MÔ HÌNH GARA ÔTÔ TRONG NHÀ THÔNG MINH (có code)

MÔ HÌNH GARA ÔTÔ TRONG NHÀ THÔNG MINH (có code)........................ MÔ HÌNH GARA ÔTÔ TRONG NHÀ THÔNG MINH (có code)........................ MÔ HÌNH GARA ÔTÔ TRONG NHÀ THÔNG MINH (có code)........................ MÔ HÌNH GARA ÔTÔ TRONG NHÀ THÔNG MINH (có code)........................ MÔ HÌNH GARA ÔTÔ TRONG NHÀ THÔNG MINH (có code)........................

MÔ HÌNH GARA ÔTÔ TRONG NHÀ

THÔNG MINH

DC Direct Current

EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only MemoryI2C Inter-Intergrated Circuit

ICSP In Circuit Serial Programming

PIC Programmable Intelligent Computer

PWM Pulse Width Modulation

RAM Random Access Memory

RPM Revolutions Per Minute

SFR Special Function Register

SPI Serial Peripheral Interface

SSP Supply Side Platform

TTL Transistor-transistor logic

USART Universal Syncronous Asyncronous Receiver Transmitter

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu

Ngày nay với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ và sự phát triển không ngừng củanhu cầu về đời sống vật chất và tinh thần của con người, mang lại nhiều cơ hội cũngnhư không các ít thách thức cho các nhà đầu tư Nắm bắt được điều đó, hôm nay emxin giới thiệu đề tài đó là: Mô hình gara ôtô trong nhà thông minh Được xây dựngtrên ý tưởng cất và lấy xe ôtô một cách tiện lợi và thoải mái nhất

1.1.1 Mô tả mạch

Khi chạy xe về nhà, khi xe tiến đến một khoảng cách nhất định và nhận biết đó là xecủa chủ nhà thì cửa gara mở lên (và nếu có trộm đột nhập mở cửa gara thì còi húnhẹ báo động) Khi chạy xe vào trong gara, đèn trong gara sẽ bật sáng khi có ngườihoặc xe vào trong, lúc trời tối Xe đã đi vào trong, khi không còn tín hiệu của xe,cửa gara sẽ đóng lại và người đi vào trong nhà thì đèn trong gara tự động tắt Ngượclại, vào lúc sáng sớm đi làm, khi có người xuống lấy xe thì đèn trong gara sẽ sángkhi trời vẫn còn tối, cửa gara sẽ mở khi nhận thấy tín hiệu của xe, chạy xe ra, cửagara tự động đóng lại

1.1.2 Mục tiêu

• Cung cấp sự tiện lợi, thoải mái cho người sử dụng

• Dễ dàng quản lý và điều khiển theo ý muốn

• Mạch có tính kinh tế, phù hợp với nhu cầu sử dụng thực tế hiện nay

• Có thể đầu tư, sản xuất và phát triển mạch theo hướng hiện đại hóa

1.1.3 Yêu cầu đề tài

• Tìm hiểu vi điều khiển và linh kiện liên quan khóa cổng, đèn chiếu sángtrong gara

• Xây dựng mô hình sát với thực tế, thiết kế hệ thống điều khiển và thiết lập

mã khóa cửa và các chế độ vào/ra

• Mô phỏng mạch, khảo sát, điều chỉnh

• Thi công phần cứng, khảo sát đánh giá hoạt động của hệ thống.

1.2 Tìm hiểu các linh kiện chính

Mạch sử dụng các linh kiện chính: PIC16F877A, động cơ DC 12V, module cảmbiến vật cản hồng ngoại V1, module điều khiển động cơ L298N, module cảm biếnbáo cháy, module cảm biến chuyển động HC-SR501, Rơ-le 12V-10A, module cảmbiến ánh sáng

1.1.4 Giới thiệu PIC16F877A

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài là 14bit Mỗi lệnh được thực thi trong một chu kì xung clock Tốc độ hoạt động tối đacho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh 200 ns Bộ nhớ chương trình 8K x 14 bit,

bộ nhớ dữ liệu 368 byte RAM, bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256 byte

Số Port I/O là 5 với 33 pin I/O

Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau

• Timer 0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số là 8 bit.

• Timer 1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, thực hiện chức năng đếm dựa vào

xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep

• Timer 2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler.

• Hai bộ Capture/ so sánh/ điều chế độ rộng xung

Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP ( Synchronous Serial Port ), SPI và I2C

Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ

Cổng giao tiếp song song PSP ( Parallel Slave Port ) với các chân điều khiển RD,

WR, CS ở bên ngoài

Các đặc tính Analog

• 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit

• Hai bộ so sánh

Bên cạnh đó có một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

• Bộ nhớ flash với khả năng ghi và xóa được 100.000 lần

• Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi và xóa được 1.000.000 lần

• Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ khoảng 40 năm

• Khả năng tự nạp chương trình kết hợp với sự điều khiển của phần mềm.

• Nạp được chương trình ngay cả trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial

Programming) thông qua 2 chân

• Watchdog Timer với bộ dao động trong

• Chức năng bảo mật mã chương trình

Bảng 1-1:Tính năng các chân của PIC16F877A

Tên Chân Loại Mô tả chức năng

ngoài

OSC2/CLKO 14 O Dao động tinh thể hoặc lối ra xung

MCLR/Vpp 1 I/P Lối vào reset Lối vào điện áp nạp

trình Vpp

RA2/AN2/V-ref/CVRef 4 I/O Vào ra số lối vào analog 2 Lối vào

điện áp chuẩn V-ref của ADC

RA3/AN3/V+ref 5 I/O Vào ra số lối vào analog 3 Lối vào

điện áp chuẩn V-ref của ADC

RA4/TOCKI/C1OUT 6 I/O Vào/ra số cực máng ngỏ Lối vào

xung ngoài cho Timer Lối ra bộ sosánh 1

RA5/SS/AN4/C2OUT 7 I/O Vào/ra số lối vào chọn SOI Lối vào

RC0/T1OSO/T1CKI 15 I/O Vào/ra số Tạo dao động Timer Xung

nhịp ngoài cho Timer 1RC1/T1OSI/CCP2 16 I/O Vào/ra số Tạo Timer 1 Lối vào

capture Lối ra Compare 2 Lối raPWM2

RC2/CCP1 17 I/O Vào/ra số Lối vào vào/ra số

RC6/TX/CK 25 I/O Vào/ra số Cổng truyền thông không

đồng bộ Xung nhịp truyền đồng bộ

RC7/RX/DT 26 I/O Vào/ra số Công nhận không đồng bộ.

Vss 12,31 I/O Đất chung cho lối vào ra và analog

Tổ chức bộ nhớ:

Có 3 bộ nhớ riêng biệt trong vi điều khiển PIC16F877A gồm có: Bộ nhớ dữ liệu(Data memory), bộ nhớ chương trình (Program memory), bộ nhớ EEPROM

• Bộ nhớ chương trình (Program memory)

Bộ nhớ chương trình vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ flash, dung lượng bộ nhớ8K word (1 word = 14 bit), được phân thành nhiều trang (từ page 0 đến page 3) Bộnhớ chương trình có khả năng chứa được 8*1024 = 8192 lệnh (vì một lệnh sau khi

mã hóa sẽ có dung lượng 1 word (14 bit))

Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình chỉ đến địa chỉ 0000h (Resetvector) Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chương trình chỉ đến địa chỉ 0004h (Interruptvector) Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉhóa bởi bộ đếm chương trình

Hình 1-2: Bộ nhớ chương trình

• Bộ nhớ dữ liệu (Data memory)

Bộ nhớ dữ liệu chia thành 4 bank, mỗi bank có dung lượng 128 byte RAM tĩnh.Mỗi bank bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR (Special FunctionRegister) nằm ở vùng địa chỉ thấp, các thanh ghi mục đích chung GPR (GeneralPurpose Register) nằm ở vùng địa chỉ cao Các thanh ghi SFR thường xuyên được

sử dụng như: STATUS, INTCON, FSR được bố trí trên tất cả các bank giúp thuậntiện trong quá trình truy hoặc xuất

Hình 1-3: Bộ nhớ dữ liệu

• Bộ nhớ EEPROM

Một bộ nhớ dữ liệu đặc biệt kiểu EEPROM dung lượng 256 byte được tích hợptrong PIC 16F877A, được xem như thiết bị ngoại vi được nối vào bus dữ liệu, bộnhớ này có thể ghi đọc trong quá trình hoạt động dưới sự điều khiển của chươngtrình

Các chân khác của cổng A được ghép lối vào của các bộ so sánh tương tự và bộ biếnđổi ADC 8 kênh.

• Port B

Port B (RPB) gồm 8 pin I/O ( RB0 – RB7) Thanh ghi điều khiển xuất nhập tươngứng là TRISB Bên cạnh đó có một số chân của Port B được sử dụng trong quá trìnhnạp chương trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau Port B còn liênquan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer 0

Port B còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên 20 KOhm được điều khiển bởichương trình

Chân RB0 có thể lựa chọn là lối vào của ngắt ngoài Extint

Có 3 chân của cổng B được ghép lối với chức năng ICSP bao gồm: RB6, RB7, RB3tương ứng với lối vào PGC, PGD, LVP khi nạp trình Lối vào RB4 và RB7 làm phátsinh ngắt RBIF khi thay đổi trạng thái khi các chân này định nghĩa là các lối vào.Trạng thái hiện tại của lối vào này sẽ được so sánh với trạng thái được chốt lại tạilần đọc trước đó Khi có sự khác nhau thì cờ ngắt RBIF sẽ được lập

• Port E

Port E có 3 chân là: RE0 , RE1 , RE2 có thể được cấu hình là các chân xuất nhập.Các chân của Port E có ngõ vào analog, tại chế độ này khi đọc trạng thái các chânPort E sẽ cho ta giá trị 0 Bên cạnh đó Port E còn là các chân điều khiển của chuẩngiao tiếp PSP

1.1.5 Động cơ quay DC 12 V

Hình 1-5: Động cơ DC

Thông số kĩ thuật

• Điện áp cấp cho Encoder là 5 V

• Điện áp cấp cho Động cơ là 3-24 V

• Chỉ có 1 kênh Encoder nên không xác định được chiều quay

• Số xung là 41 xung

Sơ đồ chân

Hình 1-6: Sơ đồ chân của động cơ

Sơ đồ nguyên lí

Hình 1-7: Sơ đồ nguyên lí của động cơ

Ưu điểm so với các động cơ khác

• Tốc độ nhanh, động cơ xoay vòng liên tục, dễ dàng thay đổi theo nhu cầungười sử dụng.

• Được sử dụng cho các thiết kế phải có một thiết bị quay với tốc độ RPM Vídụ: trục bánh xe ô tô, cánh quạt máy,…

1.1.6 Module cảm biến vật cản hồng ngoại V1

Hình 1-8: Cảm biến vật cản

Mô tả

• Cảm biến phát hiện vật cản hồng ngoại luôn thích nghi với môi trường xungquanh, có một cặp truyền/nhận dữ liệu hồng ngoại với một tần số nhất định

• Khi phát hiện ra tia hồng ngoại của một vật cản bề mặt phản xạ sẽ nhận tínhiệu và xử lý đèn báo màu xanh lá cây sẽ sáng đồng thời đầu ra cho tín hiệu

• OUT: đầu ra kĩ thuật số (0 và 1)

1.1.7 Module điều khiển động cơ L298N

Hình 1-9: Module điều khiển động cơ

Thông số kĩ thuật

• Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H

• Điện áp điều khiển: 5 V ~ 12 V

• Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2 A (=> 2 A cho mỗi motor)

• Điện áp của tín hiệu điều khiển: 5 V ~ 7 V

• Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36 mA

• Công suất hao phí: 20 W (khi nhiệt độ T = 75 ℃)

• Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃.

Các chân tín hiệu

• Số 1: DC motor 1 "+" hoặc stepper motor A+

• Số 2: DC motor 1 "-" hoặc stepper motor A-

• Số 3: 12 V jumper - tháo jumper ra nếu sử dụng nguồn trên 12 V Jumper nàydùng để cấp nguồn cho IC ổn áp tạo ra nguồn 5 V nếu nguồn trên 12 V sẽlàm cháy IC nguồn

• Số 4: cắm dây nguồn cung cấp điện áp cho motor vào đây từ 6 V đến 35 V

• Số 5: cắm chân GND của nguồn vào đây

• Số 6: ngõ ra nguồn 5 V, nếu jumper đầu vào không rút ra

• Số 7: chân Enable của Motor 1, chân này dùng để cấp xung PWM cho motornếu dùng vi điều khiển thì rút jumper ra và cắm chân PWM vào đây Giữnguyên khi dùng với động cơ bước

• Số 13: DC motor 2 "+" hoặc stepper motor B+

• Số 14: DC motor 2 "-" hoặc stepper motor B-

1.1.8 Module cảm biến báo cháy

• Góc phát hiện < 60 độ.

• Khoảng cách phát hiện: 4 - 5 m.

Tính năng

• Khi có người vào phạm vi cảm biến, phát đi tín hiệu báo hiệu vật thể

• Thiết lập hai chế độ kích hoạt: L (không lặp lại kích hoạt: module tự độngđưa về mức thấp khi hết thời gian trễ) và H (có lặp lại kích hoạt: moduleluôn giữ ở mức cao cho đến khi không còn người chuyển động)

LƯU Ý

• Nên cố gắng tránh ánh sáng trực tiếp và nguồn nhiễu gần với bề mặt lăngkính của các module, để tránh đưa ra tính hiệu nhiễu, tránh sử sụng môitrường nhiều gió, nhiều ánh sáng

1.1.10 Relay SRD-05VDC-SL-C

Hình 1-12: Relay 5 chân SRD-05VDC

Relay 5 chân SRD-05VDC là thiết bị đóng ngắt điện cơ đơn giản Gồm 2 phầnchính là cuộn hút và các tiếp điểm

• Cuộn hút: tạo ra năng lượng từ trường để hút tiếp điểm về phía mình.

Tùy vào điện áp làm việc mà người ra chia Relay ra DC: 5 V, 12 V, 24 V

và AC: 110 V, 220 V

• Các tiếp điểm: khi không có từ trường (không cấp điện cho cuộn dây)

tiếp điểm 1 được tiếp xúc với 2 nhờ lực của lò xo Tiếp điểm thườngđóng Khi có năng lượng từ trường thì tiếp điểm 1 bị hút chuyển sang 3.Relay có thể có 1 cặp tiếp điểm, 2 cặp hoặc nhiều hơn

• SRD-05VDC-SL-C: hiệu điện thế kích tối ưu là 5 V

Hình 1-14: Cảm biến ánh sáng

Cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở có khả năng thay đổi điện trở theo cường độánh sáng chiếu vào Tín hiệu xuất ra của cảm biến là digital HIGH (5 V) và LOWtượng trưng cho các trạng thái bật, tắt thiết bị điện tự động mà không cần thao tácvào

Thông số kĩ thuật

• Điện áp hoạt động: 3.3 – 5 V

• Kết nối chân với 2 chân cấp nguồn (VCC và GND)

• Chân DO đầu ra tín hiệu Digital (0 và 1)

• Hổ trợ cả 2 dạng tín hiệu ra Analog và TTL Ngõ ra Analog 0 – 5 V tỷ lệthuận với cường độ ánh sáng, ngõ TTL tích cực mức thấp.

• Độ nhạy cao với ánh sáng được tùy chỉnh bằng biến trở

• Kích thước 32 x 14 mm

Ứng dụng

• Điều khiển thiết bị bật tắt theo ánh sáng

• Điều khiển đèn chiếu sáng tự động

• Hệ thống cảnh báo chống trộm

• Đo nhịp tim

• Truyền tải dữ liệu bằng thu nhận xung laser

Mô tả

• Module cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở và IC LM393

• Độ nhạy có thể tùy chỉnh bằng cách vặn biến trở về bên trái (tăng độ nhạycủa cảm biến với ánh sáng) hoặc vặn biến trở về bên phải (giảm độ nhạy củacảm biến với ánh sáng)

• Thiết kế đơn giản nhưng hiệu quả và độ tin cậy cao, độ nhiễu thấp do đượcthiết kế mạch lọc tín hiệu trước khi so sánh với ngưỡng

• Thân thiện với người dùng hơn khi hổ trợ cả 2 dạng tín hiệu ngõ ra dạng số(tín hiệu 0 1) và dạng analog

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG1.3 Các khối mạch thành phần

Khối Sensor

Hình 2-1: Sơ đồ khối của mạch

• Khối nguồn: nguồn điện vào sử dụng điện áp DC từ 5 – 12 V

• Khối sensor: khối cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái, quátrình vật lý hay hóa học ở môi trường cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệuđiện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó Thông tin được xử

lý để rút ra tham số định tính hoặc định lượng của môi trường, phục vụ cácnhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh và gọi ngắn gọn là đođạc, phục vụ trong truyền và xử lý thông tin, hay trong điều khiển các quátrình khác Gồm hai nhóm chính là cảm biến vật lý (sóng điện từ, ánh sáng,

tử ngoại, hồng ngoại, tia X, tia gamma, hạt bức xạ, nhiệt độ, áp suất, âmthanh, rung động, khoảng cách, chuyển động, gia tốc, từ trường, trọngtrường, ) và cảm biến hóa học (độ ẩm, độ PH, các ion, hợp chất đặc hiệu,khói, )

• Khối điều khiển: PIC 16F877A đóng vai trò là trung tâm của bộ điều khiển

• Khối điều khiển động cơ: module điều khiển động cơ L298N thiết lập tốc độquay và chiều quay của động cơ

• Khối hiển thị: đèn, còi hú, động cơ quay DC đóng mở cửa

1.4 Sơ đồ mạch

Khối Điều Khiển

Khối Hiển Thị Khối Nguồn

Khối Điều Khiển Động Cơ

Hình 2-2: Sơ đồ nguyên lí của mạch

Nguyên lí hoạt động

PIC 16F877A đã được nạp code, và khi được khối nguồn cung cấp điện sẽ kích hoạtkhối sensor phát hiện vật thể trong vùng hoạt động của cảm biến Tùy vào trạng tháiđược thiết lặp, khối hiển thị sẽ thể hiện trạng thái hoạt động Động cơ quay sẽ hoạtđộng đóng mở cửa với điện áp điều khiển xuất ra từ L298N và trả về giá trị xungcủa cảm biến Encoder

1.5 Lưu đồ giải thuật

Khối nguồn Cảm biến vật cản, chuyển động, báo

cháy, ánh sáng

Hình 2-3: Lưu đồ giải thuật của hệ thống

Đầu tiên, khi cấp nguồn cho mạch, nếu có vật thể chuyển động di chuyển vào vùngnhận biết của cảm biến chuyển động, còi sẽ hú báo động nếu đó không phải là tínhiệu của xe chủ nhà Khi có tín hiệu của xe chủ nhà, động cơ cửa sẽ quay và cửa sẽ

mở ra Khi xe vào trong, đèn bên trong gara sẽ sáng nếu trời tối Khi không còn tínhiệu của xe cửa sẽ đóng lại Cảm biến báo cháy sẽ báo động nếu phát hiện ngọn lửa

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THI CÔNG

1.6 Mô hình mạch in của mạch

Mô hình gara ôtô trong nhà thông minh

VI ĐIỀU KHIỂN

Động cơ

hoạt động với điện áp

điều khiển xuất ra từ

L298 và trả về giá trị

xung của cảm biến

Encoder

Module cầu HL298

Hiển thị còi hú, đènsáng tắt

Động cơ

Hoạt động với điện áp

điều khiển xuất ra từ

L298 và trả về giá trị

Hình 3-1: Kết quả mô phỏng của mạch in

1.7 Kết quả mạch in

Hình 3-2: Kết quả mạch in

Hình 3-3: Kết quả mạch in dạng 3D

1.8 Mạch thực tế

Hình 3-4: Mô hình thực tế

1.9 Mạch thực tế khi hoạt động

Hình 3-5: Mô hình thực tế khi đang hoạt động

Trong quá trình thực hiện đề tài đã nhận thấy được những ưu, khuyết điểm sau:

TÀI LIỆU THAM KHẢO