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 - - T Đề : N ê ứu lý uyế lắ rá modul đ ều k ể 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 Gả vê ướ dẫ (Ký ghi rõ họ tên) Lờ ảm Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới thầy cô giáo trường Đại Học Công 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 đ , tr c tiếp ch bảo, hướng d n em suốt trình làm th c tập tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà cịn học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, điều cần thiết cho em trình học tập công tác sau Sau em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn b động viên, đóng góp ý kiến giúp đ q trình học tâp, nghiên cứu hồn thành th c tập tốt nghiệp Đề tài hồn thành khơng th tránh kh i thiếu sót định Em mong nhận s góp ý quý báu thầy cô giáo bạn Em xin chân thành cảm ơn i 03-2016 Mục lục Lời cảm ơn .1 Bảng ký hiệu viết tắt .6 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .7 I Cơ sở lý II Ý uyế ĩa ễ CHƯƠNG 2: CÁC HỌ VI ĐIỀU KHIỂN THÔNG DỤNG Họ v đ ều k ể 8051 I V đ ều k ể 8051 V đ ều k ể 8052 24 V đ ều k ể 8031 25 II HỌ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 25 K ế rú PIC 26 Cá dò N PIC ữl rì l a ọ v đ ều k ể PIC 27 o PIC 28 V đ ều k ể PIC16F877A 28 III HỌ VI ĐIỀU KHIỂN AVR 33 Sơ lượ k ế Cấu rú rú VĐK 33 34 N ắ N oà 37 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MODUL ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH 41 Cơ sở lý I uyế 41 K V đ ều k ể ATMEGA 41 G ao Tổ II ứ 1-Wire 43 qua ảm b ế qua Quy rì Hướ 46 ế kế ộ du ế kế 47 ế kế 48 T ế kế III Kế lu ứ 48 58 Về ưu đ ểm 59 Về Hướ ượ đ ểm 59 r ể 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 59 Bả Ký u ký uvế ắ V ế đ y đủ Gả í VĐK Vi Điều Khi n PIC CPU Programmable Intelligent Computer Central Processing Unit Máy tính khả trình thơng minh Bộ xử lý trung tâm ROM Read-only Memory Bộ nhớ ch đọc RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ng u nhiên CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI I Cơ sở lý uyế Khi sống người nâng cao, nhu cầu sống ngày đòi h i phải hỗ trợ tốt Và từ nhu cầu th c tế ý tưởng ngơi nhà thơng minh mà nơi ngồi s ấm áp tình yêu hạnh phúc, hoạt động người hỗ trợ giúp đ cách linh hoạt, khơng giúp đ mà ngơi nhà cịn t động quản lý cách thông minh Ngày với s phát tri n mạnh mẽ vượt bậc khoa học kỹ thuật, đặc biệt s phát tri n vi điều n 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 n giám sát môi trường: hệ thống đảm b a nhiệt độ, hệ thống đảm bảo ánh sáng…, mạch đóng ngắt, điều n vào, giám sát cảnh báo cháy…, thành hệ thống mạng thống II Ý ĩa ễ Chúng ta không th phủ nhận lợi ích việc nghiên cứu phát tri n nhà thơng minh tới đời sống tại, mang lại tính tiện nghi, thoải mái, sang trọng, an toàn cho sống nhiều âu lo, vất vả ngày Khơng 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, khơng phải dành q nhiều tâm trí việc quản lý ngơi nhà, mà người có th dành thời cho nhiều việc khác Chúng ta gần tương tác đươc vật liệu mà trước gần không th Và ngơi nhà có nhìn hồn tồn mới, th c s vật th t vận hành đ phục vụ người Giờ ta hồn tồn hãnh diện với ngơi nhà th dẳng cấp s chuyên nghiệp, đại, phong cách mà đặc trưng ta muốn có Với tiêu chí khóa luận lần em trình vày cách xây d ng thiết kế modul điều n nhiệt độ ánh sáng nhà thông minh CHƯƠNG 2: CÁC HỌ VI ĐIỀU KHIỂN THÔNG DỤNG Vi điều n máy tính tích hợp chíp, thường sử dụng đ điều n thiết bị điện tử Vi điều n, th c 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 t tương t sang số, Ở máy tính mơ đun thường xây d ng chíp mạch ngồi Vi điều n thường dùng đ xây d ng hệ thống nhúng Nó xuất nhiều dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, đầu đọc DVD,thiết bị đa phương tiện, dây chuyền t động, v.v Các họ vi điều n nay: Họ v đ ều k ể AMCC (do tập đoàn "Applied Micro Circuits Corporation" sản xuất) Từ tháng năm 2004, họ vi điều n phát tri n tung thị trường IBM + 403 PowerPC CPU + PPC 403GCX Họ v đ ều k ể A mel + Dòng 8051 (8031, 8051, 8751, 8951, 8032, 8052, 8752, 8952) + Dòng Atmel AT91 (Kiến trúc ARM THUMB) Họ v đ ều k ể Cy ress M roSys ems + CY8C2xxxx (PSoC) Họ v đ ều k ể Frees ale Semiconductor Từ năm 2004, vi điều n phát tri n tung thị trường Motorola + Dòng 8-bit Họ v đ ều k ể Fuj su + F²MC Family (8/16 bit) + FR Family (32 bit) + FR-V Family (32 bit RISC) Họ v đ ều k ể I el + Dòng 8-bit + Dòng 16-bit + Dòng 32-bit Họ v đ ều k ể M ro + 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 n 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 v đ ều k ể 8051 V đ ều k ể 8051 a Tóm tắt lịch sử 8051 Vào năm 1981 hãng Intel giới thiệu số vi điều n gọi 8051 Bộ vi điều n 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 ch có thẻ làm việc với bit liệu thời m Dữ liệu lớn bit đƣợc chia thành liệu bit đ cho xử lý 8051 có tất cổng vào I/O cổng rộng bit (hình vẽ) Mặc dù 8051 có ROM chíp c c đại 64Kbyte, nhà sản xuất lúc xuất xưởng ch với 4Kbyte Rom chíp 8051 trở nên phổ biến sau Intel cho phép nhà sản xuất khác sản xuất bán dạng biến th 8051 mà họ thích với điều kiện họ phải đ lại mã tương thích với 8051 Điều d n đến s đời nhiều phiên 8051 với tốc độ khác dung lượng Rom chíp khác Điều quan trọng có nhiều biến th 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 Bả 2.1 Các đặc tính 8051 Đặc tính Số lượng ROM chip 4Kbyte RAM 128 byte Bộ định thời Các chân vào 32 Cổng nối tiếp 10 - 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 t -số (SCRATCHPAD) Khi hoạt động, DS18B20 t động biến đổi nhiệt độ thu từ cảm biến thành giá trị số, truyền thiết bị chủ giao thức 1-Wire Bả 3.1 mô tả quan hệ nhiệt độ th c giá trị số Bảng 3.1 Giá trị số tương ứng biến đổi tương ứng nhiệt đ thực Tổ qua ảm b ế qua Quang trở loại "vật liệu" điện tử hay gặp sử dụng mạch cảm biến ánh sáng Có th hi u 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 ngồi nắng, nơi có ánh sáng điện trở giảm 46 Là điện trở có trị số giảm chiếu sáng mạnh Điện trở tối (khi không chiếu sáng - bóng tối) thường 1M, trị số giảm nh có th 100 chiếu sáng mạnh Nguyên lý làm việc quang điện trở ánh sáng chiếu vào chất bán d n (có th Cadmium sulfide – CdS, Cadmium selenide – CdSe) làm phát sinh điện tử t do, tức s d n điện tăng lên làm giảm điện trở chất bán d n Các đặc tính điện độ nhạy quang điện trở dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu dùng chế tạo Về phương diện lượng, ta nói ánh sáng cung cấp lượng E=h.f đ điện tử nhảy từ dãi hóa trị lên dãi d n điện Như lượng cần thiết h.f phải lớn lượng dải cấm II Quy rì ế kế ộ du ế kế 47 Hướ ế kế Chúng ta dùng vi điều n AVR đ điều n lấy liệu nhiệt độ từ cảm biến nhiệt độ DS18B20, cho hi n thị lên led Cho cảm biến ánh sáng nhận biết ánh sáng điều n bóng đ n tắt mở T ế kế ứ a Sơ đồ nguyên lý Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý b Sơ đồ mạch in 48 Hình 3.6 Sơ đồ mạch in i V ế ươ rì đ ều k ể o mạ /***************************************************** 49 Project : Nghien Cuu Ly Thuyet Nha Thong Minh 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 50 #include #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) { 51 } 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;} 52 if(so==6){a=c=d=e=f=g=0;b=1; } 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; 53 } 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; 54 TCCR0=0x05; 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; 55 TCNT2=0x00; 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 56 // Analog Comparator: Off // 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 57 // Wire Data port: PORTD // 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 Kế lu 58 Về ưu đ ểm  Mạch lấy liệu nhiệt độ hi n thị xác,ổn định  T lệ sai số nh  Độ chia nh (0.5 độ)  Cảnh báo nhiệt độ cao  Mạch t động tắt đ n trời tối Về ượ đ ểm  Thời gian lấy m u lâu  Mạch điều n thiết bị  Không hoạt động cúp điện Hướ rể  Đề tài cần tích hợp thêm hệ thống thông minh khác như: chống trộm, hệ thống đóng mở cửa t động… kết hợp với hệ thống điều n modul sim, camera giám sát  Hệ thống bảo bảo nhiệt độ cần kết hợp với thiết bị nhà đ điều ch nh nhiệt độ cho phù hợp, phòng cháy khong có người nhà  Mạch điều n cần tích hợp IC nhớ, nguồn tích trữ nhà bị cúp điện Trong trình th c đề tài khơng tránh kh i sai sót, em mong nhận s chia sẻ, ch bảo thầy cô bạn b Em xin chân thành cảm ơn TÀI LIỆU THAM KHẢO: - https://vi.wikipedia.org/wiki/Vi_điều_khi n 59 - http://ket-noi.com/ - http://www.hocavr.com/ - ……………… 60