Tài liệu thiết kế hệ thống chiếu sáng thông minh có lưu trữ

tai lieu, document1 of 66 LỜI NÓI ĐẦU Trong đời sống, dù nông thôn hay thành thị yêu cầu người ngày tăng cao để đáp ứng với nhu cầu nay, nhiều nhà phát triển, nhà thiết kế sáng tạo áp dụng ngày nhiều tiên tiến khoa học vào đời sống, theo đề đồ án xu chúng em thiết kế đèn led thông minh, nhận biết người bật tắt tự động tay Đồ án môn học hội sinh viên kiểm tra đánh giá lại kiến thức học Trong trình làm đồ án, em hướng dẫn, bảo tận tình để em hồn thành đồ án mơn học Mặc dù có nhiều cố gắng, hạn chế kiến thức cịn nhiều thiếu sót, em mong nhận nhiều ý kiến đóng góp, bổ sung từ phía thầy cô giáo, bạn bè hay người quan tâm đến đề tài Trong trình nghiên cứu đề tài, em có tham khảo số tài liệu : + Giáo tình vi điều khiển + Các nguồn internet Em xin chân thành cảm ơn! luan van, khoa luan of 66 tai lieu, document2 of 66 MỤC LỤC CHƯƠNG : ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Hệ thống chiếu sáng thông minh 2.2 Một số phương pháp điều khiển 2.3 Phương pháp điều khiển dùng IC số mạch logic 2.4 Phương pháp điều khiển dùng vi điều khiển KẾT LUẬN CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG 3.1 Sơ đồ khối hệ thông 3.2 Tổng quan Arduino 3.2.1 Lịch sử 3.2.2 Phần cứng 3.2.3 Các loại Arduino 3.3 Giới thiệu loại thiết bị hệ thống 3.3.1 Cảm biến chuyển động (PIR) 3.3.2 Relay điện từ 10 3.3.3 Pin lithium 13 3.4 Các khối mạch thiết kế 15 3.4.1 Khối chuyển nguồn 15 3.4.2 Khối nút nhấn 17 3.4.3 Khối điều khiển bóng đèn 17 3.4.5 Khối điều khiển sạc pin 18 KẾT LUẬN 19 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 20 CHƯƠNG : LẶP TRÌNH PHẦN MỀM 21 4.1 Lưu đồ thuật toán 21 4.2 Giới thiệu phần mền Arduino IDE 22 4.3 Mã chương trình 22 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 26 KẾT LUẬN 26 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 26 luan van, khoa luan of 66 tai lieu, document3 of 66 CHƯƠNG : ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ Công nghệ ngày phát triển, dẫn đến nhu cầu người tự động sinh hoạt đời sống ngày tăng cao Và yêu cầu đề tài môn 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 đồ án :  Tìm hiểu vệ hệ thống chiếu sáng thông minh có lưu trữ  Tìm hiểu cấu tạo nguyên lí hoạt động thiết bị sử dụng  Thiết kế phần cứng cho 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 luan van, khoa luan of 66 tai lieu, document4 of 66 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Hệ thống chiếu sáng thông minh Một hệ thống chiếu sáng thông minh bao gồm nhiều hệ thống bên trong, chúng kết hợp với qua nhiều giao thức khác internet , hồng ngoại , Bluetooth Những chúng có chung mục đích làm tối ưu hóa việc sử dụng điện chiếu sáng thời điểm chỗ tránh hao phí Các thiết bị chiếu sáng giời rạc chúng kết nối với thành hệ thống chúng tạo nên nhiều chế độ hoạt động thông minh.Và hết chúng kết nối với thiết bị thơng minh khác qua đường truyền nội Và số lượng thiết bị mở rộng gần khơng giới hạn Tạo nên hệ thống đơng bộ, chúng có khả thu thập thói quên chủ nhà đề đáp ứng nhu cầu tốt 2.2 Một số phương pháp điều khiển 2.3 Phương pháp điều khiển dùng IC số mạch logic Phương pháp có giá thành rẻ, có cấu tạo đơn giản, mạch nhỏ gọn rẽ thao tác lắp đặt thay Tuy nhiên mạch dựa vào tác động logic đơn giản, khả đáp ứng nhu cầu hạn chế, tính tùy biến, linh động khơng cao khó điều chỉnh với dự án lớn, khả nâng cấp hệ thống sau Vì ta nên thay mạch logic dòng vi điều khiển, dòng vi điều khiển sản suất phổ biến nên giá thành rẻ, rẽ tiếp cận với người sử dụng 2.4 Phương pháp điều khiển dùng vi điều khiển Với tòa nhà lớn yêu cầu điều khiển mở rộng nên việc áp dụng dòng vi điều khiển cần thiết Với tkhả đáp ứng với điều kiện môi trường thay đổi nhiệt độ, độ ẩm tiến hiệu nghiễu thiết bị khác ảnh hưởng Tốc độ xử lí vi điều khiển điểm cộng lớn, với dòng vi điều khiển hành tốc độ xử lí lên đến hàng triệu câu lệnh micro giây, hoàn toàn dáp ứng với nhu cầu cần tác động nhanh xác Và điểm cộng lớn mạch tích hợp vơ nhỏ gọn, khả lấp trình tùy biến cao, thích ứng tốt với nhu cầu phát triển mở rộng dự án sau luan van, khoa luan of 66 tai lieu, document5 of 66 2.5 Hệ thống điều khiển trực tiếp Hệ thống điều khiển trực tiếp sử dụng tiếp điển vật lí tác động trực tiếp người điều khiển Ưu điểm :     Có độ tin cậy cao Giá thành rẻ sử dụng phương pháp khác Phổ biến hơn, mua cửa hàng đồ điện Sử lý , bảo dương đơn giản an toàn Ngược điểm:      Tính linh hoạt khơng cao Khả đáp ứng nhu cầu người thời kì phát triển cơng nghệ Khả đa dạng hóa phương thức điều khiển thấp Khả mở rộng hệ thống thấp Khả đơng hóa hệ thống khác thấp KẾT LUẬN Với yêu cầu tự động hóa ,kết nối vạn vật tính nhu cầu người, yêu cầu đồ án môn học, tính vượt trội hẳn vi điều khiển với mạch logic đơn giản Chúng em lựa chọn thiết kế hệ thống đèn thơng minh có lưu trữ bật tắt tự động phát chuyển động tay dùng vi điều khiển áp dụng quy mơ nhỏ, mang tính tìm hiểu học hỏi luan van, khoa luan of 66 tai lieu, document6 of 66 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG 3.1 Sơ đồ khối hệ thông KHỐI NGUỒN CHÍNH KHỐI NGUỒN DỰ PHỊNG KHỐI CHUYỂN NGUỒN KHỐI CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNH KHỐI ĐIỀU KHIỂN KHỐI NÚT NHẤN KHỐI KÍCH MỞ ĐÈN 3.2 Tổng quan Arduino Hình ảnh Arduino nano luan van, khoa luan of 66 tai lieu, document7 of 66 Arduino board mạch vi xử lý sinh thị trấn Ivrea Ý, nhằm xây dựng ứng dụng tương tác với với môi trường thuận lợi Phần cứng bao gồm board mạch nguồn mở thiết kế tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, ARM Atmel 32-bit Những Model trang bị gồm cổng giao tiếp USB, chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế Arduino cố gắng mang đến phương thức dễ dàng, khơng tốn cho người u thích, sinh viên giới chuyên nghiệp để tạo thiết bị có khả tương tác với mơi trường thơng qua cảm biến cấu chấp hành Những ví dụ phổ biến cho người yêu thích bắt đầu bao gồm robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ phát chuyển động Đi với mơi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy máy tính cá nhân thơng thường cho phép người dùng viết chương trình cho Aduino ngôn ngữ C C++ Thông tin thiết kế phần cứng cung cấp công khai để muốn tự làm mạch Arduino tay tự thực (mã nguồn mở) Người ta ước tính khoảng năm 2011 có 300 ngàn mạch Arduino thức sản xuất thương mại, vào năm 2013 có khoảng 700 ngàn mạch thức đưa tới tay người dùng 3.2.1 Lịch sử Arduino khởi động vào năm 2005 dự án dành cho sinh viên trại Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea) Ivrea, Italy.Massimo Banzi, người sáng lập, giảng dạy Ivrea Cái tên "Arduino" đến từ quán bar Ivrea, nơi vài nhà sáng lập dự án thường xuyên gặp mặt Bản thân quán bar có lấy tên Arduino, Bá tước Ivrea, vua Italy từ năm 1002 đến 1014 3.2.2 Phần cứng Một mạch Arduino bao gồm vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung giúp dễ dàng lập trình mở rộng với mạch khác Một khía cạnh quan trọng luan van, khoa luan of 66 tai lieu, document8 of 66 Arduino kết nối tiêu chuẩn nó, cho phép người dùng kết nối với CPU board với module thêm vào dễ dàng chuyển đổi, gọi shield Vài shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua chân khác nhau, nhiều shield định địa thơng qua serial bus I²Cnhiều shield xếp chồng sử dụng dạng song song Arduino thức thường sử dụng dịng chip megaAVR, đặc biệt ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, ATmega2560 Một vài vi xử lý khác sử dụng mạch Arduino tương thích Hầu hết mạch gồm điều chỉnh tuyến tính 5V thạch anh dao động 16 MHz (hoặc cộng hưởng ceramic vài biến thể), vài thiết kế LilyPad chạy MHz bỏ qua điều chỉnh điện áp onboard hạn chế kích cỡ thiết bị Một vi điều khiển Arduino lập trình sẵn với boot loader cho phép đơn giản upload chương trình vào nhớ flash on-chip, so với thiết bị khác thường phải cần nạp bên Điều giúp cho việc sử dụng Arduino trực tiếp cách cho phép sử dụng máy tính gốc nạp chương trình Theo nguyên tắc, sử dụng ngăn xếp phần mềm Arduino, tất board lập trình thơng qua kết nối RS-232, cách thức thực lại tùy thuộc vào đời phần cứng Các board Serial Arduino có chứa mạch chuyển đổi RS232 sang TTL Các board Arduino lập trình thơng qua cổng USB, thực thông qua chip chuyển đổi USB-to-serial FTDI FT232 Vài biến thể, Arduino Mini Boarduino khơng thức, sử dụng board adapter cáp nối USB-to-serial tháo rời được, Bluetooth phương thức khác (Khi sử dụng công cụ lập trình vi điều khiển truyền thống thay ArduinoIDE, cơng cụ lập trình AVR ISP tiêu chuẩn sử dụng.) Board Arduino đưa hầu hết chân I/O vi điều khiển để sử dụng cho mạch Diecimila, Duemilanove, Uno đưa 14 chân I/O kỹ thuật số, số tạo xung PWM (điều chế độ rộng xung) chân input analog, sử dụng chân I/O số Những chân thiết kế nằm phía mặt board, thơng qua header 0.10-inch (2.5 mm) Nhiều shield ứng dụng plug-in thương mại hóa Các board Arduino Nano, Arduino-compatible Bare Bones luan van, khoa luan of 66 tai lieu, document9 of 66 Board Boarduino cung cấp chân header đực mặt board dùng để cắm vào breadboard Có nhiều biến thể Arduino-compatible Arduino-derived Một vài số có chức tương đương với Arduino sử dụng để thay qua lại Nhiều mở rộng cho Arduino thực thiện cách thêm vào driver đầu ra, thường sử dụng trường học để đơn giản hóa cấu trúc 'con rệp' robot nhỏ Những board khác thường tương đương điện có thay đổi hình dạng-đơi cịn trì độ tương thích với shield, không Vài biến thể sử dụng vi xử lý hoàn toàn khác biệt, với mức độ tương thích khác luan van, khoa luan of 66 tai lieu, document10 of 66 3.2.3 Các loại Arduino Hình Ảnh Các loại Arduino luan van, khoa luan 10 of 66 tai lieu, document15 of 66 Một số loại rơ-le thị trường 3.3.3 Pin lithium Cấu tạo Cấu tạo viên pin Li-ion hình trụ gồm: Vỏ ngồi, cực dương, cực âm, màng ngăn cách điện dung môi Cực dương (Positive) gọi Cathod cấu tạo từ Lithium cacbonat oxide (LiCo2) Có cấu trúc phân tử bao gồm phân tử Oxide coban liên kết với nguyên từ Lithium Khi có dịng điện chạy qua, ngun từ Lithium dể dàng tách khỏi câu trúc tạo thành ion dương Lithium, Li+ Cực âm (Negative) cấu tạo từ graphene (than chì) có chức lưu giữ ion Lithium L+ tinh thể Màng ngăn cách điện (seperator) mỏng làm nhựa PE PP nằm cực dương cực âm, có nhiều lỗ nhỏ có chức ngăn cách cực dương cực âm 13 luan van, khoa luan 15 of 66 tai lieu, document16 of 66 cho ion Li+ qua Một số pin màng ngăn cách có khả khít lại nhiệt độ cao, khơng cho Li+ qua Dung dịch điện phân: chất lỏng lấp đầy cực dương, cực âm màng ngăn, chứa LiPF6 dung mơi hữu cơ, chứa nước ( thấp 0.001%) Lithium tác dụng với nước Dung dịch có chức vật dẫn ion Li+ từ Các dài quấn lại thành nhiều vòng, ép chặt với nhau, chúng dung dịch điện phân hình Lớp vỏ bên ngồi thường làm kim loại để nén chặt lớp vật liệu bên Pin cịn trang bị lỗ khí để tránh để pin nổ áp suất bên tăng cao Pin Lithium ion có nhiều ưu điểm : Chu kỳ sạc xả lớn, sạc lúc không ảnh hưởng đến tuổi thọ pin Bên cạnh tồn số nhược điểm : Pin lithium ion bị suy giảm chất lượng theo thời gian, bạn có xài hay không Pin lithium – ion phải bọc lớp vỏ kim loại , dung môi điện phân dễ cháy nổ pin bị va đập , biến dạng Hơn nữa, sống ngày phát triển mang đến nhiều điều sáng tạo, có thiết bị đeo Smartwatch hay Smartphone cong, đòi hỏi viên pin phải cong theo thiết bị để tăng tính thẩm mỹ , thời trang Pin Lithium ion không đáp ứng điều Vì nhược điểm trên, ngày nhà sản xuất chuyển sang sử dụng loại pin tốt hơn, khắc phục nhược điểm trì ưu điểm pin Lithium ion Hình ảnh thực tế Pin Lithium 14 luan van, khoa luan 16 of 66 tai lieu, document17 of 66 3.4 Các khối mạch thiết kế 3.4.1 Khối chuyển nguồn Khối chuyển nguồn tự động nguồn Jack J1 đầu vào kết nối với nguồn Tụ C1 có nhiệm vụ lọc nhiễu ổn định điện áp đầu vào R1 hạn dòng cho led D1 báo có nguồn vào Nguồn cấp vào tiếp điểm thường mở relay Nguồn phụ cấp vào tiếp điểm thường đóng cửa relay Nguyên lý hoạt động : Khi cấp điện vào jack j cuộn hút relay có điện tiếp điểm thường mở relay đóng lại cấp nguồn cho mạch Ngược lại điện tiếp điểm nhả chuyển nguồn cấp sang nguồn pin dự phịng 3.4.1.2 Khối cảm biến chuyển động Khi có người vào vùng quét cảm biến chuyển động cảm biến chuyển động đẩy chân Out từ mức thấp lên mức cao giữ mức cao đến người khỏi vùng quét cảm biến , chân Out trả lại mức thấp, từ chức đưa vào vi điều khiển xử lý kích mở bóng đèn 15 luan van, khoa luan 17 of 66 tai lieu, document18 of 66 Tính năng: + Tự động cảm ứng: Khi có người vào phạm vi cảm ứng, OUT: 1.5-3.3V; không phát 0V + Khơng lặp lại kích hoạt: module tự động đưa mức thấp hết thời gian trễ + Có lặp lại kích hoạt: module ln giữ mức cao khơng cịn người chuyển động + Thiết lập thời gian: module hoạt động ổn định cài đặt >5s Thông số kĩ thuật: + Sử dụng điện áp: 4.5-12V DC + Đầu ra: 1.5 - 3.3V + Thời gian trễ: điều chỉnh khoảng 4-200 giây + Thời gian kích hoạt: 2.5s (Chống nhiễu) + Kích thước PCB: 32mmx24mm + Góc qt: