Xemtailieu-thiet-ke-he-thong-dieu-khien-den-thong-minh-dung-cam-bien-hong-ngoai

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 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN Hà Nội, ngày tháng năm Giảng viên Đồ án tốt nghiệp Đại học Ths Trần Quang Việt 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 cơng nghệ điện tử truyền thơng nói riêng, tận tình truyền đạt kiến thức năm em học tập Với vốn kiến thức tiếp thu trình học khơng tảng cho q trình nghiên cứu khóa luận mà cịn hành trang q 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 cịn 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 Sinh viên thực năm 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 cịn nhiều sai sót mong thầy bạn đóng góp để đồ án hoàn 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 Ths Trần Quang Việt MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH .5 DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN VÀ PIC 18F4520 1.1 Giới thiệu khái quát vi điều khiển .7 1.2 Phân loại 1.3 Cấu trúc tổng quan vi điều khiển .9 1.4 Giới Thiệu PIC 10 1.5 Kiến trúc phần cứng PIC 18F4520 13 1.6 Ngôn ngữ lập trình trình dịch 40 1.7 Ngắt (Interrupts) 41 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN THÔNG MINH DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI 54 2.1 Phân tích tốn 54 2.2 Lựa chọn giải pháp .54 2.3 Thiết kế mạch .55 2.4 Linh Kiện sử dụng mạch .60 2.5 Lưu đồ thuật toán 66 Kết Luận hướng phát triển đề tài .69 Tài liệu tham khảo 71 Phụ Lục 72 Đồ án tốt nghiệp Đại học Ths Trần Quang Việt DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Bộ nạp mplap ICD2 ICD3 12 Hình 1.2 Sơ đồ khối pic 18f4520 14 Hình 1.3 Sơ đồ chân pic 18f4520 dạng pdip 17 Hình 1.4 Sơ đồ tổ chức nhớ chương trình ngăn xếp 22 Hình 1.5 Sơ đồ tổ chức nhớ liệu RAM 23 Hình 1.6 Phân bổ địa ghi chức đặc biệt SFR 24 Hình 1.7 Chế độ dao động EC 28 Hình 1.8 Chế độ dao động ECIO 28 Hình 1.9 Chế độ dao động RC 29 Hình 1.10 Chế độ dao động RCIO 30 Hình 1.11 Logic ngắt Pic 18f4520 42 Hình 2.1 Sơ đồ khối .55 Hình 2.2 Sơ đồ khối nguồn 56 Hình 2.3 Sơ đồ khối cảm biến .57 Hình 2.4 Sơ đồ khối xử lý 58 Hình 2.5 Sơ đồ khối hiển thị 59 Hình 2.6 Sơ đồ khối thực thi 59 Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý 60 Hình 2.8 Sơ đồ mạch in 60 Hình 2.9 Mạch in 3D 61 Hình 2.10 Text LCD 16x2 .62 Hình 2.11 Sơ đồ chân LCD 64 Hình 2.12 Một số loại tụ điện .65 Hình 2.13 Một số loại điện trở 66 Hình 2.14 Sơ đồ module thu phát hồng ngoại MH-IR01 66 Hình 2.15 Lưu đồ thuật toán 68 Đồ án tốt nghiệp Đại học Ths Trần Quang Việt DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các ghi liên quan đến portA 36 Bảng 1.2 Các ghi liên quan đến portB 37 Bảng 1.3 Các ghi liên quan đến portC .38 Bảng 1.4 Các ghi liên quan đến portD .38 Bảng 1.5 Các ghi liên quan đến portE 39 Bảng 2.1 Chức chân LCD .62 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 địi 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 địi 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 cơng việc Để kết nối khối địi 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 lệnh cung Đồ án tốt nghiệp Đại học Ths Trần Quang Việt 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, ơtơ 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 địi hỏi phần cứng hơn, giá thành thấp hơn, nhanh so với CISC Tuy nhiên địi 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 Một số loại VDK có thị trường: Đồ án tốt nghiệp Đại học Ths Trần Quang Việt - 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 1.3.5 Bộ định thời Được sử dụng cho mục đích chung thời gian