bao cao VXL_Cửa tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BÁO CÁO KỸ THUẬT VI XỬ LÝ CỬA TỰ ĐỘNG Nhóm viên thực : Lê Hoàng Vinh 1091089 Đặng Hoàng Văn 1090991 Nguyễn Trường Tuyền 1090990 Cán hướng dẫn Ths Trần Hữu Danh Cần Thơ, tháng 12 năm 2011 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN - MỤC LỤC CỬA TỰ ĐỘNG Cần Thơ, tháng 12 năm 2011 1.GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .4 1.1 Yêu cầu, ý tưởng giới hạn đề tài 1.2 Mục đích đề tài 2.GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI 2.1 Vi điều khiển MSP430F2013 Hình: Cấu trúc bên MSP430G2013 2.2 Tìm hiểu CPU MSP430F2013 2.3 Timer A 2.4 Cảm biến chuyển động (PIR) 11 Chú ý: Không sử dụng cho cảm biến điều kiện sau : 13 2.5 Thiết kế phần cứng 13 2.6 Thiết kế phần mềm 14 THUẬN LỢI, KHÓ KHĂN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG GIẢI QUYẾT 16 KẾT QUẢ VÀ ĐỀ NGHỊ 17 1.GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Yêu cầu, ý tưởng giới hạn đề tài Trong xã hội nay, cửa phận thiếu cơng trình kiến trúc Tuy nhiên loại cửa bình thường mà sử dụng có nhược điểm gây phiền toái cho người sử dụng, cửa đóng, mở có tác động người vào Vì vậy, mà làm tốn thời gian gây cảm giác khó chịu cho người sử dụng Yêu cầu đặt đề tài thiết kế mơ hình cửa tự động dựa vào cảm biến chuyển động (PIR), mơ hình ứng dụng siêu thị, bưu điện, nơi công cộng… Tạo loại cửa trì đặc tính cần có loại cửa, vừa khắc phục nhược điểm lớn loại cửa bình thường Những thuận lợi người sử dụng cửa tự động: - Cửa tự động đem lại cảm giác thoải mái cho người dùng - Nếu người qua cửa bê vác vật ( hai tay) cửa tự động khơng tạo cảm giác thoải mà tạo thuận lợi cho người hồn thành cơng việc mà khơng bị trở ngại - Ở nơi công cộng, công sở, sân bay, cửa tự động giúp cho lưu thông qua cửa nhanh chóng dễ dàng, va chạm nhiều người dùng chung cánh cửa, giúp tiết kiệm khoảng thời gian nhỏ cho người dùng - Và đặc biệt thích hợp cho việc sử dụng máy lạnh thường trực Hoạt động: Cửa tự động tự mở có người tới cửa tự động đóng lại khơng có người di chuyển qua lại cửa Và cửa khơng đóng lại có người đứng cửa để bảo vệ an tồn cho người dùng Giới hạn đề tài: - Hệ thống mang tính chất mơ hình - Chỉ thực đóng, mở tự động 1.2 Mục đích đề tài Một số mục tiêu cần đạt thực đề tài: - Hiểu cấu tạo vi điều khiển MSP430F2013 - Tìm hiểu cảm biến: chuyển động (PIR) - Cách lập trình ngơn ngữ C sử dụng phần mềm IAR để lập trình cho vi điều khiển MSP430 - Thiết kế mơ hình cửa tự động 2.GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI 2.1 Vi điều khiển MSP430F2013 MSP430F2013 vi điều khiển Texas Instruments sản xuất, có số đặc điểm sau: - Nguồn sử dụng: 1.8 V đến 3.6 V - Tiêu hao lượng cực thấp: + Chế độ hoạt động: 220μA MHz, 2,2v + Chế độ chờ: 0.5 µA + Chế độ tắt (RAM trì): 0.1μA - Cấu trúc RISC-16 bit, Thời gian chu kỳ lệnh 62.5 ns - Thời gian đánh thức từ chế độ Standby nhỏ 1μs - Cấu hình module Clock bản: + Tần số nội lên tới 16 MHz với hiệu chỉnh tần số ±1% + Thạch anh 32 KHz + Tần số làm việc lên tới 16 MHz + Nguồn tạo xung nhịp bên - Có 16 ghi đa dụng - Các thơng tin khác tham khảo wedside www.ti.com Hình: Cấu trúc bên MSP430G2013 Sơ đồ khối vi điều kiển MSP430F2013: 2.2 Tìm hiểu CPU MSP430F2013 CPU có kiến trúc RISC ( Reduced Intruction Set Computer) kiến trúc vi xử lý theo hướng đơn giản hóa tập lệnh CPU gồm 16 ghi 16 bit , R0 – R15 có chức đặc biệt Các ghi lại sử dụng với mục đích chung CPU có sơ đồ khối sau: Tổ Chức Bộ Nhớ: 2.2.1 Thanh ghi đếm chương trình(R0/PC): Thanh ghi chứa lệnh thực thi Mỗi lệnh sử dụng số chẵn byte PC gia tăng cách phù hợp 2.2.2 Con trỏ ngăn xếp (SP): Khi chương trình gọi, CPU nhảy đến chương trình thực thi nó, sau quay chương trình Dó phải có nhớ tạm để lưu giữ điạ chương trình trước CPU nhảy đến Đó mục đích trỏ ngăn xếp 2.2.3 Thanh ghi trạng thái (SR) Thanh ghi trạng thái sử dụng ghi nguồn ghi đích gồm hệ thống cờ Một số cờ thường sử dụng C, Z, N V Mô tả bit ghi trạng thái: 2.2.4 Thanh ghi sử dụng chung ( R4 – R15) 12 ghi từ R4 đến R15 khơng có mục đích chun dụng, ghi sử dụng làm ghi liệu địa 2.3 Timer A Là Timer/Counter 16 bit Với ghi lưu trữ ghi so sánh Là timer đa chức Đếm thời gian, so sánh, PWM Timer A có khả ngắt counter đếm tràn ghi đếm tràn Các đặc tính Timer A là: + Là Timer/Counter 16 bit không đồng với chế độ hoạt động + Có thể lựa chọn nguồn xung + Hai ghi có cấu hình capture/Compare + Cấu hình đầu với chế độ PWM Hình: Sơ đồ khối Timer A 2.3.1 Timer hoạt động chế độ Counter 16 bit Ở chế độ Counter giá trị ghi TAR tăng giảm theo cạnh lên xung clock (tùy thuộc vào chế độ hoạt động ) Nó có khả tạo chương trình ngắt đếm tràn Thanh ghi TAR bị xóa set bit TACLR 2.3.2 Lựa chọn nguồn xung chia Timer A lựa chọn nguồn xung nội từ ACLK, SMCLK sử dụng nguồn ngồi thơng qua TACLK INCLK Nguồn xung chia 1,2,4 cách lựa chọn nguồn xung nhờ bit TASSELx Bộ chia xung reset set bit TACLR 2.3.3 Các chế độ hoạt động Được tóm tắt sau: MCx Mode Hoạt động 00 Stop Timer tạm dừng 01 Up Timer đếm từ tới giá trị đỉnh TACCR0 10 Continuous Timer đếm từ tới 0FFFFh 11 Up/down Timer đếm từ đến giá trị đỉnh TACCR0 đếm 2.3.4 Các ngắt Timer A Có ngắt tạo Timer A: - Vector ngắt TACCR0 cho TRCCR0 CCIFG (ngắt có mức ưu tiên cao nhất, tự reset ngắt TACCR0 phục vụ) - Vector ngắt TAIV cho tất cờ ngắt CCIFG TAIFG 2.3.5 Các ghi điều kiển Timer A Bảng: Các ghi điều kiển timer A Thanh ghi điều kiển TACTL: - Bit 15 – 10 : không sử dụng - TASSELx (Bit -8): Lựa chọn nguồn xung clock: TACLK ACLK 10 SMCLK 11 INCLK - IDx ( Bit 7– 6): Lựa chọn chia: chia chia 10 chia 11 chia 10 - MCx ( Bit 5-4): Lựa chọn chế độ hoạt động: Dừng Chế độ đếm lên (đếm tới TACCR0) 10 Tiếp tục chế độ (đếm tới 0FFFFh) 11 Chế độ đếm lên/xuống (đếm lên tới TACCR0 đếm xuống 0000h) - TACLR ( Bit2): Xóa Timer A Khi bit set, giá trị đếm, giá trị chia reset - TAIE ( Bit 1): Cho phép ngắt ( bit set) - TAIFG ( Bit 0): Cờ ngắt Timer A: Bit = : Khơng có ngắt chờ Bit =1 : Có ngắt chờ phụ vụ Còn Các Thanh ghi khác nữa, bạn tham khảo datasheet 2.4 Cảm biến chuyển động (PIR) PIR viết tắt Passive InfraRed sensor (PIR sensor), tức cảm biến thụ động dùng nguồn kích tia hồng ngoại Tia hồng ngoại (IR) tia nhiệt phát từ vật thể nóng Trong thể sống, ln có thân nhiệt (thông thường 370C ), từ thể phát tia nhiệt, hay gọi tia hồng ngoại, người ta dùng tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt dạng tín hiệu mà nhờ mà làm cảm biến phát vật thể nóng chuyển động Cảm biến gọi thụ động khơng dùng nguồn nhiệt tự phát mà phụ thuộc vào nguồn tha nhiệt, thân nhiệt thực thể khác, người, vật… Nguyên tắc hoạt động: 11 PIR nhận biết chuyển động tốt có gắn kính Fresnel Các nguồn nhiệt từ thể người vật ( thân nhiệt) phát tia hồng ngoại, qua kính Fresnel, qua kính lọc lấy tia hồng ngoại, tiêu thụ hai cảm biến hồng ngoại gắn đầu dò, tạo điện áp khuếch đại với transistor Fet Khi có vật nóng ngang qua, từ cảm biến cho xuất tín hiệu tín hiệu khuếch có biên độ đủ cao đưa vào mạch so áp để tác động vào thiết bị điều khiển hay báo động TÌM HIỂU VỀ: PIR Motion Detecor Module Cấu tạo: • Dây Đỏ : (Vc) Điện áp đầu vào cho PIR ( – 20DCV) • Dây Đen: (GND) Nối nguồn âm 12 • Dây Vàng: (Vo) Điện áp đầu PIR làm điện áp đầu vào cho LED Bộ điều khiển Mức cao (xấp xĩ 3,3V) kích hoạt mức thấp khơng kích hoạt Phạm vi hoạt động: Cảm biến PIR tốt cho việc theo dõi phạm vi rộng,như hình nón Chú ý: Không sử dụng cho cảm biến điều kiện sau : - Môi trường thay đổi nhanh - Nơi dao động hay chấn động mạnh - Nơi có vật liệu cản trở phát tia hồng ngoại cảm biến (vd: thủy tinh ) - Để cảm biến trực tiếp với ánh nắng mặt trời - Để cảm biến chịu ảnh hưởng trực tiếp từ nung nóng, lò nung, lò sưởi, máy điều hòa nhiệt độ 2.5 Thiết kế phần cứng 2.5.1 Sơ đồ khối hệ thống 13 CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MSP430 ĐÓNG, MỞ CỬA CẢM BIẾN AN TOÀN 2.5.2 Sơ đồ chi tiết 3,3V U1 5V R6 R3 330R K LED-THU Q1 R5 A LED-PHAT R4 C1815 3 P1.0/TACLK/ACLK/CA0 RST/NMI/SBWTDIO P1.1/TA0/CA1 TEST/SBWTCK P1.2/TA1/CA2 XOUT/P2.7 P1.3/CAOUT/CA3 XIN/P2.6/TA1 P1.4/SMCLK/CA4/TCK P1.5/TA0/CA5/TMS P1.6/TA1/CA6/TDI/TCLK P1.7/CAOUT/CA7/TDO/TDI 10 11 12 13 MSP430F2011 U3 D8 D7 CB CHUYEN DONG NGOAI CB CHUYEN DONG TRONG CB AN TOAN DIEM MO DIEM DONG R7 330R 1k nga nga 3,3V CB AN TOAN 12V 10k PC 817 RL2 D5 68k RL1 D6 DIODE DIODE Q3 G5CLE-1-DC12 nga Q2 R2 G5CLE-1-DC12 R1 330R 2N3393 330R START D1 D2 DIODE DIODE 2N3393 CB CHUYỂN ĐỘNG D4 D3 DIODE DIODE Hình: Sơ đồ mạch chi tiết ĐK MỞ CỬA 2.6 Thiết kế phần mềm 2.6.1 Lưu đồ giải thuật ĐIỂM MỞ CB AN TOAN,1 DỪNG ĐK ĐÓNG CỬA 14 CB AN TOAN ĐIỂM ĐÓNG nga Chú Thích: 1: Khi có tác động cảm biến chuyển động 0: Khi khơng có tác động cảm biến chuyển động CB AN TOAN: CB an tồn tích cực (mức thấp) Điểm Mở: Vị trí cửa mở hồn tồn Điểm Đóng: Vị trí cửa đóng hẳn 2.6.2 Chương trình: #include void main(void) { WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // Stop watchdog timer P1DIR |= 0x03; while (1) // kiem tra cb1,2 { if (((P1IN&BIT3)||(P1IN&BIT4))!=0) // cb1,2 tac dong thi mo cua { 15 if((P1IN&BIT6)==0) // neu cua chua mo het canh, thi tiep tuc mo P1OUT = 0x01; else // neu cua da mo roi, thi k lam gi het P1OUT = 0x00; } else // cb1,2 k tac dong { if((P1IN&BIT5)==0) // neu k co nguoi dung giua cua, thi k dong cua { if((P1IN&BIT7)==0) // neu cua chua dong han, dong cua P1OUT = 0x02; else // neu roi, thi khong lam gi P1OUT = 0x00; } else // neu co nguoi dung, thi k dong P1OUT =0x00; } } } THUẬN LỢI, KHÓ KHĂN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG GIẢI QUYẾT Thuận lợi: Được giúp đỡ thầy , lập trình đơn giản Khó khăn việc thiết kế mơ hình, khơng tính tốn kích thước cửa cho phù hợp lựa chọn cách kéo cửa hợp lý Giải quyết: kết hợp với bạn chuyên với phần khí Về phần cảm biến chuyển động, khoảng thời gian trễ lớn Giải quyết: Tham khảo trang web sau xem cảm biến mắc theo kiểu gì, có phương pháp giải http://www.ladyada.net/learn/sensors/pir.html 16 KẾT QUẢ VÀ ĐỀ NGHỊ Hệ thống hoạt động thỏa mãn yêu cầu đề Hệ thống hoạt động tốt, đề tài thành công Tuy nhiên, hệ thống chưa thật đem thực tế Để đưa thực tế phải thiết kế, tính tốn kích thước cửa lựa chọn động cho phù hợp Kết hợp với thiết bị khác cần phải có phận phát cửa bị kẹt để ngưng động Phải có nguồn dự phòng, mạch điều khiển để điều khiển cửa bị cúp điện hỏa hoạn xảy 12 17 ... thường Những thuận lợi người sử dụng cửa tự động: - Cửa tự động đem lại cảm giác thoải mái cho người dùng - Nếu người qua cửa bê vác vật ( hai tay) cửa tự động khơng tạo cảm giác thoải mà tạo thuận... người dùng - Và đặc biệt thích hợp cho việc sử dụng máy lạnh thường trực Hoạt động: Cửa tự động tự mở có người tới cửa tự động đóng lại khơng có người di chuyển qua lại cửa Và cửa khơng đóng lại có... chuyển động Cảm biến gọi thụ động khơng dùng nguồn nhiệt tự phát mà phụ thuộc vào nguồn tha nhiệt, thân nhiệt thực thể khác, người, vật… Nguyên tắc hoạt động: 11 PIR nhận biết chuyển động tốt