Thiết kế chế tạo mô hình bãi đỗ xe thông minh

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử ĐỒ ÁN CHUYÊN NGHÀNH MỤC LỤC Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử ĐỒ ÁN CHUYÊN NGHÀNH LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần theo tiến khoa học kỹ thuật, công cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước phát triển mạnh mẽ Trước tình hình có nhiều yêu cầu cấp bách thách thức đặt cho giới trí thức Để tiếp tục dẫn dắt phát triển đất nước ngày giàu mạnh, phải đầu tư cho giáo dục, đào tạo hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày cao xã hội Địi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo, phải đưa phương tiện dạy học đại vào giảng đường, trường học có trình độ người ngày cao đáp ứng yêu cầu xã hội Để làm quen với công việc thiết kế, chế tạo tìm hiểu loại linh kiện điện tử, chúng em thầy cô khoa Đi ện - Điện tử giao cho đồ án môn học “ Thiết kế, chế tạo mơ hình bãi đỗ xe thơng minh ” nhằm củng cố kiến thức trình thực tế Sau nhận đề tài, với hướng dẫn thầy Đỗ Quang Huy với nỗ lực thân, tìm tịi nghiên cứu tài liệu đến đồ án chúng em mặt hồn thành Trong q trình thực dù có gắng thời gian trình độ cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót Vậy em kính mong bảo giúp đỡ đóng góp ý kiến thầy để đồ án em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử ĐỒ ÁN CHUYÊN NGHÀNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NỘI DUNG ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Hiện kỹ thuật điện tử trở thành nghành khoa học đa nhiệm vụ Ngoài việc đáp ứng địi hỏi khơng ngừng từ lĩnh vực nghành khoa hàng không vũ trụ, thông tin liên lạc, tự động điều khiển… điện tử đáp ứng cho điện thử tự động địi hỏi xác cao hỗ trợ người nhiều sống Những thành tựu khoa học kỹ thuật mang đến cho người sống tiện nghi văn minh đại Hai ứng dụng bật cộng nghệ điện tử kỹ thuật nhận dạng tự động kỹ thuật báo động điện tử Các công nghệ nhận dạng tự động như: mã vạch, thẻ thông minh, công nghệ sinh trắc học, nhận dạng đặc trưng quang học nhận dạng tần số vô tuyến RFID Các thiết bị báo động điện tử như: hệ thống báo cháy, hệ thống báo trộm chng, hệ thống đóng mở cửa sử dụng mật mã… ứng dụng hai kỹ thuật góp phần lớn việc an toàn vệ an toàn dụng cụ tài sản người sử dụng 1.2 Khảo sát vấn đề Hiện ứng dụng phần cứng sử dụng ngày nhiều phổ biến, đảo qua trung tâm thành phố lớn thấy bãi đỗ xe thơng minh có sử dụng modul đọc thẻ để kiểm soát lượng xe vào cách hoàn toàn tự động Chúng trơng đẹp mắt tiện lợi Ngồi module đọc thẻ sử dụng vào nhiều lĩnh vực khác sống : ứng dụng thẻ từ Rfid để đóng mở cửa , ứng dụng quản lý xe vào lấy hàng hóa , ứng dụng trạm thu phí tự động hóa … Đề tài chúng em chọn xuất phát từ ý tưởng thực tế cần ứng dụng công nghệ thông minh vào sống Với ý tưởng chúng em kết hợp lý thuyết thực tế để làm đồ án “Thiết kế, chế tạo mơ hình bãi đỗ xe thông minh” 1.3 Các vấn đề cần giải tốn - Bài tốn“Thiết kế, chế tạo mơ hình bãi đỗ xe thơng minh”đặt u cầu sau: Có khả phát triển mở rộng vào ứng dụng thực tế Có độ bền cao, hệ thống chạy ổn định Lập trình cho PIC 16F877A từ áp dụng cho ứng dụng Mạch có hiển thị LCD, giám sát máy tính Sử dụng module RFID RC522 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử ĐỒ ÁN CHUYÊN NGHÀNH 1.4 Giải pháp Giải pháp đưa để đáp ứng yêu cầu toán: - Sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A - Sử dụng module RFID RC522 - Xây dựng chương trình phần mềm điều khiển - Lập trình cho nút bấm để điều khiển mạch - Sử dụng LCD để hiển thị thơng số 1.5 Mục đích đề tài Sự cần thiết, quan trọng tính khả thi lợi ích mạch số lý để chúng em chọn thực đồ án “Thiết kế, chế tạo mơ hình bãi đỗ xe thông minh” nhằm ứng dụng kiến thức học vào thực tế Và mở rộng ứng dụng mạch vào thực tế nhằm đem lại hiệu công việc 3476806 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử ĐỒ ÁN CHUYÊN NGHÀNH CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU MỘT SỐ IC ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MẠCH 2.1 Giới thiệu PIC: 2.1.1 Tổng quan họ vi điều khiển Dòng PIC PIC1650 phát triển Microelectronics Division thuộc General_Instrument PIC bắt nguồn từ chữ viết tắc “Programmable Intelligent Computer” (Máy tính khả trình thơng minh) sản phẩm hãng General Instruments đặt cho dòng sản phẩm họ PIC1650 Lúc này, PIC 1650 Pic ho vi điều khiển RISC sản xuất công ty Mirochip Technology dùng để giao tiếp với thiết bị ngoại vi cho máy chủ 15 bit CP1600, vậy, người ta gọi PIC “Peripheral Interface Controller” (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi) CP1600 CPU tốt, lại hoạt động xuất nhập, PIC 8_bit phất triển vào khoảng năm 1975 để hổ trợ hoạt động xuất nhập cho CP1600 PIC sử dụng microcode đơn giản đặt ROM, cụm từ RISC chưa sử dụng thời giờ, PIC thật vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy lệnh chu kỳ máy (4 chu kỳ dao động) Năm 1985 General Instruments bán phận vi điện tử họ, chủ sở hữu hũy bỏ hầu hết dự án lúc lỗi thời Tuy nhiên, PIC bổ xung EPROM để tạo thành điều khiển vào khả trình Ngày nhiều dịng PIC sản xuất với hàng loạt module ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC…), với nhớ chương trình từ 512 Word đến 32k Word 2.1.2 Một số đặc tính vi điều khiển PIC Hiện có nhiều dịng PIC có nhiều khác biệt phần cứng điểm qua vài nét sau: • • • • • • • • • • • 8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Harward có sữa đổi Flsah ROM tùy chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte Các cổng xuất/nhập (I/O) mức logic thường từ 0V đến 5.5V, ứng với logic 8/16 bit timer Các chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ, khung đồng USART Bộ chuyển đổi ADC Analog_to_digital converters, 10/12 bit Bộ so sánh điện áp Các module Capture/Campare/PWM LCD MSSP Peripheral dựng cho giao tiếp IC2, SPI Bộ nhớ nội EPROM-có thể ghi/xóa lên tới triệu lần Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử • • • • • • • • • • • • • • ĐỒ ÁN CHUYÊN NGHÀNH Moudle điều khiển động cơ, đọc encoder Hỗ trợ giao tiếp USB Hỗ trợ giao tiếp CAN Hỗ trợ giao tiếp LIN Hỗ trợ giao tiếp IRDA Một số dịng có tích hợp 7675bộ RF (PIC16f639 RFPIC) KEELOQ mã hóa giải mã DSP tính xử lý tín hiệu số (dsPIC) đặc điểm thực thi tốc độ cao RISC CPU họ vi điều khiển PIC16F87XA Chỉ gồm 35 lệnh đơn Tất lệnh chu kỳ ngoại trừ chương trình hai chu kỳ • Tốc độ hoạt động: DC_20MHz ngõ vào xung clock DC_200ns chu kỳ lệnh 2.1.3 Những đặc tính ngoại vi • Timer0: 8_bit định thời/đếm với 8_bit, prescaler • Timer1: 16_bit định thời/đếm với prescaler, tăng lên suốt chế độ Sleep qua thạch anh/xung clock bên ngồi • Timer2: 8_bit định thời/đếm với 8_bit, prescaler, postscaler • Hai module Capture, Compare,PWM: • Capture có độ rộng 16 bit, độ phân giải 12,5ns • Compare có độ rộng 16 bit, độ phân giải 200ns • Độ phân giải lớn PWM 10bit • Có 13 ngõ I/O điều khiển trực tiếp • Dịng vào lớn: • 25mA dịng vào cho chân • 20mA dịng cho mõi chân 2.1.4 Đặc điểm tương tự - 10 bit, với kênh chuyển đổi tương tự sang số (A/D) - Brown_out Reset (BOR) - Module so sánh tương tự: Hai so sánh tương tự Module điện áp chuẩn VREF lập trình PIC Có thể lập trình ngõ vào đến từ ngõ vào PIC điện áp bên Những ngõ so sánh sử dụng cho bên ngồi Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử ĐỒ ÁN CHUYÊN NGHÀNH 2.1.5 Các đặc điểm đặc biệt vi điều khiển Pic • • • • • • • • • • • • Có thề ghi/xóa tới 100.000 lần với kiểu nhớ chương trình Enhanced Flash 1000.000 lần ghi/xóa với kiểu nhớ EPROM EPROM lưu trữ liệu 40 năm Có thể lập trình lại điều khiển phần mềm Mạch lập trình nối tiếp qua hai chân Nguồn đơn 5V cấp cho mạch lập trình nối tiếp Watchdog Timer (WDT) với dao dộng RC tích hợp sẵn Chip cho hoạt động đáng tin cậy Có thể lập trình màng bảo vệ Tiết kiệm lượng với chế độ Sleep Có thể lựa chọn dao động 2.2 Giới thiệu PIC16F8XX PIC16F877A: PIC16F8XX lò nhóm PIC họ PIC16FXX họ vi điều khiển 8_bit, tiêu tốn lượng thấp, đáp ứng nhanh, chế tạo theo công nghệ CMOS, chống tĩnh điện tuyệt đối Bao gồm nhóm sau: • PIC16F83 • PIC16CR83 • PIC16F84 • PIC16CR84 Tất PIC16/17 điều có cấu trúc RICS PIC16CXX đặc tính bậc, mắc ngăn xếp tack, nhiều nguồn ngắt tích hợp bên lẫn bên ngồi Có cấu trúc Haward với bus liệu bus thực thi chương trình riêng biệt cho phép độ dài lệnh 14_bit bus liệu 8_bit cách biệt Tất lệnh điều chu kỳ lệnh, ngoại trừ lệnh rẽ nhánh chương trình hai chu kỳ lệnh Chỉ có 35 lệnh lượng lớn ghi cho phép đáp ứng cao ứng dụng Họ PIC16F8XX có nhiều tính đặc biệt làm giảm thiết bị ngoại vi, kinh tế cao, có hệ thống bật đáng tin cậy tiêu thụ lượng thấp Ở dây có bốn lựa chọn dao động có chân kết nối dao dộng RC nên có giải pháp tiết kiệm cao Chế độ SLEEP tiết kiệm nguồn đánh thức nguồn reset Và nhiều phần khác giới thiệu bên nói phần PIC 16F877A dịng PIC phổ biến (đủ mạnh tính năng, 40 chân, nhớ đủ cho hầu hết ứng dụng thông thường) Cấu trúc tổng quát PIC16F877A sau: K Flash ROM 368 Bytes RAM Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ĐỒ ÁN CHUYÊN NGHÀNH 256 Bytes EEPROM ports (A, B, C, D, E) vào với tín hiệu điều khiển độc lập định thời bits (Timer Timer 2) Một định thời 16 bits (Timer 1) hoạt động chế độ tiết kiệm lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock bô CCP (Capture / Compare/ PWM) biến đổi AD 10 bits, ngõ vào so sánh tương tự (Compartor) định thời giám sát (WatchDog Timer) Một cổng song song bits với tín hiệu điều khiển Một cổng nối tiếp 15 nguồn ngắt Có chế độ tiết kiệm lượng Nạp chương trình cổng nối tiếp ICSP(In-Circuit Serial Programming) Được chế tạo cơng nghệ CMOS 35 tập lệnh có độ dài 14 bits Tần số hoạt động tối đa 20MHz 2.2.1 Các đặc tính ngoại vi bao gồm Timer0: đếm bit với chia tần số bit Timer1: đếm 16 bit với chia tần số, thực chức đếm dựa vào xung clock ngoại vi vi điều khiển hoạt động chế độ sleep Timer2: đếm bit với chia tần số, postcaler Hai Capture/so sánh/điều chế độ rộng xung Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với bit địa CS bên Các đặc tính Analog: kênh chuyển đổi ADC 10 bit Hai so sánh Bộ nhớ flash với khả ghi xóa 100.000 lần Cổng nhớ EEPROM với khả ghi xóa 1.000.000 lần Dữ liệu nhớ EEPROM lưu trữ 40 năm Khả tự nạp chương trình với điều khiển phần mềm Nạp chương trình mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming) thông qua chân Watchdog Timer với dao động Chức bảo mật mã chương trình Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử • ĐỒ ÁN CHUN NGHÀNH Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác 2.2.2 Sơ lược vi điều khiển PIC 16F877A: - Sơ đồ chân : Hình 2.1: Sơ đồ khối PIC 16F877A – 40Pin Nhận xét: Từ sơ đồ chân sơ đồ nguyên lý, ta rút nhận xét ban đầu sau : o o o • PIC16F877A có tất 40 chân 40 chân chia thành PORT, chân cấp nguồn, chân GND, chân thạch anh chân dùng để RESET vi điều khiển port PIC16F877A bao gồm : PORTB : chân 3476806 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử • • • • ĐỒ ÁN CHUYÊN NGHÀNH PORTD : chân PORTA : chân PORT E : chân PORT C : chân Mỗi chân vi điều khiển PIC 16F877A có chức khác Trong có số chân đa cơng dụng: chân hoạt động đường xuất nhập chân chức đặc biệt dùng để giao tiếp với thiết bị ngoại vi 2.2.3 Cấu trúc phần cứng PIC 16F877A: PIC tên viết tắt “Programmable Intelligent computer” hãng General Instrument đặt tên cho vi điều khiển họ Hãng Micrchip tiếp tục phát triển sản phầm hàng tạo gần 100 loại sản phẩm khác PIC16F887A dòng PIC phổ biến, đầy đủ tính phục vụ cho hầu hết tất ứng dụng thực tế Đây dòng PIC dễ cho người làm quen với PIC học tập tạo tản họ vi điều khiển PIC • o o o o o o o o o o o o o Cấu trúc tổng quát PIC16F877A sau : 8K Flash Rom 368 bytes Ram 256 bytes EFPROM port vào với tín hiệu điều khiển độc lập định thời Timer0 Timer2 bit định thời Timer1 16 bit hoạt động chế độ tiết kiệm lượng với nguồn xung clock Capture/ Compare/ PWM biến đổi Analog -> Digital 10 bit, ngõ vào so sánh tương tự định thời giám sát (Watch Dog Timer) cổng song song bit với tín hiệu điều khiển Tải FULL (File word 29 trang): bit.ly/3dFaRL6 cổng nối tiếp Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net 15 nguồn ngắt 2.2.4 Tổ chức nhớ Cấu trúc nhớ vi điều khiển PIC16F877A bao gồm nhớ chương trình (Program memory) nhớ liệu (Data Memory) 2.2.4.1.Bộ nhớ chương trình: 10 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử ĐỒ ÁN CHUYÊN NGHÀNH Bộ nhớ chương trình vi điều khiển PIC16F877A nhớ Flash, dung lượng 8K word (1 word chứa 14bit) phân thành nhiều trang hình Hình 2.2: Bộ nhớ chương trình PIC 16F877A Để mã hóa địa 8K word nhớ chương trình, ghi đếm chương trình PC có dung lượng 13 bit Khi vi điều khiển reset, đếm chương trình trỏ địa 0000h Khi có ngắt xảy ghi PC trỏ đến địa 0004h Bộ nhớ chương trình khơng bao gồm nhớ Stack khơng địa hóa đếm chương trình 2.2.4.2 Bộ nhớ liệu Bộ nhớ liệu PIC l nhớ EEPROM chia làm nhiều bank 11 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử ĐỒ ÁN CHUYÊN NGHÀNH Bộ nhớ liệu PIC16F877A chia thành bank Mỗi bank có dụng lượng 128 byte Nếu bank nhớ liệu 8051 phân chia riêng biệt : 128 byte thuộc bank1 vùng Ram nội để chứa liệu, 128 byte lại thuộc bank ghi có chức đặc biệt SFR mà người dùng không chứa liệu khác bank nhớ liệu PIC16F877A tổ chức theo cách khác Mỗi bank nhớ liệu PIC16F877A bao gồm ghi có chức đặc biệt SFR nằm các ô nhớ địa thấp ghi mục đích dùng chung GPR nằm vùng địa cịn lại bank ghi Vùng ô nhớ ghi mục đích dùng chung nơi người dùng lưu liệu trình viết chương trình Tất biến liệu nên khai báo chứa vùng địa Trong cấu trúc nhớ liệu PIC16F877A, ghi SFR mà thường xuyên sử dụng (như ghi STATUS) đặt tất bank để thuận tiện việc truy xuất Sở dĩ vì, để truy xuất ghi nhớ 16F877A ta cần phải khai báo bank chứa ghi đó, việc đặt ghi sử dụng thường xuyên giúp ta thuận tiện nhiều trình truy xuất, làm giảm lệnh chương trình Tải FULL (File word 29 trang): bit.ly/3dFaRL6 Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net 12 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử ĐỒ ÁN CHUYÊN NGHÀNH Hình 2.3: Bộ nhớ liệu PIC16F877A 13 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử ĐỒ ÁN CHUYÊN NGHÀNH Dựa sơ đồ bank nhớ liệu PIC16F877A ta rút nhận xét sau: • • • Bank0 gồm nhớ có địa từ 00h đến 77h, ghi dùng chung để chứa liệu người dùng địa từ 20h đến 7Fh Các ghi PORTA, PORTB, PORTC, PORTD, PORTE chứa bank0, để truy xuất liệu ghi ta phải chuyển đến bank0 Ngoài vài ghi thông dụng khác ( giới thiệu sau) chứa bank0 Bank1 gồm nhớ có địa từ 80h đến FFh Các ghi dùng chung có địa từ A0h đến EFh Các ghi TRISA, TRISB, TRISC, TRISD, TRISE chứa bank1 Tương tự ta suy nhận xét cho bank2 bank3 dựa sơ đồ trên.Cũng quan sát sơ đồ, ta nhận thấy ghi STATUS, FSR… có mặt bank Một điều quan trọng cần nhắc lại việc truy xuất liệu PIC16F877A là: phải khai báo bank chứa ghi Nếu ghi mà bank chứa khơng cần phải chuyển bank 2.2.5 Khái qt chức Port vi điều khiển PIC 16F877A: Cổng xuất nhập (I/O port) phương tiện mà vi điều khiển dùng để tương tác với giới bên ngồi Sự tương tác đa dạng thơng qua q trình tương tác đó, chức vi điều khiển thể cách rõ ràng Một cổng xuất nhập vi điều khiển bao gồm nhiều chân (I/O pin), tùy theo cách bố trí chức vi điều khiển mà số lượng cổng xuất nhập số lượng chân cổng khác Bên cạnh đó, vi điều khiển tích hợp sẵn bên đặc tính giao tiếp ngoại vi nên bên cạnh chức cổng xuất nhập thơng thường, số chân xuất nhập cịn có thêm chức khác để thể tác động đặc tính ngoại vi nêu giới bên Chức chân xuất nhập cổng hồn tồn xác lập điều khiển thông qua ghi SFR liên quan đến chân xuất Vi điều khiển PIC16F877A có cổng xuất nhập: PORTA, PORTB, PORTC, PORTD, PORTE 2.3 Các linh kiện sử dụng mạch 2.3.1 LCD 16TC2A • LCD (Liquid Crytal Direct) TC16C2 là màn hình hiển thị thể lỏng gồm có: - LCD Bộ Driver (Mạch điều khiển ) Màn hình LCD và bộ Driver đã được thiết kế tích hợp sẵn với bởi nhà sản xuất,khi sử dụng chỉ cần giao tiếp với bộ Driver qua các chân LCD TC16C2 Là loại màn 14 3476806 ... lý thuyết thực tế để làm đồ án ? ?Thiết kế, chế tạo mô hình bãi đỗ xe thơng minh? ?? 1.3 Các vấn đề cần giải toán - Bài toán? ?Thiết kế, chế tạo mơ hình bãi đỗ xe thơng minh? ??đặt yêu cầu sau: Có khả phát... dụng LCD để hiển thị thông số 1.5 Mục đích đề tài Sự cần thiết, quan trọng tính khả thi lợi ích mạch số lý để chúng em chọn thực đồ án ? ?Thiết kế, chế tạo mơ hình bãi đỗ xe thông minh? ?? nhằm ứng dụng... Đi ện - Điện tử giao cho đồ án môn học “ Thiết kế, chế tạo mơ hình bãi đỗ xe thơng minh ” nhằm củng cố kiến thức trình thực tế Sau nhận đề tài, với hướng dẫn thầy Đỗ Quang Huy với nỗ lực thân,