thiết kế mạch đếm số người trong phòng bật tắt thiết bị 89c52

mạch sử dụng IC 89S52 bật tắt thiết bị tự động khi có người ở trong phòng Hệ thống bật tắt đèn thông minh dành cho các phòng họp sử dụng thu phát hồng ngoại và vi xử lý Pic cơ bản đáp ứng được yêu cầu môn học. Hệ thống hoạt động tương đối ổn định và có khả năng nâng cấp cải tiến hoặc dùng cho các mục đích khác : chiếu sáng cầu thang, hành lang, chống trộm... Tuy nhiên, hệ thống vẫn còn những khuyết điểm chưa thể khắc phục được: khi có hơn 1 người đi vào (ra) song song với nhau thì vẫn chỉ nhận biết được 1 người. Hay những trường hợp người đi chưa vào hẳn đã quay ra hoặc chưa ra hẳn đã trở vào thì hệ thống sẽ bị lỗi. Để hệ thống này ứng dụng được trong thực tiễn thì còn nhiều vấn đề cần giải quyết : các lỗi nhận biết kể trên, chống nhiễu cho Sensor, đảm bảo khả năng đóng cắt nguồn xoay chiều 220V hoặc cao hơn... Nếu giải quyết được những vấn đề này thì khả năng ứng dụng của hệ thống là rất lớn phù hợp với yêu cầu tự động ngày càng cao của đời sống cũng như việc tiết kiệm điện trong hoàn cảnh thiếu điện hiện nay.

LỜI CẢM ƠN

Để đề tài được hoàn thành theo đúng thời gian yêu cầu của nhà trường cũng như củakhoa Và đạt được kết quả trên không chỉ là sự nỗ lực của bản thân chúng em mà còn

có sự giúp đỡ của gia đình, sự chỉ bảo của thầy cô giáo và các bạn sinh viên Chúng

em xin chân thành cảm ơn :

• Sự chỉ dẫn và góp ý của thầy Th.S Nguyễn Trọng Huân Cám ơn thầy đã nhiệttình cung cấp thông tin hướng dẫn và hỗ trợ chúng em kiểm tra, khắc phục một sốthông tin chưa chính xác

• Xin cảm ơn các bạn sinh viên trong lớp đã giúp đỡ chúng tôi rất nhiều mặt nhưphương tiện, sách vở, ý kiến

Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 6

Họ và tên SV: Lê Thừa Sinh MSSV: N14DCDT249

Họ và tên SV: Phạm Thanh Tâm MSSV: N14DCDT254

MỤC LỤC

Lời cảm ơn 1

Mục lục 2

Lời nói đầu 3

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 4

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1.Lý do chọn đề tài 5

1.2 Lựa chọn giải pháp 5

1.2.1 Giải pháp công nghệ 5

1.2.2 Giải pháp thiết kế 5

1.2.3 Các yêu cầu 6

1.2.4 Giới hạn hạn định 6

1.3 Ý nghĩa nghiên cứu 7

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 Sơ đồ tổng quát 8

2.2 Các module trong hệ thống 8

2.2.1 Module khối nguồn 8

2.2.2 Module cảm biến 9

2.2.3 Module điều khiển trung tâm 9

2.2.4 Module tương tác điều khiển (hiển thị) 10

2.2.5 Module chấp hành 11

CHƯƠNG III:CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG

3.1 Vi điều khiển AT89S52 12

3.2 Led Hồng Ngoại 14

3.3 Led 7 đoạn 15

3.4 Cấu tạo BJT 16

3.5 Relay 5 chân 12V 17

3.6 IC ổn áp LM7805 18

3.7 Một số linh kiện khác 18

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG

4.1 Sơ đồ nguyên lý của mạch 19

4.2 Thuật toán điều khiển 19

4.3 Đoạn Code và mô phỏng Proteus 20

4.3.1 Đoạn Code 20

4.2.2 Mô Phỏng Proteus 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

LỜI NÓI ĐẦU

-Ngày nay, việc ứng dụng cho các hệ thống nhúng ngày càng trở nên phổ biến: từ

những ứng dụng đơn giản như điều khiển một chốt đèn giao thông định thời, đếm sản

phẩm trong một dây chuyền sản xuất, điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều, thiết

kế một biển quảng cáo dùng Led ma trận, một đồng hồ thời gian thực….đến các ứng

dụng phức tạp như hệ thống điều khiển robot, bộ kiểm soát trong nhà máy hoặc hệ

thống kiểm soát các máy năng lượng hạt nhân Các hệ thống tự động trước đây sử

dụng nhiều công nghệ khác nhau như các hệ thống tự động hoạt động bằng nguyên

lý khí nén, thủy lực, rơle cơ điện, mạch điện tử số, các thiết bị máy móc tự động

bằng các cam chốt cơ khí các thiết bị, hệ thống này có chức năng xử lý và mức độ

tự động thấp so với các hệ thống tự động hiện đại được xây dựng trên nền tảng của

các hệ thống nhúng

Với mong muốn giới thiệu ứng dụng cơ bản của hệ thống nhúng trong đời sống hiện

đại, nhóm chúng em đưa ra mô hình thiết kế hệ thống điều khiển đèn thông minh

dùng cho các phòng họp

Trong quá trình thực hiện đồ án môn học, nhóm chúng em cố gắng thiết kế sao cho

mô hình là đơn giản nhất, ổn định nhất Tuy nhiên do vấn đề thời gian và kinh

nghiệm nên mô hình vẫn còn gặp phải những vấn đề chưa thể khắc phục được

Trân trọng và chân thành cảm ơn!

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 2

_

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Đề tài:

HỆ THỐNG KHÓA CỬA BẰNG THẺ TỪ CÓ BÁO ĐỘNG

Sinh viên thực hiện: Nhóm 9

Họ và tên SV: Nguyễn Đặng Hoàng Nam MSSV: N14DCDT158

Họ và tên SV: Nguyễn Huỳnh Thành Nhân MSSV: N14DCDT308

Họ và tên SV: Lê Thừa Sinh MSSV: N14DCDT249

Họ và tên SV: Phạm Thanh Tâm MSSV: N14DCDT254

Ngành : Kỹ thuật điện tử Lớp : D14CQDT02-N

Giáo viên hướng dẫn: ThS Trần Quang Thu n ận

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TP HCM, ngày … tháng … năm 2017

Ký tên:

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1.Lý do chọn đề tài.

Hiện nay hầu hết việc giám sát và điều khiển chiếu sáng trong các phòng côngcộng được điều khiển bằng tay thông qua đóng mở các công tắc, các aptomat, cầudao Điều này khá thuận lợi và đơn giản vì ta có thể bật tắt đèn theo nhu cầu sửdụng Tuy nhiên, do là phòng công cộng nên việc bật tắt đèn hầu như do người trựckhu nhà đó làm Vì thế họ không biết được chính xác khi nào thì có người tới và khinào thì mọi người đã ra hết khỏi phòng hoặc họ biết nhưng vì phải quản lý nhiềuphòng nên họ vẫn cứ để điện đến hết ca trực, điều này gây lãng phí điện rất lớn, đặcbiệt trong hoàn cảnh nước ta đang thiếu điện một cách trầm trọng như hiện nay Trên thị trường hiện nay đã có một số thiết bị bật tắt đèn thông minh, nhưSmartLight do Hàn Quốc sản xuất: Được tích hợp sensor cảm ứng hồng ngoại thânnhiệt, đèn sẽ tự động được bật khi có người đi vào vùng cảm ứng và tắt khi không cóngười Tuy nhiên thiết bị này tích hợp luôn

bộ điều khiển với đèn trong 1 sản phẩm Do

đó giá thành cao và không thích hợp cho các

phòng cần lượng chiếu sáng lớn, không thay

đổi được loại bóng đèn theo yêu cầu

Hình 1.1: Đèn thông minh Smartlight

Hệ thống giám sát điều khiển chiếu sáng sử dụng camera kết nối với máy tính đểkiểm soát số người trong phòng, qua đó phát lệnh đóng mở các công tắc tơ bật tắtbóng đèn

Hình 1.2: Hệ thống camera giám sát

mặt khác không giải quyết được vấn đề tiết kiệm điện Vì thế nó thường chỉ được sửdụng ở những tòa nhà công nghệ cao, những khu vực cần điều chỉnh chiếu sángkhông phải vì mục đích tiết kiệm điện năng

Hệ thống bật tắt đèn tự động sử dụng các IC số và mạch Logic cho phép ta dựavào lượng người vào ra để đóng ngắt các công tắc một cách tự động Hệ thống này

có cấu tạo đơn giản, rẻ, không phải lập trình mà chỉ dựa vào các mạch Logic…nhưng tính linh động không cao, khó chỉnh định khi điều kiện làm việc thay đổi, ít cókhả năng nâng cấp mở rộng hệ thống

1.2 Lựa chọn giải pháp

1.2.1 Giải pháp công nghệ

Qua phân tích ở trên, nhóm chúng em đưa ra giải pháp xây dựng hệ thống điềukhiển đèn thông minh cho các phòng họp: điều khiển bật tắt đèn qua việc kiểm soátlượng người ra vào phòng Thu nhận tín hiệu rồi xử lý tín hiệu, khi có người vàophòng, nếu đèn đang bật thì vẫn bật, đèn chưa bật thì bật đèn lên; khi mọi người rahết khỏi phòng thì tắt đèn đi Trong quá trình làm việc hệ thống luôn hiển thị sốngười còn đang ở trong phòng để tiện cho việc kiểm tra, theo dõi

∙ Hệ thống điều khiển đèn thông minh này áp dụng cho các phòng họp:

➢ Số lượng người trong phòng tối đa không quá 99 người

➢ Phòng chỉ có một cửa ra vào

➢ Ở một thời điểm chỉ có 1 người qua cửa

∙ Có người đi vào thì bật đèn và đi ra hết thì tắt đèn

∙ Hệ thống có 2 chế độ làm việc tự động

∙ Làm việc với điện áp 24V/50Hz, 12V DC

∙ Có khả năng nâng cấp, cải tiến

1.2.4 Giới hạn hạn định

∙ Làm việc cả ban ngày lẫn ban đêm

∙ Thu nhận tín hiệu liên tục khi có người ra vào

∙ Hệ thống cấp điện mới từ đầu

1.3 Ý nghĩa nghiên cứu.

- Kết quả đề tài.

Với những mục tiêu đặt ra ban đầu của đồ án Hệ thống đã hoàn thành phần lớncác mục tiêu và hoạt động đúng như mong muốn bên cạnh đó trong quá trình thicông nhóm đã nghiên cứu thêm được những cái mới cái hay để từ đó có thể cải tiếncho mô hình trở nên hoàn thiện một cách đáng kể trong tương lai Thông qua quátrình thực hiện đề tài các thành viên trong nhóm đã được trau dồi và rèn luyện thêm

kỹ năng và bước đầu làm quen với các đồ án cấp cơ sở

- Hướng phát triển của đề tài.

Đề tài cần tiếp tục khắc phục các nhược điểm về cơ khí, các yếu tố nhiễu ảnhhưởng đến đồ án, đưa ra các biện pháp, giải thuật nhằm tối ưu hóa chức năng vànâng cấp thêm chức năng cho mô hình

Bổ sung các chức năng khác cho đề tài như điều khiển hệ thống khi hệ thốngkhông cần hoạt động tự động hoặc trường hợp khẩn cấp quá camera quan sát thêmvào đó là chức năng tự động reset lại khi hệ thống có dấu hiệu quá tải dễ bị tắt nghẽn.Xây dựng kết hợp phần mềm để quan sát trực tuyến hay điều khiển thông qua cácapps smartphone nhằm kịp thời sửa chửa lỗi của hệ thống từ xa thay vì phải đến tânnơi mới sửa được mô hình khi đã đưa vào thực tế

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 Sơ đồ tổng quát

Hệ thống điều khiển đèn thông minh gồm có 5 khối chính

Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống bật tắt đèn thông minh

∙ Khối Nguồn: Cung cấp nguồn cho hệ thống

∙ Khối Cảm biến: Sử dụng sensor hồng ngoại dùng để thu nhận tín hiệu người vào raphòng, đưa tín hiệu thu được vào chân VDK để xử lý Để nhận biết người đi vào hay

đi ra ta dùng 2 bộ thu phát hồng ngoại mắc gần nhau

∙ Khối Xử lý: Dùng VDK AT89S52 để lấy tín hiệu từ cảm biến, tính toán, lưu trữ vàđưa ra khối hiển thị và khối chấp hành

∙ Khối Hiển thị: Lấy tín hiệu ra từ chân Pic để hiển thị số lượng người hiện đang ởtrong phòng trên Led 7 thanh Khối Chấp hành: Nhận tín hiệu từ khối xử lý để thựchiện đóng cắt tiếp điểm mạch động lực

2.2 Các module trong hệ thống

2.2.1 Module khối nguồn

Module này tạo ra điện áp một chiều từ nguồn xoay chiều 24V hoặc nguồn mộtchiều 12V để cung cấp cho các linh kiện trong hệ thống Dùng chỉnh lưu từ 24Vxoay chiều sang 12V một chiều, dùngIC 7805 ổn áp để lấy ra điện áp ổn định 5V ởngõ ra

KHỐI NGUỒN

KHỐI

CẢM BIẾN

KHỐI XỬ LÝ

KHỐI CHẤP HÀNH

KHỐI HIỆN THỊ

Hình 2.1: Module nguồn cấp

2.2.2 Module cảm biến

Bộ phận cảm biến của hệ thống sử dụng mạch thu phát hồng ngoại phát ra ánhsáng hồng ngoại truyền tới Led thu Led thu hồng ngoại có nối với nguồn 1 chiều quađiện trở R17, R18, chân còn lại lần nượt nối với chân 3 và chân 5 của LM358 Ởtrạng thái bình thường, tín hiệu hồng ngoại truyền từ khối phát được Led thu thunhận, trên đầu ra 2 tín hiệu ở mức cao (mức 1); khi có người đi cắt qua khiến Led thumất tín hiệu, đầu ra 2 cho tín hiệu ở mức thấp (mức 0) Để có thể phân biệt được làngười đi vào hay đi ra ta mắc 2 bộ Thu- Phát song song và đặt cạnh nhau Tín hiệuthu được từ đầu ra của 2 Led thu được đưa vào 2 chân Vi xử lý để thực hiện quá trìnhtính toán, kiểm tra, lưu trữ…

Hình 2.2: Module thu phát hồng ngoại

2.2.3 Module điều khiển trung tâm

Khối điều khiển trung tâm dùng vi điều khiển AT89S52 Khi có tín hiệu ngắt từ

bộ thu hồng ngoại qua các chân P3.1 và P3.2 thì Vi điều khiển sẽ kích hoạt ngắt cổngP2.0 >> P2.7, qua thuật toán đã nạp thực hiện chương trình điều khiển đưa tới cáccổng A>>H tín hiệu để điều khiển khối hiển thị (Led 7 thanh) và khối chấp hành(module động lực)

Bộ tạo dao động dùng thạch anh 12kMhz cung cấp ngồn dao động cho Pic

Bộ Reset cấp nguồn 5V và xác lập trạng thái ban đầu cho Pic

Hình 2.3: Module điều khiển trung tâm

2.2.4 Module tương tác điều khiển (hiển thị)

Để tiện cho việc kiểm tra theo dõi số người hiện đang ở trong phòng, ta sử dụng

2 Led 7 thanh mắc chung Anot với số người hiển thị tối đa là 99 người Tín hiệu điềukhiển từ Vi xử lý đưa ra cổng B để bật tắt các thanh Led từ 1 đến 7 (tích cực ở mứcdương) tương ứng với các con số từ 0 đến 9 cần hiển thị Để hiển thị cả hai Led tadùng thuật toán quét Led với tín hiệu đưa ra từ cổng A quyết định Led 1 hay Led 2được bật

Hình 2.4: Module hiển thị

2.2.5 Module chấp hành

Bộ phận chấp hành có Role nối với thiết bị điện Vi xử lý sau khi xử lý tín hiệu

sẽ gửi lệnh điều khiển để đóng mở Transistor cấp nguồn cho cuộn dây của Role(dòng hoặc áp) Đèn điện được nối với nguồn 220V xoay chiều qua tiếpđiểm củaRole, khi Role tác động thì đèn bật lên và ngược lại đèn tắt khi Role thôi tác động

Để đảm bảo cho hệ thống có thể làm việc ở cả hai chế độ bằng tay và tự động tadùng công tắc 3 vị trí: ở vị trí 1 là chế độ làm việc tự động, còn vị trí 2 và 3tươngứng với tắt/ bật đèn

Hình 2.5: Module chấp hành của hệ thống bật tắt đèn thông minh

CHƯƠNG III:CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG

MẠCH 3.1 Vi điều khiển AT89S52.

Sơ đồ chân

Hình 3.1 sơ đồ chân AT89S52.

– Nhóm chân nguồn:

VCC: chân 40, điện áp cung cấp 5VDC.

GND: chân 20(hay nối Mass).

Nhóm chân dao động: gồm chân 18 và chân 19 (Chân XTAL1 và XTAL2), cho

phép ghép nối thạch anh vào mạch dao động bên trong vi điều khiển, được sử dụng

để nhận nguồn xung clock từ bên ngoài để hoạt động, thường được ghép nối vớithạch anh và các tụ để tạo nguồn xung clock ổn định

XTAL 1: Ngõ vào đến mạch khuếch đại dao động đảo và ngõ vào đến mạch tạo

xung clock bên trong

XTAL 2: Ngõ ra từ mạch khuếch đại dao động đảo.

Chân chọn bộ nhớ chương trình: chân 31 (EA/VPP): dùng để xác định chương

trình thực hiện được lấy từ ROM nội hay ROM ngoại

Chân 31 nối mass: sử dụng bộ nhớ chương trình bên ngoài vi điều khiển.

Chân 31 nối VCC: sử dụng bộ nhớ chương trình (4Kb) bên trong vi điều

v RST(Chân RESET): Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset dùng để thiết lậptrạng thái ban đầu cho vi điều khiển Hệ thống sẽ được thiết lập lại các giá trị ban đầunếu ngõ này ở mức 1 tối thiểu 2 chu kì máy

Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN: PSEN ( program store enable)

tín hiệu được xuất ra ở chân 29 dùng để truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài Chânnày thường được nối với chân OE (output enable) của ROM ngoài

Khi vi điều khiển làm việc với bộ nhớ chương trình ngoài, chân này phát ra tínhiệu kích hoạt ở mức thấp và được kích hoạt 2 lần trong một chu kì máyKhi thực thi một chương trình ở ROM nội, chân này được duy trì ở mức logic khôngtích cực (logic 1)(Không cần kết nối chân này khi không sử dụng đến)

Chân ALE :(chân cho phép chốt địa chỉ-chân 30)Khi Vi điều khiển truy xuất bộ nhớ

từ bên ngoài, port 0 vừa có chức năng là bus địa chỉ, vừa có chức năng là bus dữ liệu

do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ Tín hiệu ở chân ALE dùng làm tín hiệuđiều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và các đường dữ liệu khi kết nối chúngvới IC chốt.Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động đưa vào

Vi điều khiển, như vậy có thể dùng tín hiệu ở ngõ ra ALE làm xung clock cung cấpcho các phần khác của hệ thống

- Nhóm chân điều khiển vào/ra:

Port 0: Gồm 8 chân (từ chân 32 đến 39) có hai chức năng:

Chức năng xuất/nhập :các chân này được dùng để nhận tín hiệu từ bên ngoài vào

để xử lí, hoặc dùng để xuất tín hiệu ra bên ngoài, chẳng hạn xuất tín hiệu để điềukhiển led đơn sáng tắt

Chức năng là bus dữ liệu và bus địa chỉ (AD7-AD0) : 8 chân này (hoặc Port 0)còn làm nhiệm vụ lấy dữ liệu từ ROM hoặc RAM ngoại (nếu có kết nối với bộ nhớngoài), đồng thời Port 0 còn được dùng để định địa chỉ của bộ nhớ ngoài

Port 1 (P1): Gồm 8 chân (từ chân 1 đến chân , chỉ có chức năng làm các đường xuất/

P3.0 RxD : Ngõ vào nhận dữ liệu nối tiếp

P3.1 TxD : Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp

P3.2 INT0: Ngõ vào ngắt cứng thứ 0

P3.3 INT1: Ngõ vào ngắt cứng thứ 1

P3.4 T0 : Ngõ vào của Timer/Counter thứ 0

P3.5 T1 : Ngõ vào của Timer/Counter thứ 1

P3.6 WR : Ngõ điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài

P1.0 T2 : Ngõ vào của Timer/Counter thứ 2

P1.1 T2X : Ngõ Nạp lại/thu nhận của Timer/Counter thứ 2

Chức năng: Là vi điều khiển chính của mạch 8 KB EPROM bên trong 256Byte RAM nội 4 Port xuất /nhập I/O 8 bít 3 bộ định thời 16 bit.Watch dogtimer.Các đặc điểm khác giống AT89C51

3.2 Led Hồng Ngoại

a Led phát

Diode quang thường được chế tạo bằng gecmani và silic

Hình 3.2: Cấu tạo diode hồng ngoại

Led hồng ngoại có thể làm việc ở hai chế độ: chế độ biến đổi quang điện

và chế độ nguồn quang điện Nguyên lý trong chế độ biến đổi quang điện: Lớp pđược mắc vào cực âm của nguồn điện, lớp n mắc vào cực dương Phân cực ngượcnên khi chưa chiếu sang chỉ có dòng điện nhỏ bé chạy qua ứng với dòng điện ngược(còn gọi là dòng điện tối) Khi có quang thông dòng điện qua mối nối p-n tăng lêngọi là dòng điện sáng

b Led thu

Cấu tạo:

Hình 3.3: Cấu tạo led thu