đồ án bật tắt đèn thông minh

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 hiện đề tài với nội dung: “nghiên cứu,thiết kế và chế tạomạch điều khiển bật tắt đèn tự động theo thời gian thực ”, chúng em đã cố gắng vậndụng những kiến thức đã học ở trường, trong thực tế Cùng với sự giúp đỡ của thầy

Hoàng Quốc Tuân cho tới nay đã hoàn thành những yêu cầu của đề tài

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Quốc Tuân đã tận tình chỉ

bảo và giúp đỡ em hoàn thành đồ án Do kiến thức còn hạn chế trong quá trình thựchiện đồ án chúng em không tránh khỏi những sai xót kính mong quý thầy cô tronghội đồng bảo vệ chỉ dẫn, bỏ qua và giúp đỡ Chúng em rất mong được sự đóng gópcủa thầy cô và các bạn để nội dung đề tài này ngày càng hoàn thiện hơn

đồ mạch, chương trình demo, các module chương trình.

Phần 3 : Kết luận.Đánh giá kết quả thu được, ưu điểm nhược điểm và hướng phát triển đề tài

Tuy nhiên do kiến thức chuyên môn còn hạn chế nên còn xảy ra nhiều sai sót Chúng

em rất mong thầy và các bạn góp ý bổ sung để bản đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn.

Sinh viên thực hiện

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Ngày… tháng……năm 2019

Giáo viên hướng dẫn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG BẬT TẮT ĐÈN TỰ ĐỘNG 1.1 Khái niệm về hệ thống tự động 6

1.2 Cơ sở hình thành hệ thống 7

1.3.Yêu cầu công nghệ 7

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH 9

2.1.Sơ đồ khối của mạch 9

2.2 Sơ đồ nguyên lý của mạch 11

2.3 Tính chọn linh kiện cho mạch 12

2.3.1 Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của AT 89S52 12

2.3.2 Màn hình LCD 2 dòng 16 ký tự 15

2.3.3 Rơ le 17

2.3.4.Thời gian thực DS1307 18

2.3.5 Transistor 21

2.3.6 Thạch anh 24

2.3.7.IC ổn áp 7805……… 25

2.3.8 Tụ điện……… 25

2.3.9 Điện trở……… 27

2.3.10 Biến trở……….28

2.3.11 Diode……… 30

2.4 Lưu đồ thuật toán……… 31

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 3.1 Đánh giá kết quả 32

3.2 Hạn chế của đề tài 32

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BẬT TẮT ĐÈN TỰ ĐỘNG 1.1 Khái niệm về hệ thống tự động

Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống bao gồm các phần tử tự động nhằmđiều khiển các quá trình xảy ra trong thiên nhiên, cuộc sống mà không có sự thamgia trực tiếp của con người

Hệ thống điều khiển tự động: là tập hợp các thành phần vật lý có mối liênquan và tác động qua lại lẫn nhau để chỉ huy, tự hiệu chỉnh hoặc điều khiển một hệthống khác

Hệ thống điều khiển tự động xuất hiện ngày nay rất phổ biến

- Hệ thống điều hoà không 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

- Các máy điều khiển theo chương trình, Máy tính, Robot v.v

1.2 Cơ sở hình thành hệ thống :

Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu của con người ngày càng tăng cao,đồng thời tiết kiệm năng lượng cũng đang là nhiệm vụ hàng đầu của mỗi quốc gia.Thiết bị chiếu sáng luôn gắn liền với đời sống của con người, vì vậy việc kiểmsoát các thiết bị chiếu sáng, bật tắt thích hợp là rất cần thiết để tạo sự tiện nghi chongười sử dụng cũng như giảm đáng kể sự lãng phí năng lượng không cần thiết

Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn trên chúng em đã nghiên cứu và tiến hành thiết

kế : “Hệ thống bật tắt đèn tự động theo thời gian thực’’

1.3 Yêu cầu công nghệ của hệ thống bật tắt đèn :

a Tính tự động:

Do yêu cầu ngày càng cao của sản xuất công nghiệp, sự phát triển của khoa học kĩ thuật, các thiết bị máy móc ngày càng hiện đại nên tính tự động của hệ thống bật tắtđèn tự động nói riêng và các máy móc khác nói chung là vô cùng cần thiết và quan trọng Tính tự động giúp giảm lượng hao phí điện năng, hạn chế tối đa can thiệp của con người

b Tính đơn giản:

Tiếp đến một trong những tiêu chuẩn mà bất kỳ hộ gia đình , cơ quan , công ty nào cũng phải xem xét đó là tính đơn giản của hệ thống Tính đơn giản đảm bảo người dùng có thể dễ dàng sử dụng, dễ dàng thao tác, vận hành, lắp đặt, bảo trì, bảodưỡng, sửa chữa dễ dàng khi có sự cố

c Tính thẩm mỹ:

Khi xã hội ngày càng văn minh hiện đại thì con người cũng đòi hỏi tính thẩm mỹ cao do vậy các sản phẩm phục vụ nhu cầu sản xuất của con người cũng phải đa dạng phong phú và mang nặng tính mỹ quan, hình thức mẫu mã bắt mắt đồng thời

d Tính thuận tiện:

Ngày nay tính thuận tiện trong các sản phẩm cũng là một tiêu chí để người dùng lựa chọn Yêu cầu về tính thuận tiện có trong hầu hết các khâu từ lắp ráp, vận hành đến khâu bảo trì, sửa chữa để không mất nhiều thời gian, tiết kiệm chi phí, công sức

 Khối công suất sử dụng Relay 12VDC để đóng/ cắt thiết bị

 Khối thời gian thực dùng DS1307

2.1.Sơ đồ khối của mạch

Hình 1 : Sơ đồ khối

Khối hiển thị( màn hình LCD 1602)

Khốinguồn( mạchnguồn5vdùng

ic ổnáp

7805 )

rơ le 5v )Khối điều khiển

( VDK AT89S52 )

Chức năng của từng khối:

• Khối điều khiển : Vi điều khiển AT 89S52 điều khiển toàn bộ hoạt độngcủa mạch, nhận tín hiệu từ các nút bấm và DS1307 rồi đưa hiển thị lêncác LCD sau đó đưa ra tín hiệu điều khiển bật /tắt (hẹn giờ bật /tắt) thiết

bị điện

• Khối hiển thị: Là các LCD 2 dòng 16 kí tự để hiển thị thời gian

• Khối nguồn: Là khối cơ bản nhất nó cung cấp nguồn nuôi cho toàn bộlinh kiện trong mạch Nó tạo ra điện áp ổn định

• Khối bật công suất : Là khối sử dụng Transistor C2383 và Relay 5 VDC

để đóng /ngắt mạch hoạt động của các thiết bị điện khối này nhận tínhiệu từ VĐK AT 89S52

• Khối thời gian thực : Dùng IC DS1307 lưu trữ và cung cấp thông tinthời gian : ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây … cho VDK AT89S52 quagiao tiếp I2C

2.2 Sơ đồ nguyên lý của mạch

2.3 Tính chọn linh kiện cho mạch.

2.3.1 Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của AT 89S52

Sơ đồ chân và chức năng của AT89S52

Hình 2.1: Sơ đồ chân AT89S52

Cũng như Port 0 ,Port 1 cũng có 8 chân Chức năng của Port 1 chỉ là xuất nhập dữliệu Port 1 cũng có thể xuất nhập theo bit và theo byte.

3 Port 2 (P2.0-P2.7)

Port 2 là port 8 bit ,cũng có chức năng xuất nhập dữ liệu như 2 port trên.Khi làmnhiệm vụ là port nhập, các chân của port 2 đang được kéo xuống mức thấp do tácđộng của bên ngoài sẽ cấp dòng do các điện trở kéo lên từ bên trong Port 2 tạo rabyte cao của bus điạ chỉ trong thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài

và trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 16 bit

Port 2 cũng nhận các bit địa chỉ cao và tín hiệu điều khiển trông thời gian lập trìnhFlash và kiểm tra chương trình

4 Port 3

Cũng là port xuất nhập dữ liệu 8 bit ,ngoài ra port 3 còn có các chức năng khác cụ thể như sau:

P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho Port nối tiếp

P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho Port nối tiếp

Bảng 2.1: các chức năng khác của port 3

thì /PSEN ở mức caoChân này được kích hoạt 2 lần mỗi chu kỳ máy và hai hoạtđông này sẽ được bỏ qua khi truy cập bộ nhớ ngoài

7 Chân ALE

ALE(address latch enable) là một xung ngõ ra để chốt byte thấp của địa chỉ trongkhi truy cập bộ nhớ ngoài Đây cũng là chân truy cập xung lập trình khi lập trìnhFlash.Bình thường khi hoạt động chân ALE sẽ được phát với một tỷ lệ không đổi1/6 tần số dao đông của vi điều khiển Tuy nhiên chân này cũng sẽ bỏ qua mỗi khitruy cập bộ nhớ ngoài

8 Chân EA

EA(external access) là chân cho phép chọn bộ nhớ trong hay bộ nhớ ngoài của viđiều khiển Khi EA ở mức tích cực cao(nối với VCC) thì vi điều khiển thi hànhchương trình ROM nội,ngược lại(nối với GND) thì vi điều khiển thi hành bộ nhớngoài

9 XTAL1 và XTAL2

Đây là 2 ngỏ vào và ra của 1 bộ khuyếch đại dao động nghịch được cấu hình đểdùng như một bộ dao động trên chip.Nó thường được nối với bộ dao đông thạchanh có dải tần thường là 12MHz-33MHz

10 Vcc và GND

Đây là 2 chân dùng để cấp nguồn cho IC, dải điện áp thích hợp là 4-5V.Với Vccnối với dương nguồn ,GND nối với âm nguồn

2.3.2.Màn hình LCD 2 dòng 16 ký tự

Sử dụng màn hình tinh thể lỏng LCD loại 2 dòng, 16 kí tự LCD1602 Mànhình LCD đã rất phổ biến trên thị trường và việc lập trình cho nó rất đơn giảnthêm vào đó là nó có mặt thẩm mĩ rất cao Sử dụng nguồn nuôi thấp (từ 2, 5 đến 5V) Có thể hoạt động ở hai chế độ 4 bit hoặc 8 bit

Hình 10 Sơ đồ chân của LCD 1602 trong mạch điện

LCD1602 được ghép nối với vi điều khiển thông qua PortD (RD0 đến RD7 Không

sử dụng RD3) RD0 nối với chân E, RD1 nối với chân RS, RD2 nối với chân R/W

là chân đọc ghi dữ liệu và chân RD4 đến RD7 là chân dữ liệu vào

Trong đó:

- VEE chân chọn độ tương phản, chân này được chọn qua 1 biến trở 5K một đầunối VCC, một đầu nối mát.

- Chân VDD nối dương nguồn

- Chân chọn thanh ghi RS (Register Select): có hai thanh ghi trong LCD

+ Nếu RS=0 ở chế độ ghi lệnh như xóa màn hình,bật tắt con trỏ

+ Nếu RS =1 ở chế độ ghi dữ liệu như hiển thị kí tự, chữ số lên màn hình

- Chân đọc/ ghi (R/W): Đầu vào đọc/ ghi cho phép người dùng ghi thông tin lênLCD khi R/W = 0 hoặc đọc thông tin LCD khi R/W = 1

- Chân cho phép E (Enable): Chân cho phép E được sử dụng bởi LCD để chốt dữliệu của nó Khi dữ liệu được đến chân dữ liệu thì cần có 1 xung từ mức caoxuống mức thấp ở chân này để LCD chốt dữ liệu , xung này phải có độ rộng tốithiểu 450ns

- Chân D0 – D7: Đây là 8 chân dữ liệu 8 bít, được dùng để gửi thông tin lên hoặcđọc nội dung của các thanh ghi trong LCD

Hình 11 : Màn hình LCD 1602

2.3.3 Rơle đóng ngắt thiết bị

Relay 5 chân là loại linh kiện đóng ngắt

điện cơ đơn giản Nó gồm 2 phần chính là

cuộn hút và các tiếp điểm

Chân 1 và chân 2 được nối vào cuộn hút,

khi có điện vào cuộn hút sẽ hút tiếp điểm

chuyển từ vị trí 4 xuống tiếp điểm 5

Chân 3: đặt điện áp

Chân 4, chân 5: tiếp điểm

Hình 12 Relay 5V và sơ đồ các chân

Khối điều khiển thiết bị điện sử dụng Relay để đóng/ ngắt mạch điện khối công suất này nhận lệnh điều khiển từ VĐK AT89S52.

2.3.4 Thời gian thực DS1307

DS 1307 là chip thời gian thực hay RTC ( Read time clock) Đây là một IC tích hợpcho thời gian bởi vì tính chính xác về thời gian tuyệt đối cho thời gian:

Thứ, ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây

Các chân của nó được mô tả như sau:

- X1 và X2 là đầu vào dao động cho DS1307 Cần dao động thạch anh

32.768Khz

- Vbat là nguồn nuôi cho chip Nguồn này từ 2V-3,5V Đây là nguồn cho chip hoạt động liên tục khi không có nguồn Vcc mà DS 1307 vẫn hoạt động theo thờigian

Hình 13 Sơ đồ các chân của DS1307

- Vcc là nguồn cho giao tiếp I2C Điện áp cung cấp là 5V chuẩn và được dung chung với vi xử lý Nếu mà Vcc không có mà Vbat có thì DS1307 vẫn hoạt động bình thường nhưng mà không ghi và đọc dữ liệu

- GND là nguồn mass chung cho cả Vcc và Vbat

- SQW/OUT là một ngõ ra phụ tạo xung dao động (xung vuông) Chân này khôngảnh hưởng đến thời gian thực nên không sử dụng chân này trong thời gian thực

và bỏ trống chân này

- SCL và SDA là 2 bus dữ liệu của DS 1307

Hình 14 : RTC DS1307

Ghép nối DS1307 với vi điều khiển

Việc ghép nối nó với vi điều khiển khá đơn giản và theo datasheet thì chúng emđưa ra sơ đồ sau:

Hình 15 Sơ đồ kết nối DS1307

DS1307 nó chỉ giao tiếp với vi điều khiển với 2 đường truyền SCL và SDA nên do

đó trên vi xử lý cần phải xác định chân nào trên vi xử lý nó có SCL và SDA để nối với DS1307

2.3.5 Transistor

Transistor hay còn gọi là tranzito là một loại linh kiện bán dẫn chủ động Thườngđược sử dụng như một phần tử khuếch đại hay khóa điện tử Với khả năng đáp ứngnhanh, chính xác nên transistor được sử dụng nhiều trong ứng dụng tương tự và sốnhư: mạch khuếch đại, điều chỉnh điện áp, tạo dao động và điều khiển tín hiệu

Cấu tạo :

Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N,nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận, nếu ghép theo thứ tự NPN tađược Transistor ngược Về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với haiDiode đấu ngược chiều nhau Cấu trúc này được gọi là Bipolar Junction Transitor(BJT) vì dòng điện chạy trong cấu trúc này bao gồm cả hai loại điện tích âm vàdương (Bipolar nghĩa là hai cực tính)

Ký hiệu :

Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B(Base), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp.[separator] Hai lớp bándẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát (Emitter) viết tắt là E, và cực thu hay cựcgóp (Collector) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hayP) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhauđược

Hình 17 : Transistor C2383

Nguyên lý hoạt động :

 Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E Trong đó (+) là nguồnvào cực C, (-) là nguồn vào cực E

 Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và

E, trong đó cực (+) vào chân B và cực (-) vào chân E

 Khi công tắc đóng, mối P – N được phân cực thuận khi đó có dòng điện chạy

từ nguồn (+) UBE qua công tắc tới R hạn dòng và qua mối BE về cực (-) tạothành dòng IB

 Ngay khi dòng IB xuất hiện, lập tức dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đènphát sáng, khi đó dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB

 Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB, khi đó có côngthức

IC = β.IB

Trong đó:

 IC là là dòng chạy qua mối CE

 IP là dòng chạy qua mối BE

 βLà hệ số khuếch đại của transistor

Khi có điện UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giápP-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn P tại cực rấtmỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn nhỏ trong sốcác điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB Còn lại phần lớn số điện tử bị hút

về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE tạo thành dòng ICE chạy quatransistor

2.3.6 Thạch anh

Thạch anh là nguồn tạo xung nhịp dao động clock ổn định cho dao động của VDK89S52 và DS1307 Thạch anh 12 MHz sẽ được gắn vào chân XTAL1 và XTAL2 ( chân số 18 và 19 ) của 89S52, và thạch anh 32KHz được gắn vào chân X1 và X2 của DS1307

2.3.7 IC 7805

IC 7805 dùng để ổn định điện áp đầu vào, dùng trong các mạch nguồn Điện áp đầu ra cố định là 5V, yêu cầu điện áp đầu vào tối thiểu là 7V

Hình 17 : Sơ đồ chân và sử dụng thực tế ic 7805

Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động rất phổ biến, được cấu tạo bới hai bản cực đặt song song, có tính chất cách điện 1 chiều nhưng cho dòng điện xoay

chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp

Cấu tạo :

Cấu tạo của tụ điện: bên trong tụ điện là 2 bản cực kim loại được đặt cách điện với nhau, môi trường giữa 2 bản tụ này được gọi là điện môi (môi trường không dẫn điện) Điện môi có thể là: không khí, giấy, mica, dầu nhờn, nhựa, cao su, gốm, thuỷ tinh Tùy theo lớp cách điện ở giữa hai bản cực là gì thì tụ có tên gọi tương ứng

Đặc tính cơ bản:

Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường bằngcách lưu trữ các electron, nó cũng có thể phóng ra các điện tích này để tạo thanhdòng điện

Đây chính là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ có tính chất này mà tụ có khả năngdẫn điện xoay chiều

Ký hiệu: Tụ điện có ký hiệu là C

Tụ gốm ( Tụ không phân cực )

Hình 18 : Tụ gốm

Các loại tụ này không phân biệt âm dương và thường có điện dung nhỏ từ 0,47 µF trở xuống, các tụ này thường được sử dụng trong các mạch điện có tần số cao hoặcmạch lọc nhiễu.

Tụ hóa ( Tụ phân cực )

Tụ hoá là tụ có phân cực âm dương , tụ hoá có trị số lớn hơn và giá trị từ 0,47µF đến khoảng 4.700 µF , tụ hoá thường được sử dụng trong các mạch có tần số thấp hoặc dùng để lọc nguồn, tụ hoá luôn luôn có hình trụ

Ký hiệu :