intTypePromotion=1
ADSENSE

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế mô hình nhà thông minh ứng dụng vi điều khiển

Chia sẻ: Nguyenquynh Hoa | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:87

584
lượt xem
65
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung của đề án tốt nghiệp gồm: tìm hiểu về hệ điều hành Android và vi điều khiển; thiết kế điều khiển và giám sát cho mô hình nhà ở; ý tưởng xây dựng thuật toán điều khiển nhà thông minh; hệ điều hành Androi; phần mềm App Inventor; lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển nhà thông minh; Code chương trình điều khiển nhà thông minh bằng giọng nói... Để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu mời các bạn cùng tham khảo đề án.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế mô hình nhà thông minh ứng dụng vi điều khiển

  1. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             LỜI NÓI ĐẦU Trong cuộc sống ngày nay, trên nền tảng của sự phát triển về công nghệ thông   tin, điện dân dụng… các sản phẩm khoa học công nghệ  dần được đưa vào ứng dụng   trong đời sống sản xuất và   đời sống sinh hoạt của con người. Sự  kết hợp các tính   năng  ưu việt của Smartphone, máy tính, cảm biến với các thiết bị  điện dân dụng…   đem lại cho con người những trải nghiệm về một thế giới thi ết b ị t ự động. Góp phần   làm cho điều kiện cuộc sống ngày một được nâng cao, nhu cầu về giải trí  hưởng thụ  được cải thiện. Một trong những ý tưởng đó đã được phát triển  ứng dụng và được  nhiều người quan tấm đến trong thời gian gần đây, đó là khái niệm về  “nhà thông   minh”. Tính năng tự  động của nó đem lại, mà hiện nay các ngôi nhà thông minh ngày  càng được đưa vào sử dụng rộng rãi trong thực tế, không chỉ  đối với các căn biệt thự  … mà ý tưởng này còn có thể được mở  rộng ứng dụng cho những ngôi nhà dân dụng   với mức chi phí bình thường. Từ  nhu cầu thực tế  muốn  ước mơ  về sử dụng thiết bị  điện dân dụng tự  động đến với mọi người dân, đồ  án của chúng em đề  xuất và xây   dựng đề  tài “Thiết kế  mô hình nhà thông minh  ứng dụng vi điều khiển ”. Với sự  giúp đỡ  tận tình của thầy giáo TS. Đặng Ngọc Trung cùng các thầy cô giáo trong bộ  môn Kỹ Thuật Điện cùng với sự nỗ lực của cả nhóm đồ  án chúng em, đến nay đồ  án   của chúng em đã hoàn thành. Do kiến thức của chúng em còn hạn chế  nên đề  tài của  chúng em không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong sự chỉ bảo, góp ý của   các thầy cô giáo cùng các bạn sinh viên để  nội dung của đề  tài thực sự  hoàn thiện và  được ứng dụng hiệu quả hơn trong đời sống. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Đặng Ngọc Trung, cảm ơn các  thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ Thuật Điện đã tận tình giúp đỡ  chúng em để đề  tài của  chúng em được hoàn thành đúng thời hạn. Thái Nguyên, ngày 28  tháng 11 năm 2018    Giáo viên hướng dẫn                                          Nhóm sinh viên thực hiện SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 1             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  2. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             TS. Đặng Ngọc Trung                                         NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 2             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  3. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 3             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  4. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             ............................................................................................................................................. Contents  LỜI NÓI ĐẦU                                                                                                            ........................................................................................................      1  Contents                                                                                                                       ...................................................................................................................      4  PHẦN 1                                                                                                                        ....................................................................................................................      5  ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU                                                                                    ................................................................................      5  1.1.Giới thiệu về hệ thống nhà thông minh                                                           .......................................................      5  1.2.Đặt bài toán                                                                                                       ...................................................................................................      8  1.3.Ý tưởng xây dựng thuật toán điều khiển nhà thông minh                                ............................      9  PHẦN 2                                                                                                                      ..................................................................................................................       10     TÌM HIỂU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID VÀ VI ĐIỀU KHIỂN                    ................       10           PIC 16F877A CÙNG MỘT SỐ THIẾT BỊ NGOẠI VI KHÁC                        ....................       10  2.1.Hệ điều hành Android                                                                                     .................................................................................       10  2.2.Vi điều khiển PIC 16F877A                                                                            ........................................................................       12  PHẦN 3                                                                                                                      ..................................................................................................................       35  THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO MÔ HÌNH NHÀ Ở                     .................       35  DÂN DỤNG THÔNG MINH                                                                                    ................................................................................       35  3.1.Thiết kế phần cứng                                                                                        ....................................................................................       35  3.2. Xây dựng phần mềm                                                                                      ..................................................................................       68 SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 4             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  5. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                              3.3.  Kết luận và định hướng phát triển                                                               ...........................................................       85  TÀI LIỆU THAM KHẢO                                                                                      ..................................................................................       86 PHẦN 1 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Giới thiệu về hệ thống nhà thông minh Nhà thông minh (tiếng Anh là "Smart Home") hoặc hệ thống nhà thông minh là   một ngôi nhà/ căn hộ được trang bị hệ thống tự động tiên tiến dành cho điều khiển đèn  chiếu sáng, nhiệt độ, truyền thông đa phương tiện, an ninh, cửa tự động và nhiều tính  năng khác nhằm mục đích làm cho cuộc sống ngày càng tiện nghi, an toàn và góp phần  sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên. Theo wiseGeek, một ngôi nhà (hoặc căn hộ) được coi là "thông minh" bởi vì hệ  thống máy tính/điện thoại của nó có thể  giám sát được nhiều khía cạnh diễn ra xung   quanh ngôi nhà của chúng ta thường ngày.Một trong những ví dụ cơ bản nhất của nhà  thông minh là một hệ thống kiểm soát mức độ  chiếu sáng của hệ  thống đèn giúp tiết  kiệm điện và phù hợp với khung cảnh, chẳng hạn như cài đặt đèn ánh sáng nhẹ  cho  các bữa tiệc tối. Hệ  thống cũng có thể  điều chỉnh rèm cửa theo yêu cầu, kiểm soát   SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 5             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  6. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             nhiệt độ, hệ thống báo sự cố khí gas, hệ thống đóng mở cửa tự động, hệ thống phòng  ngừa trộm…Nhà thông minh ngoài ra còn có một số   ứng dụng sáng tạo hơn, gồm hệ  thống điều khiển giải trí loa đài với công suất khác nhau, hệ thống tưới nước... Các   chức   năng   này   có   thể   được   thực   hiện   nhờ   việc   ghép   nối   các   thiết   bị  điệntrong nhà với bộ điều khiển trung tâm thông qua hệ thống máy tính/điện thoại để  có thể theo dõi các trạng thái và ra các quyết định điều khiển phù hợp. Nhà thông minh đã được hình dung trong các tác phẩm khoa học viễn tưởng từ  nhiều năm nhưng nó chỉ trở thành hiện thực kể từ thế kỷ 20 sau sự phát triển rộng rãi  của ngành điện ­ điện tử và những tiến bộ nhanh chóng của công nghệ thông tin, theo  Wikipedia. Công nghệ  nhà thông minh ngày càng     trở  nên tinh vi,các tín hiệu điều  khiển và giám sát được mã hóa truyền đi thông qua hệ  thống dây dẫn hoặc mạng   không dây đến các bộ chuyển mạch, ổ điện được lập trình sẵn để vận hành các đồ gia  dụng và thiết bị điện tử ở trong ngôi nhà. Sự tự động hóa của ngôi nhà đặc biệt có ích   cho người lớn tuổi và người tàn tật, những người muốn sống tự lập. Việc lắp đặt các sản phẩm thông minh đem lại cho ngôi nhà và chủ nhân của nó  rất nhiều lợi ích – tương tự như  những lợi ích mà công nghệ  và máy tính cá nhân đã  đem lại cho chúng ta 30 năm qua, bao gồm: sự tiện nghi, tiết kiệm thời gian, tiền bạc   và năng lượng. Các thành phần của hệ thống nhà thông minh bao gồm các cảm biến (như cảm  biến nhiệt độ, cảm biến chuyển động, cảm biến ánh sáng, cảm biến âm thanh, cảm  biến khí gas…), các bộ điều khiển (PLC, vi điều khiển…), máy tính, khối thu phát tín  hiệu (wifi, Bluetooth…)và các thiết bị  chấp hành khác (Rơ  le trung gian…). Nhờ  hệ  thống cảm biến, các bộ  điều khiển và máy tính/điện thoại mà con người có thể  theo   dõi các trạng thái bên trong ngôi nhà dù chúng ta đang  ở  bất cứ  đâu, để  đưa ra các   quyết định điều khiển các thiết bị chấp hành một cách phù hợp nhằm đảm bảo sự  an  toàn cũng như đem lại cho người sử dụng một môi trường sống tốt nhất. SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 6             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  7. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             Hình1.1. Mô hình hệ thống nhà thông minh Trên thế  giới, nhiều kiến trúc sư  đang bắt đầu cân nhắc đến nhà thông minh  trong khi thiết kế và xây dựng nhà. Khi đó, hệ thống được tích hợp ngay trong quá trình   xây dựng thì chi phí cho việc lắp đặt, bảo trì sẽ  giảm xuống đồng thời toàn bộ  hệ  thống điện trong tòa nhà cũng sẽ  đồng bộ  và linh hoạt hơn. Tuy nhiên, các ngôi nhà   hoặc căn hộ  đã xây dựng trước đây cũng vẫn có thể  sửa đổi để  tích hợp hệ  thống  thông minh vào, đem lại những cảm giác mới cho ngôi nhà của chúng ta. Hiện nay, trong lĩnh vực nhà thông minh, các kỹ  sư vẫn đang tiếp tục sáng tạo  để  tạo ra nhiều tiện ích hơn nữa cho ngôi nhà cũng như  tối  ưu hóa về  triển khai lắp   đặt một ngôi nhà thông minh. Trong tương lai không xa, ngôi nhà thông minh có thể có   khả năng “tư duy” để tự điều chỉnh các thiết bị một cách phù hợp và có khả năng giao  tiếp với con người như trong các bộ phim viễn tưởng là có cơ sở trở thành hiện thực. Cuối những năm 1990, nhà thông minh vẫn được xem là một thứ xa xỉ của nhà  giàu. Tuy nhiên, với sự  ra đời và phổ  biến của công nghệ  vi điện tử  và chi phí ngày   càng giảm của chúng thì các công nghệ điều khiển thông minh có thể  được ứng dụng   SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 7             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  8. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             rỗng rãi hơn và đem lại cho mọi người dân có mức sống trung bình có thể  làm chủ  được ngôi nhà thông minh trong tầm tay.  Với sự  phát triển vũ bão của công nghệ  thông tin, internet và chi phí cho hệ  thống nhà thông minh đã giảm xuống trong thời gian gần đây. Nhu cầu người sử dụng   đã tăng cao đáng kể. Theo hãng ABI Research,  năm 2012 đã có hơn 1,5 triệu hệ thống  nhà thông minh được lắp đặt ở Mỹ và dự kiến con số này sẽ tăng đến 8 triệu vào năm   2017. Trong tương lai không xa, có thể  hi vọng nhà thông minh sẽ  là một xu hướng   mới cho cuộc sống của con người hiện đại. 1.2. Đặt bài toán Xuất phát từ  nhu cầu mở  rộng quy mô  ứng dụng hệ  thống nhà thông minh   không chỉ tập trung cho các nhà biệt thự, khách sạn… phục vụ cho các tầng lớp giàu có  thượng lưu, mà còn đem lại cho người có mức thu nhập trung bình có được cơ hội sở  hữu ngôi nhà thông minh với một số tính năng tự động nhất định của riêng mình trong  khả  năng kinh tế có hạn. Vì vậy trong phạm vi của đề  tài đề  xuất xây dựng mô hình   nhà  ở  dân dụng nhà thông minh, đảm bảo cho ngôi nhà có được một số  tính năng tự  động như sau:  Đóng mở cửa và bật tắt hệ thống chiếu sáng từ xa thông qua điện thoại/máy   tính, modul Bluetooth HC06 kết nối với vi điều khiển trung tâm.   Bật tắt các thiết bị  bằng giọng nói thông qua  điện thoại gửi  đến modul   Bluetooth HC06 kết nối với vi điểu khiển trung tâm   Đóng mở cửa và bật tắt hệ thống chiếu sáng từ xa bằng việc giải mã tín hiệu  DTMF của điện thoại.  Hiển thị nhiệt độ  phòng, nồng độ  khí gas trên LCD hoặc máy tính/điện thoại  giám sát. SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 8             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  9. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                              Tự động phát hiện và báo sự cố khí gas khi quá nồng độ  cho phép thông qua   còi báo động, đồng thời ngắt Rơ le trung gian cấp điện xoay chiều cho toàn hệ  thống  điện của ngôi nhà, đến khi sự  cố  được giải trừ  thì tự  động đóng Rơ  le trung gian trở  lại để cấp điện cho ngôi nhà hoạt động bình thường. 1.3. Ý tưởng xây dựng thuật toán điều khiển nhà thông minh Về bản chất mô hình nhà thông minh đề xuất trong đề tài được vận hành: Đóng  cắt từ  xa thiết bị  điện chiếu sáng và đóng mở  cửa qua bộ  điều khiển trung tâm .  Việc đóng mở  cửa và đóng cắt thiết bị chiếu sáng thông qua bộ điều khiển trung tâm   giúp cho người sử dụng có thể vận hành các thiết bị ở bất cứ vị trí nào bằng ba cách:  Cách 1: Điều khiển ở khoảng cách gần thông qua modul blutooth HC06 lúc này  tất cả các hiệu lệnh đóng cắt thiết bị của người sử dụng thông qua các nút ấn trên bàn  phím của máy tính hay điện thoại, được mã hóa thành tín hiệu nhờ  phần mềm  ứng   dụng trên hệ  điều hành Android và gửi tín hiệu về  vi  điều khiển thông qua kênh   Bluetooth của modul Bluetooth HC06, tín hiệu sẽ  được xử  lý thông qua mã chương   trình đã được lập trình sẵn trong vi điều khiển, từ đó phát tín hiệu điều khiển tới Rơ le  trung gian để cấp điện cho động cơ cửa tự động hay thiết bị chiếu sáng. Cách   2:  Điều   khiển   ở   khoảng   cách   gần   bằng   giọng   nói   thông   qua   modul  blutooth HC06 lúc này tất cả các hiệu lệnh đóng cắt thiết bị của người sử dụng thông   qua các khẩu lệnh giọng nói của ta truyền đến, được mã hóa thành tín hiệu nhờ phần   mềm ứng dụng trên hệ  điều hành Android và gửi tín hiệu về  vi điều khiển thông qua  kênh   Bluetooth   của   modul   Bluetooth   HC06,   tín   hiệu   sẽ   được   xử   lý   thông   qua   mã   chương trình đã được lập trình sẵn trong vi điều khiển, từ đó phát tín hiệu điều khiển   tới Rơ le trung gian để cấp điện cho các thiết bị.     Cách 3:  Điều khiển  ở  khoảng cách xa bằng việc giải mã âm bàn phím nhờ  modul DTMF sẽ chuyển từ tín hiệu âm thanh sang tín hiệu dạng số và được đưa tới bộ  xủ lý trung tâm thông qua modul DTMF  từ đó sẽ được xử lý và đưa ra lệnh điều khiển  SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 9             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  10. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             đóng mở các thiết bị. Bên cạnh đó trong mô hình nhà ở dân dụng thông minh còn bố trí   các công tắc ở mỗi phòng để bật tắt thiết bị chiếu sáng bằng tay.  Ngoài ra nhờ  các cảm biến nhiệt độ  và cảm biến khí gas MQ2 và thông qua vi  điều khiển và modul Bluetooth sẽ hiển thị các thông số nhiệt độ phòng cũng như nồng   khí gas trên LCD, máy tính và điện thoại, để người sử dụng có thể giám sát được đảm   bảo sự an toàn trong ngôi nhà tốt nhất. Một điều đáng chú ý đó là chế độ cảnh báo sự  cố  rò rỉ  khí gas trong ngôi nhà thông qua chương trình cài đặt sẵn trong vi điều khiển  đưa tín hiệu báo động ra còi báo động khi khí gas vượt quá ngưỡng cho phép, đồng thời  giải trừ sự nguy hiểm cho toàn bộ hệ thống điện trong ngôi nhà nhờ tín hiệu từ vi điều  khiển đưa đến Rơ le trung gian tổng, ngắt điện lưới toàn hệ thống của ngôi nhà, đảm  bảo hạn chế  sự  cháy nổ  do điện gây ra. Khi sự  cố  khí gas đã được giải trừ  thì hệ  thống lại tự  động đóng tiếp điểm của Rơ le trung gian tổng cấp điện lại cho toàn hệ  thống trong ngôi nhà. PHẦN 2       TÌM   HIỂU   VỀ   HỆ   ĐIỀU   HÀNH   ANDROID   VÀ   VI   ĐIỀU   KHIỂN          PIC 16F877A CÙNG MỘT SỐ THIẾT BỊ NGOẠI VI KHÁC 2.1. Hệ điều hành Android 2.1.1. Khái niệm Android   là   một  hệ   điều  hành   mã   nguồn  mở   dành   cho   thiết   bị   di   động  như  Smartphone, Tablet hay Netbook (thường gọi chung là thiết bị  cầm tay thông minh).   Android do Google phát triển dựa trên nền tảng Linux kernel phiên bản 2.6 và các phần   SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 10             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             mềm mã nguồn mở. Bất kỳ một hãng sản xuất phần cứng nào cũng đều có thể  tự  do  sử dụng hệ điều hành Android cho thiết bị của mình, miễn là các thiết bị  ấy đáp ứng   được các tiêu chuẩn cơ bản do Google đặt ra (như  có cảm  ứng chạm đa điểm, GPS,   3G,…). Nhờ tính mở miễn phí và những ưu điểm của hệ điều hành này, ngày nay các  thiết bị cầm tay sử dụng hệ điều hành này càng nhiều và phổ  biến. Và một ưu điểm   nữa là hầu như các thiết bị Android là đều được tích hợp công nghệ Bluetooth, vì thế  người dùng có thể dễ dàng kết nối được với mạch để điều khiển. Việc điều khiển trở  lên thuận tiện và tiết kiệm chi phí. Nhờ vào tính mở của hệ điều hành Android chúng  ta có thể phát triển ứng dụng một cách tối ưu, phù hợp cho bộ điều khiển.  Từ những thuận lợi đó, việc tạo một  ứng dụng trên chiếc Mobile Android thật  sự dễ dàng, ứng dụng này sẽ có chức năng chính là truyền, nhận dữ liệu qua Bluetooth   để điều khiển bảng thiết bị. Và việc này được thực hiện trên những chiếc điện thoại  sử dụng hệ điều hành Android mà mọi người thường dùng hằng ngày. 2.1.2. Cấu trúc hệ điều hành Android Kiến trúc hệ  điều hành Android gồm 4 tầng, từ dưới lên trên là tầng hạt nhân  Linux (v2.6), tầng Libraries & Android Runtime, tầng Application Framework và trên  cùng là tầng Application. Mô hình tổng thể của các thành phần bên trong hệ  thống sử  dụng Android được mình họa trong (Hình 2.1). SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 11             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             Hình 2.1. Minh Kiến trúc của hệ điều hành Android   Android là một hệ điều hành có tính mở, khác với nhiều hệ điều hành di động  khác, android cho phép một  ứng dụng của bên thứ  ba được phép chạy nền. Các  ứng   dụng đó chỉ  có một hạn chế nhỏ đó là nó không được phép sử  dung quá 5~10% công  suất CPU, điều đó nhằm để    tránh độc quyền trong việc sử    dụng CPU.  Ứng dụng  không có điểm vào cố định, không có phương thức main để bắt đầu. 2.2. Vi điều khiển PIC 16F877A Vi điều khiển PIC 16F877A là loại vi  điều khiển 8 bit tầm trung của hãng  Microchip, là loại vi điều khiển có kiến trúc Havard, sử  dụng tập lệnh kiểu RISC   (Reduced Instruction Set Computer) với chỉ 35 lệnh cơ bản, tất c ả các lệnh được thực   hiện trong một chu kỳ lệnh trừ các lệnh rẽ nhánh. 2.2.1. Sơ đồ chân vật lý của PIC 16F877A Vi điều khiển PIC 16F877 A bao gồm 40 chân vật lý được bố  trí như  Hình 2.2  dưới đây. Bao gồm: + Các chân nguồn:   Chân 11, 32 là các chân VDD (+5v) Chân 12, là các chân VSS (0v) + Chân reset : chân số 1 MCLR là chân reset của pic chân này có nhiệm vụ khởi   động lại VĐK PIC + 4 cổng xuất nhập tín hiệu: PORT A và thanh ghi TRIS A; PORT B và thanh ghi TRIS B PORT C và thanh ghi TRIS C; PORT D và thanh ghi TRIS D + Bộ đếm và định thời  PIC 16F877A gồm 3 timer:  SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 12             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             TIMER 0 là bộ  đinh thời 8bit timer hoạt động  ở 2 chế độ: chế  độ  định thời và   chế độ đếm. TIMER 1 là bộ  định thời 16 bit được tạo thành từ  2 thanh ghi 8bit TMR1L và  TMR1H. TIMER   2  là   bộ   định  thời   8  bit   được   ứng   dụng   để   điều   chế   độ   rộng   xung   (PWM). + Các ngắt thông dụng: Ngắt tràn timer 0; Ngắt RB RB4­RB7; Ngắt EXT RB0; Ngắt truyền thông Ngoài ra PIC 16F877A còn có 2 chân băm xung PWM CCP1 và CCP2 với chu kỳ xung   là khoảng thời gian để giá trị thanh ghi TMR2 tăng đến giá trị thanh ghi PR2. Hình 2.2. Sơ đồ chân vật lý của PIC 16F877A 2.2.2. Sơ đồ tối thiểu để PIC 16F877A có thể hoạt động được Để  họ  vi điều khiển PIC nói chung và PIC16F877A nói riêng hoạt động được  phải đảm bảo các chân vật lý của vi điều khiển tối thiểu phải được đấu như Hình 2.3.  SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 13             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             Hình 2.3. Sơ đồ tối thiểu đảm bảo sự hoạt động của PIC 16F877A 2.3. Các thiết bị ngoại vi sử dụng trong đề tài 2.3.1 Cảm biến khí gas Để đo nồng độ khí gas (trường hợp rò rỉ  khí gas trong ngôi nhà) và hiển thị  lên   LCD hay máy tính/điện thoại, trong đề  tài sử  dụng cảm biến khí gas MQ2 với các  thông số vật lý như sau: ­ Điện áp sử dụng : +5V ­ Aout: điện áp ra tương tự. Nó có giá trị  từ  0.3V đến 4.5V, phụ  thuộc vào  nồng độ khí xung quang MQ2.                                                                              ­ Dout: điện áp ra số, giá trị 0,1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ  khí mà MQ2 đo được. Các loại khí: +LPG (Khí hóa lỏng) +i­butane +Propane SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 14             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             +Methane +Alcohol +Hydrogen +Smoke Việc có chân ra số Dout rất tiện cho ta mắc các ứng dụng đơn giản, không cần  đến vi điều khiển. Khi đó ta chỉ cần chỉnh giá trị  biến trở  tới giá trị  nồng độ  ta muốn   cảnh báo. Khi nồng độ MQ2 đo được thấp hơn mức cho phép thì Dout = 1, đèn Led tắt.   Khi nồng độ khí đo được lớn hơn nồng khí cho phép, Dout =0, đèn Led sáng. Hình 2.4. Hình ảnh cảm biến khí gas MQ2 2.3.2. Cảm biến nhiệt độ Để  đo nhiệt độ  trong ngôi nhà và hiển thị  lên LCD hay máy tính/điện thoại,   trong đề tài sử dụng cảm biến nhiệt độ DS18B20 với các thông số vật lý như sau: Cảm biến đo nhiệt độ  DS18B20 sử  dụng chuẩn giao tiếp ONE WIRE (đường  dẫn tín hiệu và đường dẫn điện áp nguồn nuôi có thể  dùng chung trên một dây dẫn).  Ngoài ra, nhiều cảm biến có thể  dùng chung trên một đường dẫn (Rất thích hợp với   các ứng dụng đo lường đa điểm). SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 15             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             Các đặc điểm kỹ thuật của cảm biến DS1820 có thể kể ra một cách tóm tắt như  sau:  ­ Độ phân giải khi đo nhiệt độ là 9 bit . Dải đo nhiệt độ ­55oC đến 125oC, từng bậc  0,5oC, có thể đạt độ chính xác đến 0,1oC bằng việc hiệu chỉnh qua phần mềm (Có thể  đạt đến các độ phân giải 10 bit, 11 bit, 12 bit).  ­ Điện áp nguồn nuôi có thể thay đổi trong khoảng rộng (từ 3,0 V đến 5,5 V). ­ Dòng tiêu thụ tại chế độ nghỉ cực nhỏ.                            ­Thời gian lấy mẫu và biến đổi thành số tương đối nhanh, không quá 200 ms.           ­ Mỗi cảm biến có một mã định danh duy nhất 64 bit chứa trong bộ nhớ ROM   trên  chip (on chip). Hình 2.5. Hình ảnh cảm biến nhiệt độ DS18B20 2.3.3. Thiết bị hiển thị LCD Mạch này dùng để  hiện thị  trạng thái làm việc của hệ  thống. Sử  dụng LCD   16x2 (2 dòng 16 cột), được nối vào PIC16F877A. SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 16             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             ­ Các chân Vcc, Vss và Vee: Chân Vcc cấp dương nguồn 5V, chân Vss nối đất, chân Vee được dùng để điều  khiển độ tương phản của màn hình LCD. ­ RS ( Register select): Khi ở mức thấp, chỉ thị được truyền đến LCD như xoá màn hình , vị trí con trỏ  ….Khi ở mức cao, kí tự được truyền đến LCD. ­ R/W (Read/Write): Dùng để  xác định hướng của dữ  liệu được truyền giữa LCD và vi điều khiển.  Khi nó ở mức thấp dữ liệu được ghi đến LCD và khi ở mức cao, dữ liệu được đọc từ  LCD. Nếu chúng ta chỉ cần ghi dữ liệu lên LCD thì chúng ta có thể nối chân này xuống   GND để tiết kiệm chân. ­ E (Enable): Cho phép ta truy cập/xuất đến LCD thông qua chân RS và R/W. Khi chân E  ở  mức cao (1) LCD sẽ kiểm tra trạng thái của 2 chân RS và R/W và đáp ứng cho phù hợp.  Khi dữ liệu được cấp đến chân dữ  liệu thì một xung mức cao xuống thấp phải được  áp đến chân này để  LCD chốt dữ  liệu trên các chân dữ  liệu. Xung này phải rộng tối  thiểu là 450ns. Còn khi chân E ở mức thấp (0), LCD sẽ bị vô hiệu hoá hoặc bỏ qua tín  hiệu của 2 chân RS và R/W. ­ Các chân D0 ­ D7: Đây là 8 chân dữ liệu 8 bít, được dùng để  gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội   dung của các thanh ghi trong LCD. Các kí tự  được truyền theo mã tương  ứng trong   bảng mã ASCII. Cũng có các mã lệnh mà có thể được gửi đến LCD để  xoá màn hình   hoặc đưa con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ. ­ LCD có 2 chế độ giao tiếp:  SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 17             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             Chế  độ  4 bit (chỉ  dùng 4 chân D4 đến D7 để  truyền dữ  liệu) và chế  độ  8 bit  (dùng cả 8 chân dữ liệu từ D0 đến D7), ở chế độ  4 bit, khi truyền 1 byte, chúng ta sẽ  truyền nửa cao của byte trước, sau đó mới truyền nửa thấp của byte. Trước khi truyền các kí tự ra màn hình LCD ta cần thiết lập cho LCD như chọn  chế độ 4 bit hoặc 8 bit, 1 dòng hay 2 dòng , bật/tắt con trỏ…  Để đọc thanh ghi lệnh, ta phải đặt RS=0 và R/W =1 và xung cao xuống thấp cho  bít E. Sau khi đọc thanh ghi lệnh, nếu bit D7(cờ bận )  ở mức cao thì LCD bận, không  có thông tin hay lệnh nào được xuất đến nó. Khi D7=0 mới có thể gửi lệnh hay dữ liệu  đến LCD. Chúng ta nên kiểm tra bit cờ bận trước khi ghi thông tin lên LCD. Hình 2.6. Hình ảnh LCD 16x2 2.3.4. Module Bluetooth HC06 a.  Giao tiếp không dây Bluetooth  Khái niệm về Bluetooth SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 18             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             Bluetooth là công nghệ  không dây cho phép các thiết bị  điện, điện tử  giao tiếp   với   nhau   trong   khoảng   cách   ngắn,   bằng   sóng   vô   tuyến   qua   băng   tần   chung   ISM   (Industrial, Scientific,   Medical) trong dãy tầng 2.40­ 2.48 GHz. Đây là dãy băng tầng   không cần đăng ký được dành riêng để  dùng cho các thiết bị  không dây trong công  nghiệp, khoa học, y tế. Bluetooth được thiết kế nhằm mục đích thay thế dây cable giữa máy tính và các  thiết bị  truyền thông cá nhân, kết nối vô tuyến giữa các thiết bị  điện tử  lại với nhau  một cách thuận lợi với giá thành rẻ. Khi được kích hoạt, Bluetooth có thể tự động định  vị  những thiết bị khác có chung công nghệ  trong vùng xung quanh và bắt đầu kết nối   với chúng. Nó được định hướng sử dụng cho việc truyền dữ liệu lẫn tiếng nói. Bluetooth được thiết kế để hoạt động ở  mức năng lượng rất thấp. Đặc tả  đưa   ra 3 mức năng lượng từ 1mW tới 100 mW ­ Mức năng lượng 1 (100mW): Được thiết kế  cho những thiết bị  có phạm vi   hoạt động rộng (~100m). ­ Mức năng lượng 2 (2.5mW): Cho những thiết bị có phạm vi hoạt động thông  thường (~10m) ­ Mức năng lượng 3 (1mW): Cho những thiết bị  có phạm vi hoạt động ngắn  (~10cm).  Các đặc điểm của Bluetooth  Ưu điểm: ­ Tiêu thụ  năng lượng thấp, cho phép  ứng dụng được trong nhiều loại thiết bị,   bao gồm cả các thiết bị cầm tay và điện thoại di động. ­ Giá thành hạ  (Giá một chip Bluetooth đang giảm dần, và có thể  xuống dưới   mức 5$ một đơn vị). ­ Khoảng cách giao tiếp cho phép : SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 19             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
  20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                          GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG                                                                                             + Khoảng cách giữa hai thiết bị đầu cuối có thể lên đến 10m ngoài trời, và 5m   trong tòa nhà. + Khoảng cách thiết bị đầu cuối và Access point có thể lên tới 100m ngoài trời  và 30m trong tòa nhà. ­ Bluetooth sử dụng băng tần không đăng ký 2.4Ghz trên dãy băng tần ISM. Tốc   độ  truyền dữ  liệu có thể  đạt tới mức tối đa 1Mbps (do sử  dụng tần số  cao) mà các  thiết bị không cần phải thấy trực tiếp nhau (light­of­sight requirements). ­ Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối một  ứng dụng này  với một  ứng dụng khác thông qua các chuẩn “Bluetooth profiles”, do đó có thể độc lập   về phần cứng cũng như hệ điều hành sử dụng. ­ Bluetooth được dùng trong giao tiếp dữ  liệu tiếng nói: có 3 kênh để  truyền  tiếng nói,  và  7 kênh để truyền dữ liệu trong một mạng cá nhân. ­ An toàn và bảo mật: được tích hợp với sự  xác nhận và mã hóa ( Build in   authentication and encryption) ­ Tính tương thích cao, được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như  phần  mềm hỗ trợ. ­ Sử dụng “Frequency Hopping” giúp chống nhiễu giảm va chạm sóng tối đa. ­ Có khả năng bảo mật từ 8­>128bit. Nhược điểm:  ­ Do sử  dụng mô hình adhoc nên không thể  thiết lập các  ứng dụng thời gian   thực. ­ Khoảng cách kết nối còn ngắn so với các công nghệ mạng không dây khác. ­ Số thiết bị active, pack cùng lúc trong một piconect còn hạn chế. ­ Tốc độ truyền của Bluetooth không cao. ­ Bị nhiễu bởi một số thiết bị sử dụng sóng radio khác, các trang thiết bị khác. SVTH: Trần Văn Đông    ­   Lê Văn Lượng                                                 Trang 20             Vũ Xuân Trường  ­   Dương Văn Quân                                                 
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2