Thiết kế mạch chống trộm và đếm số lần ra vào

z TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN *** BÁO CÁO ĐỒ ÁN I Mã học phần: EE3811 ĐỀ TÀI: Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào Giảng viên hướng dẫn : Ths Đặng Văn Mỹ HÀ NỘI –12 /2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN *** BÁO CÁO ĐỒ ÁN I Mã học phần: EE3811 ĐỀ TÀI: Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào Điểm Nhận xét giảng viên Hà Nội – 12/2018 Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, người với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến giới, ngày thay đổi, văn minh đại Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu ngày cao Điện tử trở thành ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đáp ứng đòi hỏi không ngừng ngành, lĩnh vực khác nhu cầu thiết yếu người sống hàng ngày Từ xưa đến nay, vấn đề an ninh vấn đề thiết người lưu tâm hàng đầu Từ xuất tư hữu, việc bảo vệ tài sản ln điều mà Hiện khóa hình thức sử dụng thơng dụng Tuy nhiên tên trộm hồn tồn bẻ, phá khóa, chí khóa số điện tử Do cần phải có thiết bị báo trộm, vừa để chủ nhà nhận biết có kẻ trộm đột nhâp, vừa để tên trộm biết bị phát hoảng loạn phải quay đầu bỏ chạy Với nhà thông minh hay hộ chung cư, thiết bị báo trộm lại cần thiết Do điều kiện, kiến thức thời gian hạn chế nên đề tài này, chúng em trình bày mơ hình đơn giản, gọn nhẹ mang đầy đủ nguyên lý hoạt động mạch chống trộm hoàn chỉnh để từ sau phát triển đầy đủ, hồn thiện để phục vụ thực tế Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .1 MỤC LỤC .2 DANH MỤC HÌNH ẢNH .3 DANH MỤC BẢNG .3 NỘI DUNG 1, Kiến thức bổ trợ: 1.1, Tổng quan vi điều khiển AT89S52: 1.1.1, Sơ đồ chân AT89S52: .5 1.1.2, Tổ chức nhớ: 1.2, Cảm biến chuyển động HC-SR501: 11 1.3, Bộ khuếch đại thuật toán Opamp: 13 1.4, LCD 16x2: .15 2, Thiết kế hệ thống thi công mạch: 18 2.1, Lựa chọn giải pháp: .18 2.1.1, Giải pháp thiết kế: 18 2.1.2, Các yêu cầu: 18 2.1.3, Giới hạn hệ thống: 19 2.2, Thiết kế hệ thống: 19 2.2.1, Thiết kế phần cứng: 19 2.2.2, Thiết kế phần mềm: 21 3, Kết quả: 25 3.1, Mạch mô phỏng: 25 3.2, Mạch nguyên lí: .26 3.3, Mạch thực tế: 27 3.4, Thử nghiệm: 28 KẾT LUẬN 29 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .29 Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào DANH MỤC HÌNH ẢNH Hinh 1: IC AT89S52 Hinh 2: Cảm biến chuyển động HC-SR501 .11 Hinh 3: Cơ chế hoạt động .12 Hinh 4: Sơ đồ kết nối HC-SR501 với Vi điều khiển 13 Hinh 5: LCD 16x2 15 Hinh 6: Mạch mô 25 Hình 7: Mạch nguyên lí………………………………………………………………………………… 26 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Chức port Bảng 2: Các ghi chức đặc biệt .8 Bảng 3: Địa RAM Bảng 4: Chức chân LCD 16x2 16 Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào NỘI DUNG 1, Kiến thức bổ trợ: 1.1, Tổng quan vi điều khiển AT89S52: AT89S52 vi điều khiển Atmel sản xuất, chế tạo theo cơng nghệ CMOS có đặc tính sau: - KB PEROM (Flash Programmable and Erasable Read Only Memory), có khả - tới 1000 chu kỳ ghi xoá Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz mức khóa nhớ lập trình 128 Byte RAM nội Port xuất /nhập I/O bit Timer/counter 16 Bit nguồn ngắt Giao tiếp nối tiếp điều khiển phần cứng 64 KB vùng nhớ mã 64 KB vùng nhớ liệu Cho phép xử lý bit 210 vị trí nhớ định vị bit chu kỳ máy (4 μs thạch anh 12MHz) cho hoạt động nhân chia Có chế độ nghỉ (Low-power Idle) chế độ nguồn giảm (Power-down) Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào 1.1.1, Sơ đồ chân AT89S52: Hinh 1: IC AT89S52 - Port (32 -39): Chức IO (xuất / nhập): dùng cho thiết kế nhỏ Tuy nhiên, dùng chức Port phải dùng thêm điện trở kéo lên (pull-up), giá trị điện trở phụ thuộc vào thành phần kết nối với Port Khi dùng làm ngõ ra, Port kéo ngõ TTL Khi dùng làm ngõ vào, Port phải set mức logic trước Chức địa / liệu đa hợp: dùng thiết kế lớn, đòi hỏi phải sử dụng nhớ ngồi Port vừa bus liệu (8 bit) vừa bus địa (8bit thấp) Ngồi lập trình cho AT89S52, Port dùng để nhận mã lập trình xuất mà kiểm tra (q trình kiểm tra đòi hỏi phải có điện trở kéo lên) - Port (chân – 8): Tại port có điện trở kéo lên nên khơng cần thêm điện trở ngồi Port có khả kéo ngõ TTL dùng làm 8bit địa thấp trình lập trình hay kiểm tra Khi dùng làm ngõ vào, Port phải set mức logic trước Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào - Port (chân 21 – 28): Chức IO (xuất / nhập): có khả kéo ngõ TTL Khi dùng làm ngõ vào, Port phải set mức logic trước Chức địa chỉ: dùng làm 8bit địa cao cần nhớ ngồi có địa ˗ 16 bit Khi đó, Port khơng dùng cho mục đích IO Khi lập trình, Port dùng làm 8bit địa cao hay số tín hiệu điều khiển - Port (chân 10 – 17) port có chức năng: Chức IO: có khả kéo ngõ TTL Khi dùng làm ngõ vào, Port phải set mức logic trước Bit P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 Tên RxD TxD INT0 INT1 T0 T1 WR Chức Ngõ vào port nối tiếp Ngõ port nối tiếp Ngắt Ngắt Ngõ vào định thời Ngõ vào định thời Tín hiệu điều khiển ghi liệu lên nhớ RD ngồi Tín hiệu điều khiển đọc từ nhớ liệu Bảng 1: Chức port - Chân nguồn (20, 40): Chân 40: VCC = 5V ± 20% Chân 20: GND PSEN (Program Store Enable) (chân 29): Cho phép đọc nhớ chương trình mở rộng ứng dụng sử dụng ROM ngoài, thường nối đến chân OC (Output Control) ROM để đọc byte mã lệnh PSEN mức logic thời gian AT89S52 lấy lệnh.Trong q trình này, PSEN tích cực lần chu kỳ máy Mã lệnh chương trình đọc từ ROM thơng qua bus liệu (Port0) bus địa (Port0 + Port2) Khi 8051 thi hành chương trình ROM nội , PSEN mức logic - ALE/PROG (Address Latch Enable / Program) (chân 30): Cho phép tách đường địa liệu Port truy xuất nhớ ALE thường nối với chân Clock IC chốt (74373, 74573) Các xung tín hiệu ALE có tốc độ 1/6 lần tần số dao động chip dùng làm tín hiệu clock cho phần khác hệ thống Xung cấm Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào cách set bit SFR địa 8Eh lên Khi đó, ALE có tác dụng dùng lệnh MOVX hay MOVC Ngồi ra, chân dùng làm ngõ vào xung lập trình cho ROM nội (PROG) - EA /VPP (External Access) (chân 31): Dùng phép thực thi chương trình từ ROM ngồi Khi nốichân 31 với Vcc, AT89C51 thực thi chương trình từ ROM nội (tối đa 8KB), ngượclại thực thi từ ROM ngồi (tối đa 64KB) Ngoài ra, chân EA lấy làm chân cấp nguồn 12V lập trình cho ROM - RST (Reset) (chân 9): Cho phép reset AT89S52 ngõ vào tín hiệu đưa lên mức chu kỳ - X1 (18), X2 (20): Ngõ vào ngõ dao động, sử dụng cần kết nối thêm thạch anh tụ hình vẽ sơ đồ Tần số thạch anh thường sử dụng cho AT89S52 12Mhz 1.1.2, Tổ chức nhớ:  Bộ nhớ họ MCS-51 chia thành phần: nhớ nhớ - Bộ nhớ trong: bao gồm KB ROM 128byte RAM (256byte 8052) Các byte RAM có địa từ 00h – 7Fh ghi chức đặc biệt (SFR) có địa từ 80h – 0FFh truy xuất trực tiếp Đối với 8052, 128byte RAM cao (địa từ 80h – 0FFh) khơng thể truy xuất trực tiếp mà truy xuất gián tiếp - Bộ nhớ ngoài: bao gồm nhớ chương trình (điều khiển đọc tín hiệu PSEN) nhớ liệu (điều khiển tín hiệu RD hay WR phép đọc hay ghi liệu) Do số đường địa MCS-51 16bit (Port chứa 8bit thấp Port chứa 8bit cao) nên nhớ ngồi giải mã tối đa 64KB  Tổ chức nhớ: - Tổ chức nhớ trong: Bộ nhớ MCS-51 gồm ROM RAM RAM bao gồm nhiều vùng có mục đích khác nhau: vùng RAM đa dụng (địa byte từ 30h – 7Fh có thêm vùng 80h – 0FFh ứng với 8052), vùng địa hóa bit (địa byte từ 20h – 2Fh, gồm 128bit định địa bit từ 00h – 7Fh), bank ghi (từ 00h – 1Fh) ghi chức đặc biệt (từ 80h – 0FFh) Điạ Có thể Khơng định địa bit Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào định địa byte F8h F0h E8h E0h D8h D0h C8h C0h B8h B0h A8h A0h 98h 90h 88h 80h bit B ACC PSW (T2CON) IP P3 IE P2 SCON P1 TCON P0 (RCAP2L) (RCAP2H) SBUF BRL BDRCON TMOD SP TL0 DPL TH0 DPH (TL2) (TH2) TL1 TH1 SADEN SADDR AUXR CKCON PCON Bảng 2: Các ghi chức đặc biệt Các ghi định địa bit có địa bit bắt đầu địa byte trùng Ví dụ như: ghi P0 có địa byte 80h có địa bit 80h (ứng với P0.0) đến 87h (ứng với P0.7) Chức ghi mô tả phần sau RAM nội: chia thành vùng phân biệt: vùng RAM đa dụng (30h – 7Fh), vùng RAM định địa bit (20h – 2Fh) bank ghi (00h – 1Fh) Địa byte Địa bit Chức 7F 30 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 27 26 25 24 23 Vùng RAM đa dụng 7F 77 6F 67 5F 57 4F 47 3F 37 2F 27 1F 7E 76 6E 66 5E 56 4E 46 3E 36 2E 26 1E 7D 75 6D 65 5D 55 4D 45 3D 35 2D 25 1D 7C 74 6C 64 5C 54 4C 44 3C 34 2C 24 1C 7B 73 6B 63 5B 53 4B 43 3B 33 2B 23 1B 7A 72 6A 62 5A 52 4A 42 3A 32 2A 22 1A 79 71 69 61 59 51 49 41 39 31 29 21 19 78 70 68 60 58 50 48 40 38 30 28 20 18 Vùng định địa bit Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào mạch khuếch đại thuật tốn thơng dụng có giá bán rẻ Các thiết kế đại điện tử hóa chặt chẽ trước đây, số thiết kế cho phép mạch điện chịu đựng tình trạng ngắn mạch đầu mà khơng làm hư hỏng Một mạch khuếch đại thuật tốn thơng dụng có đầu vào đầu Điện áp đầu bội số sai biệt điện áp hai đầu vào:Vout = G (V+ − V−) G độ lợi vòng hở mạch khuếch đại thuật tốn Đầu vào giả định có tổng trở cao; Dòng điện vào đầu vào không đáng kể Đầu giả định có tổng trở thấp Nếu đầu đưa trở đầu vào đảo sau chia phân áp , nên: Để tính , thấy hệ số khuếch đại tuyến tính với độ lợi là: Nếu G lớn,sẽ gần , Kiểu nối hồi tiếp âm sử dụng thường xuyên có nhiều biến thể khác nhau, làm cho trở nên khối linh hoạt tất khối lắp đặt điện tử Khi nối vòng hồi tiếp âm, mạch khuếch đại thuật toán cố gắng điều chỉnh Vout cho điện áp vào gần Điều này, với tổng trở đầu vào cao dđôi xem nguyên tắc vàng thiết kế mạch khuếch đại thuật toán (đối với mạch có hồi tiếp âm) là: 14 Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào - Khơng có dòng điện vào đầu vào - Điện áp đầu vào phải gần Có ngoại lệ điện áp cần thiết lại vượt nguồn điện cung cáp cho mạch, điện áp gần với mức ngưỡng nguồn cấp, VS+ VS− Hầu hết mạch khuếch đại thuật tốn đơn, đơi tứ có thứ tự chân theo tiêu chuẩn, cho phép lắp thay đổi lẫn mà không cần thay đổi sơ đồ nối dây Một mạch khuếch đại thuật tốn cụ thể chọn theo độ lợi vòng hở, băng thông, hệ số tạp âm, tổng trở đầu vào, công suất tiêu tán phối hợp chức 1.4, LCD 16x2: Giống led thanh, LCD thiết bị ngoại vi dùng để giao tiếp với người dùng, so với led LCD có ưu điểm hiển thị tất kí tự bảng mã ASCCI, led hiển thị số kí tự, LCD lại có nhược điểm giá thành cao khoảng cách nhìn gần Hinh 5: LCD 16x2 Chân Kí Hiệu Mức Logic I/O Vss - - Nguồn (GND) Vcc - - Nguồn (+5V) Vee - - Chỉnh độ tương phản RS 0/1 I 0=Nhập lệnh 15 Chức Năng Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào 1=Nhập liệu R/W 0/1 I 0=Ghi liệu 1=Đọc liệu E 1,1 DB0 I Tín hiệu cho phép 0/1 I/O Bít liệu DB1 0/1 I/O Bít liệu DB2 0/1 I/O Bít liệu 10 DB3 0/1 I/O Bít liệu 11 DB4 0/1 I/O Bít liệu 12 DB5 0/1 I/O Bít liệu 13 DB6 0/1 I/O Bít liệu 14 DB7 0/1 I/O Bít liệu 15 Lamp- - - Đèn LCD 16 Lamp+ - - Đèn LCD Bảng 4: Chức chân LCD 16x2  Các chân Vcc, Vss Vee: Chân Vcc cấp dương nguồn 5V, chân Vss nối đất, chân Vee dùng để điều khiển độ tương phản hình LCD  RS (Register select): Khi mức thấp, thị truyền đến LCD xoá hình, vị trí trỏ … Khi mức cao, kí tự truyền đến LCD  R/W (Read/Write): 16 Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào Dùng để xác định hướng liệu truyền LCD vi điều khiển Khi mức thấp liệu ghi đến LCD mức cao, liệu đọc từ LCD Nếu cần ghi liệu lên LCD nối chân xuống GND để tiết kiệm chân  E (Enable): Cho phép ta truy cập/xuất đến LCD thông qua chân RS R/W Khi chân E mức cao (1) LCD kiểm tra trạng thái chân RS R/W đáp ứng cho phù hợp Khi liệu cấp đến chân liệu xung mức cao xuống thấp phải áp đến chân để LCD chốt liệu chân liêu Xung phải rộng tối thiểu 450ns Còn chân E mức thấp (0), LCD bị vơ hiệu hố bỏ qua tín hiệu chân RS R/W  Các chân D0 - D7: Đây chân liệu bít, dùng để gửi thơng tin lên LCD đọc nội dung ghi LCD  LCD có chế độ giao tiếp: - Chế độ 4bit (chỉ dùng chân D4 đến D7 để truyền liệu) chế độ bit (dùng chân liệu từ D0 đến D7), chế độ bit, truyền byte, truyền nửa cao byte trước, sau truyền nửa thấp byte - Trước truyền kí tự hình LCD ta cần thiết lập cho LCD chọn chế độ 4bit 8bit, dòng hay dòng, bật/tắt trỏ 17 Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào 2, Thiết kế hệ thống thi công mạch: 2.1, Lựa chọn giải pháp: 2.1.1, Giải pháp thiết kế: Việc lựa chọn giải pháp thường xem xét nhiều phương diện quan trọng giải pháp có khả thi khơng? Có phù hợp với với thực tế thỏa mãn yêu cầu kinh tế? Mạch chống trộm đếm số lần vào với não điều khiển AT89C51 linh kiện khác: LCD hiển thị, cảm biến chuyển động HC-SR501, OPAMP … - AT89C51 có ưu điểm: tính tốc độ đáp ứng yêu cầu kĩ thuật ứng dụng khơng đòi hỏi cao, giá thành thấp họ vi điều khiển khác; có hỗ trợ lập trình điều khiển hợp ngữ C - Cảm biến chuyển động HC-SR501 cảm biến chuyên dụng cho tín hiệu vật thể xác - LCD hiển thị cách rõ ràng, linh động - OPAMP sử dụng rộng rãi nguồn - Còi báo hiệu có tín hiệu vào mạch chống trộm Vì giải pháp thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào dùng linh kiện có nhiều ưu so với giải pháp khác Đồng thời đảm bảo yêu cầu kinh tế 2.1.2, Các yêu cầu: - Còi báo có tín hiệu từ mạch chống trộm Cảm biến chuyển động thu phát tín hiệu xác Đảm bảo mạch hoạt động điện Đếm xác số lần vào Đảm bảo kích thước trọng lượng cho phép Độ an tồn, khả chống lại phá hoại hay xâm nhập 18 Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào 2.1.3, Giới hạn hệ thống: - Sử dụng nguồn điện 5V - Làm việc liên tục - Kích thước phù hợp với người sử dụng - Hệ thống nhỏ gọn - Làm việc điều kiện mơi trường bình thường 2.2, Thiết kế hệ thống: 2.2.1, Thiết kế phần cứng:  Sơ đồ tổng quát Khối nguồn Khối cảm biến Khối Xử lý Khối hiển thị - Khối Nguồn: cung cấp nguồn cho hệ thống - Khối Cảm biến: thu tín hiệu từ vật thể - Khối Xử lý: Dùng vi điều khiển AT89C51 để lấy liệu từ khối cảm biến đưa khối hiển thị - Khối Hiển thị: lấy tín hiệu từ vi điều khiển, thực giao tiếp với vi điều khiển để hiển thị số lần vào báo hiệu còi  Nguyên lý hoạt động: 19 Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào Khi bật chương chình, chân P3.0 mức 0, rơle có điện, khóa k mở nên loa khơng kêu Mối có người qua, cảm biến phát xung 5v, qua cổng not vào chân P3.2 vi điều khiển, biến đếm tăng lên hiển thị hình LCD, biến đếm đếm đến 999 ngừng đếm, muốn đếm lại ấn nút reset vi điều khiển Bật chế độ chống trộm, ấn nút ON, tín hiệu chân P3.3 vi điều khiển, chân P3.0 bị khéo lên mức 5V, đó, khơng có dòng qua role, thực đóng khóa K loa Khi có người qua, tín hiệu vào chân P3.2, chân P3.0 bị kéo xuống mức không, role có điện, chuyển mạch, loa kêu Muốn tắt loa, gạt khóa K để ngắt dòng, ấn nút ON để tiếp tục hoạt động chế độ chống trộm 20 Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào 2.2.2, Thiết kế phần mềm:  Chương trình: #include #include #define bat #define tat sfr LCDdata = 0xA0; sbit BF = 0xA7; sbit RS = P1^5; sbit RW = P1^6; sbit EN = P1^7; sbit Loa=P3^0; sbit Off=P3^2; sbit On=P3^3; unsigned int i=0; void wait(void) { RS=0; RW=1; LCDdata=0xff; While (BF) { EN=0; EN=1; } } void LCDcontrol (unsigned char x) { RS=0; RW=0; LCDdata=x; EN=1; EN=0; Wait (); } void LCDinit(void) { LCDcontrol(0x38); LCDcontrol(0x0e); LCDcontrol(0x01); } void LCDwrite (unsigned char c) { RS=1; RW=0; LCDdata=c; EN=1; EN=0; Wait (); 21 Thiết kế mạch chống trộm đếm số lần vào } void LCDwrites (unsigned char*s) { unsigned char data lens, count; lens=strlen(s); for (count=0; count