1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhà thông minh – Tài liệu text

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản không thiếu của tài liệu tại đây ( 3.34 MB, 74 trang )

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGÔI NHÀ THÔNG MINH.14 Sơ đồ nguyên lý

mạch nguồn

a. Tính chọn

Chọn IC ổn áp 7812 tạo ra điện áp chuẩn+ 12v để cung cấp cho mạch rơ le đóng

cắt động cơ và IC7805 tạo ra điện áp +5v để cung cấp cho mạch chính và mạch cảm

biến. Thông số của vi mạch này như sau:

Điện áp đầu ra =12V với IC 7812 và =5V với IC 7805

Dòng điện qua IC 7812 là 1A

Dòng điện đầu ra xấp xỉ =1.1A

Tụ C7, C9, C11, C12 để lọc nguồn

Tụ C1, C5, C8, C10 để lọc phẳng

Chọn C7=1000uf, C9=2200uf, C11=1000uf, C12=1000uf

C1=470uf, C5=470uf, C8= 100uf, C10= 100uf.

Như vậy ta lấy được mạch nguồn +12v và + 5v. Nguồn 12v cấp cho mạch role đóng

cắt cho cuộn hút, nguồn 5v cấp cho mạch chính và các mạch cảm biến.

GVHD: CHU THỊ THANH THƠ

TRANG 26

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

4.1.2 Khối xử lý trung tâm

Hình THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGÔI NHÀ THÔNG MINH.15 Sơ đồ nguyên lý

khối xử lý trung tâm

a. Chức năng

Đây là khối trung tâm trong việc xử lí và điều khiển hệ thống. Khối do một vi điều

khiển PIC16F877A đảm nhận và có nhiệm vụ nhận dữ liệu từ cảm biến, giao tiếp với

LCD, khối cơng suất.

b. Ngun lý làm việc:

Khối vi xử lí này được lập trình để thực thi gửi thơng tin điều khiển.

c. Đối tượng điều khiển

Đối tượng điều khiển là các cơ cấu chấp hành, chúng nhận lệnh xử lý từ khối xử lý

trung tâm và thực thi nó.

Bao gồm các thiết bị:

Bóng đèn

Quạt

GVHD: CHU THỊ THANH THƠ

TRANG 27

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

4.1.3 Khối cảm biến

Khối này bao gồm một cảm biến quang (quang trở), cảm biến chuyển động, một

cảm biến khí ga MQ2.

Khối giao tiếp cảm biến có tác dụng nhận tín hiệu cảm biến sau đó khuếch đại

tín hiệu và đầu ra sẽ được đưa vào vi xử lý.

4.1.4 Khối hiển thị LCD

Hình THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGÔI NHÀ THÔNG MINH.16 LCD :

TUXGR_16X2_R2

Khối này bao gồm một LCD trắng đen 16×2 và một bàn phím ma trận 4×4.

– LCD hiển thị quá trình làm việc của vi điều khiển nên dễ dàng phát hiện sai và sữa

chữa cho phần mềm.

– Bàn phím Keypad có nhiệm vụ mở thiết bị. Ví dụ: mở cửa… Khối xử lí phần cứng có

khả năng đặt mật mã và sẽ quét các phím nhấn từ Keypad và hiển thị ra LCD. Nếu

đúng mật mã đã đặt thì mở cửa, còn sai 3 lần thì sẽ khóa phím.

Với các ưu điểm như: tiêu thụ dòng thấp, hiển thị được hình ảnh/ký tự linh hoạt

tốt hơn nhiều so với LED ,màn hình tinh thể lỏng LCD (Liquid Crystal Display) được

sử dụng trong hầu hết các thiết bị điều khiển trong cơng nghiệp để hiển thị trạng thái

của máy móc. Ngày nay với công nghệ phát triển giá thành của LCD cũng giảm nhiều.

Do có rất nhiều chủng loại khác nhau, nên LCD được sử dụng rất rộng rãi. Tất cả các

LCD đều được sản xuất theo các chuẩn chung, tích hợp ln các module điều khiển

(cho LCD) nên việc sử dụng nó khơng mấy phức tạp. Bộ điều khiển LCD cung cấp

một tập lệnh dùng để diều khiển LCD.

Trong ứng dụng cụ thể này, do không yêu cầu hiển thị phức tạp nên em chọn loại LCD

kiểu ký tự, với 16 ký tự, 2 hàng (16characters x 2lines). LCD sử dụng ma trận chữ

GVHD: CHU THỊ THANH THƠ

TRANG 28

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

5×8 (font 5×8), module điều khiển là HD44780. Tên của LCD này là DIS1

TUXGR_16X2_R2.

Bảng THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGÔI NHÀ THÔNG MINH.2 Chức năng của từng

chân và ghép nối chi tiết LCD- PIC16F877A.

STT

1

2

3

Ký

hiệu

GND

VCC

CON

TR

Nối với

Vi xử lí

Mức logic

Chức năng

0 V (Ground)

5 V (Supply)

điều khiển độ sáng tối cho LCD

H: chọn thanh ghi vào dữ liệu.

4

RS

RC7

H/L

L: chọn thanh ghi cho lênh

điều

khiển.

chọn chế độ đọc viết:

5

R/W

H/L

H: cho biết đọc từ LCD vào VXL.

L: cho biết đọc từ VXL vào LCD.

RC6

xung L-H- tín hiệu cho phép LCD hoạt

6

E

L

động.4bit

7

DB0

H/L

8

DB1

H/L

9

DB2

H/L

10

DB3

H/L

11

DB4

RC5

H/L

12

DB5

RC4

H/L

13

DB6

RD3

H/L

14

DB7

RD2

H/L

15

0 V (Ground)

16

5 V nguồn cấp cho đèn backline.

Điều khiển hoạt động của LCD

Hoạt động của LCD được điều khiển thơng qua 3 tín hiệu E, RS, RW.

-Tín hiệu E là tín hiệu cho phép gửi dữ liệu. Để gửi dữ liệu đến LCD, chương

trình phải thiết lập E=1, sau đó đặt các trạng thái điều khiển thích hợp lên RS, RW và

bus dữ liệu, cuối cùng là đưa E về 0. Hoạt động chuyển đổi từ cao-xuống-thấp cho

phép LCD nhận dữ liệu hiện thời trên các đường điều khiển cũng như trên bus dữ liệu

và xem đó như là một lệnh.

-Tín hiệu RS là tín hiệu cho phép chọn thanh ghi (Register Select ). Khi RS=0,

dữ liệu được coi như là một lệnh hay một chỉ thị đặc biệt (như là xóa màn hình, đặt vị

trí con trỏ…). Khi RS=1, dữ liệu được coi là dữ liệu dạng văn bản và sẽ được hiển thị

trên màn hình.

GVHD: CHU THỊ THANH THƠ

TRANG 29

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

-Tín hiệu RW là tín hiệu “Đọc/Ghi”. Khi RW=1, thông tin trên bus dữ liệu được

ghi vào LCD. Khi RW=0, chương trình sẽ đọc LCD.

-Bus dữ liệu gồm 4 hoặc 8 đường tùy thuộc vào chế độ hoạt động mà người sử dụng

lựa chọn (ở đây chương trình sử dụng bus dữ liệu 4-bít).

4.1.5 Khối bàn phím

Hệ thống sử dụng bàn phím 4×4 có giao diện như sau:

Hình THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGƠI NHÀ THƠNG MINH.17 Các phím của bàn

phím

Trong đó: Phím 0-9 dùng để nhập mã.

Các phím chọn chức năng:

Enter(A): sau khi nhấn enter để thực hiện

Xóa (B): xóa ký tự vừa nhập

Set (C): Thay đổi password

 Nguyên lý hoạt động bàn phím

Ta giải mã bàn phím được tín hiệu có 8 bit

Trong vi điều khiển ta lập trình nạp mã số dạng 8 bit như bàn phím mã hố được vào

lần lượt thanh ghi trong ROM.

Ta đem so sánh mã bàn phím nhấn với mã được nạp. Để mở rộng ta có thể giải mã

bàn phím về dạng phức tạp hơn để tính bảo mật được tốt hơn

Bàn phím (Keypad ) được nối kết hợp với 6 chân PORT A và 2 chân PORT E sử dụng

điện trở kéo lên Các chân RA,RE nối với điện trở kéo lên làm port nhận dữ liệu :

ấn phím HÀNG

RA0 .Phím CỘT

1Trạng thái khi

RA4

1

RA1

1

1

0

RA2

2

1

0

3

1

0

4

0

1

5

0

6

RA3

0

0

0

0

1

0

1

0

1

0

0

0

0

RA6

0

RE0

0

RE1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

0

0

7

0

0

1

0

0

0

0

1

8

0

0

1

0

0

0

1

0

9

0

0

1

0

0

1

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

0

0

0 THANH THƠ

GVHD: CHU THỊ

Set(C)

Enter(A)

(B)

2

3

4

2

3

4

TRANG 30

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Bảng THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGÔI NHÀ THÔNG MINH.3 Bảng mã hóa trạng

thái bàn phím [6]

 Sơ đồ ngun lý

GVHD: CHU THỊ THANH THƠ

TRANG 31

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGƠI NHÀ THƠNG MINH.18 Sơ đồ ngun lý bàn

phím ma trận

Nguyên tắc hoạt động

Ta giải mã bàn phím được tín hiệu có 8 bit.Trong vi điều khiển ta lập trình nạp

mã số dạng 8 bit như bàn phím mã hố được vào lần lượt thanh ghi trong ROM. Ta

đem so sánh mã bàn phím nhấn với mã được nạp. Để mở rộng ta có thể giải mã bàn

phím về dạng phức tạp hơn để tính bảo mật được tốt hơn.

4.1.6 Khối công suất

GVHD: CHU THỊ THANH THƠ

TRANG 32

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGÔI NHÀ THÔNG MINH.19 Sơ đồ nguyên lý

khối công suất

a. Chọn linh kiện

 Chọn transistor

Chọn Transistor là C828 có dòng qua IC khoảng 10mA chọn dòng qua Led là

10mA.

 Tính trở hạn dòng cho C828

GVHD: CHU THỊ THANH THƠ

TRANG 33

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Khi nhận tín hiệu : Vn=705mΩ

IB 

VIN  VBE 0.705  0.7



 1 A

RB

5 �103

� VC  VCC  VRc  VCC  RC �I B �hfe  5  5 �103 �106 �100  4.5V

Để cảm biến hoạt động tốt thì VIN =2V÷3V với VIN ≥2V

Từ đó, dựa vào thực tế ta chọn R= 3,3kΩ

Tác dụng Tụ 1000µf là làm phảng dòng điện trước khi đưa vào IC7805.

 Chọn điện trở hạn dòng cho led: chọn R = 220 Ω

 Chọn điện trở phân cực cho PC817: Chọn R = 10kΩ

b. Chức năng

Trong mạch cơng suất ta có sử dụng PC817. Đó chính là phần tử cách ly quang là

linh kiện tích hợp có cấu tạo gồm 1 led và 1 photo diode hay 1 photo transitor. Được

sử dụng để cách ly giữa các khối chênh lệch nhau về điện hay cơng suất như khối có

cơng suất nhỏ với khối điện áp lớn.

Đầu vào của opto là 5V (Dòng nhỏ khoảng 100mA-500mA) tùy loại Opto còn đầu

ra của nó điện áp lớn hơn nhiều. Opto có tác dụng cách ly hồn tồn hai khối cơng suất

để 2 khối này không ảnh hưởng đến nhau. Và hay được dùng trong các mạch điều

khiển dùng Vi xử lý.

c. Nguyên lý làm việc

Khi nhận tín hiệu đưa ra từ vi điều khiển vào khối cơng suất sẽ khuếch đại tín hiệu để

đóng cắt rơle điều khiển các thiết bị chấp hành.

4.2 Quản lý hệ thống cửa vào/ra

4.2.1 Giới thiệu hệ thống

Đây là một hệ thống đóng mở theo mã (password) cho phép một số ít người có

thể ra vào theo mã của họ. Nó có thể được áp dụng làm cửa ra vào của các hệ thống

GVHD: CHU THỊ THANH THƠ

TRANG 34

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

cần mang tính bảo mật, giới hạn số người ra vào như: Cửa ra vào cơ quan, nhà máy,

các khu quan trọng…

Trên cơ sở đó, hệ thống phải đảm bảo được hai u cầu cơ bản sau:

– Tính an tồn: phải có chức năng bảo mật.

– Dễ sử dụng: có đầy đủ hướng dẫn để người dùng sử dụng

Do đó chúng em đã đưa ra yêu cầu một hệ thống có chức năng đóng mở như sau:

4.2.2 Kết cấu hệ thống



Hệ thống quản lí một số mã ứng với một số người được cho phép ra vào

ở của này và hoạt động trên cơ sở các mã này.







Mã sử dụng các chữ số từ 0->9

Độ dài của mã từ 1->10 chữ số

Hệ thống giao tiếp với người sử dụng thông qua một bàn phím điều



khiển và hiển thị trên màn hình.

Bàn phím gồm các phím số 0-9 và các phím chức năng: ENTER (A),

backspace(B),SET(C),*. #, D



Khi bắt đầu, người sử dụng được yêu cầu nhập mã:



Nếu chọn enter(A):

Hệ thống so sánh mã vừa nhập với code.

Nếu mã đúng: cửa sẽ mở

Nếu mã sai: yêu cầu nhập lại. Nếu nhập mã sai 3 lần liên tiếp

chuông sẽ báo động và phải sau 30s mới được phép nhập lại.



Trong quá trình nhập mã, nếu có nhầm lẫn có thể nhập lại bằng cách sử

dụng nút Backspace(B)

4.2.3 Sơ đồ nguyên lí mạch mở cửa bằng mật khẩu

a. Sơ đồ nguyên lý

GVHD: CHU THỊ THANH THƠ

TRANG 35

Source: https://suanha.org
Category : Thợ Điện