Thiết kế hệ thống bộ điều khiển thiết bị điện tự động

LỜI CAM ĐOAN LỜI CAM ĐOAN Kính thưa: Hội đồng bảo vệ đồ án tốt nghiệp khoa Điện Tử- Viễn Thông trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Em tên là: Hồ Viết Thành Sinh viên lớp 11DT3, khoa Điện tử-Viễn thông, trường đại học Bách Khoa ĐàNẵng Em xin cam đoan nội dung đồ án chép đồ án công trình có từ trước Em xin chân thành cảm ơn.! Đà Nẵng, tháng năm 2016 Sinh viên thực Hồ Viết Thành MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU Hiện hầu hết việc giám sát điều khiển chiếu sáng phòng họp điều khiển tay thông qua đóng mở công tắc, aptomat, cầu dao… Điều thuận lợi đơn giản ta bật tắt đèn theo nhu cầu sử dụng Tuy nhiên, lấy bối cảnh phòng họpthì việc bật tắt đèn phụ thuộc vào số người phòng, xác có người vào người hết khỏi phòng Điều gây lãng phí điện lớn, đặt biệt hoàn cảnh nước ta thiếu điện cách trầm trọng Để giải vấn đề em thực đồ án: Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện tự động Hệ thống điều khiển dựa vào cảm biến hồng ngoại xác định số người vào cổng từ điều khiển đèn phòng họp cho hợp lý Đồng thời sử dụng cảm biến ánh sáng để xác định tắt bật đèn phù hợp vào ban ngày ban đêm Trong trình thực đồ án nhiều thiếu sót, kính mong quý thầy cô góp ý hướng dẫn giúp em hoàn thiện đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Nội dung đồ án gồm chương: Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG LỜI MỞ ĐẦU Chương 3: THI CÔNG HỆ THỐNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chương Trong chương trình bày nội dung sau: - Khảo sát phân tích hệ thống có công trình thực tế đưa - ý tưởng đề tài đồ án Lựa chọn giải pháp để đưa hệ thống điều khiển thiết bị điện tự động Đưa yêu cầu cần đạt đề tài 1.2 Khảo sát phân tích toán Trên thị trường hiệnnay có số thiết bị bật tắt đèn thông minh, SmartLight Hàn Quốc sản xuất Được tích hợp sensor cảm ứng hồng ngoại thân nhiệt, đèn tự động đượcbật có người vào vùng cảm ứng tắt người SmartLight phù hợp với nhu cầu chiếu sáng thông minh bạn sân, cổng, phòng khách, phòng ngủ, phòng vệ sinh, cầu thang, văn phòng… giúp bạn bật tắt đèn hoàn toạn tự động ,mang lại an toàn, tiện nghi tiếp kiệm điện…Tuy nhiên thiết bị tích hợp điều khiển với đèn sản phẩm Do giá thành cao không thích hợp phòng cần chiếu sáng lớn, không thay đổi loại bóng đèn theo yêu cầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Đèn thông minh Smartlight Ngoài ra, có hệ thống giám sát điều khiển chiếu sáng sử dụng camera kết hợp với máy tính để kiểm soát số người phòng, qua phát lệnh đóng mở công tắc bóng đèn Hệ thống có cấu tạo đơn giản, rẻ, lập trình mà dựa vào mạch logic, tính linh động không cao, khó chỉnh định điều kiện làm việc thay đổi, có khả nâng cấp hệ thống Hình 1.1 Hệ thống camera giám sát Từ hệ thống trên, với phòng họp mà lưu lượng người không lớn kiểm soát việc đếm người qua cửa ta hoàn toàn áp dụng hệ thống điều khiển thiết bị điện tự động phòng họp Sử dụng vi điều khiển lập trình để bật đèn có người tắt người Điều CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI vừa tiện lợi cho người: ứng dụng công nghệ tự động hóa vào sống người, đảm bảo ánh sáng trình làm việc đồng thời góp phần giải vấn đề tiết kiệm điện 1.3 Lựa chọn giải pháp 1.1.1 Giải pháp công nghệ Qua phân tích trên, em đưa giải pháp xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị điện tự động: điều khiển bật tắt đèn qua việc kiểm soát lượng người ra, vào phòng Thu nhận tín hiệu xử lý tín hiệu, có người vào phòng, hệ thống tự động bật đèn để cung cấp đủ ánh sáng phòng Trường hợp số người rời khỏi phòng hệ thống tắt hết đèn Trong trình làm việc hệ thống hiển thị số người phòng để tiện cho việc kiểm tra, theo dõi, điều chỉnh lượng ánh sáng cho phù hợp Đồng thời hệ thống xác định ban ngày ban đêm để bật đèn cho hợp lý xác 1.1.2 Giải pháp thiết kế Để phát người vào ta dùng thu phát cảm biến hồng ngoại mắc gần đặt cửa vào Xử lý, điều khiển dùng vi điều khiển AT89S52, để nhận tín hiệu vào từcảm biến hồng ngoại, tính toán xử lý để đưa lệnh bật tắt đèn Hiển thị lên LCD để thông báo số người phòng để điều khiển bóng đèn 1.1.3 Các yêu cầu Hệ thống điều khiển đèn thông minh áp dụng cho lớp học: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI         1.1.4 Số lượng người phòng tối đa không 99 người Phòng gồm cửa vào Ở thời điểm có người qua cửa Cửa cao 2.5m rộng 2m Người vào bật đèn hết tắt đèn Làm việc với điện áp 220V/50Hz Sensor công nghệ tùy chọn Có khả nâng cấp cải tiến Giới hạn hạn định     Làm việc ban ngày lẫn ban đêm Thu nhận tín hiệu liên tục có người vào Nhiệt độ môi trường: nhà 10 – 40 độ C Hệ thống cấp điện từ đầu 1.4 Kết luận chương Trong chương em trình bày tổng quan thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện tự động Đưa giải pháp yêu cầu cần đạt để thiết kế hệ thống CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 1.5 Giới thiệu chương Trong chương trình bày nội dung: - Xây dụng sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển thiết bị điện tự động Lựa chọn linh kiện cần sử dụng Phân tích tính toán module hệ thống Đưa sơ đồ nguyên lý mạch Thuật toán điều khiển hệ thống 1.6 Sơ đồ tổng quát KHỐI NGUỒN KHỐI CHẤP HÀNH KHỐI CẢM BIẾN KHỐI XỬ LÝ AT89S52 KHỐI HIỂN THỊ Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thốngđiều khiển thiết bị điện thông minh  Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho hệ thống  Khối cảm biến: Sử dụng sensor cảm biến hồng ngoại dùng để thu nhận tín hiệu người vào phòng, đưa tín hiệu thu vào AT89S52 Để nhận biết người vào hay ta dùng thu phát hồng ngoại mắc gần  Khối xử lý AT89S52: Dùng vi điều khiển AT89S52 để lấy tín hiệu từ cảm biến, tính toán, lưu trữ đưa khối hiển thị khối chấp hành CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG  Khối hiển thị: Lấy tín hiệu từ chân AT89S52 để hiển thị số người có phòng LCD  Khối chấp hành: Nhận tín hiệu từ khối xử lý để thực đóng cắp tiếp điểm mạch động lực 1.7 Lựa chọn linh kiện 2.1.1 Vi điều khiển AT89S52 2.3.1.1Sơ đồ chân vi điều khiển AT89S52: C C 31 30p 19 12M H z 30p 18 R ST 1 1 5 U E A /V P X1 X2 R ESET IN T IN T T0 T1 P P P P P P P P 1 1 P P P P P P P P 0 P P P P P P P P 2 2 R D W R PSEN A L E /P TXD R XD 3 3 3 3 2 2 2 2 2 1 1 8051 Hình 2.2 Kiến trúc vi điều khiển AT89S52 IC vi điều khiển 89S52 thuộc họ MCS51 có đặc điểm sau : - Bộ nhớ chương trình bên 4kbyte ROM RAM liệu chip 128 byte I/O hai chiều port (mỗi port bit) 32 đường định địa riêng rẽ Hai định thời 16 bits UART full duplex 64KB không gian nhớ chương trình 10 CHƯƠNG 3: THI CÔNG HỆ THỐNG CHƯƠNG 1.12 THI CÔNG HỆ THỐNG Giới thiệu chương Trong chương trình bày nội dung: 1.13 Lắp ráp thi công mạch Kiểm tra kết qua mạch thực tế Thiết kế phần cứng Với đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện tự động” chia làm khối là:  Khối nguồn Hình 3.1 Mạch khối nguồn 43 CHƯƠNG 3: THI CÔNG HỆ THỐNG  Khối cảm biến hồng ngoại Hình 3.2 Mạch cảm biến hồng ngoại  Khối hiển thị Hình 3.3 Mạch thị LCD 44 CHƯƠNG 3: THI CÔNG HỆ THỐNG  Khối rơ le chấp hành Hình 3.4 Mạch điều khiển rơle  Khối điều khiển trung tâm Hình 3.5 Mạch điều khiển trung tâm AT89S52 1.14 Thiết kế phần mềm 45 CHƯƠNG 3: THI CÔNG HỆ THỐNG Để viết chương trình điều khiển ta sử dụng ngôn ngữ C viết phần mềm KeilC Chương trình gồm chương trình con: thời gian trễ“void delay(int t)” ; hiển thị lên LCD “void hienthi(int num)”; đếm số người vào “int dem()” chương trình  Mã lập trình Chương trình chính: #include "main.h" #include "var.h" int k=0; void delay(int t) { int x,y; { for(x=1;x>3)&1; 54 PHẦN PHỤ LỤC } // Ham Gui Lenh Cho LCD void LCD_SendCommand (unsigned char command ) { LCD_Send4Bit ( command >>4 );/* Gui bit cao */ LCD_Enable () ; LCD_Send4Bit ( command ); /* Gui bit thap*/ LCD_Enable () ; } // Ham Khoi Tao LCD void LCD_Init ( void ) { LCD_Send4Bit(0x00); delay_ms(20); LCD_RS=0; LCD_RW=0; LCD_Send4Bit(0x03); LCD_Enable(); delay_ms(5); LCD_Enable(); delay_us(100); LCD_Enable(); 55 PHẦN PHỤ LỤC LCD_Send4Bit(0x02); LCD_Enable(); LCD_SendCommand( 0x28 ); // giao thuc bit, hien thi hang, ki tu 5x8 LCD_SendCommand( 0x0c); // cho phep hien thi man hinh LCD_SendCommand( 0x06 ); // tang ID, khong dich khung hinh LCD_SendCommand( Clear_LCD ); // xoa toan bo khung hinh } void LCD_Gotoxy(unsigned char x, unsigned char y) { unsigned char address; if(!y) address = (Line_1+x); else address = (Line_2+x); delay_ms(5); LCD_SendCommand(address); delay_ms(5); } // Ham Xoa Man Hinh LCD void LCD_Clear() { LCD_SendCommand( Clear_LCD ); 56 PHẦN PHỤ LỤC delay_us(100); } // Ham Gui Ki Tu Len LCD void LCD_PutChar ( unsigned char Data ) { LCD_RS=1; LCD_SendCommand( Data ); LCD_RS=0 ; } void LCD_Puts (char *s) { while (*s) { LCD_PutChar(*s); s++; } }  Delay:  B DATASHEET 57 [...]... CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Hình 2.16 Module điều khiển trung tâm Khối điều khiển trung tâm dùng vi điều khiển AT89S52 Khi có tín hiệu ngắt từ bộ thu hồng ngoại qua các chân P3.5, P3.6 của port 3 thì vi điều khiển sẽ kích hoạt , vi điều khiển sẽ thực hiện chương trình điều khiển đưa tới các khối hiển thị và khối chấp hành 34 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Vi điều khiển AT89S52 hoạt động với tốc độ xung... mạch tích hợp bộ điều chỉnh điện áp Đây là một dòng IC của họ 78xx điều chỉnh điện áp tuyến tính cố định Nguồn điện áp trong mạch có thể có biến động và sẽ không cho lượng điện áp cố định Các vi mạch điểu chỉnh điện áp duy trì điện áp đầu ra tại một giá trị không đổi Các IC 78xx cho biết lượng điện áp cố định nó được thiết kế để cung cấp IC 7805 cung cấp nguồn +5V 29 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Hình 2.13... mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động Hình 2.11 2.1.8 Rơ le 28 Một số loại tụ điện CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Rơ le là một công 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 rơ le điển hình điều khiển mạch và cả điều khiển nguồn Kết cấu rơle gồm một lõi sắt, một cuộn từ và... có bộ nhớ chương trình, bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển thời gian và logic 11 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.3.1.3 Hoạt động của bộ xử lý trung tâm Đơn vị xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ dao động, ngoài ra còn có khả năng đưa một tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài.Chương trình đang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối điều khiển ngắt ở bên trong Các nguồn ngắt có thể là giao diện nối tiếp Hai bộ. .. 27 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.3.6.2 Nguyên tắc hoạt động của transistor Trong chế độ tuyến tính hay còn gọi là chế độ khuếch đại, transistor là phầntử khuếch đại dòng điện với dòng Ic bằng β lần dòng bazo (dòng điều khiển) Trong đó β là hệ số khuếch đại dòng điện: Ic = β.Ib Hình 2.10 2.1.7 Hình ảnh transistor Tụ điện Tụ điện là linh kiện tự thụ động được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử, chúng... thể là một đường điều khiển của bus địa chỉ hay bus dữ liệu hoặc là mỗi chân hoạt động một cách độc lập để giao tiếp với các thiết bị đơn bit như công tắc, LED, transistor… 12 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG  Port 0 Là port có 2 chức năng, ở trên chân từ 32 đến 39 của AT89S52 Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dung bộ nhớ ngoài, port 0 được sử dụng như là những cổng I/O Còn trong các thiết kế lớn có yêu cầu... ngoài 1 INT1 Ngõ vào TIMER 0 13 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG P3.5 T0 Ngõ vào của TIMER 1 P3.6 T1 Điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ P3.7 ÖWR Điều chỉnh đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài RD Bảng 2.1 Chức năng của các chân trên port3  PSEN (Program Store Enable) AT89S52 có 4 tín hiệu điều khiển, PSEN là tín hiệu ra trên chân 29 Nó là tín hiệu điều khiển để cho phép truy xuất bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được... nhớ trên chip là hạn chế Khi thiết kế các ứng dụng đòi hỏi bộ nhớ lớn người ta có thể dùng bộ nhớ ngoài 2.3.1.6 Bộ nhớ chương trình Bộ nhớ chương trình là bộ nhớ chỉ đọc, là nơi lưu trữ chương trình của vi điều khiển Bộ nhớ chương trình của họ 8051 có thể thuộc một trong các loại sau ROM, EPROM, FLASH hoặc không có bộ nhớ chương trình trên chip Với họ vi điều khiển 89xx, bộ nhớ chương trình được tích... bạn muốn mở rộng bộ nhớ chương trình thì chúng ta phải dùng bộ nhớ ngoài với dung lượng tối đa là 64Kbyte 2.3.1. 7Bộ nhớ dữ liệu Bộ nhớ dữ liệu tồn tại độc lập so với bộ nhớ chương trình Họ vi điều khiển 8051 có bộ nhớ dữ liệu tích hợp trên chip nhỏ nhất là 128byte và có thể mở rộng với bộ nhớ dữ liệu ngoài lên tới 64kByte Bộ nhớ dữ liệu được phân chia như sau: 17 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG * Các băng... chế độ biến đổi quang điện và chế độ nguồn quang điện Nguyên lý trong chế độ biến đổi quang điện: Lớp p được mắc vào cực âm của nguồn điện, lớp n mắc vào cực dương Phân cực ngược nên khi chưa chiếu sáng thì 22 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG có dòng điện nhỏ bé chạy qua ứng với dòng điện ngược (còn gọi là dòng điện tối) Khi có quang thông dòng điện qua mối nối p-n tăng lên gọi là dòng điện sáng Nguyên lý