động Để đảm bảo cho hệ thống làm việc chế độ tay tự động ta dùng công tắc vị trí: vị trí để làm việc tự động, vị trí 2/3 tương ứng với tắt/bật đèn 2.3 Lựa chọn linh kiện 2.3.1 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A 2.3.2 Một vài thông tin PIC 16F877a PIC bắt nguồn từ chữ viết tắt “Programmable Intelligent Computer” ( Máy tính khả trình thông minh) sản phẩm hãng General Instrument đặt cho dòng sản phẩm họ PIC 1650 Lúc Pic dùng để giao tiếp với thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16 bit CP1600, người ta gọi PIC với tên “ Peripheral Interface Controller” ( điều khiển giao tiếp ngoại vi) Năm 1985 General Instrument bán phận vi điện tử họ, chủ sở hữu (Microchip Technology) huỷ bỏ hầu hết dự án – lúc lỗi thời Tuy nhiên PIC bổ sung EEPROM để tạo thành điều khiển vào khả trình Ngày có nhiều dòng PIC sản xuất với hàng loạt modul ngoại vi tích hợp sẵn ( :USART, PWM, ADC…) với nhớ chương trình từ 512 word đến 32k word PIC sử dụng tập lệnh RISC, với dòng PIC low-end (độ dài mã lệnh 12 Bit ví dụ PIC12Cxxx) mid-range (độ dài mã lệnh 14 bit , ví dụ PIC16Fxxx), tập 10 lệnh bao gồm khoảng 35 lệnh, 70 lệnh dòng PIC high-end( có độ dài mã lệnh 16bit PIC18Fxxxx) Tập lệnh bao gồm lệnh tính toán ghi, số, vị trí ô nhớ, có lệnh điều kiện, nhảy/ gọi hàm, lệnh quay trở về, có chức phần cứng khác ngắt sleep( chế độ hoạt động tiết kiệm điện ) Microchip cung cấp môi trường lập trình MPLAB0, bao gồm phần mềm mô trình dịch ASM Hiện có nhiều dòng PIC có nhiều khác biệt phần cứng, điểm qua vài nét sau : • • • • 8/16/24/32 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Harvard Flash Rom tuỳ chọn 256 byte đến 256 kbybe Bộ nhớ nội EEPROM - ghi/ xoá lên tới hàng triệu lần Các cổng xuất/nhập (mức lôgic thường từ 0v đến 5v, ứng với mức logic • • • • • • 1, dòng khoảng vài chục mA) 8/16 bit timer Modun giao tiếp ngoại vi nối tiếp không đồng bộ: USART Modun giao tiếp ngoại vi song song (kiểu máy in) Bộ chuyển đổi ADC 10 bit nội gồm kênh đầu vào Module ngoại vi MSSP dùng cho giao tiếp I2C, SPI Modul CCP có chức o Comparator (so sánh) o Capture o PWM: dùng điều khiển động 11 2.3.3 Led hồng ngoại a Led phát Diode quang thường chế tạo gecmani silic Hình trình bày cấu tạo diode quang chế tạo silic Dùng làm thị tia lân cận xạ hồng ngoại Nguyên lý Led hồng ngoại làm việc chế độ: chế độ biến đổi quang điện chế độ nguồn quang điện Nguyên lý chế độ biến đổi quang điện: lớp p mắc vào cực âm nguồn điện, lớp n mắc vào cực dương nguồn điện Phân cực ngược nên chưa chiếu sáng có dòng điện nhỏ bé chạy qua ứng với dòng điện ngược (còn gọi dòng điện tối) Khi có quang thông dòng điện qua mối nối p-n tăng lên gọi dòng điện sáng Nguyên lý chế độ phát quang điện (pin mặt trời): quang thông, điện tích mối nối p-n giải phóng tạo sức điện động cực diode, làm xuất dòng điện chảy mạch Trị số sức điện động xuất nguồn phát quang điện phụ thuộc vào loại nguồn phát trị số quang thông 12 b Led thu Cấu tạo Nguyên lý Giả sử điều kiện phân cực cho IC hoàn chỉnh, IC nhận tín hiệu điều khiển từ diode phát quang, mạch khuếch đại OP-amp IC biến đổi dòng điện thu từ diode điện áp (điện áp khuếch đại) Tín hiệu điện áp đưa đến Smith triger để tạo xung vuông, xung có nhiệm vụ kích transistor ngõ hoạt động, lúc ngõ chân số IC mức thấp, tín hiệu ngõ tác động mức 0, dùng để điều khiển gián tiếp tải Khi ngăn ánh sáng chiếu vào ngược lại không hoạt động dẫn dòng 2.3.4 Led đoạn Trong thiết bị, để báo trạng thái hoạt động thiết bị người cho sử dụng với thông số dãy số đơn thuần, thường người ta sử dụng “Led đoạn” Led đoạn sử dụng thông số không đòi hỏi phức tạp, cần hiển thị số đủ, chẳng hạn Led đoạn sử dụng để thị nhiệt độ phòng, đồng hồ treo tường điện, hiển thị số lượng sản phẩm… Các điện trở kết nối để giới hạn dòng điện qua Led Led đoạn nối với nguồn 5V Ngõ nhận tín hiệu điều khiển Led đoạn có đường, dùng Port Vi điều khiển để điều khiển Led đoạn Như vậy, led đoạn nhận liệu bit từ vi điều khiển để điều khiển hoạt động sáng, tắt Led đơn nó, liệu xuất điều khiển Led đoạn thường gọi “mã hiển thị led đoạn” 13 2.3.5 Tụ điện Tụ điện linh kiện điện tử thụ động sử dụng rộng rãi mạch điện tử, chúng sử dụng mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động 2.3.6 Rơle Rơle công tắc điều khiển từ xa đơn giản, dùng dòng nhỏ để điều khiển dòng lớn dùng để bảo vệ công tắc nên xem thiết bị bảo vệ Một rơle điển hình điều khiển mạch điều khiển nguồn Kết cấu rơle gồm có lõi sắt, cuộn từ tiếp điểm 2.4 Sơ đồ nguyên lí mạch 14 15 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1 Thiết kế phần cứng Với đồ án môn học hệ thống nhúng với đề tài “Hệ thống bật tắt đèn thông minh”, việc thiết kế phần cứng mạch hệ thống cụ thể chia làm khối • • • • • Khối nguồn Khối cảm biến hồng ngoại Khối hiển thị Khối rơle chấp hành Khối điều khiển 3.2 Thiết kế phần mềm Mã lập trình: #include #use delay (clock=20M) int8 const LED7[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};// hien thi cac so tu 0-9 long i,L1,L2,ng,x,y,vao,ra; // khai bao cac bien // dieu khien den void den(ng) { if (ng==0) output_a(0);// so ng =0 thi tat den else output_a(1);// so ng =1 thi bat den } void led(ng) { L1=(ng/1)%10;// lay so hang don vi L2=(ng/10)%10;// lay so hang chuc 16 for(i=0;i[...]... tắc điều khiển từ xa đơn giản, nó dùng một dòng nhỏ để điều khiển một dòng lớn vì vậy nó được dùng để bảo vệ công tắc nên cũng được xem là một thiết bị bảo vệ Một rơle điển hình điều khiển mạch và cả điều khiển nguồn Kết cấu rơle gồm có một lõi sắt, một cuộn từ và một tiếp điểm 2.4 Sơ đồ nguyên lí của mạch 14 15 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1 Thiết kế phần cứng Với đồ án môn học hệ thống nhúng với đề. .. hẳn đã quay lại, gây ra lỗi hệ thống Để hệ thống này được ứng dụng trong thực tế thì còn rất nhiều vấn đề cần giải quyết: xử lí các lỗi trên, chống nhiễu, khả năng đóng cắt điện 220V hoặc cao hơn… Nếu giải quyết được các vấn đề trên thì khả năng ứng dụng của hệ thống này là rất cao, phù hợp với đời sống con người TÀI LIỆU THAM KHẢO • Bài giảng hệ thống nhúng – Khoa Công nghệ Thông tin Đại Học Hàng • •... dòng điện qua Led nếu Led 7 đoạn được nối với nguồn 5V Ngõ nhận tín hiệu điều khiển của Led 7 đoạn có 8 đường, vì vậy có thể dùng 1 Port nào đó của Vi điều khiển để điều khiển Led 7 đoạn Như vậy, led 7 đoạn nhận một dữ liệu 8 bit từ vi điều khiển để điều khiển hoạt động sáng, tắt của từng Led đơn trong nó, dữ liệu được xuất ra điều khiển Led 7 đoạn thường được gọi là “mã hiển thị led 7 đoạn” 13 2.3.5... nhận tín hiệu trước, led 7 đoạn hiển thị số người trong phòng là 00, tắt đèn 24 ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN Hệ thống bật tắt đèn thông minh sử dụng thu phát hồng ngoại và vi xử lí Pic cơ bản đáp ứng được yêu cầu môn học Hệ thống hoạt động tương đối ổn định và có khả năng nâng cấp, cải tiến hoặc dùng cho các mục đích khác Tuy nhiên, hệ thống vẫn còn có những khuyết điểm chưa thể khác phục được: khi có hơn 1... 14 15 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1 Thiết kế phần cứng Với đồ án môn học hệ thống nhúng với đề tài Hệ thống bật tắt đèn thông minh , việc thiết kế phần cứng của mạch hệ thống cụ thể được chia làm 5 khối cơ bản • • • • • Khối nguồn Khối cảm biến hồng ngoại Khối hiển thị Khối rơle chấp hành Khối điều khiển 3.2 Thiết kế phần mềm Mã lập trình: #include #use delay (clock=20M) int8 const LED7[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//... hiệu ngõ ra tác động ở mức 0, có thể dùng để điều khiển gián tiếp một tải nào đó Khi ngăn ánh sáng chiếu vào thì ngược lại không hoạt động dẫn dòng 2.3.4 Led 7 đoạn Trong các thiết bị, để báo trạng thái hoạt động của thiết bị đó người cho sử dụng với thông số chỉ là các dãy số đơn thuần, thường người ta sử dụng “Led 7 đoạn” Led 7 đoạn được sử dụng khi các thông số không đòi hỏi quá phức tạp, chỉ cần... số người 00, rơle chưa tác động, đèn tắt 20  Khi có người vào phòng, senso 1 có tín hiệu trước, Led 7 đoạn hiển thị số người trong phòng là 01, rơle tác động, đèn bật sáng 21  Khi có thêm 1 người vào phòng, Led 7 đoạn hiển thị 02, rơle tác động, đèn vẫn sáng 22  Khi có người ra khỏi phòng, senso 2 nhận tín hiệu trước, led 7 đoạn hiển thị số người trong phòng là 01, đèn vẫn sáng 23  Khi có người tiếp... có quang thông dòng điện qua mối nối p-n tăng lên gọi là dòng điện sáng Nguyên lý trong chế độ phát quang điện (pin mặt trời): khi quang thông, các điện tích trên mối nối p-n được giải phóng tạo ra sức điện động trên cả 2 cực của diode, do đó làm xuất hiện dòng điện chảy trong mạch Trị số sức điện động xuất hiện trong nguồn phát quang điện phụ thuộc vào loại nguồn phát và trị số của quang thông 12... chảy trong mạch Trị số sức điện động xuất hiện trong nguồn phát quang điện phụ thuộc vào loại nguồn phát và trị số của quang thông 12 b Led thu Cấu tạo Nguyên lý Giả sử điều kiện phân cực cho IC đã hoàn chỉnh, khi IC nhận tín hiệu điều khiển từ diode phát quang, mạch khuếch đại OP-amp của IC sẽ biến đổi dòng điện thu được từ diode ra điện áp (điện áp này được khuếch đại) Tín hiệu điện áp được đưa đến... lệnh điều kiện, nhảy/ gọi hàm, và các lệnh quay trở về, nó cũng có các chức năng phần cứng khác như ngắt hoặc sleep( chế độ hoạt động tiết kiệm điện ) Microchip cung cấp môi trường lập trình MPLAB0, nó bao gồm phần mềm mô phỏng và trình dịch ASM 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 : • • • • 8/16/24/32 bit CPU, xây dựng