Thiết kế và thi công bãi đỗ xe tự động sử dụng vi điều khiển msp430g2553

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA VẬT LÝ  Đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN MSP430G2553 Ngƣời thực : PHẠM THỊ HIỀN NGA MAI THỊ TUYẾT NGÂN Lớp : 10CVL Khoá : 2010 - 2014 Ngành : VẬT LÝ HỌC Ngƣời hƣớng dẫn : ThS PHẠM XUÂN TRUNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Sau năm tháng ngồi ghế nhà trường, học tập tiếp thu nhiều kiến thức từ bảo tận tình q thầy với giúp đỡ bạn bè, khoảng thời gian đầy ý nghĩa chúng tơi Khóa luận tốt nghiệp trường tảng quan trọng đánh dấu bước ngoặc đời Chúng xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Khoa Vật Lý, trường Đại Học Sư Phạm – Đại Học Đà Nẵng tạo điều kiện cho thực đề tài luận văn tốt nghiệp Chúng tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến thầy Phạm Xuân Trung, khoa Điện Tử Viễn Thông – trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, cương vị người hướng dẫn đề tài tận tình bảo tạo điều kiện cho chúng tơi hồn thành tốt đề tài Chúng tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Vật Lý, gia đình, tất bạn bè giúp đỡ, đóng góp ý kiến kinh nghiệm quý báu suốt q trình chúng tơi thực đề tài Chúng xin chân thành cảm ơn! Tp Đà Nẵng, ngày 15 tháng năm 2014 Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Hiền Nga Mai Thị Tuyết Ngân KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực hướng dẫn thầy Phạm Xuân Trung Các số liệu kết luận văn trung thực chưa cơng bố hình thức Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm nội dung nghiên cứu Tp Đà Nẵng, ngày 15 tháng năm 2014 Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Hiền Nga Mai Thị Tuyết Ngân KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH DANH SÁCH BẢNG BIỂU TỪ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU 10 TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI 11 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VI ĐIỀU KHIỂN MSP430G2553 12 1.1 Giới thiệu: 12 1.2 Tổng quan vi điều khiển MSP430: 12 1.2.1 Những đặc tính dòng MSP430: 12 1.2.2 Cấu trúc chung MSP430: 14 1.2.3 Một số kiểu chân MSP430: 14 1.3 Tổng quan vi điều khiển MSP430G2553: 16 1.3.1 Các khối chức vi điều khiển MSP430G2553: 16 1.3.2 Sơ đồ chân vi điều khiển MSP430G2553: .17 1.3.3 Tổ chức nhớ: 21 1.3.4 Khối xử lý trung tâm (CPU): 22 1.3.5 Bộ tạo xung nhịp: .24 1.3.6 Các ghi có chức đặc biệt: .25 1.3.7 Bộ định thời: .26 1.4 Kết luận: 32 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ÁNH SÁNG HỒNG NGOẠI VÀ ỨNG DỤNG LED THU - PHÁT HỒNG NGOẠI 33 2.1 Giới thiệu: 33 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP 2.2 Khái niệm ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại): 33 2.3 Nguyên lý thu – phát hồng ngoại: 33 2.3.1 Phần phát: 34 2.3.2 Phần thu: 35 2.4 Nguồn phát ánh sáng hồng ngoại: 36 2.5 Nguồn thu ánh sáng hồng ngoại: 37 2.6 LED thu – phát hồng ngoại: 37 2.6.1 LED phát hồng ngoại: 37 2.6.2 LED thu hồng ngoại: 38 2.6.3 Nguyên lý hoạt động ứng dụng: 38 2.7 Kết luận: 38 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 39 3.1 Đặt vấn đề: 39 3.2 Sơ đồ khối hệ thống bãi đỗ xe tự động: 39 3.3 Thiết kế mạch nguyên lý: 40 3.3.1 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị LED đoạn: .41 3.3.1.1 LED đoạn: .41 3.3.1.2 IC 74HC595: .44 3.3.2 Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển: .47 3.3.3 Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển động cơ: .47 3.3.4 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến: .49 3.3.5 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn: 50 3.4 Lưu đồ thuật toán: 52 3.5 Thi cơng mơ hình: 53 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 57 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1 : Cấu trúc chung MSP430 Hình 1.2 : Vi điều khiển MSP430G2553 Hình 1.3 : Sơ đồ khối chức vi điều khiển MSP430G2553 Hình 1.4 : Sơ đồ chân vi điều khiển MSP430G2553 Hình 1.5 : Bus địa nhớ Hình 1.6 : Bộ nhớ vi điều khiển MSP430G2553 Hình 1.7 : Kiến trúc RISC CPU Hình 1.8 : Các ghi CPU Hình 1.9 : Bộ tạo xung nhịp Hình 1.10 : Sơ đồ khối Timer_A Hình 1.11 : Cờ ngắt chế độ so sánh lưu trữ Hình 1.12 : Sơ đồ khối Timer_B Hình 2.1 : LED phát hồng ngoại Hình 2.2 : LED thu hồng ngoại Hình 3.1 : Sơ đồ ngun lý tồn mạch Hình 3.2 : Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị LED đoạn Hình 3.3 : LED đoạn Hình 3.4 : LED đoạn với Anode – Kathode chung Hình 3.5 : IC74HC595 Hình 3.6 : Sơ đồ chân IC 74HC595 KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP Hình 3.7 : Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển Hình 3.8 : Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển động Hình 3.9 : Động Servo Hình 3.10 : Cấu tạo động Servo Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn Hình 3.12: Sơ đồ layout mạch điều khiển trung tâm Hình 3.13: Sơ đồ bố trí linh kiện mạch điều khiển trung tâm Hình 3.14: Mơ hình bãi đỗ xe tự động KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Bảng liệt kê ghi điều khiển Timer_A Bảng 1.2: Bảng liệt kê ghi Timer_B Bảng 3.1: Bảng giải mã LED đoạn Anode chung Bảng 3.2: Bảng giải mã LED đoạn Cathode chung KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP TỪ VIẾT TẮT PC : Program Counter MSP : Mixed Signal Microcontroller LED : Light Emitters Diode SP : Stack Pointer CPU : Central Processing Unit RAM : Random Access Memory ROM : Read Only Memory UART : Universal Asinchonus Receiver Transmitter ADC : Analog Digital Converte IC : Integrated Circuit SR : Status Register MCU : Micro Controller Unit WDT : Watchdog Timer DCO : Digitally Controlled Oscillator CG : Constant Generator PWM : Pulse Width Modulation ALU : Arithmetics Logic Unit SPI : Serial Peripheral Bus DVD : Digital Versatile Disc RICS : Reduced Instruction Set Computer LCD : Liquid Crystal Display KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP LỜI NĨI ĐẦU Ngày với phát triển mạnh mẽ công nghệ chế tạo thiết bị tự động hoá, kết hợp với thành tựu công nghệ vi điện tử công nghệ thông tin, cho phép tạo nên giải pháp tự động hố hồn tồn lĩnh vực Có thể nói tự động hóa trở thành xu hướng tất yếu quốc gia, lãnh thổ Và nay, tự động hoá trình cơng nghiệp quản lý hệ thống bãi đỗ xe thông minh phổ biến thông dụng Mơ hình bãi đỗ xe tự động đem lại nhiều lợi ích cho người như: tiết kiệm thời gian giảm ùn tắc; tiết kiệm nhân lực; tạo cho khách hàng cảm giác tiện nghi thoải mái; giảm nguy va chạm, hao mòn xe, giảm lượng khí thải nhiễm… Xuất phát từ lý đó, nhóm chúng tơi khảo sát thực đề tài: “ Thiết kế thi công bãi đỗ xe tự động sử dụng vi điều khiển MSP430G2553 “ Nội dung đề tài bao gồm chương:  Chương 1: Cơ sở lý thuyết vi điều khiển MSP430G2553  Chương 2: Cơ sở lý thuyết ánh sáng hồng ngoại ứng dụng LED thu – phát hồng ngoại  Chương 3: Thiết kế bãi đỗ xe tự động Mặc dù cố gắng để hoàn thành tốt luận văn, nhiên nhiều hạn chế mặt kiến thức, thời gian nên không tránh khỏi thiếu sót mong q thầy thơng cảm, mong nhận đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn Chúng xin chân thành cảm ơn! Tp Đà Nẵng, ngày 15 tháng năm 2014 Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Hiền Nga Mai Thị Tuyết Ngân 10 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình: “Lập trình hệ thống nhúng sử dụng vi điều khiển MSP430 (Embedded System I)” Tiến sĩ Lê Mạnh Hải (11/2013) “Báo cáo đồ án môn học thiết kế mạch”, Lớp K9C - Viện Đại học mở Hà Nội, Khoa Công nghệ điện tử - Thông tin (4/2009) Đồ án: “Thiết kế thi công mạch điều khiển từ xa hồng ngoại”, Mai Phước Tân, Khoa Cơ – Điện – Điện tử, trường Đại học Kĩ thuật Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh (3/112/2011) Giáo trình: “Linh kiện quang điện tử”, Khoa Công nghệ Thông tin Đại học Kỹ thuật Hưng Yên Luận văn: “Chương IV-Giới thiệu động Servo”, Võ TrungViệt, Khoa Điện-Điện tử, trường Đại học Quốc tế Hồng Bàng 56 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP PHỤ LỤC  Chƣơng trình (main): #define CRYSTAL 16 #include "io430.h" #include "LM74HC595.c" #include "SG90.c" #include "ADC.c" #define G_IN1 #define G_IN2 #define G_OUT1 #define G_OUT2 #define CAR1 #define CAR2 #define CAR3 #define CAR4 #define ON #define OFF 57 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP #define G_IN( x ) #define G_OUT( x ) ( x?(PWM1 = 220):(PWM1 = 140) ) ( x?(PWM2 = 80):(PWM2 = 160) ) int main( void ) { // Stop watchdog timer to prevent time out reset WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; //16Mhz if (CALBC1_16MHZ==0xFF) // If calibration constant erased { while(1); // not load, trap CPU!! } DCOCTL = 0; // Select lowest DCOx and MODx settings BCSCTL1 = CALBC1_16MHZ; // Set range DCOCTL = CALDCO_16MHZ; // Set DCO step + modulation Setup_74595(); SG90_Init(); IR_Init(); G_IN( OFF ); 58 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP G_OUT( OFF ); enable_interrupt(); char place = 1; while( ) { // Doc cam bien hong ngoai IR_Read(); // Dong mo cua vao if( IR[ G_IN1 ] && place ) { G_IN( ON ); } else if( !IR[ G_IN2 ] ) { G_IN( OFF ); } else{} // Dong mo cua 59 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP if( IR[ G_OUT2 ] ) { G_OUT( ON ); } else if( !IR[ G_OUT1 ] ) { G_OUT( OFF ); } else{} // Tim cho for( char i = 4; i > 0; i ) { if( !IR[ i-1 ] ) { place = - i; break; } else if( i == ) { place = 0; 60 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP } else{} } Display( place ); delay_cycles( 2000*CRYSTAL ); // 2ms; } }  Chƣơng trình hiển thị LED đoạn: /******************************************************************* ************ THU VIEN DIEU KHIEN LM74HC595 SER1 SRCLK RCLK P2.5 P2.4 P2.3 Truyen bit thap truoc  Chƣơng trình điều khiển IC 74HC595: #define BYTENUM 61 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP int LM74HC595_buffer1; //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Chuyen doi BIT sang vi tri char bit2position( int bit_const ) { switch( bit_const ) { case BIT0: return 0; case BIT1: return 1; case BIT2: return 2; case BIT3: return 3; case BIT4: return 4; case BIT5: return 5; case BIT6: return 6; case BIT7: return 7; case BIT8: return 8; case BIT9: return 9; case BITA: return 10; case BITB: return 11; case BITC: return 12; 62 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP case BITD: return 13; case BITE: return 14; case BITF: return 15; default: return 0; } } //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //Truyen du lieu bit ic 74595 void Send_74595( void ) { int i, data1; data1 = LM74HC595_buffer1; //Dich tung bit bien "data" ghi dich for( i = 0; i < BYTENUM*8; i++ ) { if( (data1 & BIT0 ) == BIT0 ) P2OUT |= BIT5; else 63 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP P2OUT &= ~BIT5; data1 >>= 1; P2OUT &= ~BIT4; P2OUT |= BIT4; } //Xuat du lieu duoc dich cong xuat P2OUT &= ~BIT3; P2OUT |= BIT3; } //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //Truyen bit toi ic 74595 void Send4bit_74595( int bit_const, int data_4bit ) { char position; int temp = 0x000F; position = bit2position( bit_const ); data_4bit