Thiết kế mạch điều khiển độ sáng đèn bằng hồng ngoại với phương pháp điều chỉnh độ sáng của đèn sử dụng băm xung áp và lập trình dựa trên cơ sở họ vi điều khiển MCS51 mà đặc trưng là họ vi điều khiển 8051. Để thiết kế được và giải quyết được vấn đề của đề tài đã đưa ra thì chúng ta phải hiểu và xác định được nhiệm vụ của đề tài là gì ? Và nhóm tụi em định hướng được phải giải quyết vấn đề đó như thế nào ?. Dựa trên vấn đề đặt ra của đề tài chúng em xin định hướng các nhiệm vụ mà đề tài của chúng em sẽ tìm hiểu gồm có các vấn đề sau : Tìm hiểu và thiết kế về cấu trúc của mạch phần cứng. Thiết kế phần mềm cho mạch. Kết quả mô phỏng và hướng phát triển.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÀI TẬP LỚN MÔN THIẾT BỊ VÀ HỆ THÔNG TỰ ĐỘNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘ SÁNG ĐÈN DÙNG VI XỬ LÝ GVHD: Hồng Văn Vinh SVTH: Phan Văn Phương Tình Huỳnh Ngọc Thuận TP HỜ CHÍ MINH, NĂM 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÀI TẬP LỚN MÔN THIẾT BỊ VÀ HỆ THÔNG TỰ ĐỘNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘ SÁNG ĐÈN DÙNG VI XỬ LÝ GVHD: Hoàng Văn Vinh SVTH: Phan Văn Phương Tình Huỳnh Ngọc Thuận - TP HỜ CHÍ MINH, NĂM 2021 TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆTNAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP HCM, ngày tháng năm 2020 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN Tên đề tài: Hệ Thống Điều Khiển Độ Sáng Đèn Dùng Vi Xử Lý Sinh viên thực hiện: MSSV: Giảng viên hướng dẫn: Hồng Văn Vinh Phan Văn Phương Tình 2032180144 Huỳnh Ngoc Thuận 2032180078 Đánh giá Đề tài: Về báo cáo: Số trang Số bảng số liệu Số tài liệu tham khảo Số chương Số hình vẽ Sản phẩm Một số nhận xét hình thức báo cáo: Về nội dung : Về tính ứng dụng: Về thái độ làm việc sinh viên: NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN MỤC LỤC CHƯƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG MẠCH 2.1 LINH KIỆN 2.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 21 2.3 MẠCH THAY ĐỔI ĐỘ SÁNG ĐÈN SỬ DỤNG BĂM XUNG ÁP 25 2.4 TÌM HIỂU PHẦN CỨNG HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH THAY ĐỔI ĐỘ SÁNG ĐÈN : 28 2.5 THIẾT KẾ PHẦN MỀM MẠCH 32 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 37 3.1 Kết mô : 37 3.2 Nhận xét: 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC 41 LỜI CẢM ƠN “Để hoàn thành tiểu luận này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Ban giám hiệu trường Đại Học Công nghiệp Thực Phẩm Thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện sở vật chất với hệ thống thư viện đại, đa dạng loại sách, tài liệu thuận lợi cho việc tìm kiếm, nghiên cứu thông tin Xin cảm ơn giảng viên môn - Thầy Hồng Văn Vinh giảng dạy tận tình, chi tiết để em có đủ kiến thức vận dụng chúng vào tiểu luận Do chưa có nhiều kinh nghiệm làm để tài hạn chế kiến thức, tiểu luận chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận nhận xét, ý kiến đóng góp, phê bình từ phía Thầy để tiểu luận hồn thiện Lời cuối cùng, em xin kính chúc thầy nhiều sức khỏe, thành công hạnh phúc.” CHƯƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI Thiết kế mạch điều khiển độ sáng đèn hồng ngoại với phương pháp điều chỉnh độ sáng đèn sử dụng băm xung áp lập trình dựa sở họ vi điều khiển MCS51 mà đặc trưng họ vi điều khiển 8051 Để thiết kế giải vấn đề đề tài đưa phải hiểu xác định nhiệm vụ đề tài ? Và nhóm tụi em định hướng phải giải vấn đề ? Dựa vấn đề đặt đề tài chúng em xin định hướng nhiệm vụ mà đề tài chúng em tìm hiểu gồm có vấn đề sau : − Tìm hiểu thiết kế cấu trúc mạch phần cứng − Thiết kế phần mềm cho mạch − Kết mô hướng phát triển CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG MẠCH 2.1 LINH KIỆN 2.1.1 IC LOGIC CMOS Một số đặc tính quan trọng : ∗ Điện áp : CMOS hoạt động từ 3V đến 15V Tuy nhiên với điện áp nhỏ 4.5V thời gian trễ gia tăng (vận tốc làm việc chậm lại ), tổng trở lớn đồng thời tính chống nhiễu giảm Tuy nhiên,với điện áp lớn 15V có bất lợi : + Công suất tiêu tán lúc CMOS hoạt động tăng cao + Với xung nhiễu từ nguồn vượt điện áp đánh thủng (20V),tạo hiệu ứng SCR-latch_up làm hỏng IC dịng khơng hạn chế từ bên Nếu dùng đện áp lớn 15V cần phải có điện trở hạn dịng ∗ Thời gian trễ : Điện áp cao CMOS hoạt động nhanh Thời gian trễ gia tăng với nhiệt độ tải điện dung ∗ Tính miễn nhiễu : CMOS chống nhiễu tốt,thường 45% điện áp cấp: 2.25V với điện áp 5V ; 4.5V với điện áp 10V Thời gian trễ CMOS đóng vai trò lọc nhiễu Xung 10ns biến sau chuỗi cổng CMOS Vì tính chất đặc biệt này, CMOS dung thiết kế mạch điện thiết bị công nghiệp phải hoạt động động môi trường đầy nhiễu điện điện từ Với điện áp cấp +5V,CMOS làm việc bình thường với ổn định điện áp cấp hay điện áp nhiễu đến 1V ∗ Giao tiếp với Họ TTL : Với điện áp 5V CMOS giao tiếp thẳng với TTL Tổng trở vào CMOS lớn,TTL tải vơ số cổng CMOS mà khơng làm Fan Out trạng thái LOW 2.1.2 PT 2248 ∗Tổng quan : - Đây truyền phát tia hồng ngoại ứng dụng công nghệ CMOS PT 2248 kết hợp với PT 2249 tạo 10 chức Với cách tổ hợp dùng cho nhiều loại thiết bị từ xa ∗ Đặc tính : + Được sản xuất theo công nghệ CMOS + Tiêu thụ công suất thấp + Vùng điện áp hoạt động từ 2.2V-5V + Sử dụng nhiều phím + Ít thành phần ngồi ∗ Ứng dụng : Bộ phát hồng ngoại dung thiết bị điện tử như: Television, Video Cassette Recoder ∗ Sơ đồ chức chân IC : Hình 2.1.Sơ đồ IC PT 2248 - Chức chân IC : + Chân (Vss): chân mass nối với cực âm nguồn điện + Chân 3: hai đầu để nối với thạch anh bên cho tạo dao động bên IC + Chân – (K1 - K6): đầu tín hiệu bàn phím kiểu ma trận, chân từ K1 đến K6 kết hợp với chân 10 đến 12 (T1 – T3) để tạo thành ma trận 18 phím + Chân 13 ( CODE ): chân mã số dùng để kết hợp với chân T1 – T2 để tạo tổ hợp mã hệ thống phần phát phần thu + Chân 14 (TEST): chân dùng để kiểm tra mã phần phát, bình thường khơng sử dụng bỏ trống + Chân 15 ( TXout): đầu tín hiệu điều chế FM + Chân 16 ( Vcc): chân cấp nguồn dương ∗ Sơ đồ chức PT 2248: Hình 2.2.Sơ đồ chức PT 2248 - Giải thích sơ đồ khối : Bộ tạo dao động phân tần: Để phát xa, ta phần có xung có tần số 38Khz nơi nhận thị trường khó tìm thạch anh tần số nên ta chọn tần số thạch anh 455Khz cho tạo dao động Sau tần số đưa qua phân tần để chia thành 12 lần Mạch điện phím vào: Có tổng cộng 18 phím nối tới chân K1 – K6 mạch hoạt động thời gian T1 – T3 để tạo bàn phím ma trận (6*3) 10 * Nguyên lý : - Trong khoảng thời gian - 𝑡0 ta cho van G mỏ toàn điện áp nguồn Ud đưa tải Còn khoảng thời gian 𝑡0 - T cho van G khóa, cắt nguồn cung cấp cho tải Vì với to thay đổi từ T ta cung cấp toàn , phần hay khóa hồn tồn điện áp cung cấp cho tải - Cơng thức tính giá trị trung bình điện áp tải : Gọi t1 thời gian xung sườn dương (khóa mở ) cịn T thời gian sườn âm dương, Umax điện áp nguồn cung cấp cho tải ==> Ud = Umax.( 𝐭 𝟏 /T) (V) hay Ud = Umax với D = t1 /T hệ số điều chỉnh tính % tức PWM - Như ta nhìn hình đồ thị dạng điều chế xung ta có : Điện áp trùng bình tải : + Ud = 5.20% = V ( với D = 20%) + Ud = 5.40% = V (Vói D = 40%) + Ud = 5.90% = 4.5 V (Với D = 90%) 2.3.3 Các cách để tạo PWM để điều khiển - Tạo xung vuông phần mềm Đây cách tối ưu cách để tạo xung vuông Với tạo phần mền cho độ xác cao tần số PWM Với lại mạch đơn giản nhiều Xung tạo dựa xung nhịp CPU Lấy đoạn ví dụ tạo PWM vi điều khiển 8501 : Void ngat_timer0(void) interrupt { TR0 = 0; TF0 = 0; Dem++; If(dem >= phantram_PWM) { PWM = 1; } Else { 27 PWM = 0; } If (dem = = 20) dem=0; TR = 1; } 2.4 TÌM HIỂU PHẦN CỨNG HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH THAY ĐỔI ĐỘ SÁNG ĐÈN : 2.4.1 Phần cứng họ vi điều khiển 8051 a Sơ đồ khối vi điều khiển 8051 Hình 2.21 Sơ đồ khối vi điều khiển 8051 Trong : - CPU : Đơn vị sử lý trung tâm => Tính tốn điều khiển q trình hoạt động tồn hệ thống - Oscillator : Mạch dao động => Tạo tín hiệu xung clock cung cấp cho khối chip hoạt động - RAM : Bộ nhớ liệu chip => Lưu trữ liệu - ROM : Bộ nhớ chương trình chip => Lưu trữ chương trình hoạt động chip - I/O : Các post xuất /nhập => Điều khiển việc xuất/nhập liệu dạng song song (8 bít) ngồi chip 28 - Bus control : Điều khiển Bus => Điều khiển hoạt động hệ thống Bus việc di chuyển thông tin hệ thống Bus - Other Register : Các ghi khác => Lưu trữ liệu post xuất/nhập, trạng thái làm việc khối chip suốt trình làm việc hệ thống - Timer : Bộ định thời => Dùng để định thời gian đếm kiện (đếm xung ) thông qua chân To , T1 - Serial : Port nối tiếp => Điều khiển việc xuất nhập liệu dạng nối tiếp ngồi chip thơng qua chân TxD , RxD - Interrupt control : Điều khiển ngắt => Nhận tín hiệu ngắt từ bên ngồi ( INT0\ , INT1\), định thời cổng nối tiếp, qua tín hiệu ngắt đến CPU để xử lý - Internal bus system 8051 : Hệ thống bus => Liên kết khối chip lại với b Sơ đồ chân vi điều khiển 8051 Hình 2.22 Sơ đồ chân vi điều khiển 8051 - Chân 40 chân 20 : Cung cấp nguồn điện cho chip 8051 hoạt động 29 Hình 2.23 Sơ đồ mạch điện cấp nguồn - Chân 18 19 : Dùng để nối với thạch anh mạch dao động tạo xung clock bên ngồi, cung cấp tín hiệu tạo xung clock cho chip hoạt động + XTAL1 : Ngõ vào mạch tạo xung clock chip + XTAL2 : Ngõ mạch tạo xung clock chip Kết nối mạch dao động bên Kết nối thạch anh dao động bên ngồi Hình 2.24 Sơ đồ kết nối mạch - Chân : Tín hiệu cho phép thiết lập (đặt ) lại trạng thái ban đầu cho hệ thống Tín hiệu nhập tích cực mức cao RST = → Chip 8051 hoạt động bình thường RST = → Chip 8051 thiết lập lại trạng thái ban đầu 30 Hình 2.25 Các cách reset - Chân 31 : Tín hiệu cho phép truy xuất ( sử dụng ) nhớ chương trình ( ROM ) bên ngồi Tín hiệu nhập tích cực mức thấp Chân EA\ không phép bỏ trống: EA\=0 → Sử dụng chương trình ROM bên ngồi EA\=1 → Sử dụng chương trình ROM - Chân 29 : Tín hiệu cho phép truy xuất ( đọc ) nhớ chương trình ROM ngồi Tín hiệu xuất tích cực mức thấp Khi sử dụng ROM , chân PSEN\ nối với chân OE\ ROM phép CPU đọc mã lệnh từ ROM ngoài: PSEN\=0 → Trong thời gian CPU tìm - nạp lệnh từ ROM PSEN\=1 → CPU sử dụng ROM - Chân 30 : Tín hiệu cho phép chốt địa để thực việc giải đa hợp cho bus địa bus thấp bus liệu đa hợp ( AD0 - AD7 ) Tín hiệu xuất tích cực mức cao: ALE=0 → Trong thời gian bus AD0 – AD7 đóng vai trò bus D0 – D7 ALE=1 → Trong thời gian bus AD0 – AD7 đóng vai trị bus A0 – A7 - Các chân lại Port xuất nhập liệu : + Port có chức : Port xuất nhập liệu ( P0.0 – P0.7 ) → không sử dụng nhớ Bus địa byte thấp bus liệu đa hợp ( AD0 – AD7 ) → có sử dụng 31 nhớ Khi Port port xuất nhập liệu phải sử dụng điện trở kéo lên bên ngồi + Port có chức : Port xuất nhập liệu ( P1.0 – P1.7 ) → sử dụng không sử dụng nhớ ngồi + Port có chức : Port xuất nhập liệu ( P2.0 – P2.7 ) → khơng sử dụng nhớ ngồi Bus địa byte cao ( A8 – A15 ) → có sử dụng nhớ ngồi + Port có chức : Port xuất nhập liệu ( P3.0 – P3.7 ) → không sử dụng nhớ ngồi Cac tín hiệu điều khiển → sử dụng nhớ chức đặc biệt 2.4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch thay đổi độ sáng đèn phương pháp thay đổi độ rộng xung PWM sử dụng chip 89C52 họ vi điều khiển 8051 Hình 2.26.Sơ đồ nguyên lý mạch thay đổi độ sáng đèn phương pháp thay đổi độ rộng xung PWM 2.5 THIẾT KẾ PHẦN MỀM MẠCH 2.5.1 Code chương trình thay đổi cường độ sáng đèn phương pháp thay đổi độ rộng xung PWM sử dụng chip 89C52 họ vi điều khiển 8051 #include 32 #include sbit inc_pwm_new=P1^0; sbit dec_pwm_new=P1^1; sbit PWM =P2^0; unsigned char dem=0; unsigned char phantramxung; unsigned char inc_pwm_old,dec_pwm_old; void delay(long time); void Init_Timer0(void); void delay(long ms) { long i; for(i=0;i=phantramxung) { PWM=1; } else { PWM=0; } if(dem==10) dem=0; TR0=1; } void main(void) { int i=4; Init_Timer0(); while(1) { if((inc_pwm_new==0)&&(i0)) { i ; delay(2000); } else delay(2000); phantramxung=i; 34 // delay(2000); } } 2.5.2 Sơ đồ mạch phát kết nối mạch phần thu với mạch lực a.Sơ đồ mạch phát Hình 2.27 Sơ đồ nguyên lý phần phát với nút bấm Ở đồ án chúng em sử dụng phím bấm với tác dụng ứng dụng mạch : + Phím reset : Reset lại đèn sáng bật + Phím ON : Bật đèn + Phím OFF : Tắt đèn 35 + Phím UP : Tăng độ sáng đèn lên + Phím DOW : Giảm độ sáng đèn xuống 2.5.3 Sơ đồ mạch thu ghép nối mạch lực Hình 2.28 Sơ đồ nguyên lý mạch thu ghép nối mạch lực 36 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN Dưới kết mô sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển độ sáng đèn hồng ngoại sử dụng chip 89C52 với phương pháp thay đổi độ sáng sử dụng băm xung áp 3.1 Kết mơ : Hình 3.1 Dạng điện áp ban đầu (khi bật/reset đèn) 37 Hình 3.2 Dạng điện áp tăng max độ sáng đèn Hình 3.3 Dạng điện áp giảm gần hết độ sáng đèn 38 3.2 Nhận xét: - Ưu điểm mạch : Dễ dàng kết nối thiết bị, mở rộng…, ứng dụng điều khiển hồng ngoại cho khoảng cách xa có ứng dụng thực tiễn : biển quảng cáo, đèn sáng gia đình… - Hạn chế đề tài : Do thời gian có hạn khả thu thập thơng tin, kiến thức cịn hạn chế nên mạch nhóm em chưa đáp ứng hết yêu cầu đề 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo án Vi Điều Khiển - Lê Thị Vân Anh http://tailieu.vn/ https://sites.google.com/site/kythuatdientucoban/ - Tài liệu Datasheet 2248 - 2249: http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/dieu-khien-thiet-bi-tu-xa-bang-hong-ngoai-pt22482249-p1-.312253.html http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/dieu-khien-thiet-bi-tu-xa-bang-hong-ngoai-pt2248-2249p2-.312253.html http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/P/T/2/2/PT2248.shtml(PT2248) http://www.ic2ic.com/search.jsp?sSearchWord=PT2249&prefix=P (PT 2249) - PIC 1018SCL: http://datasheet.digchip.com/518/518-324-0-PIC-1018SCL.pdf - Hướng dẫn lắp mạch thu phát hồng ngoại: http://tdmai.free.fr/projects/IR/9148%209149.pdf 40 BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC Họ tên MSSV Nội dung cơng việc Phần trăm hồn thành Phan Văn Phương Tình 2032180144 Làm báo cáo, thiết kế, mô 100% Huỳnh Ngọc Thuận 2032180078 Tìm hiểu sơ lược linh kiện 100% 41 ... PHẦN CỨNG HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH THAY ĐỔI ĐỘ SÁNG ĐÈN : 2.4.1 Phần cứng họ vi điều khiển 8051 a Sơ đồ khối vi điều khiển 8051 Hình 2.21 Sơ đồ khối vi điều khiển 8051 Trong... TÀI Thiết kế mạch điều khiển độ sáng đèn hồng ngoại với phương pháp điều chỉnh độ sáng đèn sử dụng băm xung áp lập trình dựa sở họ vi điều khiển MCS51 mà đặc trưng họ vi điều khiển 8051 Để thiết... CHỦ NGHĨA VI? ??TNAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP HCM, ngày tháng năm 2020 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VI? ?N Tên đề tài: Hệ Thống Điều Khiển Độ Sáng Đèn Dùng Vi Xử Lý Sinh vi? ?n thực hiện: MSSV: Giảng vi? ?n hướng