Tuy nhiên loại cửa bình thường mà chúng ta đang sử dụng có những nhược điểm gây phiền toái cho người sử dụng, cửa chỉ đóng, mở được khi có tác động của con người vào nó.. Yêu cầu đặt ra
Trang 1BÁO CÁO
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
CỬA TỰ ĐỘNG
Lê Hoàng Vinh 1091089 Ths Trần Hữu Danh Đặng Hoàng Văn 1090991
Nguyễn Trường Tuyền 1090990
Cần Thơ, tháng 12 năm 2011
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
Trang 2NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
Trang 3
-MỤC LỤC
CỬA TỰ ĐỘNG 1
Cần Thơ, tháng 12 năm 2011 1
1.GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 4
1.1 Yêu cầu, ý tưởng và giới hạn của đề tài 4
1.2 Mục đích của đề tài 4
2.GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI 5
2.1 Vi điều khiển MSP430F2013 5
Hình: Cấu trúc bên trong của MSP430G2013 6
2.2 Tìm hiểu về CPU của MSP430F2013 6
2.3 Timer A 8
2.4 Cảm biến chuyển động (PIR) 11
Chú ý: Không sử dụng cho cảm biến trong điều kiện sau : 13
2.5 Thiết kế phần cứng 13
2.6 Thiết kế phần mềm 14
3 THUẬN LỢI, KHÓ KHĂN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG GIẢI QUYẾT 16
4 KẾT QUẢ VÀ ĐỀ NGHỊ 17
Trang 41.GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Yêu cầu, ý tưởng và giới hạn của đề tài
Trong xã hội hiện nay, cửa là một bộ phận không thể thiếu được trong từng công trình kiến trúc Tuy nhiên loại cửa bình thường mà chúng ta đang sử dụng có những nhược điểm gây phiền toái cho người sử dụng, cửa chỉ đóng, mở được khi có tác động của con người vào nó Vì vậy, mà nó làm tốn thời gian và gây cảm giác khó chịu cho người sử dụng
Yêu cầu đặt ra của đề tài là thiết kế mô hình cửa tự động dựa vào cảm biến chuyển động (PIR), mô hình này được ứng dụng trong các siêu thị, bưu điện, nơi công cộng… Tạo ra một loại cửa duy trì được đặc tính cần có của một loại cửa, vừa khắc phục những nhược điểm lớn của loại cửa bình thường
Những thuận lợi của người sử dụng cửa tự động:
- Cửa tự động đem lại cảm giác thoải mái cho người dùng
- Nếu người qua cửa đang bê vác vật gì đó ( bằng cả hai tay) thì cửa tự động không những tạo cảm giác thoải mà còn tạo thuận lợi cho người hoàn thành công việc mà không bị trở ngại
- Ở những nơi công cộng, công sở, sân bay, cửa tự động sẽ giúp cho lưu thông qua cửa nhanh chóng dễ dàng, cũng như va chạm khi nhiều người dùng chung một cánh cửa, và cũng giúp tiết kiệm một khoảng thời gian nhỏ cho người dùng
- Và đặc biệt rất thích hợp cho việc sử dụng máy lạnh thường trực
Hoạt động: Cửa tự động sẽ tự mở khi có người đi tới cửa và tự động đóng lại khi không có người di chuyển qua lại cửa Và cửa sẽ không đóng lại khi có người đứng trong cửa để bảo vệ an toàn cho người dùng
Giới hạn của đề tài:
- Hệ thống chỉ mang tính chất mô hình
- Chỉ thực hiện đóng, mở tự động
1.2 Mục đích của đề tài
Một số mục tiêu cần đạt được khi thực hiện đề tài:
- Hiểu được cấu tạo của vi điều khiển MSP430F2013
- Tìm hiểu cảm biến: chuyển động (PIR)
Trang 5- Cách lập trình bằng ngôn ngữ C sử dụng phần mềm IAR để lập trình cho vi điều khiển MSP430
- Thiết kế được mô hình cửa tự động
2.GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI
2.1 Vi điều khiển MSP430F2013.
MSP430F2013 là vi điều khiển do Texas Instruments sản xuất, có một số đặc điểm sau:
- Nguồn sử dụng: 1.8 V đến 3.6 V
- Tiêu hao năng lượng cực thấp:
+ Chế độ hoạt động: 220μA tại 1 MHz, 2,2v
+ Chế độ chờ: 0.5 µA
+ Chế độ tắt (RAM vẫn được duy trì): 0.1μA
- Cấu trúc RISC-16 bit, Thời gian một chu kỳ lệnh là 62.5 ns
- Thời gian đánh thức từ chế độ Standby nhỏ hơn 1μs
- Cấu hình các module Clock cơ bản:
+ Tần số nội lên tới 16 MHz với 4 hiệu chỉnh tần số ±1%
+ Thạch anh 32 KHz
+ Tần số làm việc lên tới 16 MHz
+ Nguồn tạo xung nhịp bên ngoài
- Có 16 thanh ghi đa dụng
Trang 6Hình: Cấu trúc bên trong của MSP430G2013
Sơ đồ khối của vi điều kiển MSP430F2013:
2.2 Tìm hiểu về CPU của MSP430F2013
CPU có kiến trúc RISC ( Reduced Intruction Set Computer) là một kiến trúc vi xử lý theo hướng đơn giản hóa tập lệnh
CPU gồm 16 thanh ghi 16 bit , R0 – R15 có các chức năng đặc biệt Các thanh ghi còn lại được sử dụng với mục đích chung CPU có sơ đồ khối như sau:
Trang 7Tổ Chức Bộ Nhớ:
Trang 82.2 1 Thanh ghi bộ đếm chương trình(R0/PC):
Thanh ghi này chứa các lệnh kế tiếp được thực thi Mỗi lệnh này sử dụng một
số chẵn của những byte và PC được gia tăng một cách phù hợp
2.2.2 Con trỏ ngăn xếp (SP):
Khi một chương trình con được gọi, CPU nhảy đến chương trình con đó và thực thi nó, sau đó quay về chương trình chính Dó đó phải có một bộ nhớ tạm
để lưu giữ điạ chỉ của chương trình con trước đó khi CPU nhảy đến Đó là mục đích của con trỏ ngăn xếp
2.2.3 Thanh ghi trạng thái (SR)
Thanh ghi trạng thái được sử dụng như là một thanh ghi nguồn hoặc thanh ghi đích gồm hệ thống cờ Một số cờ thường sử dụng là C, Z, N và V
Mô tả về các bit của thanh ghi trạng thái:
2.2.4 Thanh ghi sử dụng chung ( R4 – R15)
12 thanh ghi từ R4 đến R15 không có mục đích chuyên dụng, các thanh ghi này có thể sử dụng làm thanh ghi dữ liệu hoặc địa chỉ
2.3 Timer A
Là một bộ Timer/Counter 16 bit Với 2 thanh ghi lưu trữ và 2 thanh ghi so sánh Là một timer đa chức năng Đếm thời gian, so sánh, PWM Timer A cũng
có khả năng ngắt khi counter đếm tràn hoặc mỗi thanh ghi đếm tràn Các đặc tính chính của Timer A là:
+ Là một Timer/Counter 16 bit không đồng bộ với 4 chế độ hoạt động
+ Có thể lựa chọn được nguồn xung
+ Hai thanh ghi có cấu hình capture/Compare
+ Cấu hình đầu ra với chế độ PWM
Trang 9Hình: Sơ đồ khối Timer A.
2.3.1 Timer hoạt động ở chế độ Counter 16 bit
Ở chế độ Counter giá trị thanh ghi TAR tăng hoặc giảm theo cạnh lên của xung clock (tùy thuộc vào chế độ hoạt động ) Nó có khả năng tạo ra một chương trình ngắt khi đếm tràn
Thanh ghi TAR có thể bị xóa khi set bit TACLR
2.3.2 Lựa chọn nguồn xung và bộ chia
Timer A có thể lựa chọn nguồn xung nội từ ACLK, SMCLK hoặc sử dụng
nguồn ngoài thông qua TACLK hoặc INCLK Nguồn xung có thể được chia 1,2,4 hoặc 8 bằng cách lựa chọn nguồn xung nhờ bit TASSELx Bộ chia xung được reset khi set bit TACLR
2.3.3 Các chế độ hoạt động
Được tóm tắt như sau:
TACCR0 rồi đếm về 0
2.3.4 Các ngắt của Timer A
Trang 10- Vector ngắt TACCR0 cho TRCCR0 CCIFG (ngắt có mức ưu tiên cao nhất, tự reset khi ngắt TACCR0 được phục vụ)
2.3.5 Các thanh ghi điều kiển Timer A
Bảng: Các thanh ghi điều kiển timer A
Thanh ghi điều kiển TACTL:
- Bit 15 – 10 : không sử dụng
- TASSELx (Bit 9 -8): Lựa chọn nguồn xung clock:
10 SMCLK
11 INCLK
- IDx ( Bit 7– 6): Lựa chọn bộ chia:
0 chia 0
1 chia 2
10 chia 4
11 chia 8
Trang 11- MCx ( Bit 5-4): Lựa chọn chế độ hoạt động:
0 Dừng
1 Chế độ đếm lên (đếm tới TACCR0)
10 Tiếp tục chế độ (đếm tới 0FFFFh)
11 Chế độ đếm lên/xuống (đếm lên tới TACCR0 và đếm xuống
0000h)
- TACLR ( Bit2): Xóa Timer A Khi bit được set, giá trị đếm, giá trị bộ chia đều được reset
- TAIE ( Bit 1): Cho phép ngắt ( khi bit được set)
- TAIFG ( Bit 0): Cờ ngắt của Timer A:
Bit = 0 : Không có ngắt đang chờ
Bit =1 : Có ngắt đang chờ phụ vụ
Còn Các Thanh ghi khác nữa, các bạn có thể tham khảo datasheet
2.4 Cảm biến chuyển động (PIR)
PIR là viết tắt của Passive InfraRed sensor (PIR sensor), tức là bộ cảm biến
thụ động dùng nguồn kích là tia hồng ngoại Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia nhiệt phát ra từ các vật thể nóng Trong cơ thể sống, trong chúng ta luôn có thân
nhiệt, hay còn gọi là các tia hồng ngoại, người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu mà nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động Cảm biến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát ra mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn tha nhiệt, đó
là thân nhiệt của các thực thể khác, như con người, con vật…
Nguyên tắc hoạt động:
Trang 12PIR nhận biết chuyển động tốt khi có gắn kính Fresnel Các nguồn nhiệt từ cơ thể con người con vật ( thân nhiệt) đều phát ra tia hồng ngoại, qua kính Fresnel, qua kính lọc lấy tia hồng ngoại, nó được tiêu thụ trên hai cảm biến hồng ngoại gắn trong đầu dò, và tạo ra điện áp được khuếch đại với transistor Fet Khi có một vật nóng đi ngang qua, từ 2 cảm biến này sẽ cho xuất hiện 2 tín hiệu và tín hiệu này sẽ được khuếch đại để có biên độ đủ cao và đưa vào mạch so áp để tác động vào một thiết bị điều khiển hay báo động
TÌM HIỂU VỀ: PIR Motion Detecor Module
Cấu tạo:
• Dây Đỏ : (Vc) Điện áp đầu vào cho PIR ( 5 – 20DCV).
• Dây Đen: (GND) Nối nguồn âm.
Trang 13• Dây Vàng: (Vo) Điện áp đầu ra của PIR được làm điện áp đầu vào cho
LED hoặc các Bộ điều khiển Mức cao (xấp xĩ 3,3V) khi được kích hoạt
và ở mức thấp khi không được kích hoạt
Phạm vi hoạt động: Cảm biến PIR rất tốt cho việc theo dõi trong phạm vi
.
- Môi trường thay đổi nhanh
- Nơi dao động hay chấn động mạnh
- Nơi có những vật liệu cản trở sự phát hiện tia hồng ngoại của cảm biến (vd: thủy tinh )
- Để cảm biến trực tiếp với ánh nắng mặt trời
- Để cảm biến chịu ảnh hưởng trực tiếp từ những bộ nung nóng, lò nung,
lò sưởi, hoặc máy điều hòa nhiệt độ
2.5 Thiết kế phần cứng
2.5.1 Sơ đồ khối hệ thống
Trang 142.5.2 Sơ đồ chi tiết
nga ra 2
nga ra 1 nga ra 2
nga ra 1
CB AN TOAN
XIN/P2.6/TA1 13 XOUT/P2.7 12 TEST/SBWTCK 11 RST/NMI/SBWTDIO 10 P1.2/TA1/CA2
4 P1.1/TA0/CA1
3 P1.0/TACLK/ACLK/CA0 2
P1.3/CAOUT/CA3 5
P1.4/SMCLK/CA4/TCK 6
P1.7/CAOUT/CA7/TDO/TDI
9 P1.6/TA1/CA6/TDI/TCLK
8 P1.5/TA0/CA5/TMS 7
U1
MSP430F2011
D1
DIODE
D2
DIODE
D3
DIODE
D4
DIODE
R1
330R
R2
330R
Q2
2N3393
Q3
2N3393
D5
DIODE
RL1
G5CLE-1-DC12
RL2
G5CLE-1-DC12
CB CHUYEN DONG NGOAI
CB CHUYEN DONG TRONG
CB AN TOAN DIEM DONG DIEM MO
D7
LED-PHAT
R3
1k
R4
68k
D8
LED-THU
R5
10k
Q1
C1815
R6
330R 1 2
2
1 3
4
4 3
U3
PC 817
R7
330R
3,3V 5V
12V
3,3V
2.6 Thiết kế phần mềm
2.6.1 Lưu đồ giải thuật
14
CẢM BIẾN
AN TOÀN
CẢM BIẾN
CHUYỂN
ĐỘNG
MSP430
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐÓNG, MỞ CỬA
Hình: Sơ đồ mạch chi tiết.
START
CB CHUYỂN ĐỘNG
ĐK MỞ CỬA
ĐIỂM MỞ
ĐK ĐÓNG CỬA
1
0
0
1
CB AN TOAN,1
Trang 15Chú Thích:
1: Khi có tác động của cảm biến chuyển động
0: Khi không có tác động của cảm biến chuyển động
CB AN TOAN: CB an toàn tích cực (mức thấp)
Điểm Mở: Vị trí cửa đã mở hoàn toàn
Điểm Đóng: Vị trí cửa đã đóng hẳn
2.6.2 Chương trình:
#include <msp430f2011.h>
void main(void)
{
WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // Stop watchdog timer
P1DIR |= 0x03;
{
{
Trang 16if((P1IN&BIT6)==0) // neu cua chua mo het canh, thi tiep tuc mo P1OUT = 0x01;
P1OUT = 0x00;
}
{
{
if((P1IN&BIT7)==0) // neu cua chua dong han, dong cua
P1OUT = 0x02;
else // neu roi, thi khong lam gi
P1OUT = 0x00;
}
else // neu co nguoi dung, thi k dong
P1OUT =0x00;
}
}
}
3 THUẬN LỢI, KHÓ KHĂN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG GIẢI
QUYẾT.
Thuận lợi: Được sự giúp đỡ của các thầy , và lập trình đơn giản
Khó khăn trong việc thiết kế mô hình, do không tính toán được kích thước cửa cho phù hợp và lựa chọn cách kéo cửa hợp lý
Giải quyết: kết hợp với các bạn chuyên với phần cơ khí
Về phần cảm biến chuyển động, khoảng thời gian trễ lớn
Giải quyết: Tham khảo trang web sau xem cảm biến được mắc theo kiểu gì, và
Trang 174 KẾT QUẢ VÀ ĐỀ NGHỊ
Hệ thống hoạt động thỏa mãn các yêu cầu đề ra Hệ thống hoạt động tốt, đề
tài thành công Tuy nhiên, hệ thống vẫn chưa thật sự có thể đem ra thực tế Để
đưa ra thực tế phải thiết kế, tính toán các kích thước cửa lựa chọn động cơ cho
phù hợp Kết hợp với các thiết bị khác như cần phải có bộ phận khi phát hiện
cửa bị kẹt để ngưng động cơ Phải có nguồn dự phòng, và một mạch điều khiển
để điều khiển cửa khi bị cúp điện hoặc hỏa hoạn xảy ra
12