KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬBỘ MÔN ĐIỆN TỬ ---o0o---BÀI TẬP LỚN Môn học: Thiết kế hệ thống nhúng ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TỰ ĐỘNG TP... Lời cảm ơn GVHD:LỜI CẢM ƠN Ngày nay, các hệ thống n
Trang 1KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ
-o0o -BÀI TẬP LỚN Môn học: Thiết kế hệ thống nhúng
ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TỰ ĐỘNG
TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2019
Trang 2Lời cảm ơn GVHD:
LỜI CẢM ƠN
Ngày nay, các hệ thống nhúng được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, sản phẩmphục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như máy giặt, tivi, đồng hồ báo thức đã giúp cho đời sống của chúng ta ngày càng hiện đại và tiện nghi hơn
Đề tài “ Hệ thống điều khiển đèn tự động” của nhóm em, được lựa chọn thực hiệnvới mong muốn nâng cao kiến thức của bản thân cũng như mong muốn nâng cao giá trị của mạch điện tử nói chung và các hệ thống nhúng nói riêng trong cuộc sống con người
Đề tài này rất phong phú và đa dạng, có nhiều loại hình khác nhau dựa
trên công dụng và độ phức tạp Do tài liệu tham khảo Tiếng Việt còn nhiều hạn chế, trình
độ có hạn và kinh nghiệm còn nhiều non kém, nên trong quá trình thực hiện đề tài nhóm chúng em còn nhiều thiếu sót Vì vậy rất mong nhận được sự góp ý chân thành của thầy vàcác bạn Chúng em xin chân thành cảm ơn
Trang 3TÓM TẮT BÀI TẬP LỚN
Phần 1 Giới thiệu đề tài
Trang 4Hệ thống điều khiển đèn dân dụng GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo
Phần 6 Kết luận và hướng phát triển
Trang 5MỤC LỤC
1 GIỚI THIỆU .
1.1 Tổng quan .
1.2 Nhiệm vụ đề tài .
1.3 Phân chia công việc trong nhóm .
2 LÝ THUYẾT .
2.1 MCU Atmega328 .
2.2 Cảm biến thân nhiệt chuyển động HC-SR501 .
2.3 Cảm biến ánh sáng BH1750 .
2.4 Mạch thu phát nRF24L01 .
3 YÊU CẦU HỆ THỐNG .
4 ĐẶC TẢ HỆ THỐNG .
5 THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG .
.
6 THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN MỀM .
7 KẾT QUẢ THỰC HIỆN .
8 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .
8.1 Kết luận .
8.2 Hướng phát triển .
9 TÀI LIỆU THAM KHẢO .
iv
Trang 6Hệ thống điều khiển đèn dân dụng GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo
1 GIỚI THIỆU
1.1 Tổng quan
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ, các thiết bị và hệ thốngnhúng đã, đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kĩ thuật cũng như đời sống xã hội Vì thế, sự hiểu biết sâu sắc
về ngành điện tử nói chung và các hệ thống nhúng nói riêng là không thể thiếu đối với sinh viên ngành điện tử hiện nay
Trong phạm vi môn học Thiết kế hệ thống nhúng, với mục tiêu là nắm vững phương pháp thiết kế một hệ thống nhúng và lập trình cho vi điều khiển, ở đây là Atmega328,
nhóm em đã quyết định chọn đề tài: Hệ thống điều khiển đèn tự động làm đề tài bài tập lớn
của nhóm mình
Theo khảo sát, nhu cầu về các thiết bị, hệ thống tự động, bán tự động ngày càng cao trong đời sống Các hộ gia đình đều có nhu cầu này, nhất là trong thời buổi công nghiệp 4.0, các thiết bị có thể được kết nối để sử dụng thông minh hơn, trong đó nhu cầu chiếu sáng là một nhu cầu cốt yếu trong cuộc sống hằng ngày Chính vì vậy, chúng em chọn
đề tài này với mục đích trau dồi kỹ năng về thiết kế hệ thống nhúng, các board mạch điện tử
cơ bản, nâng cao đồng thời giải quyết một số vấn đề về hệ thống chiếu sáng trong sinh hoạt hằng ngày của các hộ gia đình
1.2 Nhiệm vụ đề tài
Nội dung 1: Tìm hiểu nguyên lý, lý thuyết về nguyên tắc truyền sóng không dây
rf, giao tiếp giữa vi điều khiển và các ngoại vi
Nội dung 2: Tìm hiểu về vi điều khiển Atmega328, Module giao tiếp RF nRF24L01,module cảm biến chuyển động SR501, module cảm biến cường độ ánh sáng BH1705
Nội dung 3: Xây dựng giải thuật để lập trình cho vi điều khiển đọc dữ liệu từ cảm biến, truyền qua module thu bằng tín hiệu RF, module thu có chức năng thu tín hiệu và thựcthi tác vụ theo yêu cầu
Trang 71.3 Phân chia công việc trong nhóm
Bảng 2: Bảng phân chia nhiệm vụ
Trang 84.1.Viết giải thuật
4.2 Viết code
5 Thi công và kiểm tra
Bảng 2: Bảng theo dõi tiến trình thực hiện sản phẩm
+ Hoàn thành đúng tiến độ công việc được giao
+ Tôn trọng ý kiến cá nhân trong nhóm
- Vi điều khiển 8 bit dựa trên kiến trúc RISC
- Bộ nhớ chương trình 32KB ISP flash có thể ghi xóa hàng nghìn lần
- 23 I/O ports, 3 bộ timer/counter, giao tiếp USART, I2C, SPI
- Hoạt động trong một dải điện áp rộng (1.8V – 5.5V)
3
Trang 9Hình 2: MCU ATmega328 pinout
2.2Cảm biến thân nhiệt chuyển động HC-SR501
Hình 3: Cảm biến thân nhiệt chuyển động HC-SR501
4
Trang 10Hệ thống điều khiển đèn dân dụng GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo
- Sử dụng để phát hiện chuyển động của các vật thể phát ra bức xạ hồng ngoại
- Phạm vi phát hiện : góc 360 độ hình nón, độ xa tối đa 6m.
Trang 11- Khoảng đo: 1 -> 65535 lux
- Kích cỡ: 21*16*3.3mm
Một số ví dụ về độ rọi của ánh sáng:
+ Vào buổi tối : 0.001 - 0.02 Lux
+ Ánh trăng : 0.02 - 0.3 lux
+ Trời nhiều mây trong nhà : 5 - 50 lux
+ Trời nhiều mây ngoài trời : 50 - 500 lux
+ Trời nắng trong nhà : 100 - 1000 lux
Trang 12Hệ thống điều khiển đèn dân dụng GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo
- Có sẵn anthena sứ 2.4GHz.
- Truyền được 100m trong môi trường mở với 250kbps baud.
- Tốc độ truyền dữ liệu qua sóng: 250kbps to 2Mbps.
- Tự động bắt tay (Auto Acknowledge) Tự động truyền lại khi bị lỗi (auto Re-Transmit).
- Multiceiver - 6 Data Pipes.
- Bộ đệm dữ liệu riêng cho từng kênh truyền nhận: 32 Byte separate TX and RX FIFOs.
- Các chân IO đều chịu được điện áp vào 5V.
- Lập trình được kênh truyền sóng trong khoảng 2400MHz đến
2525MHz (chọn được 125 kênh).
- Thứ tự chân giao tiếp : GND,VCC,CS,CSN,SCK,MOSI,MISO,IQR
Hình 7: NRF24L01 pinout
3 YÊU CẦU HỆ THỐNG
Name: Hệ thống điều khiển đèn dận dụng.
Purpose: Hệ thống điều khiển đèn tắt/mở dùng relay, tín hiệu yêu cầu tắt mở
được thu từ các cảm biến và truyền bằng module RF.
Input: Tín hiệu thu vào từ các cảm biến
Output: Tín hiệu bật tắt relay
Use Case:
+ Đèn cổng: mở khi trời tối, tắt khi trời sáng.
Trang 13+ Thời gian đáp ứng nhanh
+ Sử dụng nguồn điện 220V và nguồn nuôi DC 5V.
Giá thành sản phẩm < 400k
Power: Pin 9V, nguồn xoay chiều 220V.
Physical size/weight:
+ Kích cỡ : 10cmx10cm
+ Trọng lượng : Nhỏ hơn 200gram
Installation: Hoạt động ở trong nhà, ngoài trời => yêu cầu các linh kiện khi
hàn xong không bị lỏng lẻo, bo mạch chịu được điều kiện thời tiết TP HCM.
Certification: Vật liệu được chọn ( bảng mạch, nhựa, dây nối, nguồn, dây
sạc ) đảm bảo an toàn điện và thân thiện môi trường.
Descriptions:
8
Trang 14Hệ thống điều khiển đèn dân dụng GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo
Hệ thống có thể mở đèn cổng khi trời tối và tắt khi trời sáng Khi có
người vào phòng thì đèn phòng khách sẽ tự mở cho đến khi có tín hiệu tắt
External Environment:
+ Hệ thống có thể sử dụng ngoài trời cũng như trong nhà.
+ Nhiệt độ hoạt động bình thường từ 0 đến 40 độ C.
Power System Atmega32
Trang 165. THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG
Hình 9: Schematic khối phát
Trang 17Hình 10: Schematic khối thu
Hình 11: Layout khối phát
12
Trang 18Hệ thống điều khiển đèn dân dụng GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo
Hình 12: Layout khối thu
Trang 196 THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN MỀM
14
Trang 20Hệ thống điều khiển đèn dân dụng GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo
Trang 21Hình 13: Lưu đồ giải thuật khối phát
Trang 22Hệ thống điều khiển đèn dân dụng GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo
Hình 15: Phần cứng khối phát
Hình 16: Phần cứng khối thu
Trang 23- Mạch chạy ổn, khối thu và phát giao tiếp được với nhau, tín hiệu xử lý bật tắt đèn được.
- Ổn định, dễ dàng lắp đặt, gọn nhẹ.
- Thực thi tác vụ vừa tự động, vừa bán tự động tùy theo yêu cầu sử dụng.
Đánh giá về kết quả làm việc
o Bùi Lê Quốc Doanh:
+Quản lý sắp xếp làm việc nhóm tốt +Phân công công việc cho các thành viên + Tham gia phát triển giải thuật phần mềm.
o Phạm Huỳnh Thanh Tân:
+Hoàn thành giải thuật và phần mềm.
+Thực hiện đúng nội quy nhóm.
+Hỗ trợ giúp đỡ các công việc khác
o Nguyễn Thị Hồng Phượng:
+Hoàn thành schematic đúng thời gian.
+Thực hiện đúng nội quy nhóm.
+Tham gia phát triển phần mềm.
o Trần Trọng Nhân:
+Hoàn thành PCB đúng thời gian.
18
Trang 24Hệ thống điều khiển đèn dân dụng GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo
+Thưc hiện tốt nội quy nhóm.+Tham gia phát triển phần mềm.
8.1 Kết luận
Ưu điểm:
Sản phẩm có ưu điểm là thời gian thực thi nhanh, chính xác, độ ổn định cao, chi phí vừa phải Sản phẩm gọn nhẹ dễ thi công và lắp đặt Mạch có thể ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống Tiết kiệm năng lượng.
Nhược điểm:
Chưa có nhiều chức năng để chọn Thuật toán có thể chưa là tối ưu.
8.2Hướng phát triển
Sau khi hoàn thành đề tài, nhóm em nhận thấy sản phẩm còn ít tính
năng và còn có thể phát triển thêm như:
+ Khi mạch nRF24L01 được kết nối thêm bộ LNA và PA có thể giao tiếp trong khoảng cách xa (1km) nên có thể lắp đặt nhiều bộ thu.
+ Kết hợp đọc nhiệt độ, độ ẩm để phát triển thành hệ thống thep dõi thời tiết trong nông nghiệp.
[1] Datasheet Atmega328, nRF24l01, HC-SR501, BH1750
[2] www.arduino.vn