đồ án bật tắt đèn tự động sử dụng vđk 89s52 , ic thời gian thực ds1307 , màn hình hiển thị lcd . sản phẩm này được đánh giá rất cao vì tính ứng dụng thực tiễn của nó . trong file tài liệu có đủ các dữ liêu cần thiết như code lập tình của vi điều khiển
LỜI NÓI ĐẦU Trong thời gian thực đề tài với nội dung: “nghiên cứu,thiết kế chế tạo mạch điều khiển bật tắt đèn tự động theo thời gian thực ”, chúng em cố gắng vận dụng kiến thức học trường, thực tế Cùng với giúp đỡ thầy Hoàng Quốc Tuân hoàn thành yêu cầu đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Quốc Tuân tận tình bảo giúp đỡ em hồn thành đồ án Do kiến thức hạn chế trình thực đồ án chúng em khơng tránh khỏi sai xót kính mong q thầy cô hội đồng bảo vệ dẫn, bỏ qua giúp đỡ Chúng em mong đóng góp thầy bạn để nội dung đề tài ngày hoàn thiện Đồ án trình bày thành 03 phần Phần Tổng quan đề tài: Xác định đối tượng nghiên cứu, mục tiêu ngiên cứu ý nghĩa đề tài Phần Thiết kế mạch :Tìm hiểu qua khảo sát thực tế linh kiện, loại IC,LCD… Lựa chọn giải pháp: Chọn giải pháp công nghệ, giải pháp thiết kế, yêu cầu giới hạn cho hệ thống.Thiết kế nguyên lý: Sơ đồ tổng quát,lựa chọn tổng quan linh kiện.Thiết kế kỹ thuật: Module mạch điều khiển , module điều khiển, module hiển thị.Sơ đồ mạch, chương trình demo, module chương trình Phần : Kết luận.Đánh giá kết thu được, ưu điểm nhược điểm hướng phát triển đề tài GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 Tuy nhiên kiến thức chun mơn hạn chế nên xảy nhiều sai sót Chúng em mong thầy bạn góp ý bổ sung để đồ án chúng em hoàn thiện Sinh viên thực GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………… Ngày… tháng……năm 2019 Giáo viên hướng dẫn GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BẬT TẮT ĐÈN TỰ ĐỘNG 1.1 Khái niệm hệ thống tự động Hệ thống điều khiển tự động hệ thống bao gồm phần tử tự động nhằm điều khiển trình xảy thiên nhiên, sống mà khơng có tham gia trực tiếp người Hệ thống điều khiển tự động: tập hợp thành phần vật lý có mối liên quan tác động qua lại lẫn để huy, tự hiệu chỉnh điều khiển hệ thống khác Hệ thống điều khiển tự động xuất ngày phổ biến - Hệ thống điều hồ khơng khí - Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ - Hệ thống tự động báo cháy v.v Trong môi trường sản xuất: - Các máy tự động - Các đường dây sản xuất, lắp ráp tự động GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 - Các máy điều khiển theo chương trình, Máy tính, Robot v.v 1.2 Cơ sở hình thành hệ thống : Xã hội ngày phát triển, nhu cầu người ngày tăng cao, đồng thời tiết kiệm lượng nhiệm vụ hàng đầu quốc gia Thiết bị chiếu sáng gắn liền với đời sống người, việc kiểm soát thiết bị chiếu sáng, bật tắt thích hợp cần thiết để tạo tiện nghi cho người sử dụng giảm đáng kể lãng phí lượng khơng cần thiết Xuất phát từ vấn đề thực tiễn chúng em nghiên cứu tiến hành thiết kế : “Hệ thống bật tắt đèn tự động theo thời gian thực’’ 1.3 Yêu cầu công nghệ hệ thống bật tắt đèn : a Tính tự động: Do yêu cầu ngày cao sản xuất công nghiệp, phát triển khoa học kĩ thuật, thiết bị máy móc ngày đại nên tính tự động hệ thống bật tắt đèn tự động nói riêng máy móc khác nói chung vơ cần thiết quan trọng Tính tự động giúp giảm lượng hao phí điện năng, hạn chế tối đa can thiệp người b Tính đơn giản: GVHD : HỒNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 Tiếp đến tiêu chuẩn mà hộ gia đình , quan , công ty phải xem xét tính đơn giản hệ thống Tính đơn giản đảm bảo người dùng dễ dàng sử dụng, dễ dàng thao tác, vận hành, lắp đặt, bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng có cố c Tính thẩm mỹ: Khi xã hội ngày văn minh đại người đòi hỏi tính thẩm mỹ cao sản phẩm phục vụ nhu cầu sản xuất người phải đa dạng phong phú mang nặng tính mỹ quan, hình thức mẫu mã bắt mắt đồng thời cần phải có độ bền độ chắn cao, hoạt động trơn tru, xảy cố, ồn q trình hoạt động d Tính thuận tiện: Ngày tính thuận tiện sản phẩm tiêu chí để người dùng lựa chọn Yêu cầu tính thuận tiện có hầu hết khâu từ lắp ráp, vận hành đến khâu bảo trì, sửa chữa để không nhiều thời gian, tiết kiệm chi phí, cơng sức GVHD : HỒNG QUỐC TN LỚP : 110162 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH Thiết kế mạch điều khiển có chức thực điều khiển đóng ngắt thiết bị điện tự động theo thời gian thực - Hệ thống thiết kế gồm khối: • Khối nguồn • Khối xử lý trung tâm sử dụng AT 89S52 • Khối hiển thị sử dụng LCD • Khối cơng suất sử dụng Relay 12VDC để đóng/ cắt thiết bị • Khối thời gian thực dùng DS1307 2.1.Sơ đồ khối mạch Khối thời gian thực ( ic DS1307 ) Khối hiển thị ( hình LCD 1602) Khối nguồn ( mạc Khối điềuhkhiển ( VDK AT89S52 nguồn ) 5v dùng ic ổn áp 7805 ) GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 Khối cơng suất ( transistor, rơ le 5v ) Hình : Sơ đồ khối Chức khối: • Khối điều khiển : Vi điều khiển AT 89S52 điều khiển tồn hoạt động mạch, nhận tín hiệu từ nút bấm DS1307 đưa hiển thị lên LCD sau đưa tín hiệu điều khiển bật /tắt (hẹn bật /tắt) thiết bị điện • Khối hiển thị: Là LCD dòng 16 kí tự để hiển thị thời gian • Khối nguồn: Là khối cung cấp nguồn ni cho tồn linh kiện mạch Nó tạo điện áp ổn định • Khối bật cơng suất : Là khối sử dụng Transistor C2383 Relay VDC để đóng /ngắt mạch hoạt động thiết bị điện khối nhận tín hiệu từ VĐK AT 89S52 • Khối thời gian thực : Dùng IC DS1307 lưu trữ cung cấp thông tin thời gian : ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây … cho VDK AT89S52 qua giao tiếp I2C GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 2.3 Tính chọn linh kiện cho mạch 2.3.1 Sơ đồ chân sơ đồ nguyên lý AT 89S52 Sơ đồ chân chức AT89S52 10 GVHD : HỒNG QUỐC TN LỚP : 110162 10 Hình 15 Sơ đồ kết nối DS1307 DS1307 giao tiếp với vi điều khiển với đường truyền SCL SDA nên vi xử lý cần phải xác định chân vi xử lý có SCL SDA để nối với DS1307 2.3.5 Transistor Transistor hay gọi tranzito loại linh kiện bán dẫn chủ động Thường sử dụng phần tử khuếch đại hay khóa điện tử Với khả đáp ứng nhanh, xác nên transistor sử dụng nhiều ứng dụng tương tự số như: mạch khuếch đại, điều chỉnh điện áp, tạo dao động điều khiển tín hiệu Cấu tạo : Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N, ghép theo thứ tự PNP ta Transistor thuận, ghép theo thứ tự NPN ta Transistor ngược Về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều Cấu trúc gọi Bipolar Junction Transitor (BJT) dòng điện chạy cấu trúc bao gồm hai loại điện tích âm dương (Bipolar nghĩa hai cực tính) 19 GVHD : HỒNG QUỐC TN LỚP : 110162 19 Hình 16 Cấu tạo Transistor Ký hiệu : Ba lớp bán dẫn nối thành ba cực, lớp gọi cực gốc ký hiệu B (Base), lớp bán dẫn B mỏng có nồng độ tạp chất thấp.[separator] Hai lớp bán dẫn bên nối thành cực phát (Emitter) viết tắt E, cực thu hay cực góp (Collector) viết tắt C, vùng bán dẫn E C có loại bán dẫn (loại N hay P) có kích thước nồng độ tạp chất khác nên khơng hốn vị cho 20 GVHD : HỒNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 20 Hình 17 : Transistor C2383 Nguyên lý hoạt động : 21 GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 21 • Ta cấp nguồn chiều UCE vào hai cực C E Trong (+) nguồn vào cực C, (-) nguồn vào cực E • Cấp nguồn chiều UBE qua cơng tắc trở hạn dòng vào hai cực B E, cực (+) vào chân B cực (-) vào chân E • Khi cơng tắc mở, ta thấy hai cực C E cấp điện khơng có dòng điện chạy qua, lúc dòng IC = • Khi cơng tắc đóng, mối P – N phân cực thuận có dòng điện chạy từ nguồn (+) UBE qua cơng tắc tới R hạn dòng qua mối BE cực (-) tạo thành dòng IB • Ngay dòng IB xuất hiện, dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng, dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB 22 GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 22 • Như rõ ràng dòng IC hồn tồn phụ thuộc vào dòng IB, có cơng thức IC = β.IB Trong đó: • IC là dòng chạy qua mối CE • IP dòng chạy qua mối BE • βLà hệ số khuếch đại transistor Khi có điện UCE điện tử lỗ trống vượt qua mối tiếp giáp PN để tạo thành dòng điện, xuất dòng IBE lớp bán dẫn P cực mỏng nồng độ pha tạp thấp, số điện tử tự từ lớp bán dẫn nhỏ số điện tử vào lỗ trống tạo thành dòng IB Còn lại phần lớn số điện tử bị hút phía cực C tác dụng điện áp UCE tạo thành dòng ICE chạy qua transistor 2.3.6 Thạch anh Hình 17 : Thạch anh 32.768 KHz 12 MHz 23 GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 23 Thạch anh nguồn tạo xung nhịp dao động clock ổn định cho dao động VDK 89S52 DS1307 Thạch anh 12 MHz gắn vào chân XTAL1 XTAL2 ( chân số 18 19 ) 89S52, thạch anh 32KHz gắn vào chân X1 X2 DS1307 2.3.7 IC 7805 IC 7805 dùng để ổn định điện áp đầu vào, dùng mạch nguồn Điện áp đầu cố định 5V, yêu cầu điện áp đầu vào tối thiểu 7V Hình 17 : Sơ đồ chân sử dụng thực tế ic 7805 2.3.8 Tụ điện : 24 GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 24 Tụ điện linh kiện điện tử thụ động phổ biến, cấu tạo bới hai cực đặt song song, có tính chất cách điện chiều cho dòng điện xoay chiều qua nhờ nguyên lý phóng nạp Cấu tạo : Cấu tạo tụ điện: bên tụ điện cực kim loại đặt cách điện với nhau, môi trường tụ gọi điện môi (môi trường không dẫn điện) Điện mơi là: khơng khí, giấy, mica, dầu nhờn, nhựa, cao su, gốm, thuỷ tinh Tùy theo lớp cách điện hai cực tụ có tên gọi tương ứng Đặc tính bản: Tụ điện có khả tích trữ lượng dạng lượng điện trường cách lưu trữ electron, phóng điện tích để tạo dòng điện Đây tính chất phóng nạp tụ, nhờ có tính chất mà tụ có khả dẫn điện xoay chiều Ký hiệu: Tụ điện có ký hiệu C Tụ gốm ( Tụ khơng phân cực ) Hình 18 : Tụ gốm 25 GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 25 Các loại tụ không phân biệt âm dương thường có điện dung nhỏ từ 0,47 µF trở xuống, tụ thường sử dụng mạch điện có tần số cao mạch lọc nhiễu Tụ hóa ( Tụ phân cực ) Tụ hố tụ có phân cực âm dương , tụ hố có trị số lớn giá trị từ 0,47µF đến khoảng 4.700 µF , tụ hố thường sử dụng mạch có tần số thấp dùng để lọc nguồn, tụ hố ln ln có hình trụ Ký hiệu : 26 GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 26 Hình 19 : Tụ hóa 1000uf 25v tụ hóa 470uf 25v 2.3.9 Điện trở Điện trở hay Resistor linh kiện điện tử thụ động gồm tiếp điểm kết nối, thường dùng để hạn chế cường độ dòng điện chảy mạch, điều chỉnh mức độ tín hiệu, dùng để chia điện áp, kích hoạt linh kiện điện tử chủ động transistor, tiếp điểm cuối đường truyền điện có nhiều ứng dụng khác Điện trở ký hiệu R Hình 20 : Điện trở 27 GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 27 2.3.10 Biến trở : Biến trở hay gọi chiết áp với điện trở có cực Trong đó, có tiếp điểm trượt xoay làm thay đổi giá trị điện trở tạo thành chia điện áp điều chỉnh Nếu có hai đầu sử dụng tức đưa giá trị cố định lúc biến trở hoạt động điện trở Cấu tạo : Biến trở cấu tao gồm phần : • Trục xoay để thay đổi giá trị điện trở • Chân kết nối ngõ : chân Trong có chân chạy • Chổi thang ( vòng tròn màu đen ) làm carbon cố định 28 GVHD : HỒNG QUỐC TN LỚP : 110162 28 Hình 21 : Biến trở cúc áo 2.3.11 Diode : Diode linh kiện điện tử chuyên dụng với hai điện cực gọi cực dương cực âm Hầu hết diode chế tạo với vật liệu bán dẫn silicon, germanium, selen Diode sử dụng làm chỉnh lưu, hạn chế tín hiệu, điều chỉnh điện áp, công tắc, điều biến tín hiệu, trộn tín hiệu, giải điều chế tín hiệu dao động Đặc tính diode có xu hướng điều khiển dòng điện theo hướng 29 GVHD : HỒNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 29 Hình 22 : Diode 2.4 Lưu đồ thuật toán START Hẹn bật đèn Hiển thị thời gian 30 GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 30 Giờ bật đèn: 4h - 6h 18h – 23h30 Đ Bật đèn S Tắt đèn END CHƯƠNG : KẾT LUẬN 3.1 Đánh giá kết Trong trình thực đề tài em tìm hiểu hệ thống bật tắt đèn tự động theo thời gian thực Do em tìm hiểu hệ thống tự động sở lý thuyết quan trọng đề tài - Tìm hiểu hệ thống tưới tự động: phân loại, nguyên lý, cách chế tạo… 31 GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 31 - Tìm hiểu vi điều khiển AT 89S52, phương pháp sử dụng vi điều khiển để xử lý hiển thị kết LCD - Thiết kế mạch viết chương trình cho vi điều khiển, đảm bảo mạch điều khiển hoạt động tốt, điều chỉnh thời gian theo ý muốn để test khả hoạt động mạch, mạch bật tắt đèn tự động theo nhiều khoảng thời gian nhiệt độ lập trình sẵn 3.2 Hạn chế đề tài - Do thời gian có hạn kiến thức hạn chế nên mạch dừng lại mức độ mơ hình mơ phỏng.Để ứng dụng vào thực tế nhiều vấn đề phải giải - Mơ hình thiết kế chưa đẹp 3.3 Hướng phát triển đề tài Thiết kế thêm mạch điều khiển đóng ngắt đèn theo thời gian thực 32 GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 32 33 GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 33 ... 2.4 Lưu đồ thuật toán START Hẹn bật đèn Hiển thị thời gian 30 GVHD : HOÀNG QUỐC TUÂN LỚP : 110162 30 Giờ bật đèn: 4h - 6h 18h – 23h30 Đ Bật đèn S Tắt đèn END CHƯƠNG : KẾT LUẬN 3.1 Đánh giá kết... nghệ hệ thống bật tắt đèn : a Tính tự động: Do yêu cầu ngày cao sản xuất công nghiệp, phát triển khoa học kĩ thuật, thiết bị máy móc ngày đại nên tính tự động hệ thống bật tắt đèn tự động nói... cầu người ngày tăng cao, đồng thời tiết kiệm lượng nhiệm vụ hàng đầu quốc gia Thiết bị chiếu sáng gắn liền với đời sống người, việc kiểm sốt thiết bị chiếu sáng, bật tắt thích hợp cần thiết để