Thiết Kế Nhà Thông Minh Dùng MSP430

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Đồ án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác MỤC LỤC Chương.

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Đồ án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

MỤC LỤC

Chương 1: Giới thiệu đề tài……… 1

1.1: Đề tài……….1

1.2: Lý do chọn đề tài……… 1

1.3: Mục đích nguyên cứu………1

1.4: Đối tượng và phạm vi nguyên cứu………1

Chương 2: Những nguyên cứu thực nghiệm………2

2.1.0: Hướng giải quyết………2

2.1.1:Tổng quan về cấu trúc và chức năng của msp430……… 2

2.1.2: Hệ thống định thời ( Clock) linh hoạt……… 3

2.1.3: Kiểu chân thiết kế……… ………4

2.1.4: Các chế độ định địa chỉ………… ……… …………5

2.1.5: Sơ đồ chân của các loại MSP 430……… …… ……6

2.1.6: MSP430G2553……….…… …….7

2.1.7: Cấu trúc chung ……… …… ….……… …… ….7

2.1.8: Các vùng địa chỉ……… ……… …… … 9

2.2.0: RAM……….……… ……… ………9

2.2.1: Các module ngoại vi……… ……… ………10

2.2.2: Thanh ghi hàm đặc biệt………… ………10

2.2.3: Tổ chức bộ nhớ……… ……… ……… 10

2.2.4: Kit Lanchp……… ………11

2.2.5: Module cảm biến hồng ngoại… ……… 12

2.2.6: Ứng dụng……… ……… 14

2.2.7: Modunle cảm biến ánh lửa……… ………… 15

Chương 3: Thiết kế mô hình……….16

3.1: Các linh kiện sử dụng……… …… 16

3.2: Nguyên lí hoạt động chức năng của các linh kiện………… 16

3.3: Nguồn điện……….16

3.4: Code sửng dụng cho mô hình dung phần mềm IAR……… 16

3.5: Mô hình……… 18

Chương 4: Kết quả bàn luận hướng phát triển danh mục tài liệu tham khảo 4.1: Kết quả thu được………19

4.3 : Các tài liệu tham khảo……… 19Danh mục các hình vẽ

Hình I.1: Sơ đồ cấu trúc của MSP430……… 4Hình I.2: Các kiểu chân của MSP430……… 6Hình I.3: Sơ đồ khối của vi điều khiển MSP430G2553……… 7Hình I.4: Cấu trúc chung của MSP430………7Hình I.5: Sơ đồ bộ nhớ của MSP430……… 9Hình I.6: Bit, Byte, Word trong cấu trúc nhớ của MSP43… 10

Hình I.7: Module Msp430……… 11Hình I.8: Cảm biến hồng ngoại……… 12Hình I.9: Mô tả sơ đồ chân của module cảm biến ánh sang……13Hình II.1: Sơ đồ nguyên lí hoạt động cảm biến hồng ngoại……14Hình II.2: cảm biến báo cháy ……… 15Hình II 3: Mô hình……… 18Danh mục các bảng

Bảng 1: Kiểu thiết kế MSP430……….5

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu đề tài:

1.1 Đề tài: SMART HOUSE

1.2 1.2 Lý do chọn đề tài:

Xã hội càng phát triển thì sự bảo mật càng đáng quan tâm, trong đó có việc bảo vệ ngôinhà của bạn Khoa học công nghệ ngày càng được phát triển và nâng cao hơn nhằm đáp ứng các như cầu thực tiễn từ đó ta có thể áp dụng các thành tựu khoa học công nghê vào trong đời sống để mang đến một cuộc sống chất lượng Với nhu cầu thiết yếu

ấy việc thiết kế một ngôi nhà có đầy đủ các tính năng cần thiết như chống trộm, báo cháy, điều khiển thông minh là điều cần thiết để mang đến một cuộc sống an yên Đó cũng chính là lí dó mà nhóm chúng em chọn đề tài này để thực hiện

1.3: Mục đích nguyên cứu:

- Để hiểu rõ hơn về các loại cảm biến

- Bảo vệ ngôi nhà

- Cảnh báo các tác nhân ảnh hưởng đến ngôi nhà

- Tiếp cận các loại mô hình tự động thông minh

- Phát hiện và ngăn ngừa các thiệt hại nghiêm trọng có thể xảy ra

- Phát triển các nghiên cứu sáng tạo trong dự án “ SMART HOUSE”

1.4: Đối tượng và phạm vi nguyên cứu:

Đối tượng: Các hộ gia đình, các căn hộ chung cư

Phạm vi: Trong chính ngôi nhà

CHƯƠNG 2: NHỮNG NGUYÊN CỨU THỰC NGHIỆM

2.1 Hướng giải quyết

Để giải quyết vấn đề trên, nhóm chúng em sử dụng các module, phần mềm, phần cứng và lập trình code cho msp 430

Thông tin các module sử dụng:

- MSP430G2553

- Module cảm biến hồng ngoại

- Module cảm biến phát hiện lửa

2.2 TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG MSP430:

MSP430 chứa 16 bit RISC CPU, các ngoại vi và hệ thống bộ định thời linh hoạt được kết nối với nhau theo cấu trúc VON-NEUMANN, có các Bus liên kết như: Bus địa chỉ bộ nhớ ( MAB), Bus dữ liệu bộ nhớ ( MDB) Đây là một bộ xử lý hiện đại với các mô đun bộ nhớ tương tự và những kết nối ngoại vi tín hiệu số, MSP430 đã đưa ra được những giải pháp tốt cho những nhu cầu ứng dụng với tín hiệu hỗn tạp

MSP430 có một số phiên bản như: MSP430x1xx, MSP430x2xx, MSP430x3xx,

MSP430x4xx, MSP430x5xx Dưới đây là những đặc điểm tổng quát của họ vi điều khiển

MSP430:

+ Cấu trúc sử dụng nguồn thấp giúp kéo dài tuổi thọ của Pin

- Duy trì 0.1µA dòng nuôi RAM

- Chỉ 0.8µA real-time clock

- 250 µA/ MIPS

+ Bộ tương tự hiệu suất cao cho các phép đo chính xác

- 12 bit hoặc 10 bit ADC-200 kskp, cảm biến nhiệt độ, Vref

- 12 bit DAC.

- Bộ giám sát điện áp nguồn

+ 16 bit RISC CPU cho phép được nhiều ứng dụng, thể hiện một phần ở kích thước Code lập trình

- Thanh ghi lớn nên loại trừ được trường hợp tắt nghẽn tập tin khi đang làm việc

- Thiết kế nhỏ gọn làm giảm lượng tiêu thụ điện và giảm giá thành

- Tối ưu hóa cho những chương trình ngôn ngữ bậc cao như C, C++

- Có 7 chế độ định địa chỉ

- Khả năng ngắt theo véc tơ lớn

+ Trong lập trình cho bộ nhớ Flash cho phép thay đổi Code một cách linh hoạt, phạm vi rộng, bộ nhớ Flash còn có thể lưu lại như nhật ký của dữ liệu

2.2.1 Hệ thống định thời ( Clock) linh hoạt:

Hệ thống Clock được thiết kế một cách đặc biệt cho những ứng dụng sử dụngnguồn cung cấp là Pin Một bộ tạo xung nhịp phụ tần số thấp ( ACLK) được cung cấptrực tiếp từ một bộ dao động thạch anh 32 KHz ACLK được sử dụng như là một Real-time Clock nền để kích hoạt các tính năng Một bộ dao động kĩ thuật số tốc độ cao(DCO) có thể làm nguồn xung đồng hồ chính ( MCLK) sử dụng cho CPU và những kếtnối ngoại vi tốc độ cao Bởi thiết kế này, DCO có thể hoạt động ổn định 1MHz trongthời gian ít hơn 2µS MSP430 được thiết kế dựa trên những giải pháp có hiệu quả sửdụng một RISC CPU 16 bít hiệu suất cao

+ Bộ định thời phụ tần số thấp: Hoạt động ở chế độ sẵn sang sử dụng nguồn cựcthấp

+ Bộ định thời chính ( Master Clock) tốc độ cao: Hoạt động xử lý tín hiệu hiệusuất cao

Hình I.1: Sơ đồ cấu trúc của MSP430

2.2.2 Kiểu chân thiết kế:

TA

PACKAGED DEVICES

PLASTIC 38-PINTSSOP

(DA)

PLASTIC40-PINQFN(RHA)

MSP430F2232IDAMSP430F2252IDA

MSP430F2232IRHAMSP430F2252IRHA

4 0°C to 85°C MSP430F2272IDA

MSP430F2234IDAMSP430F2254IDAMSP430F2274IDA

MSP430F2272IRHAMSP430F2234IRHAMSP430F2254IRHAMSP430F2274IRHA

4 0°C to105°C

MSP430F2232TDAwMSP430F2252TDAwMSP430F2272TDAwMSP430F2234TDAMSP430F2254TDAMSP430F2274TDA

MSP430F2232TRHAwMSP430F2252TRHAwMSP430F2272TRHAwMSP430F2234TRHAMSP430F2254TRHAMSP430F2274TRHA

+ Chế độ định địa chỉ thanh ghi gián tiếp.

+ Chế độ định địa chỉ tăng tự động

+ Chê độ định địa chỉ tức thời

Hình 2.1: Các kiểu chân của MSP430

Ta thấy rằng mỗi port đều có 8 chân:

Port 1 : có 8 chân từ P1.0 đến P1.7 tương ứng với các chân từ 2-7 và 14 , 15 Port 2 : cũng gồm có 8 chân P2.0 – P2.7 ứng với các chân 8 – 13 , 18,19

Chân số 1 là chân cấp nguồn Vcc( ký hiệu trên chip là DVcc ) , ở đây nguồn chochip chỉ được cấp ở mức 3,3V , nếu cấp nguốn cao quá mức này thì chip có thể hoạtđộng sai hay cháy chip

Để có được mức nguồn này thì ta phải dùng 1 IC ổn áp riêng có ký hiệu LM1117hay AD1117 , IC này có kiểu chân SMD nhỏ gọn , cách mắc chip này thì cũng giốngnhư với những IC nguồn như LM78xx , tuy nhiên lưu ý ở đây là thứ tự chân ở đây cóhơi khác 1 chút.Các bạn có thể xem datasheet của IC mà mắc cho phù hợp

Chân 20 là chân nối cực âm (0V) , chân này thì không có gì đặc biệt

Chân reset : Chính là chân số 16 RST , nếu các bạn đã từng học về PIC thì sẽ thấychân reset có ký hiệu là MCLR , các bạn để ý thấy dấu gạch ngang trên có nghĩa làchân này tích cực ở mức thấp Mục đích của việc reset là nhằm cho chương trình chạylại từ đầu

Mạch dao động : Cũng giống như những dòng vi điều khiển khác thì Msp430 cũng

hỗ trợ người dùng thạch anh ngoài ( external crystal ), nhưng thạch anh ngoại vi chophép chỉ có thể lên tới 32,768 kHz mà thôi, và tín hiệu này được mắc trên 2 chân 18 và

19 Nhưng msp430 lại hỗ trợ thạch anh nội có thể lên đến 16Mhz, tùy vào cách khaibáo trong lập trình Và mặc định của chip là thạch anh nội Như vậy thì chúng ta khôngcần thiết phải sử dụng mạch dao động ngoại cho chip giống như những dòng khác

+ Port 1 : có 8 chân từ P1.0 đến P1.7 tương ứng với các chân từ 2-7 và 14 , 15 + Port 2 : cũng gồm có 8 chân P2.0 – P2.7 ứng với các chân 8 – 13 , 18,19.Trong chế độ nhập (input) thì cả 2 port đều có 1 mạch điều khiển điện trở kéodương – gọi là PULL UP nhưng giá trị của điện trở này rất lớn khoảng 47K nên gọi làWEAK PULL UP RESISTAN Việc điều khiển PULL UP sẽ được tiến hành thông qualập trình tác động lên thanh ghi PxREN

Điều này cũng giống như việc thiết lập input ở port B của vi điều khiển PIC, ở port

B cũng có điện trở kéo lên , và người lập trình phải thao tác qua thanh ghiOPTION_REG

2.2.5 Các vùng địa chỉ:

MSP430 được thiết kế theo cấu trúc Von-Neumann có một vùng địa chỉ được chiathành nhiều vùng như là thanh ghi hàm đặc biệt (SFRs), những ngoại vi, RAM, bộ nhớFlash/ROM

Hình 2.5: Sơ đồ bộ nhớ của MSP430

2.2.6 Flash/ROM:

Địa chỉ bắt đầu của Flash/ROM phụ thuộc vào độ lớn của Flash/ROM và còntùy thuộc vào từng họ vi điều khiển Địa chỉ kết thúc của Flash/ROM là 0x1FFFFh.Flash/ROM có thể sử dụng cho cả mã chương trình và dữ liệu Những bảng Byte hoặcWordcó thể được tồn trử và sử dụng ngay trong Flash/ROM mà không cần copy vàoRAM trước khi sử dụng chúng.Những bảng véc tơ được ánh xạ đến 16 Word phía trêncủa vùng địa chỉ Flash/ROM với ưu tiên ngắt cao nhất ở vùng địa chỉ cao nhất củaFlash/ROM

2.2.7 RAM:

- RAM bắt đầu ở địa chỉ 0200h và giới hạn cuối cùng tùy thuộc vào kích thướccủa RAM

- RAM có thể sử dụng cho cả mã chương trình và dữ liệu

2.2.8 Các module ngoại vi:

Trong vùng không gian địa chỉ của MSP430 có 2 vùng địa chỉ dành cho những

Mô đun ngoại vi Vùng địa chỉ từ 0100 đến 01FFh sử dụng dành riêng cho những môđun ngoại vi 16 Bít Vùng địa chỉ từ 010 đến 0FFh sử dụng dành riêng cho những môđun ngoại vi 8 Bít

2.2.9 Thanh ghi hàm đặc biệt:

SFRs liên quan nhiều đến sự cho phép những tính năng của một số mô đunngoại vi và dùng để truyền những tín hiệu ngắt từ ngoại vi SFRs nằm ở 16 Byte thấpcủa vùng địa chỉ và được tổ chức bằng Byte SFRs chỉ có thể được truy cập bởi chỉ thịByte

Hình 2.6: Bit, Byte, Word trong cấu trúc nhớ của MSP43.

Như đã nói thì Msp430 là dòng value line , power low, và low – cost Chính vì vậy mà

TI đã cung cấp cho người dùng 1 mạch nạp code + debug chỉ trên 1 mạch nhỏ gọn

- Kit có thể nạp được code cho dòng Msp430G : như msp430g2231, 2553, 2452,

…

- Kit kết nối với máy tính thông qua cổng USB

Chính vì những tiện lợi mà nhà phát hành TI mang lại mà nhóm chúng em đã sửdụng vi điều khiển MSP430G2553 để sử dụng làm đồ án này

Hình 2.7: Module Msp430

2.3 Modul Cảm Biến Hồng Ngoại:

Hình 28: Cảm biến hồng ngoại

2.3.1 Cấu Tạo:

Cảm biến có khả năng nhận biết vật cản ở môi trường với một cặp LED thu phát hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu hồng ngoại Tia hồng ngoại phát ra với tần số nhất định, khi có vật cản trên đường truyền của LED phát nó sẽ phản xạ vào LED thu hồng ngoại, khi đó LED báo vật cản trên module sẽ sáng, khi không có vật cản, LED sẽ tắt.Với khả năng phát hiện vật cản trong khoảng 2 ~ 30cm và khoảng cách này có thể điềuchỉnh thông qua chiết áp trên cảm biến cho thích hợp với từng ứng dụng cụ thể như: xe

+ Mức thấp - 0V: khi có vật cản

+ Mức cao - 5V: khi không có vật cản

- Kích thước: 3.2cm x 1.4cm

Cảm biến hồng ngoại có thể điều chỉnh được độ nhạy

Trên mạch có 1 biến trở 10K ohm dùng để điều chỉnh độ nhạy:

• Vặn về bên trái (nhìn theo hướng từ dưới lên): bạn sẽ tăng độ nhạy của cảm biếnvới khoảng cách: chỉ cần chạm nhẹ thì mạch sẽ tự ngắt

• Vặn về bên phải: bạn sẽ giảm độ nhạy của cảm biến, cần chạm với sát hơn để ngắt mạch

Hình 2.9: Mô tả sơ đồ chân của module cảm biến ánh sáng

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lí hoạt động cảm biến hồng ngoại Module cảm biến hồng ngoại có 2 đầu tín hiệu ra D0 và A0, đầu ra A0 đượclấy từ quang trở và đưa vào bộ so sánh lm393 để đưa ra mức điện áp 0V và 5V Biếntrở điều chỉnh độ nhạy của cảm biến, các bạn có thể tùy ý thay đổi biến trở để cảm biếnđưa ra mức 1 với cường độ chạm phù hợp

2.3.2 Ứng dụng :

- Chế tạo đèn ngủ tự động sáng, xe dò line, đo cường độ ánh sáng

- Sử dụng chức năng digital chế tạo đèn tự sáng khi trời tối

- Đầu ra DO sẽ đưa ra mức 1 khi trời tối, kết hợp với tran NPN và đèn led để chế tạo

bộ đèn ngủ tự sáng khi trời tối, các bạn có thể chỉnh biến trở để điều chỉnh thời điểm sáng phù hợp nhất

2.4 Module cảm biến phát hiện lửa:

Cảm biến chuyên dùng để phát hiện lửa, thường dùng trong các hệ thống báo cháy Tầm hoạt động trong khoảng 80cm với góc quét 60°

Cảm biến nhận biết được lửa tốt nhất với bước sóng 760nm - 1100nm Mạch còn được tích hợp IC LM393 để so sánh tạo mức tín hiệu và có thể chỉnh được độ nhạy bằng biến trở

Tính năng:

Khả năng phát hiện lửa hoặc nguồn sáng có bước sóng tương tự

Sử dụng cảm biến hồng ngoại YG1006 với tốc độ đáp ứng nhanh và độ nhạy cao

• Tích hợp IC LM393 để chuyển đổi ADC, tạo 2 ngõ ra cả số và tương tự, rất linh động trong việc sử dụng

• Biến trở để tùy chỉnh độ nhạy cảm biến

• Có thể ứng dụng trong các hệ thống báo cháy, robot chữa cháy,…

• Nhiệt độ hoạt động: -25℃ ~ 85℃

• Kích thước: 3.0 cm x 1.5 cm x 0.5 cm

 Sơ đồ chân:

• VCC > 3.3V ~ 5.3V

• GND > power supply ground

• DOUT (DO) > digital output

Hình 2.11: Cảm biến báo cháy

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH

3.2 Nguyên lí hoạt động chức năng của các linh kiện:

-Msp430: Để nạp code chạy chương trình

- Cảm biến lửa: Trên serial monitor sẽ liên tục hiện ra các giá trị Analog mà cảm biến/đo được, nếu đưa cảm biến gần nguồn lửa thì giá trị sẽ giảm dần về 0

- Cảm biến ánh sáng: Khi trời tối, cảm biến đưa ra mức 1 kích mở tran C1815 và led sáng Khi trời sáng, cảm biến đưa ra mức 0 tran C1815 không dẫn, led tắt

- Led ( rơ le): Đóng vai trò kết nối với ngoại vi ( máy bơm…)

- Còi: Hú, báo động

3.3 Nguồn điện:

Sử dụng nguồn điện 5v lấy từ laptop

3.4 Code sử dụng cho mô hình dùng phần mềm IAR:

#include <msp430G2452.h> // code dành cho cảm biến báo cháy và cảm biến hồng ngoại ,đêm tắt led ngày hoạt động int dem=0;

void main (void)

#pragma vector= PORT1_VECTOR

interrupt void light_on(){

P1OUT|= BIT0;

P1IFG &= ~BIT4;

}

Cách nối dây: chân out của CB hồng ngoại nối vào bit3 của cảm biến, chân DO của CB báo cháy nối vào bit4 ,led của hồng ngoại nối vào bit5 chân còn lại nối đất, led của báo cháy nối vào bit0 và chân còn lại nối GND

3.5 Mô hình :

:

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ BÀN LUẬN KẾT LUẬN HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ DANH MỤC TÀI LIỆU

THAM KHẢO

4.1: Kết quả thu được:

Hệ thống hóa kiến thức về lập trình

Hiểu hơn về các linh kiện

Tạo ra được mô hình thông minh

4.2: Hướng phát triển:

Thêm các modun ngoại vi như moto bơm nước, các ống dẫn nước

Thêm thêm các hệ thống như chống trộm, máy ấp trứng,…

4.3 Các tài liệu tham khảo:

https://linhkien.cxt.vn/1158-module-cam-bien-bao-chay.html

https://iotmaker.vn/cam-bien-phat-hien-lua.html

http://mlab.vn/19600-huong-dan-su-dung-module-cam-bien-lua-flame-sensor.html

Lời cảm ơn:

Trong thời gian làm đồ án, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, bạn bè và gia đình

Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Võ Tuấn đã hướng dẫn tận tình và chu đáo, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án

Cuối cùng, nhóm em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ ánnày