THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH

Việt Nam ngày càng phát triển và giàu mạnh. Một trong những thay đổi đáng kể đó là Việt Nam đã gia nhập “WTO”, một bước ngoặt quan trọng để đất nước ta tiếp cận với công nghệ hiện đại và chúng ta có nhiều cơ hội nắm bắt những thành tựu vĩ đại của thế giới, đặc biệt là về các lĩnh vực khoa học kĩ thuật nói chung và ngành Điện- Điện Tử nói riêng. Thế hệ trẻ chúng ta không tự mình phấn đấu học hỏi thì sẽ sớm lạc hậu và nhanh chóng thụt lùi. Nhận thức được điều đó Trường “ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN” đã đưa ra nhiều chương trình đào tạo sâu rộng, từ thấp đến cao nhằm đẩy mạnh chất lượng học tập của sinh viên nhà trường nói chung và khoa Điện - Điện Tử nói riêng . Đó là việc tăng cường hơn nữa tổ chức cho sinh viên làm các Đồ Án Môn Học nhằm tạo nền tảng vững chắc và kinh nghiệm thực tế cho sinh viên sau khi ra trường, đáp ứng tốt nhu cầu tuyển dụng việc làm. Chính vì vậy nhóm chúng em đã chọn đề tài về: “NGÔI NHÀ THÔNG MINH” làm Đồ Án Môn Học. Dưới sự hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của cô Nguyễn Phương Thảo cùng với sự cố gắng lỗ lực của các thành viên trong nhóm chúng em đã hoàn thành xong đồ án của mình. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên chúng em không tránh khỏi sai sót khi thực hiện đồ án này. Vì vậy chúng em rất mong sẽ nhận được nhiều ý kiến đánh giá, góp ý của thầy cô giáo, cùng bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn.

Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án môn học chuyên ngành ----- Khoa Điện-Điện tử ------ GVHD: Nguyễn Phương Thảo Trang 1 LỜI NÓI ĐẦU Việt Nam ngày càng phát triển và giàu mạnh. Một trong những thay đổi đáng kể đó là Việt Nam đã gia nhập “WTO”, một bước ngoặt quan trọng để đất nước ta tiếp cận với công nghệ hiện đại và chúng ta có nhiều cơ hội nắm bắt những thành tựu vĩ đại của thế giới, đặc biệt là về các lĩnh vực khoa học kĩ thuật nói chung và ngành Điện- Điện Tử nói riêng. Thế hệ trẻ chúng ta không tự mình phấn đấu học hỏi thì sẽ sớm lạc hậu và nhanh chóng thụt lùi. Nhận thức được điều đó Trường “ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN” đã đưa ra nhiều chương trình đào tạo sâu rộng, từ thấp đến cao nhằm đẩy mạnh chất lượng học tập của sinh viên nhà trường nói chung và khoa Điện - Điện Tử nói riêng . Đó là việc tăng cường hơn nữa tổ chức cho sinh viên làm các Đồ Án Môn Học nhằm tạo nền tảng vững chắc và kinh nghiệm thực tế cho sinh viên sau khi ra trường, đáp ứng tốt nhu cầu tuyển dụng việc làm. Chính vì vậy nhóm chúng em đã chọn đề tài về: “NGÔI NHÀ THÔNG MINH” làm Đồ Án Môn Học. Dưới sự hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của cô Nguyễn Phương Thảo cùng với sự cố gắng lỗ lực của các thành viên trong nhóm chúng em đã hoàn thành xong đồ án của mình. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên chúng em không tránh khỏi sai sót khi thực hiện đồ án này. Vì vậy chúng em rất mong sẽ nhận được nhiều ý kiến đánh giá, góp ý của thầy cô giáo, cùng bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực hiện 1. Phạm Quốc Toản 2. Nguyễn Thị Trang 3. Trần Thị Lý 4. Lê Văn Lương Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án môn học chuyên ngành ----- Khoa Điện-Điện tử ------ GVHD: Nguyễn Phương Thảo Trang 2 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… .… . Hưng yên, Ngày …. tháng 11 năm 2011 Giáo viên hướng dẫn Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án môn học chuyên ngành ----- Khoa Điện-Điện tử ------ GVHD: Nguyễn Phương Thảo Trang 3 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU………………………………………………………….…….….1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 2 PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .7 CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .7 1.1 Lý do chọn đề tài……… .…………………………… .… …………….…7 1.2 Yêu cầu điều khiển… .… .……………………… .…………… .7 1.3 Mục tiêu…………………………………………………………………… .8 1.4 Nhiệm vụ……… .………………… …………… ……… …….……… .9 1.5 Hướng thực hiện đề tài………… .………………… …… .…………… 9 1.6 Thuyết minh mô hình thuật toán “Nhà thông minh”… .……… .… … …13 CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN…………………… 15 2.1 Sử dụng PLC…………………………………… .……….……………….15 2.2 Sử dụng Vi xử lý………………………………………………………… .16 PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI…………………………………… … 18 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI XỬ LÝ 8051………………… …… 18 1.1 Tổng quan về 8051…………………………………………………… … 18 1.2 Giới thiệu về Vi điều khiển 89S52……….…………….………………… 20 1.2.1 Cấu hình 89S52……………………………………………………….…20 1.2.2 Sơ đồ khối ……………………… .……………………………… .21 1.2.3 Sơ đồ chân 89S52………………………………….……………… 22 1.2.4. Kết nối phần cứng………………….…… .…………………… …… .25 1.2.5 Cấu trúc bên trong của 89s52 …………………………… ………….…27 Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án môn học chuyên ngành ----- Khoa Điện-Điện tử ------ GVHD: Nguyễn Phương Thảo Trang 4 1.3 Bộ nhớ dữ liệu- RAM……………………………….…………………… .27 CHƯƠNG II: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN DÙNG ĐIỀU KHIỂN REMOTE TV SONY………………… .……… .28 2.1 Ý Tưởng…………………… .…………………………………………….28 2.2 Remote TV SONY ………………………… .………………………….28 2.3 Lưu đồ thuật toán……………………….………………………… …… 33 CHƯƠNG III : QUẢN LÝ CỬA VÀO RA TỰ ĐỘNG HIỂN THỊ TRÊN LCD…………………………………………………………………………….34 3.1. Giới thiệu hệ thống… …………… .…………………………… 34 3.2. Kết cấu hệ thống… ……… ……………………………………….….34 3.3 Lựa chọn phần cứng…………………………….……………….………35 3.4 Lưu đồ và giải thuật…………………….……….………………………….37 3.4.1 Các ký hiệu trong lưu đồ…………………… … ………………… 37 3.4.2 Các lưu đồ thuật toán………………………… …………………… 39 CHƯƠNG IV: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG………………………….………… 45 4.1 Mạch cảm biến quang………………………… ……………………….….45 4.2 Cảm biến hồng ngoại………………………………………………… …46 4.3 Hệ thống chiếu sáng tự động…………………………….……………… .46 4.3.1 Đèn cầu thang………………………………………………………….…48 4.3.2 Đèn cửa………………………………………………………………… 48 4.3.3 Đèn trong nhà…………………………………………………………….48 4.3.4 Đèn ngủ…………………………… .………………………………… .49 4.4 Hệ thống rèm cửa tự động………………………… …………………… .49 Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án môn học chuyên ngành ----- Khoa Điện-Điện tử ------ GVHD: Nguyễn Phương Thảo Trang 5 4.5 Hệ thống chống trộm………………………… ………………… 49 4.6 Lưu đồ thuật toán hệ thống tự động……………………… .…………… .49 CHƯƠNG V: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH…………………… .….52 5.1 Sơ đồ khối………………………………………………………………… 52 5.2 Sơ đồ nguyên lý.………………………… ……………………………… 53 5.2.1 Sơ đồ nguyên lý cho toàn hệ thống nhà…… ………………… .……….53 5.2.2 Sơ đồ mạch nguồn…………………… .……………………………… .54 5.2.3 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ .………………………… .… ……….54 5.2.4 Sơ đồ mạch hiện thị LCD ……………………………… .…….……… 55 5.2.5 Sơ đồ mạch thu tín hiệu điều khiển bằng tay……… ………………… .56 5.2.6 Sơ đồ mạch các cảm biến…….………………… .……………… .56 5.3 Board mạch……………………………………………………………… .58 5.3.1 Board mạch cho toàn hệ thống nhà ………………………….……….….58 5.3.2 Board mạch hiện thị LCD ……………………………….………………59 5.3.3 Board mạch cho cảm biến hồng ngoại………….……….……………….59 5.3.4 Board mạch cho cảm biến quang…………………….………………… 60 5.4 Thiết kế và chạy thử …………………………………………………… 60 5.4.1 Thiết kế phần cứng…………………………………….…………………60 5.4.2 Chạy thử chương trình……………………………….………………….60 5.4.3 Mô hình thực tế…… .………………………… .… ………………….61 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI……….… ……………… 63 Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án môn học chuyên ngành ----- Khoa Điện-Điện tử ------ GVHD: Nguyễn Phương Thảo Trang 6 I. Kết luận……………………… .………………………….……………… 63 II. Phương hướng phát triển………………………… .……………………….63 PHỤ LỤC……………………… .…………………………………….………64 Tổng hợp các chương trình điều khiển ……………………….…… .….…… 64 1. Chương trình hiển thị và nhập password LCD………………………….… .64 2. Chương trình điều khiển tổng hợp hệ thống .… .………………………… .80 Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án môn học chuyên ngành ----- Khoa Điện-Điện tử ------ GVHD: Nguyễn Phương Thảo Trang 7 PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài Một ngôi nhà thông minh hay còn gọi là ngôi nhà số là một giải pháp điều khiển tích hợp cho các căn hộ cao cấp, tích hợp các thiết bị điện tử, nghe nhìn, truyền thông thành một hệ hoàn chỉnh và thống nhất, có thể tự vận hành tất cả các hệ thống một cách tự động theo chương trình đã cài đặt hoặc theo điều khiển từ xa của người dùng. Các hệ thống như chiếu sáng, máy lạnh, an ninh bảo vệ, âm thanh nghe nhìn, chuông hình, cửa tự động hay cả rèm cửa sẽ được phối hợp vận hành thành một hệ thống đồng nhất. Mỗi chức năng của ngôi nhà thông minh đều có khả năng tự vận hành hoặc dưới sự điều khiển của người dùng, thông qua điện thoại di động sử dụng mạng 3G hay Internet, cung cấp nhiều chế độ sử dụng. Người dùng có thể truy cập từ xa vào hệ thống quản lý tại nhà để xem cửa ngõ qua video, tắt hệ thống đèn nếu lỡ quên khi ra khỏi nhà, tắt bớt các hệ thống đèn không cần thiết trong các khu vực trong nhà để tiết kiệm điện năng . Theo ABI Research, chức năng quan trọng trong ngôi nhà thông minh được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là cảnh báo an ninh. Vì thế hiện nay nhà thông minh là một trong những đề tài công nghệ ứng dụng đang tạo nên một cơn sốt trong thị trường địa ốc. Các hãng đầu tư công nghệ ở nước ngoài đã và đang phát triển giải pháp nhà thông minh với rất nhiều tính năng vượt trội. Tại Việt Nam, hiện nay đã có một số nhà đầu tư cho các công trình nhà thông minh nhưng chủ yếu là phân phối các sản phẩm nhập của nước ngoài với giá thành rất lớn. Chính từ những thực tiễn đó là cơ sơ để chúng em chọn đề tài: “Nhà thông minh”. 1.2 Yêu cầu điều khiển Trong một gia đình thông thường ngày nay, TV, hệ thống nghe nhìn, máy tính, đèn chiếu sáng, rèm cửa và địên thoại di động, ngày càng trở nên dễ sử dụng và đa năng hơn, nhưng mỗi thiết bị hoạt động độc lập với các bộ điều khiển dùng riêng. Điều này có nghĩa là có rất nhiều bộ điều khiển, nút chỉnh, làm phức tạp thêm cuộc sống. Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án môn học chuyên ngành ----- Khoa Điện-Điện tử ------ GVHD: Nguyễn Phương Thảo Trang 8 Với ý nghĩa một ngôi nhà "thông minh", các thiết bị nói trên sẽ được tích hợp trong một hệ thống đồng nhất, cung cấp các chức năng của từng loại thiết bị nhưng được điều khiển tập trung từ bộ điều khiển trung tâm. Như vậy, các thiết bị “thông minh” rời rạc trước đây giờ đây là các thành phần cấu thành nên một hệ thống “thông minh”. Một ngôi nhà thông minh cần đảm bảo những tính năng tiện lợi cho người dùng, tính bảo mật và tính tiết kiệm năng lượng. Do vậy yêu cầu điều khiển cho ngôi nhà của chúng em bao gồm: - Cửa ra/vào: được tự động đóng mở bằng password. Chủ nhân muốn vào nhà phải nhập đúng password đó. Nếu ai đó vào nhà nhập sai password quá 3 lần thì chuông báo động sẽ reo và gọi điện báo cho chủ nhà biết. Nó thực sự giúp cho ngôi nhà được bảo mật cao hơn. - Hệ thống chiếu sáng tự động. Khi vào nhà, phòng vệ sinh, phòng ngủ, đèn tự động bật lên và khi không có người đèn tự động tắt đảm bảo tiết kiệm điện tối ưu. Đèn cầu thang cũng được bật tự động, người đi đến đâu đèn sáng đến đó tránh một số rủi ro không đáng có xảy ra cho trẻ nhỏ và người già vào ban đêm. Nó thực sự mang lại nhiều tiện lợi và tiết kiệm cho chủ nhân. - Rèm cửa được tự động đóng mở. Ban ngày cửa tự động mở cho thoáng nhà và tuần hoàn không khí. Ban đêm rèm tự động đóng lại tránh sương, gió. - Hệ thống báo động tới điện thoại cho chủ nhân khi có trộm đột nhập. Một điều thú vị nữa của ngôi nhà thông minh đó là có thể điều khiền tất cả các thiết bị trên bằng tay thông qua một chiếc điều khiển với các nút bấm. Ngồi một chỗ bạn có thể điều khiển tất cả các thiết bị điện theo ý muốn. 1.3 Mục tiêu Nhà thông minh là một đề tài mở với rất nhiều các ứng dụng, các tiện ích có thể áp dụng nhằm phục vụ nhu cầu ngày càng nâng cao của con người. Chính vì vậy mà giới hạn trong một đồ án môn học chúng ta không thể giải quyết được hết các bài toán trên thực tế. Trước mắt, chúng ta sẽ thi công 1 số thiết bị điện cho ngôi nhà thông minh, từ đó có kế hoạch phát triển và thi công những thiết bị khác cho ngôi nhà thông minh. Trong tương lai, chúng ta sẽ mở rộng và phát triển được những thiết bị này bằng cách mở rộng khả năng giao tiếp của thiết bị, như qua Internet hay mạng điện thoại di động. Trường ĐH SPKT Hưng Yên Đồ án môn học chuyên ngành ----- Khoa Điện-Điện tử ------ GVHD: Nguyễn Phương Thảo Trang 9 1.4 Nhiệm vụ Chúng ta cần tìm hiểu nguyên lý hoạt động của nhà thông minh và ứng dụng công nghệ vào mô hình thiết kế nhằm đáp ứng được các yêu cầu điều khiển đã đặt ra ở trên. Ví dụ như hệ thống cửa tự động, rèm cửa tự động, chiếu sáng tự động, hệ thống báo động… Ngoài ra chúng ta cần có cái nhìn tổng quan hơn về cấu trúc của thiết bị trong ngôi nhà thông minh, từ đó ta sẽ định hướng được khả năng phát triển của đề tài. Tương lai có thể hoàn thiện được những yêu cầu mà một ngôi nhà thông minh cần có. - Tổng quát hóa mô hình và các ứng dụng của ngôi nhà thông minh. - Giải quyết từng khối chức năng bằng các thiết bị điều khiển. - Xây dựng mô hình ngôi nhà thông minh và ứng dụng một số thiết bị điện được điều khiển tự động như hệ thống cửa tự động, rèm cửa tự động, ánh sáng tự động… - Vạch ra những kế hoạch, hướng phát triển và thi công cho những thiết bị khác mà trong khuôn khổ và thời gian của đồ án chúng em chưa hoàn thành được. Ví dụ chúng ta có thể phát triển những thiết bị này bằng cách mở rộng khả năng giao tiếp của thiết bị, như qua Internet hay mạng điện thoại di động, điều khiển các thiết bị cần tính ổn định cao. 1.5 Hướng thực hiện đề tài Qua những yêu cầu và nhiệm vụ cần thiết của một ngôi nhà thông minh, chúng ta có thể đưa ra một hướng thực hiện đề tài để đạt được các mục đích tối ưu nhất cho một ngôi nhà. Trường ĐH SPKT Hưng Yên ----- Khoa Điện-Điện tử GVHD: Nguyễn Phương Th  Sơ đồ khối cấu trúc nhà - Khối cảm biến có khả nă thiết bị phù hợp nhu cầu sinh ho - Khối xử lý trung tâm có nhi chương trình điều khiển (bao g tín hiệu phản hồi của các c - Khối điều khiển từ xa: xa như hệ thống đèn, rèm c - Khối mật khẩu và hiển th khẩu và yêu cầu người sử hiển thị những ký tự trong quá tr chính xác những thao tác trong quá t ưng Yên Đồ án môn ện tử ------ ương Thảo u trúc nhà thông minh ả năng nhận dạng sự có mặt của con người để ầu sinh hoạt (ban ngày- ban đêm). có nhiệm vụ điểu khiển toàn bộ các thiế ển (bao gồm chương trình điều khiển bằng tay hay t a các cảm biến. Sử dụng sóng hồng ngoại điều khiển các th èn, rèm cửa, ti vi, quạt… ển thị LCD: thông qua chương trình điều khi ời sử dụng phải nhập đúng mật khẩu mới được v ự trong quá trình ấn mật khẩu, giúp người d ng thao tác trong quá trình sử dụng. học chuyên ngành Trang 10 ời để tự động bật tắt các các thiết bị điện thông qua ằng tay hay tự động) và n các thiết bị trong nhà từ ều khiển tạo ra một mật ợc vào nhà, đồng thời ời dùng có thể xác định . hoàn thành xong đồ án của mình. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên chúng em không tránh khỏi sai sót khi thực hiện đồ án này. Vì vậy chúng. Đèn cầu thang cũng được bật tự động, người đi đến đâu đèn sáng đến đó tránh một số rủi ro không đáng có xảy ra cho trẻ nhỏ và người già vào ban đêm. Nó thực