Thiết kế xây dựng biển quảng cáo điều khiển hiện thị từ xa bằng tin hiệu RFc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Đồ án tập trung nghiên cứu vấn đề thu phát RF, thiết kế xây dựng biển quang báo điều khiển từ xa qua thu phát RF với nhiệm vụ sau:  Giới thiệu tổng quan vi điều khiển vi điều khiển 8051,PIC16f877a  Cơ sở lí thuyết  Ứng dụng thiết kế, xây dựng biển quang báo điều khiển hiển thị qua thu phát RF LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Khoa Công Nghệ Điện Tử & Truyền Thông, Bộ môn Kỹ Thuật Y Sinh, Trường Đại học Công Nghệ Thông Tin Truyền Thông tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành đồ án Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Thế Dũng nhiệt tình hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới tất thầy cô, người giảng dạy, trang bị cho em kiến thức quý báu năm học vừa qua – Trường Đại học Công Nghệ Thông Tin Truyền Thông – Đại học Thái Nguyên Mặc dù em cố gắng hoàn thiện thật tốt đồ án kiến thức có hạn tránh khỏi sai sót, em mong nhận cảm thông, ý kiến đóng góp quý Thầy Cô bạn! Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Nguyễn Văn Khương LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội dung đồ án sản phẩm thân em tìm hiểu, nghiên cứu xây dựng lên Không chép Nội dung đồ án có tham khảo, sử dụng tài liệu, thông tin từ số nguồn khác trích dẫn phần tài liệu tham khảo, số website Nếu có sai só em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm kỷ luật nhà trường đề Tác giả đồ án Nguyễn Văn Khương MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN LỜI CẢM ƠN .2 LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI MỞ ĐẦU .7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877AVÀ 8051 1.1 Khái niệm PIC 1.2 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A 1.3 Một vài thông số vi điều khiển PIC 16F877A 1.4 Sơ đồ khối vi điều khiển 16F877A .10 1.5 Chức chân PIC 16F877A 10 1.6Các cổng xuất nhập PIC 16F877A .13 1.6.1 PORTA 13 1.6.2 PORTB 14 1.6.3 PORTC 14 1.6.4 PORTD 14 1.6.5 PORTE 15 1.7.Giới thiệu chung họ vi điều khiển 8051 .15 1.8 Sơ đồ chân vi điều khiển 8051 16 1.9 Các thành viên khác họ 18 1.10 Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C51 .18 1.11 Cấu trúc bên 89C51 18 1.11.1 Chức chânAT89C51 20 1.11.2 Các ghi port xuất nhập 22 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 29 2.1 Giới thiệu điều khiển từ xa 29 2.1.1 Điều khiển từ xa tần số vô tuyến (RF) 29 2.1.2 Hoạt động 29 2.2 Giới thiệu linh kiện sử dụng 29 2.2.1 Tổng quan PT 2262 PT2272 29 2.3 Giới thiệu linh kiện sử dụng mạch 37 2.3.1 Vi điều khiển AT89C51 37 2.3.2 Thạch anh 12 MHz 37 2.3.3 Tụ gốm 33pF 38 2.3.4 Tụ hóa 39 2.3.5 Điện trở 40 2.3.6 Công tắc reset (button) 41 2.3.7 IC 7805 41 2.3.8 :LED đơn 42 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 43 3.1 MÔ TẢ BÀI TOÁN 43 3.2 Yêu cầu toán 43 3.3 Lựa chọn phương án thiết kế .44 3.3.1 Phương án thiết kế một: Thiết kế biển quang báo điều khiển từ xa thông qua mạng wifi 44 3.3.2: Nhận xét 45 3.3.3 Phương án thiết kế hai: Thiết kế biển quang báo điều khiển từ xa tín hiệu RF 45 3.3.3.1 sơ đồ khối 45 3.4 Lưu đồ thuật toán giải thuật chương trình 47 3.5 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG .48 3.5.1 Tính toán công suất cho biển quang báo 48 3.6 Quá trình thực hoàn thành kết 51 3.7 Khả ứng dụng thực tế đề tài 52 3.8 Hướng phát triển đề tài 52 PHỤ LỤC 53 KẾT LUẬN .58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 60 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 PT 2262 PT2272 30 Hình 2.2 Xung nhịp tạo từ mạch dao động 31 Hình 2.3 Xung nhịp bit 31 Hình 2.4 Xung nhịp bit 32 Hình 2.5 Xung nhịp bit F 32 Hình 2.6 Xung nhịp bit đồng Sync 32 Hình 2.7 Sơ đồ đấu chân khối thu phát RF 33 Hình 2.8 Code mã word mã hóa hoàn chỉnh 34 Hình 2.9 Cấu trúc PT 2272 35 Hình 2.10: Hình ảnh thực tế IC AT89C51 37 Hình 2.11: Thạch anh 37 Hình 2.12: Bộ dao động thạch anh VĐK 8051 38 Hình 2.13: Tụ gốm 38 Hình 2.14: Điện trở 40 Hình 2.15: Công tắc button 41 Hình 2.16 IC 7805 .41 Hình 2.17 Led Đơn 42 Hình 3.1: Sơ đồ hoạt động hệ thống điều khiển biển quang báo thông qua mạng wifi 44 Hình 3.2: Sơ đồ khối mạch 45 Hình 3.3: Lưu đồ thuật toán giải thuật chương trình 47 Hình 3.4: Mạch điều khiển công suất .50 Hình 3.5 Hình ảnh mạch điều khiển 51 Hình 3.6 sản phẩm hoàn thành 51 LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, nước ta thời kì công nghiệp hóa, đại hóa đất nước kinh tế phát triển nhanh mạnh mẽ đặc biệt ngành công nghệ kỹ thuật cao tiêu biểu công nghệ thông tin hay công nghệ điện tử … Như biết giới công nghệ điện tử lĩnh vực có mức độ phát triển nhanh với nhiều ứng dụng to lớn phục vụ cho trình phát triển quốc gia Đối với nước ta công nghệ điện tử có vai trò quan trọng công công nghiệp hóa, đại hóa đất nước, sống thường ngày chúng ta, làm tăng suất lao động chất lượng sản phẩm, giảm lao động chân tay nhờ sử dụng thiết bị, dây chuyền điện tử vào sản xuất qua tiết kiệm lao động người đem lại hiệu cao cho công việc thúc đẩy công nghiệp ngày phát triển Do vậy, ứng dụng công nghệ điện tử vào sản xuất lĩnh vực khác vấn đề nhiều kỹ sư điện tử doanh nghiệp đặc biệt quan tâm để ngày tạo sản phẩm điện tử có chất lượng cao ứng dụng rộng rãi sản xuất sống ngày, góp phần làm cho công nghệ điện tử tiến gần với sống người không lĩnh vực xa lạ với Thông qua đồ án tốt nghiệp em xin giới thiệu đến người sản phẩm ứng dụng nhỏ công nghệ điện tử “hệ thống biển quang báo điều khiển hiển thị từ xa tín hiệu RF” Nội dung đồ án em gồm chương: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877AVÀ 8051 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 3: XÂY DỰNG BIỂN QUANG BÁO ĐIỀU KHIỂN HIỂN THỊ TỪ XA BẰNG TÍN HIỆU RF Mặc dù em nghiên cứu chuẩn bị đồ án kỹ lưỡng tránh khỏi sai sót trình thực hiện, kính mong thầy cô bạn góp ý để em hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877AVÀ 8051 1.1 Khái niệm PIC PIC tên viết tắt “ Programable Intelegent Computer” dịch “ máy tính thông minh khả trình” hãng Genenral Instrument đặt tên cho vi điều khiển họ: PIC1650 thiết kế để dùng làm thết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600 Vi điều khiển sau nghiên cứu phát triển lên thành vi điều khiển PIC ngày 1.2 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A Hình 2.1: sơ đồ vi điều khiển PIC 16F877A 1.3 Một vài thông số vi điều khiển PIC 16F877A Đây vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh với độ dài 14 bit Mỗi lệnh thực thi chu kì xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép 20MHZ với chu kì lệnh 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, nhớ liệu 368x8 byte RAM nhớ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte Số PORT I/O với 33 pin I/O Các đặc tính ngoại vi bao gồm khối chức sau:  Timer0: đếm bit với chia tần số bit  Timer1: đếm 16 bit với chia tần số, thực chức đếm dựa vào xung clock ngoại vi vi điều khiển hoạt động chế độ sleep  Timer2: đếm bit với chia tần số, poscaler  Hai capture/so sánh/điều chế độ rộng xung  Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP ( Synchronous Serial Port), I2C SPI  Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với bit địa  Cổng giao tiếp song song PSP ( Parallel Slave Port) với chân vi điều khiển RD, WR CS bên Các đặc tính analog:  kênh chuyển đổi ADC 10 bit  Hai so sánh  Bên cạnh vài đặc tính vi điều khiển như:  Bộ nhớ flash với khả ghi xóa 100.000 lần  Bộ nhớ EEPROM với khả ghi xóa 1.000.000 lần  Dữ liệu nhớ EEPROM lưu trữ 40 năm  Khả tự nạp chương trình với điều khiển phần mềm  Nạp chương trình mạch điện ICSP ( In Circuit Serial Programming) thông qua chân  Watchdog Timer với dao động  Chức bảo mật mã chương trình  Chế độ sleep  Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác 1.4 Sơ đồ khối vi điều khiển 16F877A Hình 2.2 sơ đồ khối vi điều khiển PIC 16F877A  Khối ALU-Arithmetic Login Unit  Khối nhớ chương trình- Flash Program Memory  Khối nhớ chứa liệu EPROM – Data EPROM  Khối nhớ file ghi RAM – RAM file Register  Khối giải mã lệnh điều khiển – Instruction Decode Control  Khối ghi đặc biệt  Khối ngoại vi timer  Khối giao tiếp nói tiếp  Khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số - ADC  Khối port xuất nhập 1.5 Chức chân PIC 16F877A 10 điều khiển khối thu có nhiệm vụ giải mã,mã hóa khối vi điều khiển thực thi tập lệnh lập trình - Khối công suất: Sử dụng transistor FRI3709Z có nhiệm vụ khuếch đại dòng đáp ứng tải tiêu thụ khối chấp hành - Khối hiển thị : Có nhiệm vụ nhận lệnh từ khối vi điều khiển hiển thị nội dung gửi đến - Khối nguồn: Sử dụng nguồn AC 220V/50Hz để cung cấp nguồn cho toàn hệ thống 3.3.3.2: Nhận xét :Một số ưu điểm sử dụng thu phát RF  Nhỏ gọn tính động cao  Việc lập trình thông dụng dễ dàng  Chi phi cực thấp Từ ưu nhược điểm phương án thiết kế trên, em chọn phương án điều khiển hiển thị biển quang báo điều khiển hiển thị từ xa tín hiệu RF 46 3.4 Lưu đồ thuật toán giải thuật chương trình Hình 3.3: Lưu đồ thuật toán giải thuật chương trình Giải thích lưu đồ : Đầu tiên, vừa khởi động reset, vi điều khiển tiến hành khởi tạo ghi truyền liệu để truyền liệu Cùng với đó, phát đưa tín hiệu người sử dụng , thu thiết lập đọc tín hiệu mã hóa của phát, tín hiệu điều khiển se vi điều khiển thực chương trình điều khiển hiệu ứng báo cáo kết điều khiển kết thúc trình điều khiển Sau thực xong trình, vi điều khiển quay lại ban đầu tiếp tục chờ tín hiệu điều khiển khác phát 47 3.5 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.5.1 Tính toán công suất cho biển quang báo 3.5.1.1 Tính toán công suất cho biển quang báo Chọn nguồn nuôi phù hợp cho biển led việc quan trọng Nguồn nuôi phù hợp đảm bảo độ bền nguồn biển led, đảm bảo độ sáng biển bị nóng đồng thời đảm bảo tính kinh tế cho người sử dụng Nguồn nuôi cho biển led thông thường loại nguồn 12V DC Công suất nguồn thể dòng điện cực đại mà nguồn cung cấp dao động từ 5A đến 40A.Có loại nguồn DC nguồn biến áp thường nguồn switching.Trên thị trường phổ biến loại nguồn switching có nguồn gốc Trung Quốc Giá thành loại nguồn giảm nhiều so với trước dùng phổ biến gọn nhẹ, độ bền tương đối tốt Tuy nhiên loại nguồn dễ hỏng bị nước vào.Việc sửa chữa dễ dàng với đa số Loại nguồn biến áp thường sử dụng nặng cồng kềnh.Muốn có công suất cao biến áp phải to nặng.Nhược điểm làm cho khó bố trí biển quảng cáo dân quảng cáo không thích.Tuy loại lại nồi đồng cối đá.Việc sửa chữa dễ dàng.Bất có chút kiến thức điện tử sửa Ở em sử dụng nguồn switching có ưu điểm cho việc thiết kế biển quang báo nhỏ gọn, giá thành hợp lý, nhiên ta cần lựa chọn nguồn có cường độ dòng điện phù hợp để đảm bảo tuổi thọ độ sáng led, đảm bảo việc tiêu thụ lượng mức hợp lý Để đảm bảo led sáng với cường độ sáng thích hợp nhất, ta thường chọn dòng qua led 15mA (0.015A) Mức điện áp để led đỏ hoạt động bình thường vào khoảng 1.9 – 2,2 (V), với led xanh xanh dương, giá trị vào khoảng 3.0 – 3.4 (V) Để tiện cho việc tính toán ta chọn hai giá trị (V) (V) Từ ta tính công suất bóng led đỏ xanh: P1đỏ = U * I = * 0.015 = 0.03 (W) 48 P1xanh = U * I = * 0.015 = 0.045 (W) Với khoảng 4500 led đỏ 5500 led xanh sử dụng, ta có tổng công suất Pđỏ = 0.03 * 4500 = 135 (W) Pxanh = 0.045 * 5500 = 247.5 (W) Công suất tỏa nhiệt khoảng 2700 điện trở 150 (Ω) tính công thức: P = (I2 * R) * 2000 = (0.0152 * 150) * 2700 = 91.1 (W) Vậy, tổng công suất biển quang báo là: 135 + 247.5 + 91= 473.5(W) Như ta cần chọn nguồn có cường độ dòng điện: I = P/U = 473.5 / 12 = 39.5 (A) Với biển quang báo sử dụng đèn led, lúc tất bóng led sáng biển không dùng hết 100% công suất Tuy để có hệ số an toàn cao, nên chọn nguồn nuôi có dòng cực đai cao tổng công suất biển, em sử dụng nguồn có dòng 50A 3.5.1.2 Mạch điều khiển công suất Mạch điều khiển LED 24 kênh, tầng công suất dùng MOSFET IRF3708, dòng cho kênh đạt đến 40A Tầng điều khiển dùng vi mạch AT89C51/52.Tươngthích nhiều phần mềm lập trình.Các đầu vào kênh thông qua giắc vặn mạch.Mỗi kênh có LED hiển thị trạng thái, LED nối vào đầu MOSFET, MOSFET mở đèn sáng, MOSFET khoá đèn tắt 49 Hình 3.4: Mạch điều khiển công suất Một số lưu ý: - MOSFET có dòng lớn dễ hư hỏng, sử dụng cần lưu ý không để trạm chập kênh với nhau, với đất Không sờ tay lên phiển tản nhiệt chạy (muốn kiểm tra độ nóng MOSFET tắt nguồn truớc kiểm tra) - Trong trường hợp phải dùng nhiều nguồn nguồn phải nối đất (GND) chung với - Trong trường hợp muốn ghép nhiều kênh để tăng công suất không nên nối chập đầu kênh với mà phân chia đám LED thành nhiều mảng riêng biệt, mảng đấu vào kênh - Không dán mút xốp cách điện vào phía sau board, làm hạn chế khả 50 tản nhiệt, khó khăn cho việc bảo trì, bảo hành Không gói kín board túi nilon để tránh nước mưa, làm hạn chế khả tản nhiệt 3.6 Quá trình thực hoàn thành kết Hình 3.5 Hình ảnh mạch điều khiển Hình 3.6 sản phẩm hoàn thành 51 3.7 Khả ứng dụng thực tế đề tài  Đề tài đáp ứng nhu cầu xã hội:  Có thể điều khiển hiển thị biển quang báo từ xa, tạo hiệu ứng bắt mắt thu hút người xem, tiết kiệm lượng hoạt động 100% công suất suốt thời gian hoạt động  Tiết kiệm chi phí nhân lực việc điều hành hoạt động biển quang báo Với đặc điểm tính trên, hệ thống có khả thương mại hóa, đáp ứng nhu cầu xã hội.Đề tài mang tính đại, thực tiễn cao tính khả thi tốt thực 3.8 Hướng phát triển đề tài Đây đề tài mẻ, nên có nhiều hướng phát triển tương lai:  Lập trình hiển thị với nhiều hiệu ứng khác  Thay đổi nội dung hiệu ứng hiển thị ma trận LED  Điều khiển thiết bị điện gia đình hệ thống lớn khác… 52 PHỤ LỤC #include #include #include sbit L=P2^7; sbit BT1=P0^0; sbit BT2=P0^1; sbit BT3=P0^2; sbit BT4=P0^3; unsigned int i,j,k,d,a,b,m,t; void delay(unsigned int ms) { unsigned int a; unsigned int b; for(a=0;a