Hệ thống bao gồm các khối chức năng khác nhau như sau:
.
Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống
3.2.1 Khối Bàn Phím
3.2.1.1 Lựa chọn bàn phím
Sử dụng ma trận phím tự nhả 4x4 để nhập mật khẩu và các thơng tin khác. Bàn phím bao gồm các nút được đĩng mở bằng cơ khí.
Để phù hợp với số lượng phím cần dùng trong hệ thống, và đảm bảo tính cân đối, vẻ mỹ quan khi kết hợp giữa LCD và bàn phím trên cùng một mảng giao tiếp .
Ta đã chọn loại bàn phím Keypad 4x4 Matrix, Plastic, Size 64 x 65 x 8.9 mm cĩ bán sẵn trên thị trường Hình 3.2 Hình ảnh bàn phím 4x4 HIỂN THỊ LCD MẠCH BÁO ĐỘNG MẠCH ĐĨNG MỞ CỬA BÀN PHÍM VI XỬ LÝ BỘ NGUỒN 12VDC , 5VDC CUNG CẤP CHO HỆ THỐNG
3.2.1.2 Sơ đồ nguyên lý của bàn phím
Dựa vào bàn thơng số bàn phím đã lựa chọn sử dụng cho thiết kề này. Bàn phím kết nối với vi điều khiển qua 08 cổng giao tiếp.
3.2.1.2.1 Cách nhận biết 1 bàn phím bằng phương pháp quét phím:
- Nút nhấn được đấu như sau: 1 đầu nút nhấn được nới với chân của vi xử lý, chân còn lại đấu với mass.
- Khi chưa ấn nút thì nút nhấn ở trạng thái thường mở và nhận tín hiệu là 1, báo hiệu cho vi xử lý biết là chưa có điện chạy qua.
- Khi ấn nút, 1 đầu nới với vi xử lý, 1 đầu nới với mass và nhận tín hiệu là 0, lúc này báo hiệu cho vi xử lý biết là đã có điện chạy qua.
- Như vậy, mức “1” là trạng thái khơng có điện đi qua và mức “0” là trạng thái có điện đi qua
Sơ đồ nguyên lý bàn phím như sau:
S W 9 9 S W 3 3 S W 1 1 D S W 4 4 S W 0 0 J 5 H E A D E R 8 1 2 3 4 5 6 7 8 A S W 8 8 S W 5 5 S W 6 6 * # J 4 S W 1 2 3 4 5 6 7 8 S W 7 7 C S W 2 2 B Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý bàn phím 3.2.2 Màn hình hiển thị 3.2.2.1 Lựa chọn loại màn hình
Hiển thị bằng LCD giúp cho việc giao tiếp với người sử dụng trở nên thuận tiện và dễ dàng hơn.
Chọn màn hình LCD để sử dụng hiển thị. Hệ thống này chọn màn hình 2 line 16 x2. Chính xác là LCD 1602-Green/Black
Hình 3.4 LCD TC 1602A
Loại LCD này cĩ nhiều ưu điểm như tiêu hao năng lượng thấp, hiển thị ký tự linh hoạt, rõ nét, cĩ đèn nền sáng khi trời tối, hiển thị ký tự trên 2 hàng, thuận tiện thao tác cho người sử dụng.
3.2.2.2 Sơ đồ nguyên lý kết nối màn hình
Dựa vào thiết bị đã chọn và yêu cầu của hệ thống. Ta tiến hành thiết kế mạch sơ đồ nguyên lý để kết nối màn hình LCD với vi xử lý.
Ở đây ta sử dụng LCD ở chế độ 4 bít bao gồm 4 chân dữ liệu từ DB4 tới DB7 để kết nối với vi xử lý để tiết kiệm chân và khơng gian kết nối với vi điều khiển.
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý màn hình hiển thị
LED D1: Sử dụng để báo trạng thái đã mở cửa LED D2: Sử dụng để báo trạng thái đã khĩa cửa
3.2.3 Phần báo động
3.2.3.1 Lựa chọn loại cịi báo động
Chuơng báo động sẽ kích hoạt khi nhập sai mật mã 03 lần liên tiếp để tránh việc xâm nhập bất hợp pháp.
Hình 3.6 Cịi
3.2.3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch báo động
Khi người sử dụng nhập sai mật khẩu 3 lần thì vi điều khiển sẽ kích hoạt cho mạch báo động hoạt động. Tín hiệu này mở Transistor điều khiển chuơng báo động kêu, chuơng này kêu khoảng 20s thì ngưng.
Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý cịi báo động
Hình 3.8 Transistor C828
3.2.4 Phần cơ cấu đĩng, mở cửa
3.2.4.1 Lựa chọn động cơ một chiều
Cĩ nhiệm vụ mở khĩa khi nhận được mật mã đúng và khĩa cửa lại khi nhận được lệnh khĩa cửa
Mạch chấp hành ở đây là cơ cấu đĩng cửa, mở cửa. Cửa sẽ tự động mở khi người sử dụng nhập đúng mật khẩu. ở đây chúng ta sử dụng động cơ 1 chiều làm động cơ đĩng mở cửa.
Hình 3.9 Động cơ một chiều
Thơng số của động cơ: 4 Điện áp 12VDC
3.2.4.2 Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều
Cửa được đĩng mở bằng cách điều khiển đảo chiều quay cửa motor.
Do điện áp sử dụng là 12VDC, dịng điện là 2A nên ta chọn bộ điều khiển phải cĩ dịng và áp lớn hơn.
LMD18200T cĩ dịng chạy là 3A điện áp 50VDC và dịng làm việc là 6A nên được sử dụng để diều khiển mạch động cơ một chiều này.
Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý điều khiển motor
Để đĩng mở cửa cần phải đảo chiều quay của động cơ. Chính vì vậy phải sử dụng bộ thiết kế đảo chiều quay động cơ. Dựa trên nguyên tắt, động cơ 1 chiều sẽ đảo chiều quay khi ta đảo chiều nguồn điện cung cấp vào động cơ. Cĩ nhiều cách để đảo chiều quay động cơ như sử dụng relay, BJT, MOSFET, …
3.2.5 Chọn thiết bị cấp nguồn dự phịng cho hệ thống
Hệ thống bình thường được cấp nguồn từ điện lưới hạ áp xuống nhờ máy biến áp.Nhưng thường khi khơng cĩ điện lưới thì hệ thống sẽ ngưng hoạt động nếu khơng cĩ nguồn dự phịng cung cấp. Đối với hệ thống này, để dự phịng
nguồn điện cho hệ thống ta sử dụng bình ắc quy 12VDC.
J 3 2 4 V 12 3 G R O U N D C 2 0 . 0 1 u F U 1 L M D 1 8 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 B O O T S T R A P 1 O U T P U T 1 D I R E C T I O N I N P U TB R A K E I N P U T P W M I N P U T V S P O W E RG R O U N D C U R E N T S E N S E O U T P U TT H E R M A L F L A G O U T P U T O U T P U T 2 B O O S T R A P 2 P W M J 4 V D K 1 2 3 4 5 6 D I R T H E R M A L D 1 L E D D I R J 1 M O T O R 12 C U R E N T B R A K E V S _ P O W E R G R O U N D B R A K E O U T 1 O U T 2 P W M O U T 1 O U T 2 C 1 0 . 0 1 u F C U R E N T V S _ P O W E R V S _ P O W E R R 1 2 . 2 K G R O U N D T H E R M A L G R O U N D C 3 4 7 0 u F G R O U N D C U R E N T R 5 1 k
Hình 3.11 Bình acquy 12VDC
Ac quy được thiết kế để mắc vào hệ thống phải đảm bảo tự động cấp nguồn cho hệ thống ngay lập tức để khơng làm Reset hệ thống khi mất điện lưới .Chính vì vậy, cần phải chế tạo một mạch nạp cho ac quy, mạch này cĩ chức năng như sau:
4 Tự động xạc khi ắc quy hết điện.
5 Tự động cấp nguồn cho hệ thống khi mất điện lưới.
6 Cĩ đèn báo hiệu đang xạc điện vào bình acquy.
Với các yêu cầu trên, phụ kiện được sử dụng là:
• Bình ac quy 12VDC
• Transistor C828
3.2.6 Vi xử lý
3.2.6.1 Lựa chọn loại vi xử lý
Xử lý các hoạt động , sử dụng nguồn nuơi cho cả hệ thống lúc cĩ điện lưới và cả khi mất điện bằng cách sử dụng nguồn điện ắc quy.
Từ yêu cầu đã đặt ra của hệ thống là dùng các chíp vi điều khiển của họ MCS- 51 của hãng Atmel, mà ở đây cụ thể là sử dụng Ta chọn vi xử lý AT89S52- 24PU
vì một số lý do sau:
• 89S52 thuộc họ vi điều khiển MCS-51, đặc điểm chung của vi điều
gồm trong bản than của nĩ mạch vi xử lý, bộ nhớ chương trình, dữ liệu, bộ đếm, bộ tạo xung, các cổng kết nối vào/ra nối tiếp, song song , mạch điều khiển ngắt……
• Vi điều khiển 89S52 ngày càng phát triển theo các hướng thu nhỏ thiết
kế, giảm tiêu hao năng lượng, tăng tốc độ làm việc hay tần số xung nhịp của CPU, cĩ thể mở rộng các chức năng trên chip phù hợp cho việc nâng cao hệ thống sau này. Những đặc điểm đĩ dẫn đến việc đạt được 2 chức năng quan trọng là giảm cơng suất tiêu thụ, cho phép điều khiển thời gian thực nên về mặt ứng dụng nĩ rất phù hợp cho việc thiết kế điều khiển.
• Vi điều khiển 89S52 được hỗ trợ tập lệnh phong phú nên cho phép
nhiểu cơ hội cho việc thiết kế mềm dẻo các chương trình.
• Vi điều khiển 89S52 được phổ biến rộng rãi trong thức tế, ứng dụng
nhiều trong cơng nghiêp. Do đĩ tạo điều kiện thuận lợi nhanh chĩng trong việc mua để thiết kế.
Hình 3.12 IC 89S52
3.2.6.2 Thiết kế sơ đồ nguyên lý điều khiển IC 89S52
Dựa vào thiết bị đã chọn và yêu cầu của hệ thống. Ta tiến hành thiết kế mạch sơ đồ nguyên lý để kết nối màn hình IC 89S52 với các thiết bị khác như sau:
- Thạch anh 12Mhz: là nguờn tạo xung nhịp dao đợng clock ởn định (12Mhz) cho dao đợng của AT89S52. Thạch anh sẽ được gắn vào 2 chân XTAL1 và XTAL2 của AT89S52.
- IC 24C04 là IC nhớ cĩ chức năng lưu các dữ liệu đã nạp vào chương trình. Điều này giúp dữ liệu khơng bị mất khi hệ thống mất điện.
- Tụ C1, C2: Cĩ chức năng lọc cho thạch anh
Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý vi xử lý 89S52