NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ Côngnghệngàycàngpháttriển dẫnđếnnhucầucủa con ngườivềtựđộngtrongsinhhoạtđờisốngcũngngàycàngtăngcao . Và do yêucầucủađềtàimônhọcchúngemxinthiếtkếmôhìnhđènthôngminh . Tênđồán :Thiếtkếhệthốngchiếusángthôngminhcólưutrữ Nội dung chínhcủađồán : Tìmhiểucơbảnvệhệthốngchiếusángthôngminhcólưutrữ Tìmhiểucơbảnvềcấutạonguyênlíhoạtđộngthiếtbịsửdụng . Thiếtkếphầncứngcho 1 hệthốngnhỏ . Thiếtkếphầnmềm . Thiếtbịsửdụng ban đầu : Vi điềukhiểnarduino(atmega328); Cảmbiếnchuyểnđộng . Nguồnlưutrữ Tựđộngchuyểnnguồn CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2 .1 Hệthốngchiếusángthôngminh Mộthệthốngchiếusángthôngminh bao gồmrấtnhiềunhữnghệthốngbêntrong chúngkếthợpvớinhaucóthể qua rấtnhiềunhữnggiaothứckhácnhaunhưinternet hồngngoại Bluetooth . Nhữngchúngđềucóchungnhữngmụcđíchlàlàmtốiưuhóaviệcsửdụngđiệncũngnhưchiếusángđúngthờiđiểmvàđúngchỗtránhhaophí . Cácthiếtbịchiếusánggiờirạckhichúngkếtnốivớinhauthành 1 hệthốngchúngcóthểtạonênrấtnhiềuchếđộhoạtđộngthôngminh .Vàhơnhếtchúngcũngcóthểkếtnốivớicácthiếtbịthôngminhkhác qua đườngtruyềnnộibộ . Vàsốlượngcácthiếtbịcóthểmởrộnggầnnhưlàkhônggiớihạn . Tạonênhệthốngđôngbộ chúngcókhảnăngthuthậpcácthóiquêncủachủnhàđềđápứngnhucầutốthơn . 2 .2 Mộtsốphươngphápđiềukhiển 2 .3 Phươngphápđiềukhiểndùng IC sốmạch logic Phươngphápnàycógiáthànhrẻ vàcócấutạođơngiản mạchnhỏgọnrẽthaotáclắpđặtcũngnhưthaythế .Tuynhiênmạchchỉdựavàocáctácđộng logic đơngiản khảnăngđápứngnhucầuhạnchế tínhtùybiến linhđộngkhôngcaokhóđiềuchỉnhvớicácdựánlớn ítkhảnăngnângcấphệthốngsaunày . Vìvậy ta nênthaythếcácmạch logic nàybằngcácdòng vi điềukhiển cácdòng vi điềukhiểnhiện nay đượcsảnsuấtrấtphổbiếnnêngiáthànhrẻ rẽtiếpcậnvớingườisửdụng . 2 .4 Phươngphápđiềukhiểndùng vi điềukhiển Vớinhữngtòanhàlớnyêucầuđiềukhiểncàngmởrộnghơnnênviệcápdụngcácdòng vi điềukhiểncàngcầnthiết . Vớitkhảnăngđápứngvớiđiềukiệnmôitrườngthayđổinhưnhiệtđộ độẩmvàcáctiếnhiệunghiễu do cácthiếtbịkhácảnhhưởng . Tốcđộxửlícủa vi điềukhiểnlàmộtđiểmcộnglớn vớicácdòng vi điềukhiểnhiệnhànhtốcđộxửlícóthểlênđếnhàngtriệucâulệnhtrên micro giây hoàntoàndápứngvớinhucầucầntácđộngnhanhvàchínhxác . Vàmộtđiểmcộnglớnnữalàmạchtíchhợpvôcùngnhỏgọn khảnănglấptrìnhtùybiếncao thíchứngtốtvớinhucầupháttriểnmởrộngcácdựánsaunày . 2 .5 . Hệthốngđiềukhiểntrựctiếp Hệthốngđiềukhiểntrựctiếpsửdụngcáctiếpđiểnvậtlídướisựtácđộngtrựctiếpcủa con ngườiđiềukhiển . Ưuđiểm : Cóđộ tin cậycao Giáthànhrẻhơnkhisửdụngcácphươngphápkhác . Phổbiếnhơn chúng ta cóthểmua ở mọicửahàngđồđiện . Sửlý bảodươngđơngiảnvà an toàn Ngượcđiểm: Tínhlinhhoạtkhôngcao . Khảnăngđápứngnhucầu con ngườitrongthờikìpháttriểnvềcôngnghệ . Khảnăngđadạnghóaphươngthứcđiềukhiểnthấp Khảnăngmởrộnghệthốngthấp Khảnăngđôngbộhóahệthốngkhácthấp . KẾT LUẬN Vớiyêucầutựđộnghóa kếtnốivạnvậtcũngnhưtínhnhucầumớicủa con người vàcũngnhưyêucầucủađồánmônhọc vàcáctínhnăngvượttrộihơnhẳncủa vi điềukhiểnvớicácmạch logic đơngiản . Chúngemlựachọnthiếtkếhệthốngđènthôngminhcólưutrữbậttắttựđộngkhipháthiệnchuyểnđộnghoặcbằngtaydùng vi điềukhiểnápdụngquymônhỏ mangtínhtìmhiểuvàhọchỏi .   CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG 3 .1 Sơđồkhốicủahệthông 3 .2 Tổngquanvề Arduino Hìnhảnh Arduino nano Arduino làmột board mạch vi xửlýđượcsinh ra tạithịtrấn Ivrea ở Ý nhằmxâydựngcácứngdụngtươngtácvớinhauhoặcvớimôitrườngđượcthuậnlợihơn . Phầncứng bao gồmmột board mạchnguồnmởđượcthiếtkếtrênnềntảng vi xửlý AVR Atmel 8bit hoặc ARM Atmel 32bit . Những Model hiệntạiđượctrangbịgồm 1 cổnggiaotiếp USB 6 chânđầuvào analog 14 chân IO kỹthuậtsốtươngthíchvớinhiều board mởrộngkhácnhau . Đượcgiớithiệuvàonăm 2005 Nhữngnhàthiếtkếcủa Arduino cốgắngmangđếnmộtphươngthứcdễdàng khôngtốnkémchonhữngngườiyêuthích sinhviênvàgiớichuyênnghiệpđểtạo ra nhữngthiếtbịcókhảnăngtươngtácvớimôitrườngthông qua cáccảmbiếnvàcáccơcấuchấphành . Nhữngvídụphổbiếnchonhữngngườiyêuthíchmớibắtđầu bao gồmcác robot đơngiản điềukhiểnnhiệtđộvàpháthiệnchuyểnđộng . Đicùngvớinólàmộtmôitrườngpháttriểntíchhợp (IDE) chạytrêncácmáytínhcánhânthôngthườngvàchophépngườidùngviếtcácchươngtrìnhchoAduinobằngngônngữ C hoặc C++ . Thông tin thiếtkếphầncứngđượccungcấpcôngkhaiđểnhững ai muốntựlàmmộtmạch Arduino bằngtaycóthểtựmìnhthựchiệnđược (mãnguồnmở) . Người ta ướctínhkhoảnggiữanăm 2011 cótrên 300 ngànmạch Arduino chính 2 thứcđãđượcsảnxuấtthươngmại vàvàonăm 2013 cókhoảng 700 ngànmạchchínhthứcđãđượcđưatớitayngườidùng . 3 .2 .1 Lịchsử Arduino đượckhởiđộngvàonăm 2005 nhưlàmộtdựándànhchosinhviêntrại Interaction Design Institute Ivrea (Việnthiếtkếtươngtác Ivrea) tại Ivrea Italy .MassimoBanzi mộttrongnhữngngườisánglập giảngdạytại Ivrea . Cáitên Arduino đếntừmộtquán bar tại Ivrea nơimộtvàinhàsánglậpcủadựánnàythườngxuyêngặpmặt . Bảnthânquán bar nàycóđượclấytênlà Arduino Bátướccủa Ivrea vàlàvuacủa Italy từnăm 1002 đến 1014 . 3 .2 .2Phầncứng Mộtmạch Arduino bao gồmmột vi điềukhiển AVR vớinhiềulinhkiệnbổ sung giúpdễdànglậptrìnhvàcóthểmởrộngvớicácmạchkhác . MộtkhíacạnhquantrọngcủaArduino làcáckếtnốitiêuchuẩncủanó chophépngườidùngkếtnốivới CPU của board vớicác module thêmvàocóthểdễdàngchuyểnđổi đượcgọilà shield . Vài shield truyềnthôngvới board Arduino trựctiếpthông qua cácchânkhácnhau nhưngnhiều shield đượcđịnhđịachỉthông qua serial bus I²Cnhiều shield cóthểđượcxếpchồngvàsửdụngdướidạng song song . Arduino chínhthứcthườngsửdụngcácdòng chip megaAVR đặcbiệtlà ATmega8 ATmega168 ATmega328 ATmega1280 và ATmega2560 . Mộtvàicácbộ vi xửlýkháccũngđượcsửdụngbởicácmạch Arduino tươngthích . Hầuhếtcácmạchgồmmộtbộđiềuchỉnhtuyếntính 5V vàmộtthạchanhdaođộng 16 MHz (hoặcbộcộnghưởng ceramic trongmộtvàibiếnthể) mặcdùmộtvàithiếtkếnhưLilyPadchạytại 8 MHz vàbỏ qua bộđiềuchỉnhđiệnáp onboard do hạnchếvềkíchcỡthiếtbị . Một vi điềukhiển Arduino cũngcóthểđượclậptrìnhsẵnvớimột boot loader chophépđơngiảnlà upload chươngtrìnhvàobộnhớ flash onchip so vớicácthiếtbịkhácthườngphảicầnmộtbộnạpbênngoài . Điềunàygiúpchoviệcsửdụng Arduino đượctrựctiếphơnbằngcáchchophépsửdụng 1 máytínhgốcnhưlàmộtbộnạpchươngtrình . Theo nguyêntắc khisửdụngngănxếpphầnmềm Arduino tấtcảcác board đượclậptrìnhthông qua mộtkếtnối RS232 nhưngcáchthứcthựchiệnlạitùythuộcvàođờiphầncứng . Các board Serial Arduino cóchứamộtmạchchuyểnđổigiữa RS232 sang TTL . Các board Arduino hiệntạiđượclậptrìnhthông qua cổng USB thựchiệnthông qua chip chuyểnđổi USBtoserial nhưlà FTDI FT232 . Vàibiếnthể như Arduino Mini vàBoarduinokhôngchínhthức sửdụngmột board adapter hoặccápnối USBtoserial cóthểtháorờiđược Bluetooth hoặccácphươngthứckhác . (Khi sửdụngmộtcôngcụlậptrình vi điềukhiểntruyềnthốngthayvìArduinoIDE côngcụlậptrình AVR ISP tiêuchuẩnsẽđượcsửdụng .) Board Arduino sẽđưa ra hầuhếtcácchân IO của vi điềukhiểnđểsửdụngchonhữngmạchngoài . Diecimila Duemilanove vàbâygiờlà Uno đưa ra 14 chân IO kỹthuậtsố 6 trongsốđócóthểtạoxung PWM (điềuchếđộrộngxung) và 6 chân input analog cóthểđượcsửdụngnhưlà 6 chân IO số . Nhữngchânnàyđượcthiếtkếnằmphíatrênmặt board thông qua các header cái 0 .10inch (2 .5 mm) . Nhiều shield ứngdụng plugin cũngđượcthươngmạihóa . Các board Arduino Nano và Arduinocompatible Bare Bones Board vàBoarduinocóthểcungcấpcácchân header đực ở mặttrêncủa board dùngđểcắmvàocác breadboard . Cónhiềubiếnthểnhư Arduinocompatible và Arduinoderived . Mộtvàitrongsốđócóchứcnăngtươngđươngvới Arduino vàcóthểsửdụngđểthaythế qua lại . Nhiềumởrộngcho Arduino đượcthựcthiệnbằngcáchthêmvàocác driver đầu ra thườngsửdụngtrongcáctrườnghọcđểđơngiảnhóacáccấutrúccủacác con rệp vàcác robot nhỏ . Những board khácthườngtươngđươngvềđiệnnhưngcóthayđổivềhìnhdạngđôikhicònduytrìđộtươngthíchvớicác shield đôikhikhông . Vàibiếnthểsửdụngbộ vi xửlýhoàntoànkhácbiệt vớicácmứcđộtươngthíchkhácnhau .   3 .2 .3 Cácloại Arduino HìnhẢnhCácloại Arduino   3 .3 Giới thiệu các loại thiếtbị trong hệ thống 3 .3 .1Cảmbiếnchuyểnđộng (PIR) PIR làgì Nólàchữviếttắtcủa Passive InfraRed sensor (PIR sensor) tứclàbộcảmbiếnthụđộngdùngnguồnkíchthíchlàtiahồngngoại . Tia hồngngoại (IR) chínhlàcáctianhiệtphát ra từcácvậtthểnóng . Trongcáccơthểsống trongchúng ta luôncóthânnhiệt (thôngthườnglà ở 37 độ C) vàtừcơthểchúng ta sẽluônphát ra cáctianhiệt hay còngọilàcáctiahồngngoại người ta sẽdùngmộttếbàođiệnđểchuyểnđổitianhiệt ra dạngtínhiệuđiệnvànhờđómàcóthểlàm ra cảmbiếnpháthiệncácvậtthểnóngđangchuyểnđộng . Cảmbiếnnàygọilàthụđộngvìnókhôngdùngnguồnnhiệttựphát (làmnguồntíchcực hay chủđộng) màchỉphụthuộcvàocácnguồnthanhiệt đólàthânnhiệtcủacácthựcthểkhác như con người con vật . . . Trênđâylàđầudò PIR loạibêntronggắn 2 cảmbiếntianhiệt nócó 3 chân ra mộtchânnối masse mộtchânnốivớinguồn volt DC mứcáplàmviệccóthểtừ 3 đến 15V . Gócdòlớn . Đểtăngđộnhậychođầudò Bạndùngkính Fresnel nóđượcthiếtkếcholoạiđầucó 2 cảmbiến gócdòlớn cótácdụngngăntiatửngoại . Thôngsốkĩthuật Sửdụngđiệnáp: 4 .512V DC Đầu ra: 1 .5 3 .3V Thờigiantrễ: điềuchỉnhtrongkhoảng 4200 giây Thờigiankíchhoạt: 2 .5s (Chốngnhiễu) Kíchthước PCB: 32mmx24mm Gócquét: 5s Thôngsốkĩthuật: + Sửdụngđiệnáp: 4 .512V DC + Đầu ra: 1 .5 3 .3V + Thờigiantrễ: điềuchỉnhtrongkhoảng 4200 giây + Thờigiankíchhoạt: 2 .5s (Chốngnhiễu) + Kíchthước PCB: 32mmx24mm + Gócquét: