Thiết kế hệ thống điều khiển đóng ngắt thiết bị điện và giao tiếp máy tính
1 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CƠ SỞ HỒ CHÍ MINH KHOA KĨ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ II - - 10 11 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NGOẠI VI 12 VÀ KỸ THUẬT GHÉP NỐI 13 14 Đề tài: 15 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÓNG NGẮT 16 THIẾT BỊ ĐIỆN VÀ GIAO TIẾP MÁY TÍNH 17 18 Giáo viên hướng dẫn 19 20 Nhóm THS PHẠM THẾ DUY 21 22 Niên khóa : 2008 – 2013 23 24 25 26 27 28 HỒ CHÍ MINH,3/2012 Page 29 Lời nói đầu Đất nước ta thời kỳ đổi mới, công nghiệp hoá, đại hoá, với 31xu hội nhập kinh tế quốc tế Sự phát triển doanh nghiệp, ngành nghề 32là quan trọng, đóng vai trò tiên cho vững bước lên đất nước 30 Ngành Điện tử - Viễn Thông Việt Nam, ngành có vai trò 34quan trọng kết cấu hạ tầng sở kinh tế quốc dân có 35đóng góp lớn lao cho lớn mạnh kinh tế, ổn định trị an ninh quốc 36phòng nước nhà 37 Ngày nay, việc ứng dụng cho hệ thống nhúng ngày trở nên phổ 38biến: từ ứng dụng đơn giản điều khiển chốt đèn giao thông định 39thời, đếm sản phẩm dây chuyền sản xuất, điều khiển tốc độ động điện 40một chiều, thiết kế biển quảng cáo dùng Led ma trận, đồng hồ thời gian 41thực….đến ứng dụng phức tạp hệ thống điều khiển robot, kiểm soát 42trong nhà máy hệ thống kiểm soát máy lượng hạt nhân Các hệ thống 43tự động trước sử dụng nhiều công nghệ khác hệ thống tự động 44hoạt động nguyên lý khí nén, thủy lực, rơle điện, mạch điện tử số, thiết 45bị máy móc tự động cam chốt khí thiết bị, hệ thống có chức 46năng xử lý mức độ tự động thấp so với hệ thống tự động đại xây 47dựng tảng hệ thống nhúng 48 Với mong muốn giới thiệu ứng dụng hệ thống nhúng đời 49sống đại, nhóm chúng em đưa mô hình thiết kế hệ thống điều khiển đèn 50dùng cho phòng học,khách sạn,quán bida 33 Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo đặc biệt THS.Phạm 52Thế Duy THS.Tôn Thất Bảo Đạt tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em, 53xin cảm ơn gia đình, bạn bè động viên để chúng em hoàn thành đồ án 54một cách tốt đẹp 51 55 56 HCM, ngày 28 tháng 03 năm 2012 57 Page 58 59 MỤC LỤC 60Lời nói đầu 61MỤC LỤC 62CHƯƠNG : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 63 1.1.Đặt vấn đề 64 1.2.Phân tích lựa chọn hệ thống 65 a)Yêu cầu hệ thống: .4 66 b)Lựa chọn phương án: .4 67 1.3.Xác định toán giới hạn đề tài 68 a)Xác định toán: 69 b)Giới hạn đề tài: 70CHƯƠNG :THIẾT KẾ HỆ THỐNG 71 2.1 Sơ đồ khối Master 72 2.2 Sơ đồ khối Slave 73CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CHUẨN TRUYỀN THÔNG NỐI TIẾP .8 74 3.1.Giới thiệu chuẩn RS-232 75 3.2.Giới thiệu chuẩn RS-485 10 76CHƯƠNG 4:GIỚI THIỆU LINH KIỆN SỬ DỤNG .16 77 4.1 Vi điều khiển Atmega 89C51 16 78 4.2 MAX 232 18 79 4.3 SN75176 19 80 4.4 Rờ-le .20 81 4.5 IC LM7805 .21 82CHƯƠNG : THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG 22 83 5.3 Khối rờ-le 23 84 5.4 Khối nguồn .23 85 5.5 Sơ đồ nguyên lý Slave 24 86CHƯƠNG : THIẾT KẾ PHẦN MỀM CHO HỆ THỐNG 25 87 4.1.Thiết kế phần mềm điều khiển Slave 25 88 4.2.Thiết kế phần mềm điều khiển Master 29 89 PHẦN CODE CHO CHƯƠNG TRÌNH 33 90 3.3.KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 38 91KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT 39 92TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 Page CHƯƠNG : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 93 94 951.1.Đặt vấn đề 96 97 Hiện hầu hết việc giám sát điều khiển chiếu sáng phòng 98công cộng điều khiển tay thông qua đóng mở công tắc, aptomat, 99cầu dao Điều thuận lợi đơn giản ta bật tắt đèn theo nhu cầu 100sử dụng Tuy nhiên, phòng công cộng nên việc bật tắt đèn người 101trực khu nhà làm Vì họ xác có người tới 102và người hết khỏi phòng họ biết phải quản lý 103nhiều phòng nên họ để điện đến hết ca trực, điều gây lãng phí điện 104lớn, đặc biệt hoàn cảnh nước ta thiếu điện cách trầm trọng 105nay Ngày máy tính có khắp nơi,và việc để sở hữu 107máy tính khó khăn.Các nhân viên văn phòng,phòng quản lý,phòng 108trực bảo vệ trang bị máy tính.Vậy lý mà ta không dùng máy 109tính đề ngồi chỗ điều khiển bặt tắt công cụ điện nơi thay phải 110đi bật công tắt 106 111 1121.2.Phân tích lựa chọn hệ thống 113a)Yêu cầu hệ thống: 114 115 116 - Giao diện người dung dễ sử dụng Điện áp hoạt động hệ thống không gây nguy hiểm đến người sử dụng Chi phí thấp 117b)Lựa chọn phương án: 120 Với yêu cầu tính trên, chúng em chọn thiết bị chính: - Vi điều khiển Atmega89C51 với khả làm việc ổn định,giá thành thấp dễ thay Page 118 119 121 1221.3.Xác định toán giới hạn đề tài 123a)Xác định toán: 124 125 126 127 Chúng ta cần quan tâm - Hệ thống đơn giản,không bị lỗi - Thuật toán điều khiển vi xử lý - Chương trình giao tiếp máy tính 128b)Giới hạn đề tài: 129 - 130 131 132 133 134 135 - Thông thường hệ thống giao diện với người dùng để bên ngoài, nên phải an toàn, tránh tác động ngoại cảnh Chi phí sản phẩm không 150.000vnđ Chịu dòng diện công suất lớn thời gian dài Linh hoạt khâu ứng dụng Làm việc ban ngày lẫn ban đêm Có khả nâng cấp, cải tiến 136 137 138 10 Page 139 140 CHƯƠNG :THIẾT 141 1422.1.Sơ đồ khối tổng thể hệ thống 143 KẾ HỆ THỐNG 144 145 146Hệ thống gồm Master Slave kết nối thông qua mạng truyền 147thông RS-485,từ máy tính ta điều khiển khối master bật tắt đèn theo ý 148muốn 149 PC (master): máy tính đóng vai trò master,điều khiển toàn hệ thống qua 150mạng truyền thông RS-485.Từ máy tính lệnh điều khiển hoạt động tất 151cả slave 152 RS-485: mạng truyền thông kết nối toàn hệ thống lại với 153 Slave: module nhận lệnh từ master để đóng ngắt rờ-le(đồng nghĩa 154với việc bật tắt đèn) 1552.1 Sơ đồ khối Master 156 11 12 Page 157Các tín hiệu từ cổng Com máy tính truyền qua khối chuyển đổi RS158485 để có mức tín hiệu phù hợp với chuản truyền thông RS-485 159 1602.2 Sơ đồ khối Slave 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 13 14 Khối rờ-le đóng ngắt Khối Vi Xử lý IC 89C51 Khối giao tiếp RS-485 RS-485 Mỗi Slave hệ thống đóng ngắt mạch diện điều khiển môt vi điều khiển AT89C51 Page 172 173 174 175 CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CHUẨN TRUYỀN THÔNG NỐI TIẾP 1763.1.Giới thiệu chuẩn RS-232 177 178Chuẩn giao tiếp RS232 có khả cung cấp dòng từ 10 mA đến 20 mA quy 179định: 180 Mức logic ứng với điện áp từ -3V đến -25V 181 Mức logic ứng với điện áp từ 3V đến 25V 182 Tất ngõ có đặc tính chống đập mạch 183 Chuẩn RS232 cho phép truyền tín hiệu với tốc độ lên đến 20.00 bps cáp truyền đủ ngắn lên đến 115.200 bps 185Định dạng khung truyền liệu theo chuẩn RS232 sau: Start D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 X X X X X X X X 184 P X Stop Khi không truyền liệu, đường truyền dạng trạng thái mark (điện 187 áp -10V) 188 Khi bắt đầu truyền, DTE đưa xung Start (space: 10V) 189 Sau truyền từ D0 đến D7 Parity 190 Cuối xung Stop (mark: -10V) để khôi phục trạng thái đường 191 truyền 192Các đặc tính kỹ thuật chuẩn RS232 sau: Chiều dài cable cực đại 15m Tốc độ liệu cực đại 20Kbps Điện áp ngõ cực đại ± 25V Điện áp ngõ có tải ± 5V đến ± 15V Trở kháng tải 3K đến 7K Điện áp ngõ vào ± 15V Độ nhạy ngõ vào ± 3V Trở kháng ngõ vào 3K đến 7K 186 193Các tốc độ truyền liệu thông dụng cổng nối tiếp là: 1200 bps, 4800 bps, 1949600 bps 19200 bps 195Để biết tham số chuẩn giao tiếp RS232 hệ điều hành bạn 196như bạn kích phải chuột vào biểu tượng My Computer, chọn 197Properties, chọn 198Tab HardWare chọn Device Manager có tree Bạn chọn Port (Com 199& 200LPT), kích chuột phải vào Communication Port (COM1) Chuyển sang tab Port 201Setting 15 16 Page 202sẽ thấy tham số mà cần thiết lập bao gồm tần số bus, Data Bits, 203Parity 204Bits, Stop Bits, Handshaking, 205 Cổng COM 206Cổng COM gọi cổng nối chuẩn RS-232.Cổng COM sử dụng 207khá phổ biến liệu cổng COM thuộc liệu dạng nối tiếp 208Cổng nối tiếp sử dụng để truyền liệu hai chiều máy tính ngoại vi, 209có ưu điểm sau: 210 211 212 213 214 215 216 - Khoảng cách truyền xa truyền song song Số dây kết nối Có thể truyền không dây dùng hồng ngoại Có thể ghép nối với vi điều khiển hay PLC (Programmable Logic Device) Cho phép nối mạng Có thể tháo lắp thiết bị lúc máy tính làm việc Có thể cung cấp nguồn cho mạch điện đơn giản 217 Các thiết bị ghép nối chia thành loại: DTE (Data Terminal Equipment) 218DCE (Data Communication Equipment) DCE thiết bị trung gian 219MODEM DTE thiết bị tiếp nhận hay truyền liệu máy tính, PLC, 220vi điều khiển, … Việc trao đổi tín hiệu thông thường qua chân RxD (nhận) 221TxD (truyền) Các tín hiệu lại có chức hỗ trợ để thiết lập điều khiển 222quá trình truyền, gọi tín hiệu bắt tay (handshake) Ưu điểm 223trình truyền dùng tín hiệu bắt tay kiểm soát đườngtruyền.Tín hiệu truyền 224theo chuẩn RS-232 EIA (Electronics Industry Associations) 225 226 Các phương thức nối DTE DCE: 227 - Đơn công (simplex connection): liệu truyền theo hướng 228 - Bán song công ( half-duplex): liệu truyền theo hướng, thời 229 điểm 230 - truyền theo hướng 231 - Song công (full-duplex): số liệu truyền đồng thời theo hướng 232 - Cổng COM có hai dạng: đầu nối DB25 (25 chân) đầu nối DB9 (9 chân) 233 234 235 Hình 3.3: đầu nối DB25 DB9 236 237 238 Hình 3.4: cổng DB9 máy tính 17 18 Page 239Đầu nối DB9 mô tả bảng sau : D9 Tín hiệu DCD Hướng truyền DCE → DTE RxD TxD DTR DCE → DTE DTE →DCE DTE →DCE GND DSR DCE → DTE RTS DTE →DCE CTS DCE →DTE RI RI DCE →DTE Mô tả Data carier detect: DCE phát sóng mang Received data: liệu nhận Transmitted data: liệu truyền Data terminal ready: DTE sẵn sàng làm việc Ground: nối đất (0V) Data set ready: DCE sẵn sàng làm việc Request to send: DTE yêu cầu truyền liệu Clear to send: DCE sẵn sàng nhận liệu Ring indicator: báo chuông 240 241 2423.2.Giới thiệu chuẩn RS-485 243 244 245 246 Hình – Chuẩn giao tiếp RS485 247 248 Đặc tính mạng RS485 249 250 Đặc tính điện học: sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch đối xứng hai dây 251dẫn A B 252 Nhờ giảm nhiễu cho phép tăng chiều dài dây dẫn (có thể lên 253đến 1200m) 254 Điện áp chênh lệch dương tương ứng với trạng thái logic âm tương 255ứng với trạng thái logic Điện áp chênh lệch đầu vào dây nhận xuống 256tới 200mV 257 19 20 Page 10 570Phần code viết chương trình uVision 571 572#include 573#include 574#include 575 576unsigned char data_; 577unsigned char i,den,my_add; 578 579void delay(unsigned int time) 580 { 581 unsigned int m; 582 for(m=0;m