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

Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Nhúng ĐỀ TÀI: BẬT TẮT ĐÈN THÔNG MINH VÀ ĐẾM SỐ NGƯỜI RA VÀO TRONG PHÒNG HỌP 1.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, phịng cơng 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 phịng 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 Quốc sản xuất: Được tích hợp sensor cảm ứng hồng ngoại thân nhiệt, đèn tự động bật có người vào vùng cảm ứng tắt khơng có người - SmartLight phù hợp với nhu cầu chiếu sáng thông minh bạn sân cổng, phòng khách, phòng ngủ, phòng vệ sinh, cầu thang, văn phịng giúp bạn bật tắt đèn hồn tồn tự động, mang lại an toàn, tiện nghi tiết kiệm điện… Tuy nhiên thiết bị tích hợp điều khiển với đèn sản phẩm Do giá thành cao khơng thích hợp cho phịng cần lượng chiếu sáng lớn, khơng thay đổi loại bóng đèn theo yêu cầu - 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 - 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 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 phòng họp công cộng, mà lưu lượng người không 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 cơng 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 THÔNG MINH VÀ ĐẾM SỐ NGƯỜI RA VÀO TRONG PHỊNG HỌP 10 Boad để lập trình c) - 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 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 d) - 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 - 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 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 Cơ sở lý thuyết a) 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 khơng 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 a) GPIO d) - 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) 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 (Digital-to-Analog Converter – Bộ chuyển đổi số sang tương tự), thiết bị hiển thị hình LCD, IC âm thanh, loại cảm biến nhiệt độ áp suất, thẻ nhớ MMC thẻ SD chí vi điều khiển khác 2.1.3 Sơ đồ hệ thống Mô tả: - Để phát người ta dùng thu phát hồng ngoại mắc gần đặt cửa vào - Xử lý, điều khiển dùng vi điều khiển ArmCortex M3 32bit (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 toán 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 phịng phịng khơng cịn người đèn tự động tắt Quá trình lặp lại trời sáng 2.3 Thiết kế phần cứng a) Sơ đồ nguyên lý - Mạch nhóm em sử dụng jum để thay hàn module trực tiếp vào linh kiện b) PCB – 3D 26 ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT QUẢ 3.1 Kết - Sau thực thành công phần cứng phần mềm sản phẩm, nhóm tiến hành kiểm tra tổng quát 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 TÀI LIỆU THAM KHẢO - 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-cua-smart-home/ ... Qua địi hỏi cần phải có hệ thống bật tắt đèn thông minh Thiết bị bật tắt đèn thơng 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... 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... 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