Tìm hiểu và thiết kế các chức năng trong nhà tiện ích hơn

SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn ThS Trần Duy Cường Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, đồ án sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung đồ án Trường Đại học Công nghệ TP.HCM không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây q trình thực (nếu có) Người cam đoan Nguyễn Tuấn Đạt SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới thầy giáo trường Đại học Cơng nghệ TP.HCM nói chung thầy cô giáo khoa Cơ- Điện- Điện tử nói riêng tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trần Duy Cường, thầy tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, hướng dẫn em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, điều cần thiết cho em trình học tập làm việc sau Sau xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè động viên, đóng góp ý kiến giúp đỡ q trình học tâp, nghiên cứu hồn thành đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường NỘI DUNG CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.5 Tóm tắt nội dung chương CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu PIC 16F877A 2.2 Cảm biến DS18B20 2.2.1 Sơ đồ khối IC DS18B20 10 2.2.2 Thanh ghi liệu 10 2.2.3 Trao đổi liệu vi điều khiển DS18B20 12 2.2.4 Cách đọc giá trị nhiệt độ 14 2.3 Module cảm biến khí gas MQ2 16 2.3.1 Giới thiệu module cảm biến khí gas MQ2 16 2.3.2 Chức chân module MQ2 18 2.3.3 Thông số kỹ thuật 18 2.3.4 Cấu trúc cấu hình 19 2.3.5 Mục đích sử dụng module cảm biến khí gas MQ2 19 2.4 Module RFID thẻ 19 2.4.1 Giới thiệu công nghệ RFID 19 2.4.2 Các ứng dụng RFID hành 21 2.4.3 Ưu nhược điểm hệ thống RFID 22 2.4.4 Sơ đồ chân module RFID RC522 24 2.4.5 Chức chân module RC522 25 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ THỰC NGHIỆM MẠCH 26 3.1 Vẽ sơ đồ khối 26 3.2 Tính tốn thiết kế khối 26 i SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường 3.2.1 Khối nguồn 26 3.2.2 Khối điều khiển trung tâm 27 3.2.3 Khối thiết bị động mở cửa 28 3.3 Lưu đồ giải thuật 29 3.3.1 Lưu đồ giải thuật điều khiển cửa 29 3.3.2 Lưu đồ giải thuật cảm biến khí gas 29 3.3.3 Lưu đồ giải thuật đọc nhiệt độ phòng 30 3.4 Sơ đồ nguyên lý 31 3.5 Mạch in thi công mạch 34 3.5.1 Mạch in 34 3.5.2 Quá trình thi cơng 36 3.5.6 Chụp hình cho trường hợp chức 37 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 41 4.1 Đánh giá kết 41 4.2 Hướng phát triển 41 CHƯƠNG KẾT LUẬN 42 Tài liệu tham khảo 43 Phụ lục 44 ii SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mơ hình Smart Home Hình 1.2 Hệ thống cửa vào Hình 1.3 Quản lý nhiệt độ Hình 2.1 Sơ đồ chân 16F877A Hình 2.2 Hình thực tế chip 16F877A Hình 2.3 Cảm biến nhiệt độ DS182B0 Hình 2.4 Sơ đồ khối DS18B20 10 Hình 2.5 Cảm biến MQ2 16 Hình 2.6 Sơ đồ chân module MQ2 18 Hình 2.7 Cấu hình bên MQ2 19 Hình 2.8 Minh họa hệ thống RFID 21 Hình 2.9 Hình ảnh thực tế module thẻ RFID- RC522 24 Hình 2.10 Sơ đồ chân RFID – RC522 24 Hình 3.1 Sơ đồ khối 26 Hình 3.2 Khối nguồn 26 Hình 3.3 Khối MCU 27 Hình 3.4 Khối điều khiển động 28 Hình 3.5 Lưu đồ giải thuật điều khiển cửa 29 Hình 3.6 Lưu đồ giải thuật cảm biến khí gas 29 Hình 3.7 Lưu đồ giải thuật đọc nhiệt độ phòng 30 Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý 31 Hình 3.9 Mạch in module PIC 34 Hình 3.10 Mạch in module DS18B20 34 Hình 3.11 Mạch in module MQ2 35 Hình 3.12 Mạch in khối motor 35 Hình 3.13 Làm mạch in 36 iii SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường Hình 3.14 Hàn gắn linh kiện 36 Hình 3.15 Mơ hình sản phẩm 37 Hình 3.16 Cửa mở 37 Hình 3.17 Cửa đóng 38 Hình 3.18 Thẻ khơng hợp lệ 38 Hình 3.19 Báo hiệu số nhiệt độ 39 Hình 3.20 Báo hiệu nồng độ khí gas 40 iv SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường MỤC LỤC BẢNG Bảng 2.1 Chức chân chip Bảng 2.2 Chức chân module DS18B20 Bảng 2.3 Chức chân module MQ2 18 Bảng 2.4 Chức chân module RC522 25 Bảng 3.1 Liệt kê sử dụng tài nguyên kết nối VĐK 16F877A 33 v SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu Nhà thông minh (tiếng Anh "Smart Home") hệ thống nhà thông minh nhà/ hộ trang bị hệ thống tự động tiên tiến nhằm mục đích làm cho sống ngày tiện nghi, an toàn góp phần sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên Một nhà (hoặc hộ) coi "thông minh" hệ thống máy tính theo dõi nhiều khía cạnh sống thường ngày gồm tính bản:  Điều khiển chiếu sáng (on/off, dimmer, scence, timer, logic, )  Điều khiển mành, rèm, cửa cổng  Hệ thống an ninh, báo động, báo cháy  Điều khiển điều hòa, máy lạnh  Hệ thống âm đa vùng  Camera, chuông báo  Hệ thống bảo vệ nguồn điện  Các tiện ích ứng dụng khác… Hình 1.1 Mơ hình Smart Home SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường Hình 1.2 Hệ thống cửa vào Hình 1.3 Quản lý nhiệt độ 1.2 Mục tiêu đề tài Để thực đề tài “Tìm hiểu thiết kế chức nhà tiện ích hơn” em thực nghiên cứu nội dung sau đây:  Tìm hiểu cảm biến nhiệt độ DS18B20  Tìm hiểu cảm biến khí gas MQ2  Tìm hiểu lý thuyết cách thức hoạt động RFID  Viết chương trình điều khiển PIC 16F877A SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường 1.3 Giới hạn đề tài Do thời gian có hạn, việc nghiên cứu chưa thể hoàn toàn tốt nên em thực vài tính nhà thông minh như:  Quẹt thẻ mở cửa RFID  Cảm biến nhiệt độ  Cảm biến khí gas Thiết kế mơ hình tương đối đơn giản, dễ sử dụng… thiết kế chức giao diện quản lý phức tạp chuyên sâu đòi hỏi cần nhiều thời gian để em nghiên cứu thực 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài  Tiết kiệm chi phí quản lý cho người dùng  Quản lý tài nguyên nhanh dễ dàng  An tồn, hiệu quả, xác, khách quan, cơng  Nâng cao khả bảo mật, an ninh giám sát 1.5 Tóm tắt nội dung chương Đồ án gồm chương:  Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài  Chương 2: Cơ sở lý thuyết  Chương 3: Tính tốn thiết kế mạch thực nghiệm mạch  Chương 4: Đánh giá kết phát triển đề tài  Chương 5: Kết luận SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường Nguyên lý hoạt động cửa tự động:  Khi hệ thống nhận diện thẻ sai cửa tự động mở, hình thị báo mời vào (xem hình 3.16)  Và sau 2s cửa tự động đóng lại (xem hình 3.17)  Khi phát thẻ sai, hệ thống từ chối, hình thị “Thẻ khơng hợp lệ” kèm theo lời cảnh báo “WARNING!!” (xem hình 3.18) Hình 3.19 Báo hiệu số nhiệt độ Nguyên lý hoạt động cảm biến nhiệt độ  Bắt đầu, chương trình đo hiển thị nhiệt độ phòng (xem hình 3.17) Tiếp theo chương trình kiểm tra mức nhiệt độ với ngưỡng nhiệt độ định mức cài đặt , nhiệt độ lớn ngưỡng nhấp nháy led báo chng (xem hình 3.19) Nút nhấn cho phép tắt chức cảnh báo  Ngưỡng nhiệt độ định mức ban đầu 32C 39 SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường Hình 3.20 Báo hiệu nồng độ khí gas Nguyên lý hoạt động cảm biến khí gas  Bắt đầu, chương trình đo hiển thị nồng độ khí gas phòng (xem hình 3.18) Tiếp theo chương trình kiểm tra nồng độ khí gas với mức ngưỡng định mức cài đặt (xem hình 3.20), nồng độ khí gas vượt mức nhấp nháy led báo chng Nút nhấn cho phép tắt chức cảnh báo 40 SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 4.1 Đánh giá kết Báo cáo thực yêu cầu đặt đề tài “Tìm hiểu thiết kế chức nhà tiện ích hơn” xu hướng phát triển tương lai, đưa khái niệm, mô hình với nội dung chính:  Tìm hiểu cấu trúc chương trình C cho PIC16F877A  Tìm hiểu Cảm biến nhiệt độ, cảm biến khí gas  Ứng dụng công nghệ RFID việc xây dựng giao diện giám sát an ninh 4.2 Hướng phát triển Sản phẩm phát triển thêm với các tính như: nhỏ gọn, ưu việt, tối ưu hơn, đảm bảo chất lượng, tính xác, tính ổn định, trì tự động kết nối mạng có u cầu Mơ hình giám sát điều khiển thiết bị ứng dụng thực tiễn ngơi nhà thông minh, áp dụng nông nghiệp trang trại cần đảm bảo nhiệt độ, độ ẩm (trang trại chăn nuôi gà, trồng nấm, vườn ươm cây, lò ấm trứng…), ứng dụng cơng nghiệp để đảm bảo tính an tồn xác sản xuất Sản phẩm áp dụng giám sát, quan trắc, thời tiết môi trường… Dựa vào biến đối nhiệt độ, độ ẩm môi trường theo thời gian để có dự báo biện pháp phù hợp với khu vực cần khảo sát, thực nghiệm 41 SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường CHƯƠNG KẾT LUẬN Đồ án cửa tự động chức tiện ích ngơi nhà giúp em hiểu thêm cách sử dụng chip hiệu thí nghiệm lớn lao áp dụng thực tiễn Giúp em khám phá nhiều thứ học thuộc chuyên ngành Trong thời gian qua với hướng dẫn bảo tận tình thầy Trần Duy Cường em học hỏi, rẻn luyện cuối đúc kết đạt được, lãnh ngộ để thực đồ án góp phần làm mẻ thêm nguồn tri thức thân Trong trình làm đồ án, hạn chế thời gian làm đồ án, kiến thức em ngành điện tử chưa thực sâu nên không tránh khỏi sai sót, em mong q thầy hội đồng tha thứ góp ý để em hồn thiện thân Đây năm cuối em học mái trường nên em thật biết ơn thầy cô Khoa Cơ- Điện- Điện tử, anh chị văn phòng Khoa, Phòng-Ban trường giúp đỡ em nhiều học mái trường Và lời cuối thật em khơng biết nói cảm ơn thầy Trần Duy Cường giúp đỡ em hoàn thành báo cáo đồ án Dạ em xin trân trọng cảm ơn 42 SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Mạnh Giang (2004), Kỹ thuật mạch điện tử, Nhà xuất Khoa học- kỹ thuật, TP.HCM [2] Th.S Phạm Quốc Phương (2015), Vi điều khiển, Đại học Công nghệ TP.HCM, TP.HCM [3] www.dientuvietnam.net [4] www.picvietnam.com [5] www.dientuvienthong.net [6] www.codientu.org [7] www.arduino.vn [8] www.tailieuhoctap.vn [9] www.mcu.banlinhkien.vn 43 SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường Phụ lục Chương trình #include //khai bao bien toan cuc //************************************************// INT8 i,ii,NhietDo; long khigas; char DATA[5] ={0XCE, 0X23, 0XB3, 0XE5, 0XBB}; int1 THE_1=0; int1 tatnhiet, tatgas; int16 speed=1200; //toc mo cua 1,2s char UID[5]; unsigned int TagType; // -chuong trinh // void open(); //thiet lap khoi relay mo cua void close(); //thiet lap khoi relay dong cua void stop(); //thiet lap ca khoi ngung hoat dong void mocua(); //tu dong dong/mo void adc_config() ; void open() { output_high(relay1); output_low(relay2); } void stop() 44 SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường { output_low(relay1); output_low(relay2); } void close() { output_high(relay2); output_low(relay1); } void mocua_() { open(); delay_ms(speed); //toc mo cua 1.2s stop(); delay_ms(2000); //cua mo 2s close(); delay_ms(speed); //toc dong cua 1.2s stop(); } int1 QUET_THE(char DATA[],char UID[]) {int k; for (k= 0; k < 5; k++) { if(UID[k]== DATA[k]) { THE_1=1; 45 SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường } else { THE_1=0; break; } } return THE_1; } void bipbip_nhiet(unsigned int8 hoi,unsigned int8 tieng) { unsigned int8 i, j; for(i = 0; i < hoi; i ++){ for(j = 0; j < tieng; j ++){ output_high(lednhiet); output_high(buzznhiet); delay_ms(100); } output_low(lednhiet); output_low(buzznhiet); delay_ms(100); } } void bipbip_gas(unsigned int8 hoi,unsigned int8 tieng) { unsigned int8 i, j; 46 SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường for(i = 0; i < hoi; i ++){ for(j = 0; j < tieng; j ++){ output_high(leddogas); output_high(buzzgas); delay_ms(100); } output_low(leddogas); output_low(buzzgas); delay_ms(100); } } void button() { if(!input(nutnhiet)) tatnhiet=1; if(!input(nutgas)) tatgas=1; } VOID DS18B20() { i=32; NhietDo = ds18b20_read(); lcd_gotoxy(10,2); printf(lcd_putc,"TEMP %U",NhietDo); if(Nhietdo>i) { 47 SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường if(tatnhiet==0){ bipbip_nhiet(3,3); DELAY_MS(100); } } else { tatnhiet=0; output_low(lednhiet); output_low(buzznhiet); } } VOID GASMQ2() { ii=102; set_adc_channel(0);//Truoc doc ADC can chi ro kenh can doc delay_us(20);//Tre toi thieu 20us de gia tri lay mau dung khigas =read_adc();// lay gia tri adc lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"GAS %LU ",khigas); if(khigas>ii) { if(tatgas==0){ bipbip_gas(3,3); DELAY_MS(100); } } else 48 SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường { tatgas=0; output_high(ledxanhgas); output_low(leddogas); output_low(buzzgas); } } VOID RFID() { lcd_gotoxy(1,1); printf (LCD_PUTC,"Xin moi quet the"); if (MFRC522_isCard (&TagType)) //neu co the { if (MFRC522_ReadCardSerial (&UID)) //doc the { if(QUET_THE(DATA,UID)==1) //neu gia tri dung { lcd_putc('\f'); lcd_gotoxy(1,1); printf(LCD_PUTC, "***WELCOME***"); lcd_gotoxy(1,2); printf(LCD_PUTC, "Tuan Dat"); delay_ms(100); mocua_(); } else { 49 SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường lcd_putc('\f'); lcd_gotoxy(1,1); printf (LCD_PUTC, "The khong hop le"); lcd_gotoxy(1,2); printf (LCD_PUTC, "WARNING!!!"); delay_ms(2000); } } } MFRC522_Halt (); } void main() { tatnhiet=0; tatgas=0; lcd_init (); lcd_gotoxy(1,1); printf (LCD_PUTC,"DO AN TOT NGHIEP"); lcd_gotoxy(1,2); printf (LCD_PUTC,"NGUYEN TUAN DAT"); delay_ms(3000); printf (LCD_PUTC, "\f Initializing"); MFRC522_Init (); adc_config(); delay_ms(100); printf (LCD_PUTC, "\n*****Done!******"); delay_ms(1000); 50 SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường lcd_putc('\f'); while(TRUE) { DS18B20(); GASMQ2(); RFID(); button() ; } } void adc_config() // chuong trinh cau hinh ADC 10 bit { setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_2); chip/2 // su dung ADC voi tan so = tan so setup_adc_ports(AN0); doi A/D //chon kenh an0(RA0)kenh chuyen } Chương trinh #include //chon chip lam viec #device *=16 adc=10 #FUSES NOWDT //No Watch Dog Timer #FUSES NOBROWNOUT //No brownout reset #FUSES NOLVP //No low voltage prgming, B3(PIC16) or B5(PIC18) used for I/O #use delay(crystal=20000000)//thach anh hoat dong la 4Mhz //#include //chen thu vien lcd 51 SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường /* Kieu So Nguyen Co Dau */ typedef int1 bit; typedef int int8_t; typedef long typedef long long int16_t; int32_t; /* Kieu So Nguyen Khong Dau */ typedef unsigned int uint8_t; typedef unsigned long uint16_t; typedef unsigned long long uint32_t; /* Kieu So Thuc */ typedef float float32_t; #define LCD_RS PIN_B6 #define LCD_RW PIN_B5 #define LCD_EN PIN_B4 #define LCD_D4 PIN_B3 #define LCD_D5 PIN_B2 #define LCD_D6 PIN_B1 #define LCD_D7 PIN_B0 // khai bao chan RFID // #define MFRC522_CS PIN_D2 52 SVTH: Nguyễn Tuấn Đạt GVHD: Th.S Trần Duy Cường #define MFRC522_SCK PIN_D3 #define MFRC522_SI PIN_C4 #define MFRC522_SO PIN_C5 #define MFRC522_RST PIN_C6 // khai bao chan motor // #define relay1 pin_D0 #define relay2 pin_D1 // -khai bao chan ds18b20 // #define lednhiet pin_A3 #define buzznhiet pin_A5 #define nutnhiet pin_E0 // -khai bao chan gas // #define ledxanhgas pin_C2 #define leddogas pin_C3 #define buzzgas pin_C1 #define nutgas pin_C0 #include #include #include 53 ... thực đề tài Tìm hiểu thiết kế chức nhà tiện ích hơn em thực nghiên cứu nội dung sau đây:  Tìm hiểu cảm biến nhiệt độ DS18B20  Tìm hiểu cảm biến khí gas MQ2  Tìm hiểu lý thuyết cách thức hoạt... hồn tồn tốt nên em thực vài tính nhà thơng minh như:  Quẹt thẻ mở cửa RFID  Cảm biến nhiệt độ  Cảm biến khí gas Thiết kế mơ hình tương đối đơn giản, dễ sử dụng… thiết kế chức giao diện quản lý... dạng mà khơng cần nhìn thấy cho phép nhiều thiết bị đọc lúc Vì cho phép thiết bị đặt nơi mà đầu đọc khơng cần quan tâm có nhìn thấy thiết bị hay không  Đọc thiết bị mà không cần phân tích thiết