Đồ án thiết kế hệ thống nhúng, học viện công nghệ bưu chính viễn thông (5)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG ĐỀ TÀI: BẬT TẮT ĐÈN THÔNG MINH VÀ ĐẾM SỐ NGƯỜI RA VÀO TRONG PHÒNG HỌP GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: NGUYỄN NGỌC MINH SINH VIÊN THỰC HIỆN: TRẦN THỊ HÀ - B17DCDT062 NGUYỄN THỊ XUÂN - B17DCDT218 NGUYỄN THỊ HOÀI - B17DCDT082 NGUYỄN VĂN TOÀN - B17DCDT182 Hà Nội - 2021 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám đốc Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng tạo mơi trường rèn luyện, trau dồi kiến thức, kinh nghiệm tốt hiệu để nhóm có hội phát triển cung cấp hành trang quý giá cho chuyên môn nói riêng sống nói chung Xin trân trọng cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Minh tận tâm giúp đỡ nhóm thực đề tài “Bật tắt đèn thơng minh đếm số người vào phòng họp” Với kiến thức hướng dẫn tận tình, chi tiết thầy giúp đỡ nhóm đề tài nhiều điều từ phong cách làm việc chuyên nghiệp đến kiến thức chuyên môn từ đến chuyên sâu Do hạn chế kinh nghiệm nghiên cứu, nên đề tài nhóm khơng thể tránh khỏi sai sót, mong nhận ý kiến đóng góp thầy để đề tài hồn thiện Cuối xin kính chúc thầy gia đình thành công hạnh phúc Trân trọng! Hà Nội, tháng năm 2021 MỤC LỤC 4.1: Tài liệu tham khảo…………………………………………………… 19 LỜI MỞ ĐẦU Qua trình học tập gần năm Khoa Kỹ thuật Điện tử 1, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng qua thực tiễn thị trường cơng nghệ Nhóm nhận thấy thầy cô Khoa áp dụng chương trình giảng dạy sát với thực tiễn với vô số kiến thức từ đến nâng cao để sinh viên tiếp cận với thực tế, Từ mong muốn ứng dụng kiến thức học vào lập trình sản phẩm có tính ứng dụng cao, nhóm định thực đề tài: “Bật tắt đèn thông minh đếm số người vào phòng họp” sử dụng vi điều khiển STM32F103C8T6 Dưới hướng dẫn thầy Nguyễn Ngọc Minh, kết hợp với kiến thức thầy Khoa Kỹ Thuật Điện Tử giảng dạy, nhóm hoàn thành đề tài Nội dung đề tài bao gồm chương: - Chương 1: Nghiên cứu tổng quan - Chương 2: Nghiên cứu thiết kế “Bật tắt đèn thông minh đếm số người vào phòng họp” - Chương 3: Đánh giá kết - Chương 4: Tài liệu tham khảo Dưới nhóm xin trình bày chi tiết phần nội dung đề tài CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Nghiên cứu tổng quan hệ thống bật tắt đèn tự động Hiện hầu hết việc giám sát điều khiển chiếu sáng phịng cơng cộng điều khiển tay thơng qua đóng mở cơng tắc, aptomat, cầu dao Điều thuận lợi đơn giản ta bật tắt đèn theo nhu cầu sử dụng Tuy nhiên, phòng công cộng nên việc bật tắt đèn người trực khu nhà làm Vì họ khơng biết xác có người tới người hết khỏi phịng họ biết phải quản lý nhiều phòng nên họ để điện đến hết ca trực, điều gây lãng phí điện lớn, đặc biệt hoàn cảnh nước ta thiếu điện cách trầm trọng Qua địi hỏi cần phải có hệ thống bật tắt đèn thơng minh Thiết bị bật tắt đèn thông minh thiết bị có khả điều khiển hoạt động bật/tắt hệ thống đèn cách hoàn toàn tự động, bán tự động hay theo nhu cầu người dùng từ xa thơng qua loại sóng khơng dây nhờ điện thoại, remote hay ipad, … Hoặc theo ngữ cảnh hay thời gian với khả cảm biến hay hẹn bật tắt theo kế hoạch 1.2 Các hệ thống có Các loại thiết bị bật tắt đèn thông minh tiêu biểu như: Công tắc đèn cảm ứng hồng ngoại, công tắc đèn cảm biến chuyển động, công tắc đèn cảm biến ánh sáng, công tắc hẹn bật/tắt đèn, công tắc đèn điều khiển xa… Trên thị trường có số thiết bị bật tắt đèn thông minh, SmartLight Hàn thân đèn nhiệt, Quốc tự động sản xuất: bật Được có tích người hợp sensor vào cảm vùng cảm ứng ứng hồng ngoại tắt khơng có người Hình 1.1: Đèn thơng minh Smart Light SmartLight cổng, phù phòng hợp khách, với phòng nhu ngủ, cầu phịng chiếu vệ sáng sinh, cầu thơng thang, minh văn bạn phòng sân giúp bạn phẩm Do sáng lớn, bật tắt đèn hoàn toàn tự động, mang lại an toàn, tiện nghi tiết kiệm điện Tuy nhiên giá thiết thành bị cao tích khơng hợp ln thích hợp điều cho khiển với đèn phòng cần lượng sản chiếu khơng thay đổi loại bóng đèn theo yêu cầu Thiết bị bật - tắt đèn thông minh Lumi: Hình 1.2: Đèn thơng minh gắn trần nhà Hệ thống giám sát điều khiển chiếu sáng sử dụng camera kết nối với máy tính để kiểm sốt số người phịng, qua phát lệnh đóng mở cơng tắc bật tắt bóng đèn Hình 1.3: Hệ thống camera giám sát Hệ thống giúp việc bật tắt đèn nơi lắp đặt cách xác, tự động bán tự động Tuy nhiên sử dụng máy tính nên giá thành hệ thống cao, mặt khác không giải vấn đề tiết kiệm điện Vì thường sử dụng tịa nhà cơng nghệ cao, khu vực cần điều chỉnh chiếu sáng khơng phải mục đích tiết kiệm điện Hệ thống bật tắt đèn tự động sử dụng IC số mạch Logic cho phép ta dựa vào lượng người vào để đóng ngắt cơng tắc cách tự động Hình 1.4: Sơ đồ mô đề tài 1.3 Nhận xét đánh giá Hệ thống có cấu tạo đơn giản, rẻ, khơng phải lập trình mà dựa vào mạch Logic tính linh động khơng cao, khó chỉnh định điều kiện làm việc thay đổi, có khả nâng cấp mở rộng hệ thống Với phịng họp cơng cộng, mà lưu lượng người khơng lớn kiểm sốt việc đếm người qua cửa ta hồn tồn áp dụng hệ thống đèn thông minh sử dụng Vi điều khiển lập trình để bật đèn có người tắt khơng có người Điều vừa tiện lợi cho người: ứng dụng công nghệ tự động hóa vào sống người, đảm bảo đủ ánh sáng trình làm việc, người quản lý đỡ tốn thời gian đồng thời góp phần giải vấn đề tiết kiệm điện thời kỳ mà nhu cầu điện tiêu thụ vượt khả cung cấp nhà máy điện 1.4 Kết luận chương Qua phân tích trên, nhóm chúng em đưa giải pháp xây dựng hệ thống điều khiển đèn thơng minh cho phịng họp: điều khiển bật tắt đèn qua việc kiểm soát lượng người vào phịng Thu nhận tín hiệu xử lý tín hiệu, có người vào phịng, trời tối đèn tắt bật Khi người hết khỏi phịng tắt đèn Trong q trình làm việc hệ thống ln hiển thị số người cịn phòng để tiện cho việc kiểm tra, theo dõi CHƯƠNG II: BẬT TẮT ĐÈN THÔNG MINH VÀ ĐẾM SỐ NGƯỜI RA VÀO TRONG PHÒNG HỌP 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.1.1 Linh kiện sử dụng a) Vi điều khiển STM32F103C8T6 STM 31 dịng chip phổ biến STM với nhiều họ thơng dụng F0, F1, F2, F3, …STM32F103 thuộc họ F1 với lõi ARM CORTEX M3 STM32F103 vi điều khiển 32 bit, tốc độ tối đa 72Mhz, giá thành rẻ so với loại vi điều khiển có chức tương tự Mạch nạp cơng cụ lập trình đa dạng dễ sử dụng Một số ứng dụng chính: dùng cho driver để điều khiển ứng dụng, điều khiển ứng dụng thông thường, thiết bị cầm tay thuốc, máy tính thiết bị ngoại vi chơi game, GPS bản, ứng dụng cơng nghiệp, thiết bị lập trình PLC, biến tần, máy in, máy quét, hệ thống cảnh báo, thiết bị liên lạc nội bộ, … Phần mềm lập trình: có nhiều biên dịch cho STM32 IAR Embedded Workbench, Keil C, … Thư viện lập trình: có nhiều loại thư viện lập trình cho STM32 như: STM32 snippets, STM32Cube LL, STM32Cube HAL, Mbed core,…Mỗi thư viện có ưu nhược điểm riêng Mạch nạp: có nhiều loại mạch nạp ULINK, J-LINK, CMSIS-DAP, STLINK, Board để lập trình: b) Module led phát – led thu hồng ngoại (cảm biến) Module Led hồng ngoại loại cảm biến thông dụng dùng nhiều hệ thống cửa tự động thông minh, cảm biến an toàn cổng tự động barie tự động, cổng co giãn inox tự động cảm biến phát vật cản hồng ngoại hay cảm biến IR (IR detector) Ứng dụng: Cửa tự động thông minh, chống trộm, phát vật cản, đếm sản phẩm, đếm số lượng người, Thông số kỹ thuật: - Module phát vật cản khoảng cách từ - 30cm - Góc phát hiện: 35° - Khi phát vật cản, tín hiệu đầu OUT mức thấp đèn led màu xanh sáng - Có thể điều chỉnh khoảng cách biến trở Chỉnh chiết áp để tăng khoảng cách theo chiều kim đồng hồ, ngược lại để giảm khoảng cách - Cổng OUT điều khiển trực tiếp Rơ le 5V cổng IO MCU - Điện áp cung cấp: - 5V DC - Dòng điện tiêu thụ: 23 mA (3,3V), 43 mA (5V) Module Led (hiển thị) Module LED có dạng bảng mạch điện tử dạng mỏng, phẳng nhiều kích thước khác sử dụng cơng nghệ SMT gắn trực tiếp bóng LED phát c) sáng đại diện cho điểm ảnh Các module khác kết nối với thơng qua cổng thiết lập sẵn tạo thành hình LED thống với kích thước lớn Module Led cấu tạo số linh kiện bao gồm bảng mạch PCB, bóng Led, Chip điều khiển, IC khung đỡ module Led Module Cảm Biến Ánh Sáng Theo sơ đồ mạch nguyên lý dưới: Khi module cảm biến rung kích hoạt, có thay đổi điện áp đầu vào Ic LM393 Ic nhận biết có thay đổi đưa tín hiệu thấp để báo hiệu có rung động Chi tiết bạn tham khảo datasheet Ic LM393 d) - Cảm biến ánh sáng ban ngày ban đêm - Sử dụng ánh sáng điều khiển thiết bị điện - Đèn sáng tự động trời tối - Các ứng dụng quang học khác THÔNG SỐ KỸ THUẬT: - Điện áp làm việc: 3V – 5V - Kích thước module: 32mm x 11mm x 20mm - 3(hoặc 4) chân : VCC- D0(I/O)- GND - IC so sánh áp (comparator) LM393 ỨNG DỤNG: - Cảm biến ánh sáng ban ngày ban đêm - Sử dụng ánh sáng điều khiển thiết bị điện - Đèn sáng tự động trời tối - Các ứng dụng quang học khác 10 Module Cảm Biến Ánh Sáng dùng quang trở có ưu điểm: - Độ xác cao nhờ sử dụng IC so sánh áp (comparator) LM393 - Nhỏ gọn - Các thành phần phụ điện trở, tụ điện… cần thiết cho mạch gắn đầy đủ Chỉ cần cấp nguồn, nối dây điều khiển vào rơ le tắt/mở bóng đèn theo ý muốn e) Đèn Lựa chọn đèn hợp lý để lắp ráp kết nối chạy mạch 2.1.2 a) Cơ sở lý thuyết Tín hiệu analog Tín hiệu Analog tín hiệu liên tục, đồ thị biểu diễn tín hiệu analog đường liên tục (ví dụ sin, cos đường cong lên xuống bất kỳ) Analog có nghĩa tương tự, tức tín hiệu tương tự chất, khác cường độ tín hiệu lúc sau so với lúc trước b) Tín hiệu digital Tín hiệu digital tín hiệu số, bao gồm hai mức cao thấp (trong máy tính 1), tức không liên tục Trong điện tử máy tính, điện cao đại diện cho mức 1, thấp cho mức 0, thông thường vôn vôn Nhưng vi xử lý nay, mức cao cỡ vôn, mức thấp vôn, để tiết kiệm điện 11 c) GPIO GPIO viết tắt General Purpose Input Output GPIO “cổng” để vi điều khiển kết nối với ngoại vi bên Chức GPIO xuất tín hiệu (output) nhận tín hiệu vào (input) d) Giao thức SPI Giao tiếp ngoại vi nối tiếp SPI (Serial Peripheral Interface) chuẩn đồng nối tiếp để truyền liệu chế độ song cơng tồn phần (full – duplex) tức thời điểm xảy đồng thời trình truyền nhận Giao tiếp ngoại vi nối tiếp (SPI) loại giao thức kiểu Master – Slave cung cấp giao diện chi phí đơn giản chi phí thấp vi điều khiển thiết bị ngoại vi Bus giao tiếp SPI thường sử dụng để giao tiếp vi xử lý vi điều khiển với nhớ EEPROM, RTC (Đồng hồ thời gian thực), ADC (Analog to Digital Converter – Bộ chuyển đổi tương tự sang số), DAC (Digitalto-Analog Converter – Bộ chuyển đổi số sang tương tự), thiết bị hiển thị hình LCD, IC âm thanh, 12 loại cảm biến nhiệt độ áp suất, thẻ nhớ MMC thẻ SD chí vi điều khiển khác 2.1.3 Sơ đồ hệ thống Mơ tả: • Để phát người ta dùng thu phát hồng ngoại mắt gần đặt cửa vào • Xử lý, điều khiển dùng vi điều khiển Arm Cortex M3 32 bit (STM32F103C8T6): lập trình để STM nhận tín hiệu vào từ Module Led hồng ngoại, tính tốn xử lý để đưa lệnh bật tắt đèn • Để hiển thị ta dùng Module Led: lấy tín hiệu từ STM để thơng báo xem phịng có người • Điều khiển tắt/mở bóng đèn nhờ Module cảm biến 2.2 Thiết kế phần mềm 2.2.1 Lưu đồ thuật tốn 13 14 2.2.2 - - Giải thích chương trình Khi có người vào phịng Module led đoạn đếm hiển thị số lượng người phòng Trời tối cảm biến ánh sáng hoạt động kích hoạt đèn sáng Trong trường hợp trời sáng cảm biến ánh sáng khơng kích hoạt đèn sáng mà đếm số người có phịng Khi có người khỏi phịng Module led đoạn đếm số người khỏi phòng phịng khơng cịn người đèn tự động tắt Quá trình lặp lại trời sáng 2.3 Thiết kế phần cứng a) b) Sơ đồ nguyên lý - Mạch nhóm em sử dụng jum để thay hạng module trực tiếp vào linh kiện PCB – 3D 15 CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT QUẢ 3.1 Kết Sau thực thành công phần cứng phần mềm sản phẩm, nhóm tiến hành kiểm tra tổng qt tính sản phẩm Kết quả: - Sản phẩm đèn bật tắt tự động Hiển thị số người số người vào 3.2 Kết luận Hệ thống bật tắt đèn thơng minh dành cho phịng họp sử dụng thu phát hồng ngoại vi xử lý STM32 đáp ứng yên cầu môn học Hệ thống hoạt động tương đối ổn định có khả nâng cấp cải tiến dùng cho mục đích khác: chiếu sáng cầu thang, hành lang, chống trộm, … Tuy nhiên, hệ thống khuyết điểm chưa thể khắc phục được: Khi có người vào (ra) song song với nhận biết người Hay trường hợp chưa vào hẳn quay chưa hẳn trở vào hệ thống bị lỗi 16 CHƯƠNG IV: TÀI LIỆU THAM KHẢO 4.1 Tài liệu tham khảo Link tài liệu: - https://lumi.vn/thiet-bi-bat-tat-den-thong-minh-su-lua-chon-thong-minh-cua-nguoi-hien-dai/ https://smarthomekit.vn/3-cach-lam-bong-den-thong-minh/ https://minhanvietnam.com/san-pham/bat-tat-den-thong-minh-wifi-bkav-smarthome-sh-d2w2/ https://smarthome.com.vn/documents/10192/198548/SHD2%20-%20HDSD%20-%20V4.0.pdf https://nhathongminhpro.com/giai-phap-bat-den-tu-dong-voi-thiet-bi-bat-tat-den-thong-minh-cuasmart-home/ 17 ... theo kế hoạch 1.2 Các hệ thống có Các loại thiết bị bật tắt đèn thơng minh tiêu biểu như: Công tắc đèn cảm ứng hồng ngoại, công tắc đèn cảm biến chuyển động, công tắc đèn cảm biến ánh sáng, công. .. khảo…………………………………………………… 19 LỜI MỞ ĐẦU Qua trình học tập gần năm Khoa Kỹ thuật Điện tử 1, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng qua thực tiễn thị trường cơng nghệ Nhóm nhận thấy thầy cô Khoa áp dụng chương... Qua địi hỏi cần phải có hệ thống bật tắt đèn thơng minh Thiết bị bật tắt đèn thông minh thiết bị có khả điều khiển hoạt động bật/tắt hệ thống đèn cách hoàn toàn tự động, bán tự động hay theo nhu