ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TOÀ NHÀ BẰNG VI XỬ LÝ 89C51

PHẦN IGIỚI THIỆU ĐỀ TÀIChương ITỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TOÀ NHÀBẰNG VI XỬ LÝ 89C51I. Yêu cầu của đề tài:Trong cuộc sống hiện tại, khoa học kỹ thuật phát triển rất nhanh, nhữngcông cụ ra đời sẽ giúp giải phóng sự lao động trí óc: nghiên cứu, cải tiến,sáng tạo. Chỉ tiêu của khoa học kỹ thuật là làm sao nâng cao được chấtlượng và hiệu suất công việc, hầu như công nghệ tự động ra đời là đáp ứngnhu cầu đó. Cho nên, em đã nghiên cứu về đề tài“ Điều khiển giám sát nhàcao tầng dùng vi xử lý 89C51 qua mạng RS-485. Các kít vi xử lý này có thểhoạt động hoàn toàn độc lập theo một chương trình lập sẵn. Bên cạnh đó,chúng còn có thể được giám sát và điều khiển các thiết bị trong từng phòngthông qua gởi lệnh đến đúng kít vi xử lý cần điều khiển để thi hành lệnh đó.Ngoài việc điều khiển các thiết bị dùng điện trong phòng, ta còn có thể đảmbảo an ninh cho từng phòng bằng hệ thống phát hiện cháy, phát hiện trộmbằng cảm biến quang.Một chuyên gia về công nghệ nhà thông minh ( Home Automation )–Kenne P.Wacks– đã viết một bài báo giới thiệu về ngôi nhà thông minh nhưsau:“ Hơn 6 năm qua, một công nghệ mới gọi là công nghệ nhà thông minhđã được nghiên cứu và phát triển. Công nghệ này sẽ tạo nên một thế hệ mớicủa các thiết bị cung cấp cho người dùng chúng. Những công nghệ trước đócùng với khái niệm ngôi nhà thông minh sau này sẽ tạo nên những sản phẩmvà loại hình dịch vụ mới mẻ trong tương lai. Một số ít các công ty đang giớithiệu về ngôi nhà tự động. Một vài công ty lớn và các viện nghiện cứu đangthăm dò công nghệ mới nhưng đầy tiềm năng này.Mạng truyền thông trong nhà sẽ cung cấp những cơ sở hạ tầng để liênkết các thiết bị cảm biến, bộ điều khiển và bảng điều khiển trong nhà. Điềunày sẽ trở nên khả thi bằng cách tạo ra sự phát triển công nghệ truyền thôngtrong những ngôi nhà tự động.Trong ngôi nhà thông minh từ“thiết bị” không chỉ đề cập đến các dụngcụ trong nhà bếp, thiết bị video/audio, các hệ thống có thể dịch chuyển , cácthiết bị chiếu sáng, thiết bị sưởi ấm, làm lạnh, hệ thống an ninh... Công nghệnày sẽ bật đèn xanh cho các công ty nghiên cứu cho ra đời những sản phẩmvà hình thức dịch vụ mới. Các sản phẩm này sẽ có chung điểm tương đồngnào đó hay là những thuộc tính tương tự nhau. Các thuộc tính đó là: Vai trò của các thiết bị trong nhà thông minh: hầu hết các thiết bịtrong nhà đều có vỏ bằng nhựa hay kim loại. Một vài thiết bị vận hành độc lậpvới các thiết bị khác. Tuy nhiên cũng có những dụng cụ cần có một thiết bịkhác điều khiển nó. Các thiết bị trong ngôi nhà thông minh đều có thể truyền dữ liệu. Ta sẽ nhóm các thiết bị này lại chung một nhóm. Ví dụ: hệ thống anninh, hệ thống Audio/Video. Trong tương lai các hệ thống này có thể chophép máy giặt hay máy rửa chén yêu cầu bộ phận nung nóng nước, chuẩn bịnước nóng khi chúng cần đến. Sự hợp nhất các chuẩn truyền thông: các thiết bị trong tương laiđều có một chuẩn truyền thông chung, có cùng dây nối đặc biệt. Tiêu chuẩncủa ngôi nhà thông minh là sẽ làm nhẹ bớt đi công việc của các nhà sản xuấtvề việc phải sáng chế ra giao thức truyền thông và cung cấp các đường dâydẫn dữ liệu. Yêu cầu của đề tài mà em được giao: Thiết kế phần cứng mạch báo cháy tự động. Mạch động lực điều khiển thiết bị dùng điện bằng vi xử lý. Mạch phát hiện trộm bằng cảm biến: dùng LED hồng ngoại. Mạch giao tiếp máy tính của từng vi xử lý. Lập trình giao tiếp bằng ngôn ngữ visual basic.II. Hướng thực hiện đề tàiĐể thực hiện được phần cứng đảm bảo yêu cầu như trên, em đã thiếtkế mạch mô phỏng cảm biến quang phát hiện trộm và cảm biến quang đếmngười ra vào phòng. Do mạch cảm biến cháy có giá trị rất cao nên em đãdùng một IC đo nhiệt độ để mô phỏng. Đó là IC nhiệt LM 335. Dùng vi xử lý89C51 để điều khiển mạch động lực đóng tắt các thiết bị.Chuẩn truyền thông nối tiếp thông dụng hiện nay là RS-232C, tuy nhiênchuẩn truyền thông này chỉ dùng truyền số liệu trên khoảng cách ngắn (15m).Nên để có thể truyền dữ liệu từ kit vi xử lý về máy tính ở khoảng cách xa hơnta dùng chuẩn RS-485. Để chuyển đổi từ chuẩn RS-232C sang chuẩn RS-485 ta cần phải có một mạch điện chuyển đổi.

PHẦN I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Chương I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TOÀ NHÀ BẰNG VI XỬ LÝ 89C51 I. Yêu cầu của đề tài: Trong cuộc sống hiện tại, khoa học kỹ thuật phát triển rất nhanh, những công cụ ra đời sẽ giúp giải phóng sự lao động trí óc: nghiên cứu, cải tiến, sáng tạo. Chỉ tiêu của khoa học kỹ thuật là làm sao nâng cao được chất lượng và hiệu suất công việc, hầu như công nghệ tự động ra đời là đáp ứng nhu cầu đó. Cho nên, em đã nghiên cứu về đề tài “ Điều khiển giám sát nhà cao tầng dùng vi xử lý 89C51 qua mạng RS-485. Các kít vi xử lý này có thể hoạt động hoàn toàn độc lập theo một chương trình lập sẵn. Bên cạnh đó, chúng còn có thể được giám sát và điều khiển các thiết bị trong từng phòng thông qua gởi lệnh đến đúng kít vi xử lý cần điều khiển để thi hành lệnh đó. Ngoài việc điều khiển các thiết bị dùng điện trong phòng, ta còn có thể đảm bảo an ninh cho từng phòng bằng hệ thống phát hiện cháy, phát hiện trộm bằng cảm biến quang. Một chuyên gia về công nghệ nhà thông minh ( Home Automation ) – Kenne P.Wacks – đã viết một bài báo giới thiệu về ngôi nhà thông minh như sau: “ Hơn 6 năm qua, một công nghệ mới gọi là công nghệ nhà thông minh đã được nghiên cứu và phát triển. Công nghệ này sẽ tạo nên một thế hệ mới của các thiết bị cung cấp cho người dùng chúng. Những công nghệ trước đó cùng với khái niệm ngôi nhà thông minh sau này sẽ tạo nên những sản phẩm và loại hình dịch vụ mới mẻ trong tương lai. Một số ít các công ty đang giới thiệu về ngôi nhà tự động. Một vài công ty lớn và các viện nghiện cứu đang thăm dò công nghệ mới nhưng đầy tiềm năng này. Mạng truyền thông trong nhà sẽ cung cấp những cơ sở hạ tầng để liên kết các thiết bị cảm biến, bộ điều khiển và bảng điều khiển trong nhà. Điều này sẽ trở nên khả thi bằng cách tạo ra sự phát triển công nghệ truyền thông trong những ngôi nhà tự động. Trong ngôi nhà thông minh từ “thiết bị” không chỉ đề cập đến các dụng cụ trong nhà bếp, thiết bị video/audio, các hệ thống có thể dịch chuyển , các thiết bị chiếu sáng, thiết bị sưởi ấm, làm lạnh, hệ thống an ninh Công nghệ này sẽ bật đèn xanh cho các công ty nghiên cứu cho ra đời những sản phẩm và hình thức dịch vụ mới. Các sản phẩm này sẽ có chung điểm tương đồng nào đó hay là những thuộc tính tương tự nhau. Các thuộc tính đó là:  Vai trò của các thiết bị trong nhà thông minh: hầu hết các thiết bị trong nhà đều có vỏ bằng nhựa hay kim loại. Một vài thiết bị vận hành độc lập với các thiết bị khác. Tuy nhiên cũng có những dụng cụ cần có một thiết bị khác điều khiển nó. Các thiết bị trong ngôi nhà thông minh đều có thể truyền dữ liệu. Ta sẽ nhóm các thiết bị này lại chung một nhóm. Ví dụ: hệ thống an ninh, hệ thống Audio/Video. Trong tương lai các hệ thống này có thể cho phép máy giặt hay máy rửa chén yêu cầu bộ phận nung nóng nước, chuẩn bị nước nóng khi chúng cần đến.  Sự hợp nhất các chuẩn truyền thông: các thiết bị trong tương lai đều có một chuẩn truyền thông chung, có cùng dây nối đặc biệt. Tiêu chuẩn của ngôi nhà thông minh là sẽ làm nhẹ bớt đi công việc của các nhà sản xuất về việc phải sáng chế ra giao thức truyền thông và cung cấp các đường dây dẫn dữ liệu.  Yêu cầu của đề tài mà em được giao:  Thiết kế phần cứng mạch báo cháy tự động.  Mạch động lực điều khiển thiết bị dùng điện bằng vi xử lý.  Mạch phát hiện trộm bằng cảm biến: dùng LED hồng ngoại.  Mạch giao tiếp máy tính của từng vi xử lý.  Lập trình giao tiếp bằng ngôn ngữ visual basic. II. Hướng thực hiện đề tài Để thực hiện được phần cứng đảm bảo yêu cầu như trên, em đã thiết kế mạch mô phỏng cảm biến quang phát hiện trộm và cảm biến quang đếm người ra vào phòng. Do mạch cảm biến cháy có giá trị rất cao nên em đã dùng một IC đo nhiệt độ để mô phỏng. Đó là IC nhiệt LM 335. Dùng vi xử lý 89C51 để điều khiển mạch động lực đóng tắt các thiết bị. Chuẩn truyền thông nối tiếp thông dụng hiện nay là RS-232C, tuy nhiên chuẩn truyền thông này chỉ dùng truyền số liệu trên khoảng cách ngắn (15m). Nên để có thể truyền dữ liệu từ kit vi xử lý về máy tính ở khoảng cách xa hơn ta dùng chuẩn RS-485. Để chuyển đổi từ chuẩn RS-232C sang chuẩn RS- 485 ta cần phải có một mạch điện chuyển đổi. Sơ đồ khối mạch chuyển đổi như sau: ( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng Trang 2 PC 3 7 2 TXD RTS RXD Max 232 75176 Kit vi xử lí I Kit vi xử lí II Sơ đồ khối mạch kết nối giữa máy tính và các kit vi xử lí Kit vi xử lý em thiết kế có những chức năng sau:  Đo nhiệt độ hiện tại trong phòng hiển thị lên LED 7 đoạn, ngoài chức năng đo nhiệt độ, mạch này còn thay thế cho cảm biến cháy. Khi nhiệt độ trên IC LM335 tăng lên, tùy theo từng mức được lập sẵn trong chương trình mà nó sẽ báo chuông, hay sẽ gởi dữ liệu về máy tính để cho biết trạng thái hiện tại trong phòng theo giao thức truyền dữ liệu theo kiểu hỏi vòng.  Ngoài ra, mạch còn có chức năng đếm số người đi ra hay vào phòng. Trong phòng để đảm bảo tính tự động hoàn toàn sẽ không có công tắc điện của những thiết bị mà vi xử lý có thể điều khiển. Nếu số người trong phòng lớn hơn hay bằng 1 thì vi xử lý sẽ gởi một tín hiệu đến mạch động lực kích đóng các thiết bị như quạt, máy lạnh, đèn. Nếu người trong phòng là không thì vi xử lý sẽ gởi một tín hiệu đến mạch động lực tắt các thiết bị trong phòng. Tuy nhiên, trên mạch có hai nút nhấn hay một số nút nhấn để người trong phòng có thể điều khiển có tín hiệu hồi tiếp về cho nên vi xử lý sẽ nhận biết các thiết bị đó đang đóng hay mở. Khi người dùng nhấn nút tương ứng thì tùy vào trạng thái của thiết bị mà vi xử lý sẽ kích đóng hay ngắt thiết bị đó. Phần này sẽ làm cho mạch được linh động, không tuân theo chương trình phần mềm cài sẵn một cách cứng ngắt.  Giả sử khi nhiệt độ ngoài trời giảm xuống khoảng 15 o C thì cũng không cần bật máy lạnh làm gì . Tuy nhiên, vi xử lý cứ nhận thấy có người trong phòng là nó sẽ đóng nguồn cho máy lạnh hoạt động. Người trong phòng có thể tắt máy lạnh bằng nút nhấn trên mạch vi xử lý. Ta có thể khắc phục được nhược điểm này bằng cách viết chương trình cho vi xử lý so sánh nhiệt độ hiện tại trong phòng với nhiệt độ chuẩn ( 15 o C chẳng hạn ). Nếu nhiệt độ đo được bé hơn 15 o C thì sẽ tắt máy lạnh đi. Do mạch sử dụng ADC 0809 sai số tương đối không nhiều, tuy nhiên do mạch gia công tín hiệu ra của IC nhiệt LM335 cho nên nhiệt độ càng thấp thì áp ra càng nhỏ và ADC sẽ đổi ra sai số tương đối cao. Sai số này là do mạch gia công gây ra đồng thời cộng thêm sai số của chính bản thân ADC 0809. Cho nên không đảm bảo rằng mạch hoạt động đúng như thiết kế ở nhiệt độ nhỏ hơn 15 o C.  Mạch cảm biến quang dùng để phát hiện trộm đặt ở những thiết bị hay dụng cụ cần gìn giữ. III. Vấn đề kết nối mạng Thuật ngữ mạng đã trở nên rất quen thuộc khi mạng thông tin Internet ngày càng trở nên rất gần gũi với con người chúng ta. Nếu quản lý thiết bị ( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng Trang 3 trong phòng theo phương pháp thông thường sẽ không kinh tế và tiết kiệm. Ta cần phải làm sao để tiết kiệm cho được càng nhiều càng tốt. Cho nên để tránh lãng phí ta nên điều khiển các thiết bị bằng máy tính. Chỉ cần một nhân viên cũng có thể tắt hay mở thiết bị trong từng phòng. Nếu ta tắt các thiết bị bằng tay thì sẽ không kinh tế, khi khách ra khỏi phòng mà quên tắt các thiết bị thì sẽ lãng phí rất nhiều năng lượng điện. Tiết kiệm được phần năng lượng hao phí đó ta sẽ giúp cho việc giảm giá thành khi kinh doanh cho thuê phòng chẳng hạn. Máy tính có khả năng đóng tắt các thiết bị thông qua vi xử lý, đồng lưu trữ trạng thái các thiết bị trước đó. ( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng Trang 4 PC Khối chuyển đổi RS-485 sang R-232 B A RXD TXD RTS Khối chuyển đổi mức TTL sang RS- 485 Khối chuyển đổi mức TTL sang RS- 485 Khối chuyển đổi mức TTL sang RS- 485 A B A A B B Kit vi xử lí phòng 1 Kit vi xử lí phòng 3Kit vi xử lí phòng 2 TXD TXD TXD RXD RXD RXD Điều khiển Điều khiển Điều khiển Sơ đồ khối mạch kết nối giữa máy tính và các kit vi xử lí Chương II GIỚI THIỆU VỀ CÁC MẠCH BÁO CHÁY Cảm biến dựa vào các đặc tính vật lý của vật liệu, các hiện tượng vật lý để chuyển đổi các đại lượng phi điện thành các tín hiệu điện để đơn giản trong quá trình đo lường và tính toán. Mô tả toán học của các cảm biến là một hàm truyền được ký hiệu là H. Phương trình mô tả cảm biến được biểu diễn như sau: Đại lượng ra (điện)=H x đại lượng vào (phi điện) · Các đặc tính chuẩn của cảm biến: _ Độ nhạy. - _ Độ ổn định _ Nhiễu (có khả năng hoạt động trong mọi trường có tín hiệu gây nhiễu hay nhiễu do chính cảm biến sinh ra trong quá trình hoạt động). _ Tầm đo . _ Độ tuyến tính (cảm biến có độ tuyến tính càng cao càng tốt). · Hệ thống báo cháy thường gồm 3 loại mạch báo cháy thông dụng: _ Mạch báo cháy nhiệt. _ Mạch báo cháy khói. _ Mạch báo cháy lửa. Hầu hết các linh kiện điện tử đều có đặc tính nhiệt thay đổi theo nhiệt độ. Nhưng để làm cảm biến ta chỉ chọn vật liệu có độ nhạy cao và hàm truyền tốt mà thôi. Đây là loại cảm biến tương đối phức tạp và tinh vi, sử dụng các linh kiện điện tử chuyên dụng. Các linh kiện điện tử này có khá nhiều trên thị trường linh, kiện ở Việt Nam hiện nay. Nó sử dung nguyên tắc dòng hay áp trên các linh, kiện này sẽ thay đổi khi nhiệt độ tại nơi đặt thiết bị thay đổi. Tùy theo loại mà có thể sẽ tăng hay giảm các đại lượng điện theo nhiệt độ. Loại cảm biến này rất nhạy nhưng nó sẽ rất gây ra tình trạng báo động nhầm khi có một nguồn nhiệt để gần cảm biến. Ví dụ như thân nhiệt con người chẳng hạn. I. Chuyển đổi nhiệt điện : Chuyển đổi nhiệt điện là những chuyển đổi dựa trên các quá trình nhiệt như đốt nóng, làm lạnh, trao đổi nhiệt… Thực tế khi đo lường các đại lượng không điện theo phương pháp điện thường dùng hai hiện tượng, đó ( là hiệu ứng nhiệt điện và hiệu ứng thay đổi nhiệt trở của dây dẫn hay chất bán dẫn khi nhiệt độ thay đổi. ( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng Trang 5 Tương ứng với hai hiện tượng trên, người ta phân thành hai loại: chuyển đổi cặp nhiệt điện và chuyển đổi nhiệt điện trở. 1. Chuyển đổi cặp nhiệt điện: a. Nguyên lý làm việc của cặp nhiệt điện : chủ yếu dựa trên hai hiện tượng sau: Nếu hai dây dẫn khác nhau nối với nhau tại hai điểm 1 và 2, và một trong hai điểm đó ( ví dụ ta lấy tại điểm 1) được đốt nóng thì trong mạch sẽ xuất hiện một dòng điện gây bởi sức điện động gọi là sức điện động nhiệt điện, là hiệu số các hàm số nhiệt độ ET = f(t 1 )- f(t 2 ) Mạch điện như còn gọi là cặp nhiệt điện hay cặp điện ngẫu. Điểm được đốt nóng gọi là đầu công tắc ( điểm 1 ), điểm còn lại gọi là đầu tự do( điểm thứ 2 ) là hằng số f(t 2 )=const thì: ET = f(t 1 ) – C Biểu thức trên là cơ sở của phép đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện. Theo phương pháp này, việc đo nhiệt độ t 1 sẽ dẫn đến việc đo sức điện động của cặp nhiệt điện khi giữ cố định nhiệt độ đầu tự do của nó. Vật liệu dùng để chế tạo cặp nhiệt điện ngẫu cần đảm bảo các yêu cầu sau: quan hệ giữa sức điện động nhiệt điện với nhiệt độ là một hàm đơn trị, tính chất nhiệt điện không thay đổi, độ bền hóa học và cơ học phải cao, dẫn nhiệt tốt, có trị số suất điện động nhiệt lớn. Cặp nhiệt điện được nối với nhau bằng phương pháp hàn đặc biệt và đặt trong thiết bị bảo vệ nhằm tránh bị ăn mòn hóa học, thiết bị này được chế tạo từ vật liệu bền cơ học, không thấm khí, không bị ăn mòn. Thiết bị trên thường là các ống được chế tạo bằng thép đặc biệt. Đối với cặp nhiệt điện quí , ống bảo vệ chế tạo bằng thạch anh và gốm. Để cách điện người ta dùng Amian (300 0 C ), ống thạch anh ( với 1000 0 C ) hoặc ống sứ đến 140 0 C. β. Những nguyên nhân gây sai số và hiệu chỉnh cho đúng: Ta biết rằng phương trình biến đổi của cặp nhiệt điện trong trường hợp chung, một cách gần đúng có thể biểu diễn dưới dạng : ET =A.t+B.t 2 +C.t 3 ET : là sức điện động nhiệt . T: hiệu nhiệt độ giữa đầu công tắc và đầu tự do. A, B, C :các hằng số phụ thuộc vào vật liệu của dây làm cặp nhiệt điện. Và độ nhạy của nó được tính như sau: S T » A+2Bt +3Ct Độ nhạy không phải là hằng số mà phụ thuộc vào nhiệt độ. ( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng Trang 6 Do vậy các cặp nhiệt điện công nghiệp thường cho trước một bảng sức điện động ứng với các nhiệt độ khác nhau trong khoảng 1 0 C với đầu tự do ở 0 0 C. c. Chuyển đổi nhiệt điện trở: Nhiệt điện trở là chuyển đổi có điện trở thay đổi theo sự thay đổi nhiệt độ của nó. Tùy theo tác dụng nhiệt của dòng điện cung cấp chạy qua chuyển đổi người ta phân ra: nhiệt điện trở đốt nóng và nhiệt điện trở không đốt nóng. Trong nhiệt điện trở không đốt nóng dòng điện chạy qua rất nhỏ không làm tăng nhiệt độ của điện trở và nhiệt độ của nó bằng nhiệt độ môi trường. Nhiệt điện trở loại này dùng để đo nhiệt độ và các đại lượng cơ học như đo sự dịch chuyển. Nhiệt điện trở đốt nóng, dòng điện chạy qua rất lớn làm nhiệt độ của nó tăng lên cao hơn nhiệt độ môi trường , nên có sự tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh. Nhiệt điện trở loại này được dùng trong việc đo lưu lượng, lưu tốc của dòng chảy, phân tích các chất hóa học… Nhiệt điện trở được chế tạo bằng dây hoặc chất bán dẫn. Yêu cầu đối với vật liệu chế tạo là có hệ số nhiệt độ lớn, bền hóa học, điện trở suất rất lớn, khó nóng chảy… Để giảm tổn hao nhiệt dẫn, chiều dài của nhiệt điện trở cần phải lớn hơn đường kính dây gấp nhiều lần . 2. Các loại cảm biến nhiệt: a. Thermocouples: Thermocouples biến đổi đại lượng nhiệt độ thành dòng điện hay điện áp DC nhỏ. Nó gồm có hai dây kim loại khác nhau nối với nhau tại hai đầu mối nối. Khi các mối nối được đặt tại các vị trí khác nhau, trong dây dẫn xuất hiện sức điện động. Sức điện động này tỉ lệ với chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu mối nối. Thermocouples có hệ số nhiệt dương. b. Thermistor: Thermistor là điện trở có độ nhạy nhiệt rất cao nhưng phi tuyến vả có hệ số nhiệt âm. Điện trở giảm phi tuyến đối với sự tăng nhiệt độ vì Thermistor là điện trở nên dòng điện qua nó sinh ra nhiệt gây nên sai số rất lớn. Do đó phải hạn chế dòng qua nó rất nhỏ. c. Điện trở dò nhiệt (RTDs): Cảm biến loại này dựa vào đặc tính trở phụ thuộc nhiệt độ của vật liệu. Nó có hệ số nhiệt dương nhỏ, nhưng đo rất chính xác. d. IC cảm biến nhiệt độ bán dẫn: IC cảm biến bán dẫn kết hợp với mạch gia công bên trong. Nhờ đó IC có thể tạo tín hiệu điện áp ra tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối, với độ nhạy nhiệt và độ chính xác cao. IC loại này khá phổ biến trên thị trường hiện nay. Với IC thông dụng hiện nay là LM335. ( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng Trang 7 ΙΙ. Mạch phát hiện khói ( dùng cảm biến quang hay cảm biến ion ): 1. Mạch phát hiện khói dùng phương pháp quang ( cảm biến quang): Loại này được sử dụng linh kiện thu phát quang . Người ta sử dụng linh kiện phát quang ( LED hồng ngoại ) chiếu một tia sáng qua vùng cần bảo vệ và một linh kiện thu quang ( Photodiode, Phototransistor, quang trở…). Khi có khói bay lên vùng cần bảo vệ sẽ che chắn hay làm yếu đi cường độ ánh sáng chiếu vào linh kiện thu. Khi cường độ ánh sáng thay đổi đến một giá trị nào đó thì bộ cảm biến sẽ nhận dạng được và phát ra tín hiệu báo động. a. Điện trở quang: Điện trở quang là một linh kiện bán dẫn thụ động không có lớp chuyển tiếp PN. Vật liệu để chế tạo điện trở quang là Cds (Cadmiun Sulfid) , CdSe (Cadmiun Selenid ), ZnS ( Zine Sulfid ) hoặc các tinh thể khác. Khi bị chiếu ánh sáng, độ dẫn điện ( điện dẫn suất ) của vật liệu bán dẫn gia tăng do các hạt mang điện tích được gia tăng ra thêm. s=e(nm n + pm p ) n và p : là mật độ electron và lỗ trống m n , m p : là độ di động của electron và lổ trống Với phương trình trên đô dẫn điện có thể gia tăng nhờ hai cách: _ Gia tăng mật độ các hạt mang điện tích. _ Gia tăng độ di động hiệu dụng.  Các đặc tính quan trọng của một điện trở quang : Điện trở quang có ba đặc tính quan trọng: Ÿ Độ dẫn suất ( s phot ): Là hàm số của mật độ năng lượng u với độ dài sóng không thay đổi của ánh sáng : s phot (u); l=const. Ÿ Độ nhạy của quang trở đối với quang phổ: Đó chính là sự thay đổi dẫn suất s phot hàm số của l khi mật độ năng lượng không thay đổi : u= const  Vận tốc làm việc: Vận tốc làm việc là thời gian hồi đáp ( Reponse times) của một quang trở khi có sự thay đổi từ sáng sang tối hay từ tối sang sáng (rise ). Thời gian lên được xác định là thời gian cần thiết để quang trở đạt 65 % trị số cuối cùng khi được chiếu sáng từ 0 lux sang 10 lux. ( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng Trang 8 S rel (λ)= σ phot (λ) σ phot max Thời gian trễ được xác định là khoảng thời gian cần thiết để một quang trở thay đổi còn 35% giá trị của nó (so với lúc được chiếu sáng – khoảng 10 lux trong 1 s) khi không còn được chiếu sáng. Với cường độ ánh sáng mạnh, quang trở làm việc nhanh hơn. Quang trở có khuynh hướng làm việc chậm đi khi trời lạnh. Quang trở làm việc chậm hơn nếu được cất giữ trong bóng tối và làm việc nhanh hơn nếu được cất giữ ngoài ánh sáng.  Các đặc tính quan trọng khác của điện trở quang:  Tiếng ồn –NEP.  Hệ số nhiệt độ của quang trở  Điện trở tối ( Dark Reasistance )  Đặc tính độ dốc  Điện thế hoạt động  Công suất tiêu tán cao nhất  Độ nhạy R[VW -1 )  Điện trở quang với sự gia tăng độ di động m n,p  Điện trở quang với vật liệu không pha tạp chất 1. Mạch phát hiện khói dùng nguyên lý ion (cảm biến ion): Dưới tác dụng của các tia phóng xạ và tia Rơnghen, chất khí (khói ) sẽ bị ion hoá. Nếu bình ion hoá được đặt một điện áp thì các điện tử và ion sẽ chuyển động có hướng và khi đó sẽ tạo thành dòng điện ion. Khi có dòng điện sẽ kích hoạt tín hiệu báo động. Dòng ion phụ thuộc vào điện áp đặt lên bình, tính chất của tác nhân ion, môi trường ion hóa, vật liệu của thành bình và các vật thể khác nằm trên đường đi của các tác nhân ion hóa. Các tác nhân ion hóa là các tia phóng xạ như tia a, tia b, tia g, tia Ronghen. Chuyển đổi ion hóa có thể nhiều loại khác nhau, song bất kỳ loại nào cũng cần có nguồn phóng xạ và thiết bị thu các suất phẩm của quá trình ion hóa để tạo thành dòng điện. Thiết bị đó gọi là bộ thu bức xạ. Bộ thu bức xạ có nhiệm vụ biến đổi năng lượng bức xạ hạt nhân thành điện năng. Bộ thu bức xạ dựa vào hiện tượng ion hóa các tia phóng xạ đi qua nó hoặc dựa vào hiện tượng ion hóa chất khí khi cho tia phóng xạ đi qua nó hoặc dựa vào hiện tượng phát quang của một số chất dưới tác dụng của năng lượng bức xạ hạt nhân. Có ba loại bình thu bức xạ:  Bình ion hóa .  Máy đếm phóng điện trong chất khí.  Máy đếm nhấp nháy. Trong hình đặc tính Volt Ampere của bình ion hóa và cấu tạo của một bình ion hóa bằng tia a. Dòng quang điện thường rất nhỏ( 10 -3 _10 -7 )mA. Điện áp đặt lên điện cực cao áp ( vỏ bình) cỡ hàng nghìn Volt, dòng điện ion lấy qua cực lưới được khuếch đại bằng các bộ khuếch đại đo lường. ( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng Trang 9 Để tránh dòng điện rò, cách điện giữa các cực lưới và vỏ (cực cao áp) phải đạt tới (10 8 – 10 13 ) MW, vì thế điện cực lưới được bọc bởi cực bảo vệ nối đất với mạch đo lường để thu dòng điện rò từ cực cao áp. Người ta sử dụng một lượng nhỏ chất phóng xạ để ion hóa không khí trong hộp cảm biến. Không khí bị ion hóa sẽ dẫn điện và tạo thành một dòng điện chạy giữa hai điện cực đã được nạp điện. Khi các phần tử khói lọt vào trong vùng cảm nhận được ion hóa sẽ làm tăng điện trở trong vùng cảm nhận và làm giảm luồng điện giữa hai điện cực. Khi luồng điện giảm xuống tới một giá trị nào đó thì bộ cảm biến sẽ phát điện và phát tín hiệu báo động. Nói chung thì loại cảm biến phát hiện khói kiểu ion hóa nhạy hơn và hiệu quả hơn loại dùng các linh kiện quang điện tử, nhưng linh kiện và vật liệu rất khó kiếm. Loại phát hiện khói dùng quang dù ít nhạy hơn nhưng linh kiện rất dễ tìm và lắp đặt tương đối dễ dàng. Tuy nhiên cả hai loại này có thể báo động nhằm do bụi hay khói lan vào. Cho nên khi thiết kế cần phải xem xét và qui định nồng độ khói nhất định để thiết bị hoạt động chính xác. III. Mạch phát hiện cháy : Dưới tác động của các dòng ánh sáng với bước sóng thích hợp chiếu vào Catot, điện tử đi từ Catot bị bắn ra, tạo thành dòng điện. Chuyển đổi quang điện được phân chia thành ba loại: 1. Tế bào quang điện: Là phần tử quang điện sử dụng hiệu ứng quang điện ngoài. Đó là một đèn chân không hay có khí mà Catot của nó sẽ phát ra các điện tử dưới tác dụng của dòng ánh sáng. 2. Quang điện trở: Là loại chuyển đổi quang điện dựa vào hiệu ứng quang điện. Điện trở của một vài chất bán dẫn thay đổi dưới tác dụng của dòng ánh sáng. Các chất có hiệu ứng quang điện trong mạch đó là muối Sunfil Cadmi,… 3. Photo diode: Là chuyển đổi quang điện, dưới tác dụng của ánh sáng, lớp khóa của một số mặt ghép các chất bán dẫn sẽ trở thành nguồn dòng điện. Với hiệu ứng quang điện, ta có thể phát sinh một điện áp ở lớp chuyển tiếp pn, khi lớp chuyển tiếp này được chiếu sáng. Tùy theo chức năng và cấu trúc, có thể phân Photodiode thành nhiều loại:  Diode quang pn.  Diode quang pin.  Diode quang loại Schockley.  Diode quang với các hiệu ứng khác. Photodiode được dùng với mạch khuếch đại có tổng trở cao:  Rất tuyến tính.  Ít nhiễu.  Dãi tần rộng. ( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng Trang 10 [...]... nhiệt độ Vi xử lí Atmel 89C51 Mạch gia công tín hiệu đo Cảm biến quang Mạch nguồn IC đo nhiệt độ Sơ đồ khối kit vi xử lý 2 Chức năng của từng khối: a Vi xử lý 89C51: Đây là bộ xứ lý trung tâm của mạch đặt tại từng phòng trong ngôi nhà 89C51 là loại IC có khả xử lý và điều khiển theo một chương trình đã lập sẵn và có khả năng thực hiện các yêu cầu gởi đến từ máy tính Vi xử lý 89C51 trong mạch thiết kế... Visual Basic 6.0 P C RS-485 BUS RS-485 KIT VI XỬ LÝ PHÒNG 1 RS-485 KIT VI XỬ LÝ PHÒNG 2 ( Word Converter khối toàn bộ hệ thống điều khiển và giám sát ngôi Lê Hoàng Dũng Sơ đồ - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: nhà Trang 15 Kit vi xử lý trong phòng 1 và phòng có cùng sơ đồ khối như sau Mạch động lực đóng cắt các thiết bị Mạch hồi tiếp trạng thái thiết bị Mạch hiển thị nhiệt độ Vi xử. .. người vào nhà _ Đèn và quạt gió tắt khi người trong nhà đi ra ngoài hết _ Phát hiện nguy cơ gây ra hỏa hoạn và phát tín hiệu chuông báo động _ Đo nhiệt độ hiện tại trong phòng và hiển thị lên panel _ Có khả năng phát hiện trộm xâm nhập và phát tín hiệu chuông báo động Như theo yêu cầu của đề tài: tất cả các kit vi xử lý sẽ được giám sát và có thể ra lệnh từ máy tính Máy tính truyền lệnh cần vi xử lý thi... TF1=1 khi timer tràn, xóa bằng mềm hoặc cứng Điều khiển ON/ OFF timer1, TR1=1:chạy TR1=0 :ngừng Cờ báo tràn timer 1 Điều khiển ON/OFF timer0 e Cổng nối tiếp : Giao diện nối tiếp ở bên trong của bộ vi xử lý 8951 cho phép nối bộ vi xử lý với một vi xử lý khác hay với một máy tính một cách rất đơn giản Bởi vì giao diện được thực hiện nhờ bộ UART hoạt động độc lập, nên bộ vi xử lý hoàn toàn tự do đối với các... trong đề tài này là mạng bán song công (Half- Duplex): dữ liệu chỉ đi từ Master đến các vi xử lý hay từ các vi xử lý đến Master Tại một thời điểm trên mạng chỉ có một phần tử truyền và cho phép các phần tử khác có thể nhận thông điệp đó Có điều quan trọng ta nên chú ý là với sơ đồ mạch RS-485 được thiết kế như trên thì chỉ có thể giao tiếp giữa Master (PC) và các vi xử lý nhưng giữa các vi xử lý không... kit vi xử lý riêng lẻ, cho nên em dùng phương pháp hỏi vòng từ PC Qua đó, PC sẽ lần lượt hỏi vòng tuần tự qua từng kit vi xử lý Dữ liệu từ PC gửi về kit vi xử lý gồm có các byte yêu cầu cộng thêm hai byte thêm vào: một byte đầu tiên xác định địa chỉ nơi đến, byte tiếp theo sẽ xác định nội dung giao tiếp giữa vi xử lý và PC, chẳng hạn gởi nhiệt độ, số người trong phòng…Chương trình giao diện và điều khiển. .. biến đổi qua mã BCD nén và hiển thị lên LED 7 đoạn 10 Thiết kế mạch 89C51 trên sơ đồ các chân và chức năng của chúng: 10.1 Giới thiệu vi xử lý 89C51: a Giới thiệu : Vi xử lý AT89C51 được chế tạo bởi hãng ATMEL, về cơ bản nó có cấu tạo bên trong , sơ đồ chân cũng như sử dụng tập lệnh tương thích với họ 8031 của hãng INTEL Các đặt điểm cơ bản của vi mạch AT89C51:  Đơn vị xử lý trung tâm 8 bit đã được... Max-485 ) có hai chân điều khiển hoạt động là DE và /RE Chân /RE tích cực ( mức logic 0 ) sẽ cho phép vi xử lý nhận dữ liệu từ Master: chế độ thu dữ liệu Chân DE tích cực ( mức logic 1) sẽ cho phép mạch phát dữ liệu từ vi xử lý về Master Dùng một chân từ các Port của vi xử lý cũng như chân để phát Thông thường khi lập trình giao tiếp bằng phần mềm, ta thường dùng chân RTS hay CIS để điều khiển IC 71576 Ban... nếu tín hiệu hồi tiếp về đang là mức 1 thì vi xử lý sẽ hiểu là yêu cầu ngắt thiết bị và nó sẽ kích ngắt relay Ta cũng có thể thiết kế phần cứng để thực hiện phần này để cho vi xử lý thực hiện ít công vi c nó phải làm Nếu chỉ dùng một nút nhấn để yêu cầu đóng hay ngắt thiết bị thì vi xử lý sẽ phải xử lý chương trình Ta thiết kế hai nút nhấn tương tự như thế và quy định nút nào nhấn là đóng, ngắt thiết... f và với S biết được, sẽ biết T= ∆ f/S Đặc tính đo lường của tinh thể thạch anh : _ Khoảng đo:-80 đến 2500C _ Khoảng cách tuyến tính: ± 0,05% khoảng đo _ Độ nhạy : 1000Hz/0C _ Khả năng đo:0,00010C _ Độ nhanh: hằng số thời gian nhiệt 2,5 giây trong nước có vận tốc 2m/giây PHẦN II THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT NHÀ CAO TẦNG DÙNG VI XỬ LÝ 89C51 A Thiết kế mạch : I Tổng quan về đề tài: 1 Sơ lược về đề