Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống chiếu sáng thông minh có lưu trữ

Nội dung chính của đồ án: Tìm hiểu cơ bản vệ hệ thống chiếu sáng thông minh có lưu trữ; Tìm hiểu cơ bản về cấu tạo nguyên lí hoạt động thiết bị sử dụng; Thiết kế phần cứng cho 1 hệ thống nhỏ; Thiết kế phần mềm. Mời các bạn cùng tham khảo!

LỜI NĨI ĐẦU Trong đời sống, dù nơng thơn hay thành thị  những u cầu của con người ngày càng  tăng cao để  có thể  đáp  ứng được với nhu cầu nay, rất nhiều nhà phát triển, nhà thiết   kế  đã sáng tạo và áp dụng ngày càng nhiều những tiên tiến khoa học vào đời sống,   theo đề  ra của đồ  án cũng như  xu thế  mới này chúng em sẽ  thiết kế  đèn led  thông  minh, nhận biết con người bật tắt tự động hoặc bằng tay Đồ  án mơn học là cơ  hội để  cho mỗi sinh viên có thể  kiểm tra và đánh giá lại kiến  thức mình đã học. Trong q trình làm đồ án, em đã được hướng dẫn, chỉ bảo tận tình  để em có thể hồn thành đồ án mơn học của mình Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng do hạn chế về kiến thức và cịn nhiều thiếu sót,   em rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp, bổ sung từ phía các thầy cơ giáo, bạn   bè hay những người quan tâm đến đề tài này Trong q trình nghiên cứu đề tài, em có tham khảo một số tài liệu : +  Giáo tình vi điều khiển + Các nguồn internet Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC CHƯƠNG 1 : ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ Cơng nghệ ngày càng phát triển, dẫn đến nhu cầu của con người về tự động  trong sinh hoạt đời sống cũng ngày càng tăng cao Và do u cầu của đề tài mơn học chúng em xin thiết kế mơ hình đèn thơng minh Tên đồ án : Thiết kế hệ thống chiếu sáng thơng minh có lưu trữ Nội dung chính của đồ án : Tìm hiểu cơ bản vệ hệ thống chiếu sáng thơng minh có lưu trữ Tìm hiểu cơ bản về cấu tạo ngun lí hoạt động thiết bị sử dụng Thiết kế phần cứng cho 1 hệ thống nhỏ Thiết kế phần mềm .       Thiết bị sử dụng ban đầu : Vi điều khiển arduino(atmega328); Cảm biến chuyển động Nguồn lưu trữ  Tự động chuyển nguồn CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Hệ thống chiếu sáng thơng minh Một hệ thống chiếu sáng thơng minh bao gồm rất nhiều những hệ thống bên trong,  chúng kết hợp với nhau có thể qua rất nhiều những giao thức khác nhau như internet ,  hồng ngoại , Bluetooth. Những chúng đều có chung những mục đích là làm tối ưu hóa  việc sử dụng điện cũng như chiếu sáng đúng thời điểm và đúng chỗ tránh hao phí Các thiết bị chiếu sáng giời rạc khi chúng kết nối với nhau thành 1 hệ thống chúng có  thể tạo nên rất nhiều chế độ hoạt động thơng minh.Và hơn hết chúng cũng có thể kết  nối với các thiết bị thơng minh khác qua đường truyền nội bộ. Và số lượng các thiết  bị có thể mở rộng gần như là khơng giới hạn. Tạo nên hệ thống đơng bộ, chúng có  khả năng thu thập các thói qn của chủ nhà đề đáp ứng nhu cầu tốt hơn 2.2 Một số phương pháp điều khiển 2.3  Phương pháp điều khiển dùng IC số mạch logic Phương pháp này có giá thành rẻ, và có cấu tạo đơn giản, mạch nhỏ  gọn rẽ thao tác   lắp đặt cũng như thay thế . Tuy nhiên mạch chỉ dựa vào các tác động logic đơn giản,  khả năng đáp ứng nhu cầu hạn chế, tính tùy biến, linh động khơng cao khó điều chỉnh  với các dự án lớn, ít khả năng nâng cấp hệ thống sau này Vì vậy ta nên thay thế  các mạch logic này bằng các dịng vi điều khiển, các dịng vi  điều khiển hiện nay được sản suất rất phổ  biến nên giá thành rẻ, rẽ  tiếp cận với   người sử dụng 2.4  Phương pháp điều khiển dùng vi điều khiển Với những tịa nhà lớn u cầu điều khiển càng mở  rộng hơn nên việc áp dụng các   dịng vi điều khiển càng cần thiết.  Với tkhả năng đáp ứng với điều kiện mơi trường thay đổi như nhiệt độ, độ ẩm và các   tiến hiệu nghiễu do các thiết bị  khác  ảnh hưởng. Tốc độ  xử  lí của vi điều khiển là  một điểm cộng lớn, với các dịng vi điều khiển hiện hành tốc độ  xử lí có thể lên đến  hàng triệu câu lệnh trên micro giây, hồn tồn dáp ứng với nhu cầu cần tác động nhanh   và chính xác Và một điểm cộng lớn nữa là mạch tích hợp vơ cùng nhỏ gọn, khả năng lấp trình tùy   biến cao, thích ứng tốt với nhu cầu phát triển mở rộng các dự án sau này 2.5. Hệ thống điều khiển trực tiếp Hệ thống điều khiển trực tiếp sử dụng các tiếp điển vật lí dưới sự tác động trực tiếp  của con người điều khiển.  Ưu điểm : Có độ tin cậy cao Giá thành rẻ hơn khi sử dụng các phương pháp khác Phổ biến hơn, chúng ta có thể mua ở mọi cửa hàng đồ điện Sử lý , bảo dương đơn giản và an tồn Ngược điểm: Tính linh hoạt khơng cao Khả năng đáp ứng nhu cầu con người trong thời kì phát triển về cơng nghệ Khả năng đa dạng hóa phương thức điều khiển thấp Khả năng mở rộng hệ thống thấp Khả năng đơng bộ hóa hệ thống khác thấp KẾT LUẬN Với u cầu tự động hóa ,kết nối vạn vật cũng như tính nhu cầu mới của con người,  và cũng như  u cầu của đồ  án mơn học, và các tính năng vượt trội hơn hẳn của vi   điều khiển với các mạch logic đơn giản. Chúng em lựa chọn thiết kế  hệ  thống đèn  thơng minh có lưu trữ  bật tắt tự động khi phát hiện chuyển động hoặc bằng tay dùng  vi điều khiển áp dụng quy mơ nhỏ, mang tính tìm hiểu và học hỏi CHƯƠNG 3:  THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG  3.1   Sơ đồ khối của hệ thơng 3.2   Tổng quan về Arduino Hình ảnh Arduino nano Arduino là một board mạch vi xử lý được sinh ra tại thị trấn Ivrea ở Ý, nhằm xây dựng  các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với mơi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng  bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel  8bit, hoặc ARM Atmel 32­bit. Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao  tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board  mở rộng khác nhau  Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến  một phương thức dễ dàng, khơng tốn kém cho những người u thích, sinh viên và  giới chun nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với mơi trường  thơng qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Những ví dụ phổ biến cho những  người u thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát  hiện chuyển động. Đi cùng với nó là một mơi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy  trên các máy tính cá nhân thơng thường và cho phép người dùng viết các chương trình  cho Aduino bằng ngơn ngữ C hoặc C++.  Thơng tin thiết kế phần cứng được cung cấp cơng khai để những ai muốn tự làm một  mạch Arduino bằng tay có thể tự mình thực hiện được (mã nguồn mở). Người ta ước  tính khoảng giữa năm 2011 có trên 300 ngàn mạch Arduino chính 2 thức đã được sản  xuất thương mại, và vào năm 2013 có khoảng 700 ngàn mạch chính thức đã được đưa  tới tay người dùng 3.2.1  Lịch sử Arduino được khởi động vào năm 2005 như là một dự án dành cho sinh viên trại  Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea) tại Ivrea,  Italy.Massimo Banzi, một trong những người sáng lập, giảng dạy tại Ivrea. Cái tên  "Arduino" đến từ một quán bar tại Ivrea, nơi một vài nhà sáng lập của dự án này  thường xuyên gặp mặt. Bản thân quán bar này có được lấy tên là Arduino, Bá tước  của Ivrea, và là vua của Italy từ năm 1002 đến 1014 3.2.2  Phần cứng Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung giúp  dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác. Một khía cạnh quan trọng của  Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối với CPU của  board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là shield. Vài  shield truyền thơng với board Arduino trực tiếp thơng qua các chân khác nhau, nhưng  nhiều shield được định địa chỉ thơng qua serial bus I²Cnhiều shield có thể được xếp  chồng và sử dụng dưới dạng song song. Arduino chính thức thường sử dụng các dịng  chip megaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, và  ATmega2560. Một vài các bộ vi xử lý khác cũng được sử dụng bởi các mạch Arduino  tương thích. Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch  anh dao động 16 MHz (hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một vài biến thể), mặc dù  một vài thiết kế như LilyPad chạy tại 8 MHz và bỏ qua bộ điều chỉnh điện áp onboard  do hạn chế về kích cỡ thiết bị. Một vi điều khiển Arduino cũng có thể được lập trình  sẵn với một boot loader cho phép đơn giản là upload chương trình vào bộ nhớ flash on­ chip, so với các thiết bị khác thường phải cần một bộ nạp bên ngồi. Điều này giúp  cho việc sử dụng Arduino được trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tính  gốc như là một bộ nạp chương trình.  Theo ngun tắc, khi sử dụng ngăn xếp phần mềm Arduino, tất cả các board được lập  trình thơng qua một kết nối RS­232, nhưng cách thức thực hiện lại tùy thuộc vào đời  phần cứng. Các board Serial Arduino có chứa một mạch chuyển đổi giữa RS232 sang  TTL. Các board Arduino hiện tại được lập trình thơng qua cổng USB, thực hiện thơng  qua chip chuyển đổi USB­to­serial như là FTDI FT232. Vài biến thể, như Arduino  Mini và Boarduino khơng chính thức, sử dụng một board adapter hoặc cáp nối USB­to­ serial có thể tháo rời được, Bluetooth hoặc các phương thức khác. (Khi sử dụng một  cơng cụ lập trình vi điều khiển truyền thống thay vì ArduinoIDE, cơng cụ lập trình  AVR ISP tiêu chuẩn sẽ được sử dụng.)   Board Arduino sẽ đưa ra hầu hết các chân I/O của vi điều khiển để sử dụng cho  những mạch ngồi. Diecimila, Duemilanove, và bây giờ là Uno đưa ra 14 chân I/O kỹ  thuật số, 6 trong số đó có thể tạo xung PWM (điều chế độ rộng xung) và 6 chân input  analog, có thể được sử dụng như là 6 chân I/O số. Những chân này được thiết kế nằm  phía trên mặt board, thơng qua các header cái 0.10­inch (2.5 mm). Nhiều shield ứng  dụng plug­in cũng được thương mại hóa. Các board Arduino Nano, và Arduino­ compatible Bare Bones Board và Boarduino có thể cung cấp các chân header đực ở mặt  trên của board dùng để cắm vào các breadboard.  Có nhiều biến thể như Arduino­compatible và Arduino­derived. Một vài trong số đó có  chức năng tương đương với Arduino và có thể sử dụng để thay thế qua lại. Nhiều mở  rộng cho Arduino được thực thiện bằng cách thêm vào các driver đầu ra, thường sử  dụng trong các trường học để đơn giản hóa các cấu trúc của các 'con rệp' và các robot  nhỏ. Những board khác thường tương đương về điện nhưng có thay đổi về hình dạng­ đơi khi cịn duy trì độ tương thích với các shield, đơi khi khơng. Vài biến thể sử dụng  bộ vi xử lý hồn tồn khác biệt, với các mức độ tương thích khác nhau 3.2.3 Các loại Arduino Hình Ảnh Các loại Arduino 10 theo thiết bị để tăng tính thẩm mỹ , thời trang. Pin Lithium ion khơng đáp ứng được  điều đó Vì những nhược điểm trên, ngày nay các nhà sản xuất đang chuyển sang sử dụng một  loại pin tốt hơn, khắc phục những nhược điểm và duy trì những ưu điểm của pin  Lithium ion Hình ảnh thực tế  Pin Lithium 3.4  Các khối mạch thiết kế 3.4.1 Khối chuyển nguồn Khối chuyển nguồn tự động khi nguồn chính mất Jack J1 là đầu vào kết nối với nguồn chính Tụ C1 có nhiệm vụ lọc nhiễu và ổn định điện áp đầu vào  17 R1 hạn dịng cho led D1 báo có nguồn vào Nguồn chính cấp vào tiếp điểm thường mở relay Nguồn phụ cấp vào tiếp điểm thường đóng cửa relay Ngun lý hoạt động : Khi cấp điện vào jack j lập tức cuộn hút của relay có điện và  tiếp điểm thường mở của relay đóng lại cấp nguồn cho mạch. Ngược lại khi mất  điện thì tiếp điểm nhả ra chuyển nguồn cấp sang nguồn pin dự phịng 3.4.1.2  Khối cảm biến chuyển động Khi có con người đi vào vùng qt của cảm biến chuyển động thì cảm biến chuyển  động sẽ đẩy chân Out từ mức thấp lên mức cao và sẽ giữ mức cao đến khi người đi ra  khỏi vùng qt của cảm biến , chân Out sẽ trả lại mức thấp, từ chức năng như vậy  đưa vào vi điều khiển xử lý kích mở bóng đèn Tính năng: + Tự động cảm ứng: Khi có người vào phạm vi cảm ứng, OUT: 1.5­3.3V;  khơng phát hiện ở 0V 18 + Khơng lặp lại kích hoạt: module tự động đưa về mức thấp khi hết thời gian  trễ + Có lặp lại kích hoạt: module ln giữ ở mức cao cho đến khi khơng cịn  người chuyển động + Thiết lập thời gian: module hoạt động ổn định khi cài đặt >5s Thơng số kĩ thuật: + Sử dụng điện áp: 4.5­12V DC + Đầu ra: 1.5 ­ 3.3V + Thời gian trễ: điều chỉnh trong khoảng 4­200 giây + Thời gian kích hoạt: 2.5s (Chống nhiễu)   + Kích thước PCB: 32mmx24mm   + Góc qt: