Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG I: 4 GIỚI THIỆU CHUNG 4 1. Đặt Vấn Đề: 4 2. Mục Đích Chọn Đề Tài: 4 3. Yêu Cầu Của Đề Tài: 4 4. Giới Hạn Đề Tài: 5 5. Chọn Phương An Thực Hiện Đề Tài. 5 6. Sơ lược về hệ thống báo cháy và điều khiển 5 6.1. Nguyên nhân, dấu hiệu nhận biết và báo cháy: 5 6.2. Các bộ phận chính: 6 Cảm biến: 6 6.3. Thiết bị báo động: 8 CHƯƠNG II: 9 VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA8 9 I. VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA8 9 1. Cấu trúc 9 1.1. Đặc trưng của ATmega8 9 1.2. Những đặc trưng về giao tiếp ngoại vi 9 1.3. Những tính năng đặc biệt 9 1.4. Mô tả các chân 11 1.5. Cấu trúc của ATmega8 11 12 1.6. Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu 12 1.7. Hệ thống tạo xung đồng bộ cho hệ thống 13 14 1.8. TimerCounter 15 1.9. Truyền dữ liệu nối tiếp trong ATmega8 16 II. GIỚI THIỆU VỀ CODEVISION AVR VÀ AVRPROGRIP 21 1. Giới thiệu về CodeVisionAVR 21 1.1. Khởi tạo Project mới. 21 1.2. Khởi tạo một dự án mới. 22 1.3. Khởi tạo PORT xuất nhập IO: 23 1.4. Khởi tạo PWM: 23 1.5. Khởi tạo ngắt: 24 1.6. Khởi tạo LCD: 24 1.7. Khởi tạo ADC: 27 III. PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROTEUS 29 CHƯƠNG III: 32 GIỚI THIỆU VỀ MODULE SIM 900A 32 1. Giới thiệu tổng quan 32 2. Thông số 32 3. Các lệnh cơ bản 34 4. Đèn thông tin trạng thái của sim900. 37 5. Giao tiếp với sim900 qua AT conmand: 38 CHƯƠNG IV: 39 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 39 I. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 39 1. SƠ ĐỒ KHỐI 39 2. THIẾT KẾ MẠCH CẢM BIẾN: 39 2.1. KHỐI DÒ CẢM BIẾN 39 3. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ MẠCH IN 42 4. KHỐI XỬ LÝ TÍN HIỆU 45 5. KHỐI GIAO TIẾP 45 II. THIẾT KẾ PHẦN MỀM 46 CHƯƠNG V: 53 KẾT QUẢ, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 53 1. KẾT QUẢ: 53 2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI: 56 3. KẾT LUẬN: 56 DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG Hình 1.1 Sơ đồ chân ATmega8 (chân cắm) 10 Hình 1.2 Sơ đồ chân ATmega 8 (chân dán TQFP) 11 Hình 1.3 Cấu trúc ATmega8 12 Hình 1.4 Hệ thống tạo xung đồng bộ 14 Hình 1.5 Truyền 8bit theo phương pháp song song và nối tiếp 17 Hình 2.1 Khởi tạo ngắt CodeVisionAVR 24 Hình 2.2 Khởi tạo LCD 25 Hình 2.3 Phương trình khởi tạo 27 Hình 2.4 Khởi tạo ADC 28 Hình 3.1: Module sim900A 33 Hình 4.1 Sơ đồ khối mạch 39 Hình 4.2 Sơ đồ khối cảm biến 40 Hình 4.3 Sơ đồ kết nối với vi điều khiển 41 Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý 43 Hình 4.5 Sơ đồ mạch in 44 Hình 4.6 Khối xử lý tín hiệu 45 Hình 4.7 Khối giao tiếp 46 Hình 5.1 Mạch sau khi hoàn thành 53 Hình 5.2 Đèn báo mạch đã sẵn sàng hoạt động 54 Hình 5.3 Đèn tín hiệu sáng khi có chất cháy nổ 54 Hình 5.4 Đèn đỏ báo động khi phát hiện chất cháy nổ 55 Bảng 1: Mô tả các chân của Module 34 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại ngày nay, khi nền kinh tế thị trường đang trên đà phát triển, cuộc sống của người dân được cải thiện nhiều cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ. Thì bên cạnh đó vẫn luôn tồn tại ngày càng nhiều những hiểm họa trong sản xuất cũng như trong cuộc sống. Một trong những hiểm họa nguy hiểm, để lại những hậu quả và cũng là loại hiểm họa dễ xảy ra nhất hiện nay đó chính là cháy, nổ. Chính vì vậy việc lắp đặt, thiết kế, cải tiến các hệ thống báo cháy có tầm quan trọng hết sức to lớn. Nó giúp ta phát hiện nhanh chóng, chữa cháy kịp thời ở giai đoạn đầu của đám cháy sẽ đem lại tỉ lệ dập tắt đám cháy rất cao. Điều đó không những đem lại sự bình yên cho con người mà nó còn làm giảm mức độ tàn phá của đám cháy cũng như bảo vệ được tài sản cho nhà nước, nhân dân, nhà xưởng… Đã từ lâu, việc phòng cháy chữa cháy không chỉ là mối quan tâm của một số cá nhân nào, ma nó là mối quan tâm của mọi tổ chức, cơ quan, của mỗi cá nhân và của tất cả mọi người, mọi quốc gia trên thế giới. Và ngày nay, vấn đề này không những không bị bỏ trong lãng quên mà còn là mối quan tâm hàng đầu trong cuộc sống. Nó trở thành nghĩa vụ của mỗi cá nhân, là trách nhiệm của mọi tổ chức, và còn là ý thức của tất cả mọi nguời. Chính vì thế, trên các phương tiện thông tin đại chúng ngày nay họ luôn tuyên truyền, cảnh báo về sự nguy hiểm cũng như tác hại của cháy nổ. Đồng thời cũng giáo dục người dân cách phòng, cách khắc phục khi có đám cháy xảy ra tránh những sự cố đáng tiếc do đám cháy gây ra. Thông thường, đối với mỗi đám cháy có thể xảy ra ở mọi nơi, mọi lúc. Nhưng nơi thường xuyên xảy ra và gây ra những thiệt hại đáng tiếc về người và của đó là các nơi tập trung đông người, nơi có chứa chất dễ cháy nổ, nơi có hệ thống phát lửa và chất dễ cháy (như: đường điện, máy máy móc…) chằng chịt không có bộ phận chống cháy nổ hoặc có nhưng không đảm bảo an toàn cháy nổ. Ví dụ: Khu chợ, khu chế xuất khí GAS, nhà tập thể… Ngày nay, nhờ có sự phát triển của khoa học công nghệ vì vậy mà những ý tưởng, những yêu cầu trong cuộc sống của người dân đang dần được thay thế bằng những hệ thống tự động, những thiết bị chuyên dụng, những phần mềm điều hành để nâng cao độ chính xác, hiệu quả, cũng như tốc độ xử lý sự cố… Ví dụ như: hệ thống báo trộm đột nhập, hệ thống kiểm soát ngân hàng, hệ thống báo cháy, nhiệt độ,… tất cả đều rất cần thiết đối với mọi người dân, tổ chức. Hiện nay, do sự phát triển của mạng điện thoại tại Việt Nam đang phát triển như vũ bão. Điều này tạo điều kiện rất thuận lợi cho việc liên lạc, đồng thời cũng tạo ra một phương pháp rất hay khi xảy ra sự cố nhưng người có trách nhiệm lại không ở hiện trường. Xuất phát từ những nhu cầu, những ý tưởng và những điều kiện, tình hình thực tế trên, em đã chọn đề tài: “Hệ thống thiết bị báo cháy tại chỗ và qua điện thoại di động” cho đồ án tốt nghiệp của mình. Cùng với những kiến thức đã được tìm hiểu trong sách vở và sau 7 tuần tìm hiểu, đồng thời dưới sự hướng dẫn tận tình của Thầy hướng dẫn. Em đã cố gắng hoàn thành tốt đề tài mình đã chọn, mặc dù gặp rất nhiều những khó khăn chủ quan cũng như khách quan trong quá trình thực hiện. Do thời gian và sự hiểu biết có hạn, chắc chắn trong quá trình làm em cũng có nhiều thiếu sót, mong các thầy cô và các bạn chân thành góp ý. Đồ án của em gồm 5 chương: Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Giới thiệu vi điều khiển Atmega8 Chương 3: Module Sim900A Chương 4: Thiết kế hệ thống Chương 5: Kết quả, kết luận và hướng phát triển NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ngày tháng năm 2018 Người nhận xét CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 1. Đặt Vấn Đề: Ngày nay, khi ngành công nghệ thông tin liên lạc phát triển nhanh chóng cùng với các ngành công nghệ khác. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội thì công nghệ thông tin đóng vai trò cốt lõi trong việc cập nhật thông tin cho mọi người. Với những nhu cầu về thông tin liên lạc qua máy điện thoại ngày càng cao người ta còn sử dụng điện thọai trong việc điều khiển tư động chẳng hạn như: tự động báo cháy qua điện thoại, điều khiển thiết bị qua điện thoại vv… 2. Mục Đích Chọn Đề Tài: Mục đích trước hết khi thực hiện đề tài này là để hoàn tất chương trình môn học để đủ điều kiện ra trường. Cụ thể khi nghiên cứu thực hiện đề tài là em muốn phát huy những thành quả ứng dụng của vi điều khiển nhằm tạo ra những sản phẩm, những thiết bị tiên tiến hơn và đạt hiệu quả sản xuất cao hơn. Mặt khác tập luận văn này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho những sinh viên khóa sau. Giúp họ hiểu rõ hơn về những ứng dụng của vi điều khiển. Ngoài ra quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài là một cơ hội để em tự kiểm tra lại những kiến thức đã được học ở trường, đồng thời phát huy tính sáng tạo, khả năng giải quyết một vấn đề theo yêu cầu đặt ra. 3. Yêu Cầu Của Đề Tài: Nhằm phục vụ cho việc báo cháy tự động qua điện thoại đặt tại các nhà cao tầng, các công ty xí nghiệp, những nơi cần thiết khác vv… Từ mục đích trên nên thiết bị báo cháy phải đảm bảo các yêu cầu: Sử dụng tiện lợi và sử dụng khắp cả nước mà không cần thay phần cứng. Báo động kịp thời các vụ cháy nhằm giảm nhẹ thiệt hại do cháy gây ra. Có thể báo động đến nhiều số điện thoại khác nhau. 4. Giới Hạn Đề Tài: Điện thoại nói chung thuộc phạm vi chuyên môn viễn thông hiện đại, vì không nằm trong phần kiến thức được học cho nên đòi hỏi chúng em phải có một khoảng thời gian dài tìm hiểu. Có rất nhiều khó khăn trong lúc thực hiện đề tài. Với thời gian ngắn (7 tuần) nhưng lại có nhiều vấn đề cần giải quyết, nên em chỉ tập trung giải quyết vấn đề mạch là chủ yếu. 5. Chọn Phương An Thực Hiện Đề Tài. Với những yêu cầu trên, em đã xem và đưa ra 3 phương án như sau: Sử dụng kĩ thuật đo lường, cảm biến. Sử dụng kỹ thuật vi xử lý. Sử dụng kỹ thuật vi điều khiển. Khi sử dụng các linh kiện cảm biến, không thể tránh khỏi có độ sai lệch, vì vậy đòi hỏi các sinh viên phải có vốn kiến thức về kĩ thuật đo lường.Với kỹ thuật vi xử lý, có thể khắc phục những yếu điểm của mạch số nhưng lại phức tạp trong việc thiết kế phần cứng. Nếu sử dụng kỹ thuật vi điều khiển, có thể khắc phục những yếu điểm của kỹ thuật số và vi xử lý vì bộ nhớ có thể được mở rộng và phần mềm linh hoạt hơn. Hơn nữa lại rất phổ biến trên thị trường hiện nay, giá cả chấp nhận được thiết kế phần cứng đơn giản cộng với tốc độ xử lý cao. 6. Sơ lược về hệ thống báo cháy và điều khiển 6.1. Nguyên nhân, dấu hiệu nhận biết và báo cháy: Dấu hiệu để đám cháy xảy ra: Lửa, khói, vật liệu xung quanh đám cháy bị phá hủy. Nhiệt độ trong và lân cận đám cháy tăng lên cao. Không khí bị oxi hóa mạnh. Có mùi khét lan rộng ra xung quanh. Có thể có các hiện tượng như: rơi vỡ, sụp đổ…một số đồ vật. Hoặc có tiếng nổ, phát sáng của một số hóa chất. Nguyên nhân gây ra một đám cháy: Do sự nan rộng của mồi lửa tại nơi có vật dễ cháy. Do có vụ nổ xảy ra trước đó. Do chập điện, rò rỉ xăng dầu, nơi có áp suất cũng như nhiệt độ lên quá cao. Một số nguyên nhân khác. Do đám cháy có thể xảy ra ở bất cứ vị trí, địa điểm nào nếu nơi đó không đảm bảo được chỉ tiêu về an toàn cháy nổ. Vì vậy để phòng chánh chúng ta có thể dựa vào những nguyên nhân trên để có thể hạn chế đến mức tối đa một đám cháy có thể xảy ra. Nhưng điều đó cũng chỉ có thể thực hiện khi chưa có đám cháy xảy ra. Để có thể ngăn ngừa sự nan rộng, giảm nhựng hậu quả của một đám cháy cũng như cảnh báo khi có đám cháy xảy ra thì chúng ta có thể dựa vào những dấu hiệu, biểu hiện của đám cháy ma có thể tạo ra những giải pháp để kịp thời khống chế đám cháy và thông báo cho người có trách nhiệm một cách nhanh nhất. Ngày nay, hầu hết tất cả các nhà xản xuất trên thế giới đều dựa trên nguyên lý này để sản xuất những thiết bị cảnh báo cháy hiện nay(chỉ khác ở mẫu mã và các tính năng của sản phẩm) đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về an toàn cháy nổ cũng như sự bình yên của mọi người. 6.2. Các bộ phận chính: Cảm biến: Cảm biến hoạt động dựa vào các đặt tính vật lý của vật liệu cấu tạo nên chúng. Cảm biến được dùng để chuyển đổi các tín hiệu vật lý sang tín hiệu điện. Các đặc tính của cảm biến: độ nhạy, độ ổn định, độ tuyến tính. a. Cảm biến nhiệt: Là loại cảm biến dùng để chuyển tín hiệu vật lý (nhiệt độ) thành tín hiệu điện, đây là loại cảm biến có độ nhạy tương đối cao và tuyến tính. Nguyên tắc làm việc của nó là dòng điện hay điện áp thay đổi khi nhiệt độ tại nơi đặt nó thay đổi. Tuy nhiên nó cũng dễ báo động nhầm khi nguồn điện bên ngoài tác động không theo ý muốn. b. Cảm biến lửa: Khi lửa cháy thì phát ra ánh sáng hồng ngoại, do đó ta sử dụng các linh kiện phát hiện tia hồng ngoại để phát hiện lửa. Nguyên lý hoạt động là điện trở của các linh kiện thu sóng hồng ngoại tăng, nó chuyển tín hiệu ánh sáng thu được thành tín hiệu điện để báo động. Loại này rất nhạy đối với lửa. Tuy nhiên cũng dễ báo động nhầm. c. Cảm biến khói: + Có hai cách cơ bản để thiết kế bộ cảm biến khói. Cách thứ nhất sử dụng nguyên tắc Ion hóa. Người ta sử dụng một lượng nhỏ chất phóng xạ để Ion hóa trong bộ cảm biến. Không khí bị Ion hóa sẽ dẫn điện và tạo thành một dòng điện chạy giữa chạy giữa hai cực đã đợc nạp điện. Khi các phần tử khói lọt vào khu vực cảm nhận được Ion hóa sẽ làm tăng điện trở trong buồng cảm nhận và làm giảm luồng điện giữa hai cực. Khi luồng điện giảm xuống tới một giá trị nào đó thì bộ cảm biến sẽ phát hiện và phát tín hiệu báo động. Cách thứ hai sử dụng các linh kiện thu phát quang. Người ta dùng linh kiện phát quang (Led, Led hồng ngoại…) chiếu một tia ánh sáng qua vùng bảo vệ vào một linh kiện thu quang (photo diode, photo transistor, quang trở…). Khi có cháy, khói đi ngang qua vùng bảo vệ sẽ che chắn hoặc làm giảm cường độ ánh sáng chiếu vào linh kiện thu. Khi cường độ giảm xuống tới một giá trị nào đó thì bộ cảm biến sẽ phát hiện và phát tín hiệu báo động. Một nhược điểm của các loại cảm biến này là: mạch báo động có thể sai nếu vùng bảo vệ bị xâm nhập bởi các lớp bụi… 6.3. Thiết bị báo động: Thiết bị báo động gồm có hai loại: Báo động tại chỗ. Báo động qua điện thoại. Báo động tại chỗ ta có thể sử dụng các chuông điện, mạch tạo còi hụ hay phát ra tiếng nói để cảnh báo. Trong các hệ thống báo cháy, bộ cảm biến thường đặt ở những nơi dễ cháy và nối với các thiết bị báo động bằng dây dẫn điện, do đó trong một số trường hợp có thể làm dây bị đứt. Vì vậy một hệ thống báo cháy sẽ trở nên hiệu quả khi sử dụng các bộ phát vô tuyến. Trong đó bộ phận thu gắn với mạch báo động, còn mạch phát gắn với bộ cảm biến. Tuy nhiên việc lắp đặt gặp nhiều khó khăn và giá thành cao. Báo động qua điện thoại giúp ta đáp ứng nhanh các thông tin về sự cố đến các cơ quan chức năng. Khi có tín hiệu báo động sẽ tự động quay số đến các cơ quan như: nhà riêng, công an, phòng cháy chữa cháy… CHƯƠNG II: VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA8 I. VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA8 1. Cấu trúc 1.1. Đặc trưng của ATmega8 Vi điều khiển Atmega8 có tới 32 thanh ghi dùng chung kết nối trực tiếp với đơn vị xử lý số học (ALU), cho phép truy cập hai thanh ghi độc lập trong một chu kỳ đồng hồ, kết quả là kiến trúc AVR cho tốc độ nhanh hơn 10 lần so với kiến trúc CISC thông thường. Các thông số cơ bản Vi điều khiển Atmega8: Tốc độ tối đa 16MHz, Dung lượng bộ nhớ chương trình 8KB, Bộ nhớ EEPROM 512 Byte, Dung lượng bộ nhớ RAM 1 KB, 2 Timer 8 bit, 1Timer 16 bit, 6 kênh ADC 10 bit, Giao tiếp TWI (I2C) UART SPI, Điện áp hoạt động Atmega816PU: 4.5V – 5.5V. Bộ nhớ chương trình chíp có khả năng tự khi vào bồ nhớ chương trình, cập nhập chương trình cho chíp mà không cần mạch nạp. 1.2. Những đặc trưng về giao tiếp ngoại vi Atmega8 có đầy đủ các thành phần ngoại vi như Timer, Counter, Real Time, PWM, ADC, USART, SPI, Bộ so sánh onchip, capacitive Touch. 1.3. Những tính năng đặc biệt • Có thể sử dụng xung clock lên đến 16MHz, hoặc sử dụng xung clock nội lên đến 8 MHz (sai số 3%) • Bộ nhớ chương trình Flash có thể lập trình lại rất nhiều lần và dung lượng lớn, có SRAM (Ram tĩnh) lớn, và đặc biệt có bộ nhớ lưu trữ lập trình được EEPROM. • Nhiều ngõ vào ra (IO PORT) 2 hướng (bidirectional). • 8 bits, 16 bits timercounter tích hợp PWM. • Các bộ chuyển đối Analog – Digital phân giải 10 bits, nhiều kênh. • Chức năng Analog comparator.