điều khiển cửa tự động, hiển thị thông tin lên máy tính

ĐỒ ÁN Trang 1/33 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỬA TỰ ĐỘNG, HIỂN THỊ THÔNG TIN LÊN MÁY TÍNH 1.1 Giới thiệu đề tài Cửa tự động đếm số người phòng là loại thiết bị thay cho loại cửa thông thường, có chức tự động cảm nhận người qua lại, tự động mở ra, đếm có người qua cửa hiển thị máy tính người quản lý đóng không người qua lại Ưu điểm loại cửa hoàn toàn tự động không cần điều khiển người Việc sử dụng loại cửa tự động trở thành nhu cầu gần thiếu nơi công cộng khách sạn, siêu thị, ngân hàng…v…v 1.2 Phân tích đề tài Để điều khiển cửa tự động có nhiều cách để điều khiển cửa dùng cảm biến, điều khiển tay Có loại cảm biến để điều khiển : - Cảm biến quang Cảm biến chuyển động PIR Cảm biến hồng ngoại …v…v Ở đề tài chọn cảm biến PIR để điều khiển cho cửa tự động cảm biến hồng ngoại để đếm số người phòng Cần phải có động để kéo cửa, sử dụng động 12VDC thiết bị để giao tiếp với máy tính, chọn thiết bị USB-UART Sơ đồ khối 1.3 Để thiết kế đề tài gồm có mạch: - Mạch điều khiển cửa bao gồm khối sau: Mạch Cửa Tự Động, Đếm Số Người Trong Phòng SVTH: Nguyễn Cát Tường ĐỒ ÁN Trang 2/33 Hình 1-1: Sơ đồ hệ thống điều khiển cửa Mạch Cửa Tự Động, Đếm Số Người Trong Phòng SVTH: Nguyễn Cát Tường ĐỒ ÁN Trang 3/33 - Mạch cảm biến đếm số lượng bao gồm khối sau: Hình 1-2: Sơ đồ khối cảm biến đếm số lượng Mạch Cửa Tự Động, Đếm Số Người Trong Phòng SVTH: Nguyễn Cát Tường ĐỒ ÁN Trang 4/33 1.3.1 Khối điều khiển a.Bộ xử lý Có thể sử dụng PIC 8051 Hình 1-3: Sơ đồ nguyên lí PIC 16F877A mạch Mạch Cửa Tự Động, Đếm Số Người Trong Phòng SVTH: Nguyễn Cát Tường ĐỒ ÁN Trang 5/33 b Điều khiển động Để điều khiển động quay thuận, quay nghịch dùng: - Mạch cầu H transistor Module L298 tích hợp sẵn mạch cầu H Đây Module tích hợp sẵn mạch cầu H, điều khiển động DC động bước Hình 1-4: Module L298 • Điện áp điều khiển: +5 V ~ +35 V • Dòng tối đa cho cầu H là: 2A • Điện áp tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V • Dòng tín hiệu điều khiển: ~ 36mA • Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃) • Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃ c.Khuếch đại cảm biến Mạch Cửa Tự Động, Đếm Số Người Trong Phòng SVTH: Nguyễn Cát Tường ĐỒ ÁN Trang 6/33 Để khuếch đại cảm biến dùng Opamp, IC tích hợp sẵn Opamp LM741, LM324, LM358… Đây LM741 gồm Opamp Hình 1-5: IC LM741 d Cổng giao tiếp Có thể sử dụng loại giao tiếp cable COM-USB, module tích hợp USBUART, cable COM-COM…… Đây module giao tiếp USB-UART PL2303 Mạch Cửa Tự Động, Đếm Số Người Trong Phòng SVTH: Nguyễn Cát Tường ĐỒ ÁN Trang 7/33 Hình 1-6: Module USB-UART PL2303 1.3.2 Khối nguồn Sử dụng nguồn 5VDC 12VDC Hình 1-7: Nguồn nuôi mạch Mạch Cửa Tự Động, Đếm Số Người Trong Phòng SVTH: Nguyễn Cát Tường ĐỒ ÁN Trang 8/33 Nguồn nuôi mạch cấp vào nguồn 12V DC dòng 1A qua 7805 vào mạch 5V DC - Nguồn module L298 5V DC dòng 500mA 1.3.3 Khối điều khiển tay - Sử dụng nút nhấn để liên lạc với khối điều khiển Hình 1-8: Nút nhấn 1.3.4 Khối cảm biến a.Cảm biến phát người Có thể sử dụng Module cảm biến PIR Mạch Cửa Tự Động, Đếm Số Người Trong Phòng SVTH: Nguyễn Cát Tường ĐỒ ÁN Trang 9/33 Hình 1-9: Module cảm biến PIR * Nguồn hoạt động: 4.5V-20V * Dòng hoạt động lúc nghỉ: 50uA @ 5V * Dòng hoạt động làm việc: 300uA @ 5V * Chân OUT không bị kích hoạt mức 0V (LOW), kích hoạt mức 3.3V (HIGH) Mạch Cửa Tự Động, Đếm Số Người Trong Phòng SVTH: Nguyễn Cát Tường ĐỒ ÁN Trang 10/33 * Thời gian giữ mức cao: 0.5 giây - 200 giây (điều chỉnh biến trở Tx) * Kích thước: 32mm x 24mm x 24mm (dài x rộng x cao) Mạch Cửa Tự Động, Đếm Số Người Trong Phòng SVTH: Nguyễn Cát Tường +Có thể cắm trực tiếp vào cổng RS-232 thiết bị dùng dây nối +Hoạt động ổn định Hình 2-9: Sơ đồ nguyên lý module USB-UART     Điện áp 5V cấp trực tiếp từ cổng USB Ngõ dạng UART gồm chân TX, RX Với led board: led báo nguồn, led RX, led TX Kích thước: 15 x 31 mm 2.8 IC LM741 Trong hầu hết trường hợp, điện áp đầu mạch khuếch đại thuật toán điều khiển cách trích tỷ lệ điện áp để đưa ngược đầu vào đảo Tác động gọi hồi tiếp âm Nếu tỷ lệ 0, nghĩa hồi tiếp âm, mạch khuếch đại gọi hoạt động vòng hở Và điện áp với điện áp vi sai đầu vào nhân với độ lợi tổng mạch khuếch đại, theo công thức sau: Trong V+ điện đầu vào không đảo, V− điện đầu vào đảo G gọi độ lợi vòng hở mạch khuếch đại Trong đó: • V+: Đầu vào không đảo • V−: Đầu vào đảo • Vout: Đầu • VS+: Nguồn cung cấp điện dương • VS−: Nguồn cung cấp điện âm Hình 2-10: LM741 2.9 Led đoạn LED đoạn sử dụng nhiều mạch hiển thị thông tin thông báo, hiển thị số, kí tự đơn giản,… LED đoạn cấu tạo từ LED đơn xếp theo nét để biểu diễn chữ số kí tự đơn giản từ đến từ A đến F U 10 a b c d e f g U cc cc D p le d d o a n K a t o d c h u n g 10 a b c d e f g ca ca D p le d d o a n A n o d c h u n g Hình 2-11: Led đoạn Trên thị trường có loại LED đoạn chung Anot chung Catot Cấu tạo gồm LED đơn ghép với chung Anot Catot Có chân cấp nguồn chân đầu hay vào tùy theo Anot chung hay Catot chung Và chia làm tương ứng với A, B, C, D, E, F, G chân dp LED anot chung LED catot chung Hình 2-11: Các loại led đoạn Đối với led đoạn ta phải tính toán cho đoạn led đoạn có dòng điện từ 10 20mA Với điện áp 5V điện trở cần dùng 270Ω; công suất 1,4 Watt CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 3.1 Sơ đồ nguyên lý a.Sơ đồ nguyên lý mạch cửa Sử dụng phần mềm Orcad để vẽ sơ đồ nguyên lý Hình 3-1: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển cửa tự động dùng cảm biến PIR b.Sơ đồ nguyên lý mạch hồng ngoại đếm số người +Khối điều khiển, khối hiển thị khối nguồn Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý mạch đếm hiển thị lên máy tính +Khối cảm biến VCC VCC VCC D7 10k R 16 10k VCC + C9 104 R 14 220 C A M B IE N 10k LED TH U U6 LED PH AT D6 R 21 VCC R 18 10k R 20 Q4 C 1815 LM 741 C 10 104 R 15 10k Hình 3-3: Sơ đồ nguyên lý mạch hồng ngoại đếm số người R 19 3 k 3.2 Mạch mô 3.2.1 Mạch cửa mô chương trình Proteus Hình 3-4: Mạch mô cửa tự động Nguyên lý điều khiển Có chế độ điều khiển a.Điều khiển tay Ở chế độ cho phép điều khiển động quay thuận nghịch tương đương với cửa đóng mở nút nhấn chủ động điều khiển mà không cần cảm biến, nút mở cửa, đóng cửa dừng Khi nhấn nút mở cửa PORT RB6 tín truyền vào vi xử lí PIC16F877A chân RC0 hoạt động, chân RC1 không hoạt động, động quay thuận Động quay thuận kéo cửa lên chạm công tắc hành trình dừng động tương đương với PORT RC0 RC1 không hoạt động Khi nhấn nút đóng cửa PORT RB7 PORT RC0 không hoạt động, RC1 hoạt động làm động quay nghịch kéo cửa trở vị trí ban đầu chạm công tắt hành trình dừng động Khi bấm nút mở cửa, cửa chưa chạm công tắc hành trình nhấn nút dừng dừng động tương tự nút đóng cửa nhấn nút dừng dừng động b.Điều Khiển Bằng Cảm Biến PIR Ở chế độ PIR thay tín hiệu nút nhấn Bình thường cảm biến PIR xuất mức thấp, có người qua PIR xuất xung cao truyền qua PORT RB0 qua vi xử lí PORT RC0 hoạt động, RC1 không hoạt động kéo cửa lên chạm công tắc hành trình dừng động tương đương với PORT RC0 RC1 sau delay 2000ms PIR xuất mức thấp trở lại, PORT RC0 không hoạt động RC1 hoạt động làm động quay nghịch kéo cửa xuống chạm công tắc hành trình dừng động 3.2.2 Mạch hồng ngoại đếm số người hiển thị lên máy tính mô Proteus Visual Basic Hình 3-5: Mạch mô đếm hiển thị lên máy tính qua Visual Basic 6.0 Nguyên lý hoạt động Lúc khởi động mạch led phát hồng ngoại phát anh sáng hồng ngoại vào led thu điện trở led thu giảm mạnh Vcc chạy qua trở vào chân RB4 => RB4 mức cao Khi có người qua che tín hiệu từ led phát tới led thu điện trở led thu tăng lên lớn => chân RB4 mức Khi chân RB4 múc vi xử lý xử lý biến tăng lên đơn vị xuất chân Tx, chân Rx module USB-UART nhận truyền lên giao diện Visual Basic hiển thị theo câu lệnh lập trình sẵn CHƯƠNG 4: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ THI CÔNG SẢN PHẨM 4.1 Lưu đồ giải thuật Từ phân tích em thiết kế lưu đồ giải thuật cho mạch cửa tự động sau: Hình 4-1: Lưu đồ giải thuật cửa tự động Hình 4-2: Lưu đồ giải thuật mạch đếm người 4.2 Sơ đồ mạch in Hình 4-3: Sơ đồ mạch in mạch cửa tự động Hình 4-4: Sơ đồ mạch in mạch đếm số người 4.3 Mô hình điều khiển cửa tự động hoàn chỉnh Mạch Hình 4-5: Bo mạch Tổng thể sản phẩm mô hình Hình 4-6: Tổng thể sản phẩm 4.4 Mạch đếm số người phòng hiển thị lên máy tính hoàn chỉnh Hình 4-7: Board mạch Hình 4-8: Module USB-UART PL2303 Hình 4-9: Tổng thể sản phẩm CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Kết luận Ưu điểm - Mạch chạy yêu cầu đề tài đặt Tốc độ xử lý nhanh Khuyết điểm Thuật toán code chưa tối ưu 5.2 Hướng phát triển Sẽ phát triển sản phẩm hoàn thiện hơn, khắc phục khuyết điểm cải tiến lên sản phẩm điều khiển máy tính ... Mạch cửa mô chương trình Proteus Hình 3-4: Mạch mô cửa tự động Nguyên lý điều khiển Có chế độ điều khiển a .Điều khiển tay Ở chế độ cho phép điều khiển động quay thuận nghịch tương đương với cửa. .. như: hiển thị lên LCD, thị Led đoạn… Đây Led đoạn Hình 1-23: Led đoạn CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN LINH KIỆN Lựa chọn linh kiện sau cho mạch điều khiển cửa tự động 2.1 Vi điều khiển Thông thường có họ vi điều. .. kéo cửa R 19 3 k Hình 1-21: Động DC 1.3.6 Khối hiển thị a .Hiển thị lên máy tính thông qua phần mềm lập trình Visual Basic 6.0 Hình 1-22: Giao diện Visual Basic 6.0 b .Hiển thị bên Có loại hiển thị