Chức năng các khối

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÍ LUẬN

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH

5.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG MÔ HÌNH

5.1.2 Chức năng các khối

Do đề tài chỉ giới hạn trong mô hình nên nhóm chọn nguồn của máy tính

Hình 5.2 : Nguồn máy tính Hệ thống sử dụng 2 nguổn 5VD và 12VDC

40 Bảng 4:Các chân của bộ nguồn

Nguồn phụ: trong trường hợp xảy ra sự cố thì nguồn dự phòng sẽ hoạt động , trong đề tài mô hình thì nhóm chọn khay đế chứa 4 pin AA

Hình : Khay chứa pin 4 pin AA

41 5.1.2.2 Khối cảm biến nhiệt

LM 35 sử dụng nguồn nuôi là 5v.

Hình 5.3 Mạch cảm biến nhiệt LM35

Cảm biến nhiệt LM35: Đóng vai trò cấp điện áp với nhiệt độ tương ứng vào bộ ADC của IC xử lý trung tâm. Từ đó IC sẽ xử lí tín hiệu thu đƣợc hiển thị lên LCD.

Tính toán nhiệt độ đầu ra của LM35:

 Việc đo nhiệt độ sử dụng LM 35 ta thường sử dụng bằng cách LM35 qua bộ biến đổi ADCvi điều khiển. Do trong PIC đã tích hợp sẵn bộ chuyển đổi ADC nên ta k cần thêm bộ chuyển đổi nữa. Nhƣ vậy ta có công thức U=t*k, trong đó U là điện áp đầu ra, t là nhiệt độ, k là hệ số theo nhiệt độ của LM35 là 10mV/oC.

 Điện áp cấp cho LM35 là 5V, bộ chuyển đổi ADC trong PIC là 10 bit.

42 Vậy bước thay đổi của LM 35 sẽ là 5/(2^10)=5/1024. Giá trị ADC đo được thì điện áo đầu ra của LM35 là (t*k)/(5/1024)=(0,01*1024*t/5)=2.048*t. Vậy nhiệt độ ta đo đƣợc t= giá trị ADC/2.048.

Sai số của LM35:

 Tại 0oC thì điện áp của LM35 là 1V.

 Tại 150oC thì điện áp của LM35 là 1.5V.

 Dải điện áp biến đổi là 1.5-0.1=1.49 V

Bước thay đổi của LM35 sử dụng bộ chuyển đổi ADC 10 bit là 5/1024=0.0049V.

 Sai số 0.0049/1.49=0.33%.

5.1.2.3 Khối hiển thị LCD

Dùng để hiển thị các trạng thái trong quá trình đăng nhập mật khẩu

Hình 5.4: Sơ đồ chân LCD

 Các chân 1,2,3 là các chân VSS , VDD, VEE trong đó VSS chân nối đất , VEE

43 chân chọn độ tương phản chân này được chọn qua 1 biến trở 10K một đầu nối VCC, một đầu nối mát . Chân VDD nối dương nguồn .

 Chân chọn thanh ghi RS (Register Select): Có hai thanh ghi trong LCD, chân RS (Register Select) đƣợc dùng để chọn thanh ghi, nhƣ sau:

Nếu RS = 0 ở chế độ ghi lệnh nhƣ xóa màn hình , bật tắt con trỏ…

Nếu RS =1 ở chế độ ghi dữ liệu nhƣ hiển thị ký tự , chữ số lên màn hình .

 Chân đọc/ ghi (R/W): Đầu vào đọc/ ghi cho phép người dùng ghi thông tin lên LCD khi R/W = 0 hoặc đọc thông tin LCD khi R/W = 1. Mạch chỉ dùng để hiện thị nên chân R/W ở mức 0 ( nối mass).

 Chân cho phép E (Enable): Chân cho phép E đƣợc sử dụng bởi LCD để chốt dữ liệu của nó. Khi dữ liệu đƣợc đến chân dữ liệu thì cần có 1 xung từ mức cao xuống mức thấp ở chân này để LCD chốt dữ liệu , xung này phải có độ rộng tối thiểu 450ns.

 Chân D0 – D7: Đây là 8 chân dữ liệu 8 bít, đƣợc dùng để gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD. Ở đây ta dùng LCD 4 bít nên chỉ cần sử dụng 4 chân D4-D7. Để màn hình LCD sáng, ta nối chân 15 với qua điện trở 330 Ω lên nguồn 5v, chân 16 nối mass.

5.1.2.4 Khối báo động

Gồm có báo động ra loa và ra Led

44 Hình 5.5: Khối báo động

Ở khối báo động ra loa, ta sử dụng tranzitor lọai NPN C1815 làm khóa điện tử để đóng mở nguồn 5v cung cấp cho loa hoạt động. Điện trở R7 dùng để hạn dòng vào chân B của tranzitor. R7= 1KΩ. R8 =10KΩ.

Sử dụng LED đỏ sáng nhấp nháy khi hệ thống chuyển sang trạng thái báo động có cháy.

Điện trở có giá trị 220Ω dùng để hạn dòng cho LED.

5.1.2.5 Khối cảm biến tín hiệu tương tự

Bao gồm cảm biến siêu âm, cảm biến mƣa sử dụng nguồn nuôi 5VDC.

45 Hình 5.6 : Sơ đồ kết nối cảm biến tương tự

Đối với cảm biến siêu âm, công thức tính toán từ tín hiệu tương tự sang đơn vị cm hay inch:

 uS là biến lưu lại số được truyền từ cảm biến vào Arduino

 Khoảng cách = uS / 58 (đơn vị cm) hoặc uS / 148 (đơn vị inch)

 Ở trạng thái ban đầu khi chƣa bị đối tƣợng tác động thì giá trị mặc định uS= 1024.

Đối với cảm biến mƣa:

 Do Arduino hỗ trợ ngõ vào tương tự với độ phân giải 10 bit do đó có

=1024 giá trị khác nhau. Giá trị của cám biến mƣa sẽ biến đổi trong phạm vi từ 0 đến 1024 . Mặc định ban đầu khi chƣa tác động sẽ thì giá trị là 1024.

5.1.2.6 Khối động lực

Để kéo cửa ra vào và phòng ngủ thì em sử dụng loại motor servo. Do chỉ thử nghiệm trên mô hình nên cửa chỉ có kích thước 5x15cm nên em quyết định chọn servo 9G có nguồn cấp 5VDC để kéo mở cửa hoàn toàn phù hợp với cấu tạo của ngôi nhà.

46 Thông số kĩ thuật SG90-9G:

Khối lƣợng : 9g

Kích thước: 22.2x11.8.32 mm Momen xoắn: 1.8kg/cm (4.8V)

Tốc độ hoạt động: 60 độ trong 0.1 giây Điện áp hoạt động: 4.8V(~5V)

Nhiệt độ hoạt động: 0 ºC – 55 ºC Hình 5.7: Động cơ servo SG90

Kết nối dây màu đỏ với 5V, dây màu nâu với mass, dây màu cam với chân phát xung của vi điều khiển. Ở chân xung cấp một xung từ 1ms-2ms theo để điều khiển góc quay theo ý muốn.

47 5.1.2.7 Mạch nguyên lý hoàn chỉnh:

Hình 5.8 : Sơ đồ khối ngôi nhà thông minh

Khối xử lí:

 Xử lí các tín hiệu thu đƣợc từ các cảm biến, công tắc khẩn, giả sử khi có cháy xảy ra ( nhiệt độ thu được từ cảm biến nhiệt đến một mức cho trước, nồng độ khói tăng cao đến ngƣỡng tác động, các công tắc khẩn đƣợc bật ) các cảm biến sẽ truyền tín hiệu đến vi điều khiển để vi điều khiển xử lí và đƣa ra hệ thống cảnh báo tương ứng.

 Điều khiển hệ thống cảnh báo (báo động).

 Hiển thị các trạng thái hoạt động của hệ thống báo cháy qua màn hình LCD, các trạng thái khi có cháy và khi không có cháy.