Thiết kế chế tạo mô hình nhà thông minh

MỤC LỤCMỞ ĐẦU11.Tính cấp thiết của đề tài12.Mục tiêu nghiên cứu13.Đối tượng nghiên cứu24.Phương pháp nghiên cứu25.Phạm vi nghiên cứu26.Các ứng dụng dự kiến của đề tài2CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI41.1 Lý do chọn đề tài41.2 Yêu cầu điều khiển41.3 Nhiệm vụ51.4 Hướng thực hiện đề tài51.5 Thuyết minh ngôi nhà thông minh61.6 Thực trạng nhà thông minh hiện nay ở Việt Nam71.7 Kết luận chương 17CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT82.1 Đặt vấn đề82.2 Tổng quan về vi điều khiển PIC 16F877A82.2.1 Khái quát vi điều khiển PIC 16F877A82.2.2 Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của PIC16F877A102.3 Modul sim 900A132.4 Các loại cảm biến được sử dụng trong mạch162.4.1 Modul cảm biến chuyển động HCSR501162.4.2 Cảm biến quang CdS (quang trở )182.4.3 Modul cảm biến khí gas MQ2202.5 Kết luận chương 224CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGÔI NHÀ THÔNG MINH253.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhà thông minh253.1.1 Khối nguồn253.1.2 Khối xử lý trung tâm263.1.3 Khối cảm biến273.1.4 Khối hiển thị LCD273.1.5 Khối bàn phím293.1.6 Khối công suất323.2 Quản lý hệ thống cửa vàora333.2.1 Giới thiệu hệ thống333.2.2 Kết cấu hệ thống343.2.3 Sơ đồ nguyên lí mạch mở cửa bằng mật khẩu353.2.4 Mạch đèn sáng tự động363.3 Sơ đồ nguyên lý chung của toàn mạch373.4 Chế tạo mô hình403.5 Thuật toán điều khiển413.6 Kết luận chương 344CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ454.1 Kết luận454.2 Kiến nghị464.3 Hướng phát triển của đề tài46TÀI LIỆU THAM KHẢO47PHỤ LỤC A48PHỤ LỤC B69

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu .2 Các ứng dụng dự kiến đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Yêu cầu điều khiển .4 1.3 Nhiệm vụ .5 1.4 Hướng thực đề tài 1.5 Thuyết minh nhà thông minh 1.6 Thực trạng nhà thông minh Việt Nam .7 1.7 Kết luận chương CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Đặt vấn đề .8 2.2 Tổng quan vi điều khiển PIC 16F877A 2.2.1 Khái quát vi điều khiển PIC 16F877A 2.2.2 Sơ đồ chân sơ đồ nguyên lý PIC16F877A .10 2.3 Modul sim 900A 13 2.4 Các loại cảm biến sử dụng mạch 16 2.4.1 Modul cảm biến chuyển động HC-SR501 16 2.4.2 Cảm biến quang CdS (quang trở ) .18 2.4.3 Modul cảm biến khí gas MQ2 20 2.5 Kết luận chương 24 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGÔI NHÀ THÔNG MINH 25 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhà thông minh 25 3.1.1 Khối nguồn .25 3.1.2 Khối xử lý trung tâm 26 3.1.3 Khối cảm biến 27 3.1.4 Khối hiển thị LCD .27 3.1.5 Khối bàn phím 29 3.1.6 Khối công suất 32 GVHD: CHU THỊ THANH THƠ TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.2 Quản lý hệ thống cửa vào/ra 33 3.2.1 Giới thiệu hệ thống 33 3.2.2 Kết cấu hệ thống .34 3.2.3 Sơ đồ nguyên lí mạch mở cửa mật 35 3.2.4 Mạch đèn sáng tự động .36 3.3 Sơ đồ nguyên lý chung toàn mạch 37 3.4 Chế tạo mơ hình 40 3.5 Thuật toán điều khiển 41 3.6 Kết luận chương 44 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45 4.1 Kết luận 45 4.2 Kiến nghị 46 4.3 Hướng phát triển đề tài .46 TÀI LIỆU THAM KHẢO .47 PHỤ LỤC A 48 PHỤ LỤC B 69 GVHD: CHU THỊ THANH THƠ TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ khối cấu trúc nhà thông minh Hình 2.1 Vi điều khiển PIC16F877A Hình 2.2 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F877A 10 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý vi điều khiển PIC16F877A .10 Hình 2.4 Hình ảnh modul sim 900A 13 Hình 2.5 Modul cảm biến chuyển động HC-SR501 16 Hình 2.6 Cấu trúc bên cảm biến chuyển động 17 Hình 2.7 Cảm biến quang CDS 19 Hình 2.8 Modul cảm biến khí Gas MQ2 20 Hình 2.9 Cấu tạo MQ2 20 Hình 2.10 Sơ đồ chân cảm biến MQ2 21 Hình 2.11 Cấu tạo modul MQ2 21 Hình 3.1 Sơ đồ khối cấu trúc nhà thông minh 25 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 25 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm 26 Hình 3.3 LCD : TUXGR_16X2_R2 27 Hình 3.4 Các phím bàn phím .29 Hình 3.5 Sơ đồ ngun lý bàn phím ma trận 31 Hình 3.6 Sơ đồ ngun lý khối cơng suất 32 Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý mạch mở cửa 35 Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý mạch đèn sáng tự động 36 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý chung 39 Hình 3.12 Kích thước Mơ hình nhà thơng minh 40 Hình 4.1 Tổng quan mơ hình nhà thơng minh 45 GVHD: CHU THỊ THANH THƠ TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Datasheet MQ2 .22 Bảng 3.1 Chức chân ghép nối chi tiết LCD- PIC16F877A 28 Bảng 3.2 Bảng mã hóa trạng thái bàn phím .30 GVHD: CHU THỊ THANH THƠ TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển vũ bão công nghệ đem lại nhiều ứng dụng thành to lớn phục vụ nhu cầu đời sống thiết thực người Trong công nghiệp sinh hoạt hàng ngày, máy móc trở nên quen thuộc gắn liền với đời sống Với nhu cầu ngày cao giải trí tiện ích, người khơng quan tâm đến thiết bị cá nhân, thiết bị phục vụ cho cơng việc mà quan tâm đến nơi sinh sống ngày có đầy đủ tiện nghi? Có an tồn, v.v… Khái niệm nhà số thông minh vốn phổ biến nước công nghệ cao du nhập sang quốc gia có sở hạ tầng ứng dụng điện tử phát triển Mỗi chức nhà thơng minh có khả tự vận hành tác động từ bên người hay thay đổi nhiệt độ, áp suất…Vấn đề đặt phải tạo thiết bị điều khiển nhà tự động điều khiển giám sát theo chương trình cài đặt sẵn Tính cấp thiết đề tài Trên giới với bùng nổ nghành công nghệ thông tin, điện tử vv Đã làm cho đời sống người ngày hoàn thiện Các thiết bị tự động ngày xâm lấn vào sản xuất, chí vào sống sinh hoạt hàng ngày người Do ngơi nhà thơng minh khơng mơ ước người mà trở thành thực Qua báo chí, phương tiện truyền thơng, internet thấy mơ hình ngơi nhà thơng minh đời Là sinh viên khoa điện - điện tử tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, với kiến thức học với mong muốn thiết kế ngơi nhà tự động hóa đáp ứng cầu sinh hoạt hàng ngày Nhóm chúng em chọn “Thiết kế chế tạo mơ hình nhà thơng minh” làm đề tài tốt nghiệp để đáp ứng nhu cầu ngày cao người góp phần vào tiến bộ, văn minh, đại nước nhà Mục tiêu nghiên cứu Nhà thông minh đề tài mở với nhiều ứng dụng, tiện ích áp dụng nhằm phục vụ nhu cầu ngày nâng cao người Chính mà giới hạn đồ án môn học khơng thể giải hết tốn thực tế Trước mắt, thi công số thiết bị điện cho nhà thông minh, từ có kế hoạch phát triển thi cơng thiết bị khác cho nhà thông minh GVHD: CHU THỊ THANH THƠ TRANG TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trong tương lai, mở rộng phát triển thiết bị cách mở rộng khả giao tiếp thiết bị, qua Internet hay mạng điện thoại di động Đối tượng nghiên cứu  Tìm hiểu nghiên cứu vi điều khiển  Tìm hiểu nghiên cứu ngơn ngữ lập trình vi điều khiển  Tìm hiểu nguyên tắc điều khiển động thiết bị trang bị điện  Tìm hiểu loại cảm biến Phương pháp nghiên cứu Lý thuyết CHƯƠNG 1: Đọc tìm hiểu giảng, giáo trình điện tử bản, giáo trình vi xử lý: Khoa Điện - Điện Tử_ ĐHSPKT HY  Tìn hiểu tài liệu kỹ thuật đa xử lý vi điều khiển, giao tiếp vi điều khiển với thiết bị Thực nghiệm  Bằng cách vận dụng kiến thức đạt trình học tập, tham khảo tài liệu Nhóm thực tiến hành tìm hiểu, thiết kế, thi cơng, thử nghiệm mơ hình nhiều tình điều kiện khác Q trình thực nghiệm giúp nhóm thực tự hoàn thiện bổ sung dần kiến thức Đặc biệt tìm hướng nghiên cứu thích hợp để hoàn chỉnh tối ưu đề tài  Đồ án nghiên cứu, khảo sát thực với mục đích áp dụng kiến thức học nhà trường để thiết kế, tạo hệ thống Điều khiển tự động hoàn chỉnh Hệ thống tích hợp module điều khiển giám sát trung tâm, module công suất cho thiết bị nhà và module báo động (cảnh báo) module tiện ích khác Phạm vi nghiên cứu  Nghiên cứu kiến trúc phần cứng kỹ thuật lập trình cho VĐK PIC16F877A, modul sim 900A  Truyền thông modul sim  Nghiên cứu thiết kế mạch eagle Các ứng dụng dự kiến đề tài  Hệ thống tự động điều khiển thiết bị nhà (cụ thể điều khiển số thiết bị công suất trung bình bóng đèn, quạt, rèm cửa, ) GVHD: CHU THỊ THANH THƠ TRANG TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Hệ thống có chức tự động cảnh báo (cụ thể báo cháy,báo rò rỉ ga, đặc biệt cảnh báo trộm, )  Hệ thống cửa ra/vào bảo mật password GVHD: CHU THỊ THANH THƠ TRANG TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2.1 Lý chọn đề tài Một nhà thơng minh hay gọi ngơi nhà số giải pháp điều khiển tích hợp cho hộ cao cấp, tích hợp thiết bị điện tử, nghe nhìn, truyền thơng thành hệ hồn chỉnh thống nhất, tự vận hành tất hệ thống cách tự động theo chương trình cài đặt theo điều khiển từ xa người dùng Các hệ thống chiếu sáng, máy lạnh, an ninh bảo vệ, âm nghe nhìn, chng hình, cửa tự động hay rèm cửa phối hợp vận hành thành hệ thống đồng Mỗi chức ngơi nhà thơng minh có khả tự vận hành điều khiển người dùng, thông qua điện thoại di động sử dụng mạng 3G hay Internet, cung cấp nhiều chế độ sử dụng Người dùng truy cập từ xa vào hệ thống quản lý nhà để xem cửa ngõ qua video, tắt hệ thống đèn lỡ quên khỏi nhà, tắt bớt hệ thống đèn không cần thiết khu vực nhà để tiết kiệm điện Theo ABI Research, chức quan trọng nhà thông minh sử dụng phổ biến cảnh báo an ninh Vì nhà thông minh đề tài công nghệ ứng dụng tạo nên sốt thị trường địa ốc Các hãng đầu tư cơng nghệ nước ngồi phát triển giải pháp nhà thơng minh với nhiều tính vượt trội Tại Việt Nam, có số nhà đầu tư cho cơng trình nhà thơng minh chủ yếu phân phối sản phẩm nhập nước ngồi với giá thành lớn Chính từ thực tiễn sở để chúng em chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo mơ hình nhà thông minh” 2.2 Yêu cầu điều khiển Trong gia đình thơng thường ngày nay, TV, hệ thống nghe nhìn, máy tính, đèn chiếu sáng, rèm cửa điện thoại di động, ngày trở nên dễ sử dụng đa hơn, thiết bị hoạt động độc lập với điều khiển dùng riêng Điều có nghĩa có nhiều điều khiển, nút chỉnh, làm phức tạp thêm sống Một nhà thơng minh cần đảm bảo tính tiện lợi cho người dùng, tính bảo mật tính tiết kiệm lượng Do yêu cầu điều khiển cho nhà chúng em bao gồm:  Cửa ra/vào: tự động đóng mở password Chủ nhân muốn vào nhà phải nhập password Nếu vào nhà nhập sai password lần GVHD: CHU THỊ THANH THƠ TRANG TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP chuông báo động reo báo động Nó thực giúp cho nhà bảo mật cao  Hệ thống chiếu sáng tự động: Khi đứng cửa chính, đèn tự động bật lên  khơng có người đèn tự động tắt đảm bảo tiết kiệm điện tối ưu Nó thực mang lại nhiều tiện lợi tiết kiệm cho chủ nhân Hệ thống cảnh báo chống trộm: Khi chủ nhân khỏi nhà mà bật chế độ  lên hệ thống báo động phát có người vào nhà Hệ thống cảnh báo cháy: Khi xảy hỏa hoạn hệ thống phát nhiệt độ cao với nồng độ vượt mức cài đặt chng báo động reo lên  Hệ thống rò rỉ ga: Khi cảm biến phát rò gỉ gas, hệ thống báo động cách tự động gọi điện cho chủ 2.3 Nhiệm vụ Chúng ta cần tìm hiểu nguyên lý hoạt động nhà thơng minh ứng dụng cơng nghệ vào mơ hình thiết kế nhằm đáp ứng yêu cầu điều khiển đặt Ví dụ hệ thống cửa tự động, chiếu sáng tự động, bật điều hòa tự động, hệ thống báo động Ngồi cần có nhìn tổng quan cấu trúc thiết bị nhà thông minh, từ ta định hướng khả phát triển đề tài Tương lai hồn thiện yêu cầu mà nhà thông minh cần có:  Tổng qt hóa mơ hình ứng dụng nhà thông minh  Giải khối chức thiết bị điều khiển  Xây dựng mơ hình ngơi nhà thơng minh ứng dụng số thiết bị điện điều khiển tự động hệ thống cửa tự động, rèm cửa tự động, ánh sáng tự động…  Vạch kế hoạch, hướng phát triển thi công cho thiết bị khác mà khuôn khổ thời gian đồ án chúng em chưa hồn thành Ví dụ phát triển thiết bị cách mở rộng khả giao tiếp thiết bị, qua Internet hay mạng điện thoại di động, điều khiển thiết bị cần tính ổn định cao 2.4 Hướng thực đề tài Qua yêu cầu nhiệm vụ cần thiết nhà thông minh, đưa hướng thực đề tài để đạt mục đích tối ưu cho nhà GVHD: CHU THỊ THANH THƠ TRANG TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.1 Sơ đồ khối cấu trúc nhà thông minh  Khối cảm biến có khả nhận dạng có mặt người để tự động bật tắt thiết bị phù hợp nhu cầu sinh hoạt  Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ điểu khiển tồn thiết bị điện thơng qua chương trình điều khiển tín hiệu phản hồi cảm biến  Khối mật hiển thị LCD: thông qua chương trình điều khiển tạo mật yêu cầu người sử dụng phải nhập mật vào nhà, đồng thời hiển thị ký tự trình ấn mật khẩu, giúp người dùng xác định xác thao tác q trình sử dụng 2.5 Thuyết minh ngơi nhà thơng minh Các ứng dụng “Nhà thông minh” mô tả sau:  Vào cửa yêu cầu nhập mật có số hiển thị LCD  Nhập mật cửa tự động mở ra, nhập sai phép nhập lại lần Nếu lần sai hiển thị lên LCD báo động 30 giây Chế độ tự động :  Khi có người đứng trước cửa để nhập mật đèn tự sáng  Chế độ báo động :  GVHD: CHU THỊ THANH THƠ TRANG TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP if(i==59) i=0; gsmString[i] = timed_getc(); } lcd_putcmd(0x01); printf(LCD_PUTC, "SMS:"); for (unsigned int8 j = 0; j3) && (x