Điều khiển hệ thống chiếu sáng gia đình theo thời gian

1 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, trước tiên em xin gửi tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban Chủ nhiệm Khoa Điện – Điện Tử lời cảm ơn sâu sắc, niềm tự hào học tập Trường năm qua Tiếp theo em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Th.S Nhữ Khải Hoàn tận tâm, tận lực giúp đỡ, hướng dẫn suốt thời gian thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn bạn bè lớp 53DDT đặc biệt bạn Nguyễn Ngọc Khánh giúp đỡ em nhiệt tình suốt trình làm đề tài Cuối cùng, cha mẹ anh trai, người kịp thời động viên giúp đỡ em vượt qua khó khăn sống Em xin chân thành cảm ơn ! Khánh Hòa, ngày 19 tháng 06 năm 2015 Sinh viên thực Đỗ Văn Tịnh GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh MỤC LỤC GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết tắt AVR LCD ALU Giải thích Auto Voltage Regulator Liquid Crystal Display (màn hình tinh thể lỏng) KNX VDK MBA Hệ thống nhà thông minh Vi điều khiển Máy biến áp Electrically Erasable Programmable Read-Only Me mory General Purpose Rgegister EEPROM GPR Arithmetic Logic Unit GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Chức chân hình LCD 16x2 20 Bảng 2.2: Chức chân IC DS1307 .22 GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh DANH MỤC CÁC HÌNH GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh MỞ ĐẦU Ngày nay, kinh tế nước ta đà phát triển mạnh mẽ, đời sống người dân ngày nâng cao Nhu cầu sử dụng điện để chiếu đời sống sinh hoạt gia đình không ngừng gia tăng Đây hội thách thức cho ngành điện với việc phát triển điện năng, phục vụ nhu cầu xã hội Một yêu cầu thiết yếu đặt phải giảm thời gian chiếu sáng không cần thiết sinh hoạt gia đình để tiết kiệm điện Để thực việc này, yêu cầu đặt phải có hệ thống điều khiển tự động thiết bị chiếu sáng gia đình Do đó, em chọn chuyên đề tốt nghiệp “Điều khiển hệ thống chiếu sáng gia đình theo thời gian” Tuy cố gắng, say mê với chuyên đề tốt nghiệp, bỏ nhiều công sức cho chuyên đề kiến thức hạn chế, khó tránh khỏi có nhiều khuyết điểm Em mong nhận nhận xét bảo thầy cô giáo để em hoàn thiện Nội dụng thực chuyên đề tốt nghiệp gồm chương: - Chương 1: Tổng quan Chương 2: Thiết kế hệ thống điều khiển chiếu sáng gia đình theo thời gian Chương 3: Lập trình hệ thống điều khiển chiếu sáng gia đình theo thời gian GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Đa số gia đình nước ta, bật tắt hệ thống chiếu sáng nhà công tắt Hiện với công nghệ tiên tiến, việc phải bật tắt công tắc điện coi cứng nhắc nhàm chán, hệ thống điều khiển tự động đời khắc phục nhược điểm mang lại cho người sử dụng trải nghiệm thú vị Ở nước ta hiên nay, việc sử dụng điện thắp sáng, sinh hoạt thường rơi vào buổi tối từ 17h - 22 Tùy thuộc vào ngày năm nhu cầu sử dụng điện chiếu sáng mà hộ gia đình chiếu sáng khác Xuất phát từ thói quen sử dụng điện chiếu sáng nước ta, ta cần có hệ thống tự động bật tắt thiết bị chiếu sáng nhà theo thói quen sinh hoạt ngày Nhờ mà ta không cần tốn thời gian công sức để điều khiển thiết bị chiếu sáng Việc sử dụng điện chiếu sáng gia đình lãng phí, thói quen sử dụng điện không lúc Hệ thống chiếu sáng tự động đời khắc phục khuyết điểm Hệ thống tự động chiếu sáng vào thời gian cần thiết Do mà giúp ta tiết kiệm điện góp phần vào phát triển kinh tế xã hội Chính lý em chọn đề tài: “ Điều khiển hệ thống chiếu sáng gia đình theo thời gian” 1.2 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế hệ thống điều khiển chiếu sáng gia đình theo thời gian đáp ứng yêu cầu sau:  Yêu cầu công nghệ Giải pháp xây dựng hệ thống điều khiển đèn thông minh cho nhà là: điều khiển bật tắt đèn thông qua việc hẹn bật tắt đèn gia đình Thời gian bật tắt đèn nhập vào từ hệ thống đèn hoạt động theo thời gian mà ta đặt trước Trong trình làm việc hệ thống hiển thị ngày GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh thời gian đặt trước bật tắt đèn để tiện cho việc kiểm tra, theo dõi    - Giải pháp thiết kế Để hiển thị thời gian xem thông số thời gian ta dùng LCD Để điều khiển tắt/mở bóng đèn ta cấp dòng cho rơle Xử lí, điều khiển ta dùng vi điều khiển AVR (ATmega16) Yêu cầu sử dụng Hệ thống điều khiển đèn áp dụng cho nhà ở, phòng họp, trường học… Làm việc với điện áp 220V/50Hz Có khả nâng cấp, cải tiến Giới hạn làm việc Làm việc ban ngày lẫn ban đêm Nhiệt độ môi trường: nhà 10°C đến 40°C 1.2.2 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu nguyên lý hoạt động ứng dụng vi điều khiển - Thời gian sử dụng điện chiếu sáng gia đình để thực chiếu sáng tự động 1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu - Nghiên cứu vi điều khiển AVR Các thiết bị điện tử dùng để điều khiển trình hoạt động hệ thống 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu điều khiển lập trình dùng vi điều - khiển AVR Phương pháp nghiên cứu mô phỏng: Mô hoạt động chương trình - phần mềm proteus Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Xây dựng mô hình điều khiển chiếu sáng gia đình 1.4 TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG GIA ĐÌNH 1.4.1 Hiện trạng sử dụng lượng cho chiếu sáng Sử dụng lượng cho chiếu sáng ngày chiếm tỉ trọng lớn tăng nhanh đáng kể tổng nhu cầu lượng sử dụng nhà phát thải khí nhà kính Trong năm 2005, lượng điện sử dụng cho chiếu sáng chiếm khoảng 2650 TWh phạm vị toàn giới, khoảng 19% lượng điện tiêu thụ toàn cầu Mức sử dụng lượng cho chiếu sáng giới GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh phân bổ cho lĩnh vực như: 28% cho lĩnh vực nhà ở, 48% cho lĩnh vực dịch vụ công cộng, 16% cho lĩnh vực công nghiệp 8% cho chiếu sáng đường phố mục đích khác Đối với nước công nghiệp phát triển điện sử dụng cho chiếu sáng nằm khoảng từ 5-15%, nước phát triển giá trị đạt cao đến 86% tổng lượng tiêu thụ [1] Tại nước thuộc liên minh Châu Âu, lượng sử dụng nhà chiếm khoảng 40% tổng lượng tiêu thụ phần chiếu sáng đóng góp phần đáng kể (20%) tổng số 40% lượng tiêu thụ kể Tổ chức OECD dự báo mức tăng đạt 80% tính đến năm 2030 Để cung cấp 1kWh điện tiêu thụ cần trung bình khoảng kWh lượng sơ cấp Như tiết kiệm sử dụng lượng hiệu yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khai thác nguồn lượng không tái tạo góp phần thúc đẩy phát triển giới bền vững Trong nhà EU, lượng điện sử dụng cho chiếu sáng chiếm khoảng 50% nhà công sở, 20-30% bệnh viện, 15% nhà máy, xí nghiệp sản xuất, 10-15% trường học 10% nhà dân cư Hiệu suất phát quang trung bình hệ thống chiếu sáng phân theo khu vực giới ước tính 50 lm/W Bắc Mỹ, 54 lm/W châu Âu, 65 lm/W Nhật Bản, 49 lm/W Úc New Zealand, 58 lm/W Trung Quốc, 43 lm/W Liên bang Xô Viết trước 43 lm/W vùng lại giới Khoảng 35,5% 39,5% chiếu sáng thực với loại đèn huỳnh quang không hiệu với hiệu suất thấp T12 T8 Tại Việt Nam, sản lượng điện cần cung cấp cho nhà (nhà hàng, khách sạn, TT thương mại, sinh hoạt….) gần 13.924 tỷ kWh tương đương với 48% cấu điện thương phẩm Nhu cầu sử dụng lượng nhà ngày tăng: So sánh năm 2006 2009 có 600 nhà trụ sở làm việc có mức lượng tiêu hao tăng so với kỳ (một số đơn vị tăng 3,6 lần) Hiện trạng sử dụng lượng nhà khảo sát năm 2008 2009 cho thấy chiếu sáng lĩnh vực tiêu thụ lượng sau lĩnh vực điều GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh 10 hoà không khí tỉ lệ tiêu thụ lượng cụ thể sau: Toà nhà công sở: 11,5%; Khách sạn: 18 %; Trung tâm thương mại: 9,11% Kết khảo sát hai thành phố lớn nước, nơi có nhiều công trình xây dựng cao tầng, tổ hợp văn phòng, trung tâm thương mại, công sở,… cho thấy lượng dành cho chiếu sáng Hà Nội chiếm 20% lượng điện tiêu thụ trung tâm thương mại, văn phòng cho thuê, 15% khách sạn, 20% nhà hỗn hợp nhiều công TP Hồ Chí Minh trạng sử dụng lượng cho chiếu sáng hộ tiêu dùng lượng sau: Văn phòng công sở: 11,5%; TT thương mại: 24%; Khách sạn: 9,11% 1.4.2 Tổn thất lượng chiếu sáng gia đình Các tổn thất lượng cho chiếu sáng công trình nhà Việt Nam theo nghiên cứu gần phân tích bao gồm: - Chưa tận dụng tối đa chiếu sáng tự nhiên Mật độ chiếu sáng cao (chiếu sáng thừa) Bóng huỳnh quang T10 chấn lưu truyền thống dùng phổ biến Chưa sử dụng nhiều loại đèn tiết kiệm lượng có hiệu suất cao - đèn compact, huỳnh quang T5 Không sử dụng điều khiển tự động chiếu sáng khu vực công cộng khu vệ sinh, sảnh, hành lang, đèn quảng cáo 1.4.3 Chất lượng chiếu sáng Để đánh giá khía cạnh kinh tế hiệu lượng giải pháp chiếu sáng, nhà thiết kế quản lý không xa rời mục tiêu hệ thống chiếu sáng chiếu sáng không gian công trình đáp ứng yêu cầu khả nhìn người sống làm việc không gian Chất lượng chiếu sáng đánh giá thông qua số tiêu chí như: phân bố chiếu sáng mặt phẳng ngang mặt phẳng đứng, độ rọi, nhiệt độ mầu, độ chói, trường chiếu sáng (hướng chiếu sáng, bóng râm độ tương phản) chiếu sáng tự nhiên Do giải pháp chiếu sáng hiệu phải đáp ứng hai mục đích đảm bảo chất lượng chiếu sáng theo yêu cầu qui định QCXDVN 09:2005 tiết kiệm lượng 1.4.4 Giải pháp chiếu sáng hiệu tiết kiệm lượng cho gia đình GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh 78 lcd_gotoxy (0,0); dangcdtg = 0; cdtg = 0; } // -void main(void) { // Declare your local variables here // Input/Output Ports initialization // Port A initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTA=0xFF; DDRA=0xFF; // Port B initialization // Func7=In Func6=In Func5=Out Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh 79 // State7=T State6=T State5=0 State4=P State3=P State2=P State1=P State0=P PORTB=0x00; DDRB=0x07; // Port C initialization // Func7=Out Func6=Out Func5=Out Func4=Out Func3=Out Func2=Out Func1=Out Func0=Out // State7=0 State6=0 State5=0 State4=0 State3=1 State2=0 State1=0 State0=0 PORTC=0x00; DDRC=0xFF; // Port D initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTD=0x7C; DDRD=0x80; // Timer/Counter initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer Stopped GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh 80 // Mode: Normal top=0xFF // OC0 output: Disconnected TCCR0=0x00; TCNT0=0x00; OCR0=0x00; // Timer/Counter initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer1 Stopped // Mode: Normal top=0xFFFF // OC1A output: Discon // OC1B output: Discon // Noise Canceler: Off // Input Capture on Falling Edge // Timer1 Overflow Interrupt: Off // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: Off // Compare B Match Interrupt: Off TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh 81 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; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; // External Interrupt(s) initialization // INT0: Off // INT1: Off // INT2: Off MCUCR=0x00; MCUCSR=0x00; GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh 82 // Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x00; // USART initialization // USART disabled UCSRB=0x00; // Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off // Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80; SFIOR=0x00; // ADC initialization // ADC disabled ADCSRA=0x00; // SPI initialization // SPI disabled SPCR=0x00; // TWI initialization // TWI disabled GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh 83 TWCR=0x00; // I2C Bus initialization i2c_init(); // DS1307 Real Time Clock initialization // Square wave output on pin SQW/OUT: On // Square wave frequency: 1Hz rtc_init(0,1,0); // Alphanumeric LCD initialization // Connections specified in the // Project|Configure|C Compiler|Libraries|Alphanumeric LCD menu: // RS - PORTC Bit // RD - PORTC Bit // EN - PORTC Bit // D4 - PORTC Bit // D5 - PORTC Bit // D6 - PORTC Bit // D7 - PORTC Bit // Characters/line: 16 lcd_init(16); lcd_gotoxy (0,0); GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh 84 lcd_putsf ("Loading "); delay_ms(1000); lcd_clear(); lcd_gotoxy (0,0); lcd_putsf ("Loading "); delay_ms(1000); lcd_clear(); lcd_gotoxy (0,0); lcd_putsf ("CHUYEN DE TOT NGHIEP"); delay_ms(2000); lcd_clear(); lcd_gotoxy (0,0); lcd_putsf ("SVTH:DO VAN TINH"); delay_ms(2000); lcd_clear(); cdtgh =1; //dangcdgh = 0; PORTB.7 = 1; bat1g = bat2g = bat3g =18; bat1p = bat2p = bat3p = tat1p = tat2p = tat3p = 00; tat1g = tat2g = tat3g = 23; while (1) { GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh 85 // Place your code here if(dangcdtg == 0) { hienthigio(); hienthingay(); hethong1(); // delay_us(100); //******************************************************** ************* //******************************************************** ********************************* ///////////////////////////////////He thong den if(menu == 0) //neu menu duoc nhan thi tien hanh cai dat { lcd_clear(); delay_ms(200); lcd_gotoxy (0,0); lcd_putsf ("Cai dat gio"); hienthicdgio(); GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh 86 dangcdtg = 1; cdtg = 1; } } //************************ if( hengio == 0) { lcd_clear(); delay_ms(100); lcd_gotoxy (0,0); lcd_putsf ("Cai dat gio bat tat den"); delay_ms(500); lcd_clear(); dangcdtg = 3; cdtg = 1; } if( dangcdtg == 3) { /*if(menu==0&& cdtgh 3) { cdtgh =1; } } GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh 88 } if ( cdtgh == 2) { cdgiohen2(); if(phai==0 && cdtg0) { delay_ms(200); cdtg ; } if(menu==0) { delay_ms(200); cdtgh++; if ( cdtgh > 3) { cdtgh =1; } } GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh 89 } if ( cdtgh == 3) { cdgiohen3(); if(phai==0 && cdtg0) { delay_ms(200); cdtg ; } if(menu==0) { delay_ms(200); cdtgh++; if ( cdtgh > 3) { cdtgh =1; } } GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh 90 } if(hengio == 0) { delay_ms(200); dangcdtg =0; lcd_clear(); } } //**************************************** if(dangcdtg ==1) //trang thai cai dat gio { cdgiophutgiay(); if(phai==0) { delay_ms(200); cdtg=2; } if(trai==0) { delay_ms(200); cdtg=1; } GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh 91 if(menu==0) { delay_ms(200); lcd_clear(); delay_ms(10); lcd_gotoxy (0,0); lcd_putsf ("Cai dat Ngay "); hienthicdngay(); cdtg=1; dangcdtg = 2; } } if(dangcdtg==2) //trang thai cai dat thoi gian { cdngaythangnam(); if(phai==0 && cdtg0) { GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh 92 delay_ms(200); cdtg ; } if(menu==0) //sau cai dat xong thoat ve man hinh chinh { delay_ms(200); thoat(); } } } } GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH: Đỗ Văn Tịnh ... Chương 1: Tổng quan Chương 2: Thiết kế hệ thống điều khiển chiếu sáng gia đình theo thời gian Chương 3: Lập trình hệ thống điều khiển chiếu sáng gia đình theo thời gian GVHD: Th.S Nhữ Khải Hoàn SVTH:... tài: “ Điều khiển hệ thống chiếu sáng gia đình theo thời gian 1.2 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế hệ thống điều khiển chiếu sáng gia đình theo thời gian đáp... KHIỂN CHIẾU SÁNG GIA ĐÌNH THEO THỜI GIAN Chương trình bày cụ thể bước ứng dụng kiến thức điện tử để thiết kế Điều khiển hệ thống chiếu sáng gia đình theo thời gian 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG Khối