Thiết kế hệ thống điều khiển đèn thông minh dùng cảm biến hồng ngoại

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử truyền thông Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN THÔNG MINH DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Giảng viên hướng dẫn : Ths TRẦN QUANG VIỆT Lớp : ĐH Điện Tử - K9 Hà Nội - 2018 Đồ án tốt nghiệp Đại học Ths Trần Quang Việt NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN Hà Nội, ngày tháng năm Giảng viên LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội nói chung thầy khoa công nghệ Đồ án tốt nghiệp Đại học Ths Trần Quang Việt điện tử truyền thơng nói riêng, tận tình truyền đạt kiến thức năm em học tập Với vốn kiến thức tiếp thu q trình học khơng tảng cho q trình nghiên cứu khóa luận mà hành trang quí báu để em bước vào đời cách vững tự tin Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy Ths Bồ Quốc Bảo Ths Trần Quang Việt tận tâm hướng dẫn chúng em qua buổi học lớp buổi nói chuyện, thảo luận lĩnh vực sáng tạo nghiên cứu khoa học Nếu khơng có lời hướng dẫn, dạy bảo thầy em nghĩ thu hoạch em khó hồn thiện Em xin cảm ơn bạn bè người thân gia đình giúp đỡ, đóng góp ý kiến động viên em để hồn thành đề tài kế hoạch đề Vì kiến thức thân hạn chế, q trình thực tập, hồn thiện chun đề em khơng tránh khỏi sai sót, kính mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy, Cuối em xin gửi lời chúc đến quý thầy, cô bạn sinh viên trường dồi sức khỏe thành công công việc Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm Sinh viên thực Đồ án tốt nghiệp Đại học Ths Trần Quang Việt LỜI MỞ ĐẦU Với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt ngành điện tử ứng dụng nhiều công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển, từ công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đem đến kỹ thuật điều khiển đại có nhiều ưu điểm so với việc sử dụng mạch điều khiển lắp ráp linh kiện rời kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ Với đề tài” Thiết kế hệ thống điều khiển đèn thông minh dùng cảm biến hồng ngoại” dùng vi điều khiển, nhằm ứng dụng vào thực tế giúp sử dụng nguồn sáng từ bóng đèn cách hiệu Qua tiết kiệm điện tối ưu hóa hiệu suất thời gian sử dụng bóng đèn Đề tài phần ứng dụng nhỏ vi điều khiển Nó dừng lại mức độ tìm hiểu chưa nghiên cứu sâu nhiều sai sót mong thầy bạn đóng góp để đồ án hồn thiện Cấu trúc đồ án: Đồ án gồm chương - Chương 1: Tổng quan vi điều khiển Pic 18f4520 Giới thiệu tổng quan vi điều khiển Pic 18f4520 - Chương 2: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn thông minh dùng cảm biến hồng ngoại Thiết kế mạch, thực nghiệm thiết bị, đánh giá định hướng phát triển Đồ án tốt nghiệp Đại học MỤC LỤC Ths Trần Quang Việt Đồ án tốt nghiệp Đại học DANH MỤC HÌNH Ths Trần Quang Việt Đồ án tốt nghiệp Đại học DANH MỤC BẢNG Ths Trần Quang Việt Đồ án tốt nghiệp Đại học Ths Trần Quang Việt CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN VÀ PIC 18F4520 1.1 GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ VI ĐIỀU KHIỂN Bộ Vi xử lý có khả vượt bậc so với hệ thống khác khả tính tốn, xử lý, thay đổi chương trình linh hoạt theo mục đích người dùng, đặc biệt hiệu toán hệ thống lớn Tuy nhiên ứng dụng nhỏ, tầm tính tốn khơng đòi hỏi khả tính tốn lớn việc ứng dụng vi xử lý cần cân nhắc Bởi hệ thống dù lớn hay nhỏ, dùng vi xử lý đòi hỏi khối mạch điện giao tiếp phức tạp Các khối bao gồm nhớ để chứa liệu chương trình thực hiện, mạch điện giao tiếp ngoại vi để xuất nhập điều khiển trở lại, khối liên kết với vi xử lý thực công việc Để kết nối khối đòi hỏi người thiết kế phải hiểu biết tinh tường thành phần vi xử lý, nhớ, thiết bị ngoại vi Hệ thống tạo phức tạp, chiếm nhiều không gian, mạch in phức tạp vấn đề trình độ người thiết kế Kết giá thành sản phẩm cuối cao, không phù hợp để áp dụng cho hệ thống nhỏ Vì số nhược điểm nên nhà chế tạo tích hợp nhớ số mạch giao tiếp ngoại vi với vi xử lý vào IC gọi Microcontroller-Vi điều khiển Một số đặc điểm khác vi xử lí vi điều khiển: Về phần cứng: VXL cần ghép thêm thiết bị ngoại vi bên nhớ, thiết bị ngoại vi khác, … để tạo thành mạch hồn chỉnh Đối với VĐK thân hệ máy tính hồn chỉnh với CPU, nhớ, mạch giao tiếp, định thời mạch điều khiển ngắt tích hợp bên mạch Về đặc trưng tập lệnh: Do ứng dụng khác nên VXL VĐK có yêu cầu khác tập lệnh chúng Tập lệnh VXL thường mạnh kiểu định địa với Đồ án tốt nghiệp Đại học Ths Trần Quang Việt lệnh cung cấp hoạt động lượng liệu lớn 1byte, ½ byte, word, double word Ở VĐK, tập lệnh mạnh việc xử lý kiêu liệu nhỏ bit vài bit Do VĐK cấu tạo phần cứng khả xử lí thấp nhiều so với VXL nên giá thành VXL rẻ nhiều Tuy nhiên đủ khả đáp ứng tất yêu cầu người dùng Vi điều khiển ứng dụng dây chuyền tự động loại nhỏ, robot có chức đơn giản, máy giặt, ôtô v.v 1.2 PHÂN LOẠI 1.2.1 Độ dài ghi Dựa vào độ dài ghi lệnh VĐK mà người ta chia loại VĐK 8bit, 16bit, hay 32bit Các loại VĐK 16bit có độ dài lệnh lớn nên tập lệnh nhiều hơn, phong phú Tuy nhiên chương trình viết VĐK 16bit viết VDK 8bit với chương trình thích hợp 2.2 Kiến trúc CISC RISC VXL VDK CISC VDK có tập lệnh phức tạp Các VDK có số lượng lớn lệnh nên giúp cho người lập trình linh hoạt dễ dàng viết chương trình VDK RISC VDK có tập lệnh đơn giản Chúng có số lượng nhỏ lệnh đơn giản Do đó, chúng đòi hỏi phần cứng hơn, giá thành thấp hơn, nhanh so với CISC Tuy nhiên đòi hỏi người lập trình phải viết chương trình phức tạp hơn, nhiều lệnh 1.2.3 Kiến trúc Harvard kiến trúc Vonneumann Kiến trúc Harvard sử dụng nhớ riêng biệt cho chương trình liệu Bus địa bus liệu độc lập với nên trình truyền nhận liệu đơn giản Kiến trúc Vonneumann sử dụng chung nhớ cho chương trình liệu Điều làm cho VĐK gọn nhẹ hơn, giá thành nhẹ Đồ án tốt nghiệp Đại học 10 Ths Trần Quang Việt Một số loại VDK có thị trường: - VDK MCS-51: 8031, 8032, 8051, 8052, - VDK ATMEL: 89Cxx, AT89Cxx51… - VDK AVR AT90Sxxxx - VDK PIC 16C5x, 17C43, 18f4520 1.3 CẤU TRÚC TỔNG QUAN CỦA VI ĐIỀU KHIỂN 1.3.1 CPU: Là trái tim hệ thống Là nơi quản lí tất hoạt động VĐK Bên CPU gồm: + ALU phận thao tác liệu + Bộ giải mã lệnh điều khiển, xác định thao tác mà CPU cần thực + Thanh ghi lệnh IR, lưu giữ opcode lệnh thực thi +Thanh ghi PC, lưu giữ địa lệnh cần thực thi + Một tập ghi dùng để lưu thông tin tạm thời 1.3.2 ROM: ROM nhớ dùng để lưu giữ chương trình ROM dùng để chứa số liệu bảng, tham số hệ thống, số liệu cố định hệ thống Trong trình hoạt động nội dung ROM cố định, thay đổi, nội dung ROM thay đổi ROM chế độ xóa nạp chương trình 1.3.3 RAM: RAM nhớ liệu Bộ nhớ RAM dùng làm môi trường xử lý thông tin, lưu trữ kết trung gian kết cuối phép tốn, xử lí thơng tin Nó dùng để tổ chức vùng đệm liệu, thao tác thu phát, chuyển đổi liệu 1.3.4 BUS: BUS đường dẫn dùng để di chuyển liệu Bao gồm: bus địa chỉ, bus liệu, bus điều khiển Đồ án tốt nghiệp Đại học 70 Ths Trần Quang Việt KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI A KẾT LUẬN Đề tài” Thiết kế hệ thống điều khiển đèn thông minh sử dụng cảm biến hồng ngoại” khơng mẻ áp dụng thực tế Đề tài thiết kế với nhiều dòng IC khác 89C51, PIC, AVR…vv Ở em sử dụng PIC 18F4520 để thực cho đề tài Đề tài có ưu nhược điểm sau Ưu điểm: Sử dụng ngôn ngữ lập trình MPLAP (được cung cấp miễn phí nhà sản xuất Microchip) ngắn gọn dễ hiểu Mạch nhỏ gọn, chia thành modul nhỏ thuận tiện cho việc kiểm tra sửa chữa Tận dụng tính module thu phát hồng ngoại MH – IR01 để tích hợp thêm chức đếm số người vào phòng Nâng cao hiệu xuất làm việc Gia tăng tiện ích cho hệ thống điều khiển đèn thông minh Nhược điểm: Bộ cảm biến hoạt động nguyên tắc phát tia hồng ngoại Nên với gia đình có ni động vật chó, mèo, có chó mèo, động vật chạy qua làm bật tắt đèn Nên khó kiểm sốt hoạt động thiết bị điện Khi có người vào (ra) song song với nhận biết người Hay trường hợp người chưa vào hẳn chưa hẳn trở vào hệ thống bị lỗi B HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI - Giải vấn đề tồn tại: lỗi nhận biết kể trên, chống nhiễu cho Sensor, đảm bảo khả đóng cắt nguồn xoay chiều 220V cao hơn… Nếu giải vấn đề khả ứng dụng hệ thống lớn phù hợp với yêu cầu tự động ngày cao Đồ án tốt nghiệp Đại học 71 Ths Trần Quang Việt đời sống, việc tiết kiệm điện hoàng cảnh đất nước - Tích hợp thêm quang trở để tối ưu hóa hiệu suất làm Nâng cao khả tiết kiệm điện hệ thống Đồ án tốt nghiệp Đại học 72 Ths Trần Quang Việt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Trung Kiên, Phạm Văn Chiến, Nguyễn Văn Tùng (2014), Giáo trình Vi điều khiển PIC, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật [2] Lê Anh Tuấn, Vũ Trung Kiên (2015), Giáo trình Thiết kế ứng dụng sử dụng vi điều khiển, Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội [3] Huỳnh Minh Trung, Học lập trình Vi điều khiển PIC với MikroC [4] “Tai_lieu_tra_cuu_PIC.pdf”, Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Đại học 73 PHỤ LỤC Chương trình trình phần mềm #include #include #include #pragma config OSC=HS #pragma config MCLRE=ON #pragma config WDT=OFF #pragma config LVP=OFF #define CB5 PORTAbits.RA0 #define CB6 PORTAbits.RA1 #define CB3 PORTAbits.RA2 #define CB4 PORTAbits.RA3 #define CB1 PORTAbits.RA4 #define CB2 PORTAbits.RA5 #define CT0 PORTBbits.RB0 #define CT1 PORTBbits.RB1 #define CT2 PORTBbits.RB2 #define LCD_DATA PORTC #define lcd_rs PORTEbits.RE2 #define lcd_rw PORTEbits.RE1 #define lcd_en PORTEbits.RE0 #define D1 PORTDbits.RD0 #define D2 PORTDbits.RD1 Ths Trần Quang Việt Đồ án tốt nghiệp Đại học #define D3 74 PORTDbits.RD2 char M[32]; void lcd_cmd(char cmd) { lcd_rs=0; lcd_rw=0; lcd_en=1; LCD_DATA=cmd; lcd_en=0; Delay1KTCYx(10); } void lcd_data(char dulieu) { lcd_rs=1; lcd_rw=0; lcd_en=1; LCD_DATA=dulieu; lcd_en=0; Delay1KTCYx(10); } void lcd_init(void) { lcd_cmd(0x30); lcd_cmd(0x38); lcd_cmd(0x0c); lcd_cmd(0x06); lcd_cmd(0x01); } Ths Trần Quang Việt Đồ án tốt nghiệp Đại học 75 Ths Trần Quang Việt void lcd_str(unsigned char *str) { while(*str) { lcd_data(*str); str++; } } /*****bcd_int*****************/ char bcd_int(int x) { return (((x>>4)&0x0f)*10)+(x&0x0f); } int int_bcd(int x) { char N[10]={0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x0 8,0x09}; int a,b; a=x/10; b=x%10; return ((N[a]