I. Tên đề tài: “ Thiết kế hệ thống bậttắt đèn trong nhà theo ánh sáng dùng vi điều khiển” II. Số liệu ban đầu: + Nguồn 220V AC + Vi điều khiển PIC + Vi điều khiển PIC18F4520 III. Nội dung thiết kế Yêu cầu: Cường độ ánh sáng được hiển thị trên LCD 16x2 hay LED 7 đoạn; Thao tác điều khiển bật tắt đèn khi cường độ ánh sáng vượt ngưỡng đặt trên và dưới ; Dùng hợp ngữ để lập trình CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG Yêu cầu: Sinh viên trình bày từ 12 trang 1.1 Xây dựng mục tiêu và sơ đồ khối của hệ thống dùng vi điều khiển 1.2 Nguyên lí hoạt động CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG Yêu cầu: Sinh viên Giới thiệu chung về các linh kiện sẽ sử dụng trong hệ thống. Phần tính toán phải tính được công thức chuyển đổi từ giá trị số đọc từ ADC thành đại lượng vật lý cần đo; phải tính được công suất mạch nguồn 2.1 Giới thiệu các linh kiện trong hệ thống 2.2 Tính toán linh kiện trong hệ thống CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG Yêu cầu: Sinh viên Dùng Proteus vẽ sơ đồ nguyên lý của hệ thống Xây dựng lưu đồ thuật toán và lập trình Assembly vận hành hệ thống, dịch sang mã hex để chạy thử mô phỏng trên Proteus 3.1 Thiết kế mạch nguyên lý 3.2 Lưu đồ thuật toán của chương trình chính 3.3 Chạy mô phỏng chương trình bằng ứng dụng Proteus CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MẠCH THỰC TẾ Yêu cầu: Sinh viên Đưa ra mạch in; Ảnh của hệ thống đã lắp ráp; nhận xét ưu nhược điểm của hệ thống khi chạy 4.1 Thiết kế mạch in 4.2 Lắp đặt thiết bị và hoàn thiện mạch 4.3 Chạy mạch và đánh giá kết quả
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HỐ ĐỒ ÁN MƠN HỌC ĐIỀU KHIỂN VI XỬ LÍ & VI ĐIỀU KHIỂN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA NHĨM: 17Nh32B Thơng tin Sinh viên: SVTH: Lớp: Thuộc nhóm: Thơng tin Cán hướng dẫn: GVHD: TS Nguyễn Quốc Định Đà Nẵng, tháng …… năm 20… Trường Đại học Bách Khoa Khoa Điện Bộ mơn Tự động hóa Cộng hịa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự - Hạnh phúc -o0o - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN Họ tên sinh viên: Nguyễn Thành Nhơn Lớp: 17TDH2 I Tên đề tài: “ Thiết kế hệ thống bật/tắt đèn nhà theo ánh sáng dùng vi điều khiển” II Số liệu ban đầu: + Nguồn 220V AC + Vi điều khiển PIC + Vi điều khiển PIC18F4520 III Nội dung thiết kế Yêu cầu: Cường độ ánh sáng hiển thị LCD 16x2 hay LED đoạn; Thao tác điều khiển bật /tắt đèn cường độ ánh sáng vượt ngưỡng đặt ; Dùng hợp ngữ để lập trình CHƯƠNG 1: NGUN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG Yêu cầu: Sinh viên trình bày từ 1-2 trang 1.1 Xây dựng mục tiêu sơ đồ khối hệ thống dùng vi điều khiển 1.2 Nguyên lí hoạt động CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG Yêu cầu: Sinh viên Giới thiệu chung linh kiện sử dụng hệ thống Phần tính tốn phải tính cơng thức chuyển đổi từ giá trị số đọc từ ADC thành đại lượng vật lý cần đo; phải tính cơng suất mạch nguồn 2.1 Giới thiệu linh kiện hệ thống 2.2 Tính tốn linh kiện hệ thống CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG Yêu cầu: Sinh viên Dùng Proteus vẽ sơ đồ nguyên lý hệ thống Xây dựng lưu đồ thuật tốn lập trình Assembly vận hành hệ thống, dịch sang mã hex để chạy thử mô Proteus 3.1 Thiết kế mạch nguyên lý 3.2 Lưu đồ thuật tốn chương trình 3.3 Chạy mơ chương trình ứng dụng Proteus CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MẠCH THỰC TẾ Yêu cầu: Sinh viên Đưa mạch in; Ảnh hệ thống lắp ráp; nhận xét ưu nhược điểm hệ thống chạy 4.1 Thiết kế mạch in 4.2 Lắp đặt thiết bị hoàn thiện mạch 4.3 Chạy mạch đánh giá kết IV Bản vẽ: Vẽ sơ đồ khối hệ thống , mạch nguyên lý, chương trình điều khiển giấy A2 V Tài liệu tham khảo: Trần Thái Anh Âu- Giáo trình Vi xử lý vi điều khiển- Trung tâm học liệu Đại học Đà Nẵng – 2014 VI Thời gian bắt đầu: Kiểm tra tiến độ đồ án Đà Nẵng, ngày tháng năm Giáo viên hướng dẫn MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH ẢNH GVHD: Nguyễn Quốc Định CHƯƠNG I: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG VI ĐIỀU KHIỂN I.1 Xây dựng mục tiêu sơ đồ khối hệ thống dùng vi điều khiển PIC I.1.1 Xây dựng mục tiêu Ngày nay, vi điều khiển sử dụng rộng rãi với nhiều ứng dụng khác đời sống sinh hoạt sản xuất công nghiệp Vi điều khiển giúp thay mạch điện phức tạp, thực cơng việc tính tốn, điều khiển thiết bị hay tiến hành cơng việc lặp lặp lại cách dễ dàng Vì vậy, đồ án lần với đề tài “ Thiết kế hệ thống bật/tắt đèn nhà theo ánh sáng dùng vi điều khiển” hội để em áp dụng kiến thức học mơn Vi xử lí Vi điều khiển thực tế tạo sản phẩm hoàn thiện có khả đáp ứng nhu cầu người I.1.2 Sơ đồ khối hệ thống dùng vi điều khiển PIC Ánh sáng Cảm biến ánh sáng Chuyển đổi ADC Nút nhấn Start/Stop Vi điều khiển Relay đèn LCD hiển thị Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định I.2 Nguyên lý hoạt động - Cảm biến sử dụng đề tài quang trở, có thay đổi ánh sáng chiếu vào quang trở điện trở thay đổi, ta cần mắc quang trở nối tiếp với điện trở khác tạo thành cầu phân áp , thay đổi điện trở quang trở trở thành thay đổi điện áp - Sau giá trị điện áp đưa vào vi xử lý PIC18F4520 tích hợp sẵn chuyển đổi ADC để chuyển đổi sang tín hiệu nhị phân - Tín hiệu nhị phân điện áp vi xử lý tính tốn chuyển đổi sang đơn vị cường độ ánh sáng LUX - Cường độ ánh sáng hiển thị hình LCD 2004, đồng thời đem so sánh với giới hạn giới hạn cường độ ánh sáng cài đặt trước định bật hay tắt đèn ( cường độ ánh sáng bé giới hạn bật đèn ngược lại) CHƯƠNG II: TÍNH CHỌN CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG II.1 Giới thiệu linh kiện hệ thống II.1.1 Tổng quan họ vi điều khiển PIC PIC (Programmable Intelligent Computer) họ vi điều khiển RISC sản xuất công ty Microchip Technology PIC sản xuất lần đầu năm 1975 để hổ trợ hoạt động xuất nhập cho máy chủ 16bit CP1600 PIC có cấu trúc tương tự cấu trúc RISC bao gồm microcode đơn giản đặt ROM chạy lệnh với chu kì máy Ngày nay, việc tích hợp thêm nhớ EEPROM module ngoại vi USART, PWM, ADC, PIC trở thành điều khiển vào khả trình thực thụ a) Một vài đặc tính chung vi điều khiển PIC − − − − − − − Là CPU 8/16 bit có cấu trúc Harvard Có nhớ Flash Rom tùy chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte Sử dụng cơng nghệ nanoWatt Có cổng xuất nhập Có Timer 8-16 bit Có chuyển đổi ADC 10/12 bit Có so sánh điện áp Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định − − − − Có hỗ trợ giao tiếp LCD Có hỗ trợ giao tiếp USB Hỗ trợ giao tiếp CAN Hỗ trợ điều khiển Etthernet b) Các đặc tính ngoại vi − Bộ định thời Timer − Các khối Capture, Compare, PWM − Bộ chuyển đổi A/D c) Các đặc tính tương tự − Có kênh chuyển đổi tín hiệu tương tự thành số − Khối so sánh điện áp tương tự: • Bộ so sánh tương tự • Khối tạo điện áp chuẩn VREF lập trình • Đa hợp ngõ vào lập trình từ ngõ vào CPU với điện áp chuẩn bên d) Các đặc tính đặc biệt − Bộ nhớ chương trình Enhanced Flash cho phép xóa ghi 100000 lần − Bộ nhớ EEPROM cho phép xóa ghi 1000000 lần lưu liệu 40 năm − Có Watchdog Timer (WDT) với dao động RC tích hợp chip − Có thể lựa chọn dao động − Có thể hoạt động chế độ ngủ để tiết kiệm lượng II.1.2 Vi điều khiển PIC18F4520A a) Giới thiệu chung − Là loại vi điều khiển bit có nhớ Enhanced Flash sử dụng công nghệ nanoWatt dựa cấu trúc RISK − PIC18F4520A bao gồm nhớ liệu EEPROM 256 byte, 1536 byte nhớ RAM nhớ chương trình 32K − Ngồi ra, PIC18F4520A cịn có chuyển đổi ADC 10 bit với 13 kênh nhiều tính khác nên ứng dụng nhiều hệ thống nhúng điều khiển tự động hóa − PIC18F4520A có nhiều loại, ta sử dụng loại 40 chân Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định Hình 2.1: Sơ đồ chân PIC18F4520A b) Cổng vào tổ chức nhớ vi điều khiển PIC18F4520 có cổng, cổng A, B, C, D cổng có chân, riêng cổng E có chân − − − − − Cổng A: RA0-RA7 Cổng B: RB0-RB7 Cổng C: RC0-RC7 Cổng D: RD0-RD7 Cổng E: RE0-RE2 Mỗi cổng ghi nhớ RAM quản lí, ví dụ cổng A ghi PORTA quản lí,… PIC18F4520 có 16 bank sử dụng bit ghi BSR để chọn bank Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định Hình 2.2: Sơ đồ tổ chức nhớ RAM Trong nhớ RAM, có bank nhớ chứa ghi chức đặc biệt (SFR) ghi mục đích chung (GPR) Trong đó, SFR ghi có chức thể trạng thái điều khiển khối bên vi điều khiển PIC (Ví dụ ghi STATUS thể trạng thái cờ, ghi ADCON0 dùng để thiết lập ADC,…) ghi GPR nơi lưu giá trị tạm thời gán giá trị cho biến Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định Hình 2.3: Các ghi chức đặc biệt Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định III.2.6 Chương trình tách kết để hiển thị III.3 Chạy mơ chương trình phần mềm Proteus III.3.1 Chương trình hợp ngữ PROCESSOR PIC18F4520 #include CONFIG WDT=OFF; watch dog timer off CONFIG BOREN=OFF; reset when power supply lower than level required CONFIG OSC=HS Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định CONFIG LVP=OFF CONFIG MCLRE=ON CONFIG PWRT = OFF ;Power-up Timer Enable bit (PWRT disabled) CBLOCK 0x20 DVDL, DVDH, DVSL, DVSH, QUL, QUH, REL, REH, ; valuable for division ARG1H, ARG1L, ARG2, RES2, RES1, RES0, ;valuable for multiply start at 0X28 TDENL, TDENH, RNDL, RNDH, numerator, start at 0x2E ;valuable for handling RESULTL, RESULTH, DEC, start at 0x32 ; Final value, COUNT, COUNT1, CHAR_COUNT ; DELAY , start at 0x35 HUND, TEN, UNIT ; LCD display, start at 0x38 LIML, LIMH ; Limitation, start at 0x3B ENDC #DEFINE RS PORTC,0 #DEFINE RW PORTC,1 #DEFINE E PORTC,2 ORG 0X000 MAIN CLRF TRISC CLRF TRISD CLRF TRISB CALL INIT_LCD Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định CALL INIT_ADC CALL START_ADC CALL PRE_LINE CALL XU_LI_PT ; TINH TOAN CALL XU_LI_KQ ; TACH SO CALL HIEN_THI_LCD ; XUAT KQ SANG LCD CALL KT_NGUONG ; KIEM TRA NGUONG BAT TAT DEN CALL LED_STATUS; HIEN THI TRANG THAI DEN GOTO MAIN INIT_ADC CLRF ADRESL CLRF ADRESH MOVLW 0XFF MOVWF TRISA MOVLW 0X01 MOVWF ADCON0; AD On and use channel MOVLW 0X0E MOVWF ADCON1 MOVLW 0XA1 MOVWF ADCON2 RETURN START_ADC BSF ADCON0,1 WAIT_CON BTFSC ADCON0,1 Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định BRA WAIT_CON RETURN INIT_LCD MOVLW 0X38 CALL SEND_CMD MOVLW 0X0C CALL SEND_CMD RETURN SEND_CMD BCF RS MOVWF PORTD CALL ALLOW CALL DELAY RETURN ALLOW BSF E NOP BCF E RETURN SEND_DATA BSF RS MOVWF PORTD Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định CALL ALLOW CALL DELAY RETURN PRE_LINE MOVLW 0X80 CALL SEND_CMD MOVLW 'L' CALL SEND_DATA MOVLW 'U' CALL SEND_DATA MOVLW 'X' CALL SEND_DATA MOVLW ':' CALL SEND_DATA MOVLW 0XC0 CALL SEND_CMD MOVLW 'L' CALL SEND_DATA MOVLW 'I' CALL SEND_DATA MOVLW 'G' CALL SEND_DATA MOVLW 'H' CALL SEND_DATA Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định MOVLW 'T' CALL SEND_DATA MOVLW ':' CALL SEND_DATA RETURN DIV BIT====; ;==CHUONG TRINH CHIA SO 16 MOVLW 0XFE CPFSGT QUL GOTO SUBL1 INCF QUH,F SUBL1 INCF QUL MOVF DVSL,W SUBWF DVDL, F BTFSS STATUS,C DECF DVDH,F SUBH2 MOVF DVSH,W SUBWF DVDH,F BNN DIV DECF QUL,F MOVLW D'1' CPFSLT QUH DECF QUH,F Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định REMAINDER MOVF DVDL,W ADDWF DVSL,W MOVWF REL BTFSC STATUS,C INCF DVDH,F MOVF DVSH,W ADDWF DVDH,W MOVWF REH RETURN ;===CHUONG TRINH NHAN SO 16 BIT VOI 10 ===; MUL_10 MOVF ARG1L,W MULWF ARG2 ;ARG1L*ARG2 MOVFF PRODH, RES1 MOVFF PRODL, RES0 MOVF ARG1H,W MULWF ARG2 ;ARG1H*ARG2 MOVF PRODL,W ADDWF RES1,F CLRF WREG ADDWFC PRODH, F MOVFF PRODH, RES2 RETURN ;=========XU LI PHUONG TRINH=======; Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định ;=========XU LI MAU==========; MAU_SO ;5115/Vadc-5 CALL CLEAR_DIV ;TRUYEN GIA TRI CHO BIEN MOVLW 0X13 MOVWF DVDH MOVLW 0XFB MOVWF DVDL MOVF ADRESL,W MOVWF DVSL MOVF ADRESH,W MOVWF DVSH ; BAT DAU CHIA VÀ LUU KET QUA CALL DIV MOVFF QUL,TDENL MOVFF QUH,TDENH MOVFF REH, RNDH MOVFF REL, RNDL ; LAM TRON KET QUA CUA 5115/VADC CALL CLEAR_MUL MOVFF RNDH, ARG1H MOVFF RNDL, ARG1L MOVLW 0X0A MOVWF ARG2 CALL MUL_10 ;NHAN10 VA CHIA CHO VADC Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định CALL CLEAR_DIV MOVFF RES1,DVDH MOVFF RES0,DVDL MOVF ADRESL,W MOVWF DVSL MOVF ADRESH,W MOVWF DVSH CALL DIV MOVLW 0X05 ; NEU PHAN THAP PHAN LON HON HOAC BANG THÌ TANG KET QUA LEN 1, SAU DO LAY 5115/Vadc -5 CPFSLT QUL CALL TANG1 MOVLW 0X05 SUBWF TDENL,F CLRF WREG SUBWFB TDENH,F RETURN ;==== LAY 500/ (5115/Vadc-5) ===; XU_LI_PT CALL MAU_SO CALL CLEAR_DIV MOVLW 0X01 MOVWF DVDH MOVLW 0XF4 MOVWF DVDL MOVFF TDENL,DVSL Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định MOVFF TDENH, DVSH CALL DIV MOVFF QUL, RESULTL MOVFF QUH, RESULTH CALL CLEAR_MUL ; LAY PHAN THAP PHAN MOVFF REH, ARG1H MOVFF REL, ARG1L MOVLW 0X0A MOVWF ARG2 CALL MUL_10 ; SO DU NHAN 10 CALL CLEAR_DIV ; CHIA CHO MAU SO MOVFF RES1, DVDH MOVFF RES0, DVDL MOVFF TDENL, DVSL MOVFF TDENH, DVSH CALL DIV MOVFF QUL, DEC ; LAY PHAN THAP PHAN RETURN XU_LI_KQ CALL CLEAR_DIV ; TACH SO HANG TRAM MOVFF RESULTL, DVDL MOVFF RESULTH, DVDH MOVLW 0X00 MOVWF DVSH Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định MOVLW 0X64 MOVWF DVSL CALL DIV MOVFF QUL, HUND MOVFF REH, DVDH ; TACH SO HANG CHUC MOVFF REL, DVDL MOVLW 0X00 MOVWF DVSH MOVLW 0X0A MOVWF DVSL CALL CLEAR_DIV CALL DIV MOVFF QUL, TEN MOVFF REL, UNIT ; TACH HANG DON VI RETURN HIEN_THI_LCD MOVLW 0X30 ADDWF HUND,F ADDWF TEN,F ADDWF UNIT,F ADDWF DEC,F MOVLW 0X85 CALL SEND_CMD MOVF HUND,W Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định CALL SEND_DATA MOVF TEN,W CALL SEND_DATA MOVF UNIT,W CALL SEND_DATA MOVLW '.' CALL SEND_DATA MOVF DEC,W CALL SEND_DATA RETURN KT_NGUONG ; GIA SU NGUONG LA 100 LUX MOVLW 0X00 MOVWF LIMH MOVLW 0X64 MOVWF LIML SUBWF RESULTL,W MOVF LIMH,W SUBWFB RESULTH,W BC TAT BAT BSF PORTB,7 GOTO OUT TAT BCF PORTB,7 OUT RETURN LED_STATUS Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định ; HIEN THI TRANG THAI DEN TREN LCD MOVLW 0XC7 CALL SEND_CMD BTFSS PORTB,7 GOTO OFF ON MOVLW 'O' CALL SEND_DATA MOVLW 'N' CALL SEND_DATA MOVLW ' ' CALL SEND_DATA GOTO RET OFF MOVLW 'O' CALL SEND_DATA MOVLW 'F' CALL SEND_DATA MOVLW 'F' CALL SEND_DATA RET RETURN TANG1 INCF TDENL,F CLRF WREG ADDWFC TDENH,F Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định RETURN CLEAR_DIV; XOA KET QUA PHEP CHIA CLRF QUL CLRF QUH CLRF REL CLRF REH RETURN CLEAR_MUL ; XOA KQ PHEP NHAN CLRF ARG2 CLRF ARG1L CLRF ARG1H CLRF RES2 CLRF RES1 CLRF RES0 RETURN DELAY MOVLW 0XFF MOVWF COUNT DEL MOVLW 0XFF MOVWF COUNT1 DECFSZ COUNT1,1 GOTO $-2 DECFSZ COUNT,1 GOTO DEL Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định RETURN END III.3.2 Kết mơ Proteus Hình 3.2: Kết mơ Proteus Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang ... người I.1.2 Sơ đồ khối hệ thống dùng vi điều khiển PIC Ánh sáng Cảm biến ánh sáng Chuyển đổi ADC Nút nhấn Start/Stop Vi điều khiển Relay đèn LCD hiển thị Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD:... 6,86 W Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định CHƯƠNG III: MƠ PHỎNG HỆ THỐNG III.1 Thiết kế mạch ngun lí Hình 3.1: Sơ đồ mạch ngun lí hệ thống Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang... 1602: Đồ án vi xử lí vi điều khiển Trang GVHD: Nguyễn Quốc Định II.2 Tính chọn linh kiện mạch II.2.1 Chuyển đổi giá trị đọc từ ADC thành cường độ ánh sáng cần đo Đồ án vi xử lí vi điều khiển