TỰ ĐỘNG điều CHỈNH tốc độ XE KHI đến GIAO lộ DÙNG PIC (có code và layout)

TỰ ĐỘNG điều CHỈNH tốc độ XE KHI đến GIAO lộ DÙNG PIC (có code và layout) TỰ ĐỘNG điều CHỈNH tốc độ XE KHI đến GIAO lộ DÙNG PIC (có code và layout) TỰ ĐỘNG điều CHỈNH tốc độ XE KHI đến GIAO lộ DÙNG PIC (có code và layout) TỰ ĐỘNG điều CHỈNH tốc độ XE KHI đến GIAO lộ DÙNG PIC (có code và layout) TỰ ĐỘNG điều CHỈNH tốc độ XE KHI đến GIAO lộ DÙNG PIC (có code và layout)

TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ XE

KHI ĐẾN GIAO LỘ DÙNG PIC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VII

CHƯƠNG 1 MỤC ĐÍCH VÀ LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

1.1 MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 1

1.2 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 1

1.2.1 Chức năng 1

1.2.2 Yêu cầu 2

1.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 2

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH 3

2.1 SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG 3

2.1.1 Sơ đồ chức năng khối phát 3

2.1.2 Sơ đồ chức năng khối thu 3

2.2 KHỐI NGUỒN 4

2.3 KHỐI VI XỬ LÍ MẠCH PHÁT 4

2.3.1 Sơ đồ khối 4

2.3.2 Linh kiện 5

2.4 KHỐI TRUYỀN DỮ LIỆU 9

2.4.1 Sơ đồ khối 9

2.4.2 Linh kiện 10

2.5 KHỐI NHẬN DỮ LIỆU 15

2.5.1 Sơ đồ khối 15

2.5.2 Linh kiện 16

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 23

3.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 23

3.2 SƠ ĐỒ MẠCH MÔ PHỎNG 24

3.2.1 Mạch mô phỏng khối phát 24

3.2.2 Mạch mô phỏng điều khiển tốc độ 25

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 26

4.1 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 26

4.2 NHẬN XÉT 27

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

PHỤ LỤC CODE ĐỂ ĐIỀU KHIỂN BẰNG NGÔN NGỮ C 30

Hình 2- 2: Sơ đồ khối thu 3

Hình 2- 3: Sơ đồ mạch nguồn 4

Hình 2- 4: Mạch vi xử lí điều khiển phát sóng RF 4

Hình 2- 5: Hình dạng PIC 16F887 5

Hình 2- 6: Cấu tạo và sơ đồ chân của PIC 16F887 6

Hình 2- 7: Sơ đồ cấu trúc PIC 16F887 8

Hình 2- 8: Mạch truyền tín hiệu 9

Hình 2- 9: Hình ảnh thực tế RF phát 315MHz 10

Hình 2- 10: Cấu tạo của module phát sóng RF 315Mhz 11

Hình 2- 11: Sơ đồ chân IC2262 12

Hình 2- 12: Mã hóa của PT2262 13

Hình 2- 13: Từ mã sau khi mã hóa 14

Hình 2- 14: Sơ đồ khối mạch thu 15

Hình 2- 15: Hình ảnh thực tế RF thu 315Mhz 16

Hình 2- 16: Sơ đồ chân PT2272 17

Hình 2- 17: Cấu trúc PT 2272 17

Hình 2- 18: Bảng giải mã các bit 18

Hình 2- 19: Sơ đồ khối vi xử lí và relay điều khiển động cơ 19

Hình 2- 20: Hình dạng Relay 12V 20

Hình 2- 21: Cấu tạo relay 20

Hình 2- 22: Hình dạng động cơ một chiều DC 21 Hình 2- 23: Nguyên tắc hoạt động của động cơ DC 22Y

Hình 3- 4: Sơ đồ mạch mô phỏng điều khiển tốc độ 25

Hình 3- 5: Mạch in khối nhận RF 25

Hình 3- 6: Mạch thực tế mạch phát RF 26

Hình 3- 7: Mạch thực tế thu RF 26

Hình 3- 8: Kết quả thực nghiệm 27

PWM Pulse With Modulation

RF Radio Frequency

IC Intergrated Circuit

CHƯƠNG 1 MỤC ĐÍCH VÀ LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

1.1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài

Hiện nay giao thông ngày càng phức tạp, con người thường có rất nhiều việcphải tham gia giao thông như quan sát tín hiệu giao thông, người tham gia giaothông xung quanh, xử lí tình huống Do đó việc những chiếc xe có thể tự động hóa

để giảm bớt gánh nặng cho người lái là một điều rất quan trọng Do đó việc pháttriển hệ thống giao thông thông minh giúp cho phương tiện có thể tự động hóa khitham gia giao thông

Đề tài thiết kế hệ thống tự động điều chỉnh tốc độ của xe khi xe gần đến giao lộ,dựa vào tín hiệu của đèn giao thông mà xe có thể tự điều chỉnh tốc độ dựa theo cáctín hiệu đó chỉ là một mảng nhỏ trong hệ thống giao thông thông minh giúp ích chocon người

1.2 Nội dung của đề tài

1.2.1 Chức năng

 Chức năng của khối phát RF đặt tại giao lộ bao gồm:

- Trụ đèn giao thông với 3 tín hiệu đèn xanh đỏ và vàng

Đèn xanh sẽ được PIC lập trình chạy 30s sau đó delay 1s và chuyển sang tínhiệu vàng tiếp tục delay 1s và chuyển sang tín hiệu đèn đỏ trong vòng 25s Vòng lậpnày được thực hiện liên tục

- Bộ cảm biến IR sensor phát tín hiệu cho phép xe thực hiện lệnh trong khoảng cách20m

- Module phát RF 315Mhz truyền tín hiệu đi tại giao lộ

 Chức năng của khối thu RF đặt trên xe

- Module thu RF 315 Mhz nhận tín hiệu tại giao lộ phát đi xử lí và tự động điều

- Tìm hiểu kiến thức về giao tiếp RF cụ thể là giao tiếp RF với tần số 315Mhz

- Sử dụng PIC 16F887, IR sensor, module phát 315MHz, IC mã hóa PT2262 cho bộphát đặt tại giao lộ

- Sử dụng PIC 16F887, module thu RF 315MHz, IC giải mã PT2272, Relay và động

cơ DC được đặt trên phương tiện

- Viết code để thực bằng phần mềm CCS nạp cho PIC

-Mạch được tiến hành thi công có mô hình thực tế cụ thể

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH

2.1 Sơ đồ chức năng

2.1.1 Sơ đồ chức năng khối phát

Hình 2- 1: Sơ đồ khối phát

2.1.2 Sơ đồ chức năng khối thu

Hình 2- 2: Sơ đồ khối thu

2.2 Khối nguồn

Hình 2- 3: Sơ đồ mạch nguồn

Module này tạo ra điện áp một chiều từ nguồn xoay chiều 220V để cung cấp chocác linh kiện trong hệ thống Sử dụng biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều 220Vthành điện áp 12V AC, dùng chỉnh lưu từ 12V AC sang 12V DC

Dùng IC ổn áp 7805 để tạo ra nguồn ổn định 5V DC cung cấp cho mạch

2.3 Khối vi xử lí mạch phát

2.3.1 Sơ đồ khối

Hình 2- 4: Mạch vi xử lí điều khiển phát sóng RF

- Mạch sử dụng nguồn 5V, thạch anh 20MHz để tạo tín hiệu dao động cho vi xử lí

- Điện trở dùng để hạn dòng cho các đèn led

- Thiết lập trạng thái đầu ra các chân của vi xử lí RD0,RD1,RD2 ở mức 1 (điện áp5V) thì các ngõ ra ứng với các trạng thái đèn giao thông đỏ, vàng, xanh sẽ tắt

- Ngõ ra RD2 ở mức 0 (0V) thì đèn đỏ sẽ sáng trong vòng 25s , sau đó ngõ ra ở mức

1 đèn đỏ sẽ tắt trong vòng 1 giây, tín hiệu được gửi đến khối phát truyền đi

- Sau đó ngõ ra RD1 ở mức 0 thì đèn vàng sẽ sáng trong vòng 5s , sau đó ngõ ra ởmức 1 đèn vàng sẽ tắt trong vòng 1 giây, tín hiệu được gửi đến khối phát truyền đi

- Cuối cùng RD0 ở mức 0 thì đèn xanh sẽ sáng trong vòng 30s , sau đó ngõ ra ởmức 1 đèn đỏ sẽ tắt trong vòng 1 giây, tín hiệu được gửi đến khối phát truyền đi.

2.3.2 Linh kiện

2.3.2.1 PIC 16F887

Hình 2- 5: Hình dạng PIC 16F887

Hình 2- 6: Cấu tạo và sơ đồ chân của PIC 16F887

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16xxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh đơn Mỗilệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock, riêng lệnh rẽ nhánh là 2 Ngõvào xung clock có tần số 20Mhz, chu kì thực hiện lệnh là 200ns, có nhiều nguồnngắt với 3 kiểu định địa chỉ trực tiếp, gián tiếp và tức thời

- Timer2: 8 bit hoạt động định thời với thanh chu kì có bộ chia trước và chia sau.

- Có module capture, compare và điều chế xung PWM+ nâng cao:

+ Có bộ capture 16 bit có thể đếm được xung với độ phân giải cao nhất 12,5ns+ Có bộ điều chế xung PWM với số kênh ngõ ra là 1,2 hoặc 4, có thể lập trình vớitần số cao nhất là 20Khz

+ Có ngõ ra PWM điều khiển lái

- Có module capture, compare và điều chế xung PWM:

+ Có bộ capture 16 bit có thể đếm được xung với chu kì cao nhất 12,5ns

+ Có bộ so sánh 16 bit có thể so sánh xung đếm với chu kì lớn nhất 200ns

+ Có bộ điều chế xung PWM có thể lập trình với tần số cao nhất là 20Khz

- Có thể lập trình trên bo ISP thông qua 2 chân

- Có module truyền dữ liệu nối tiếp đồng bộ MSSP

 Một vài chức năng các chân chính

- Chân 11,32: Các chân nối nguồn VDD(VCC) cấp nguồn từ 2-5V

- Chân 12,31: Các chân nối đất VSS(GND) cấp 0V

- Port A gồm các chân số 2,3,4,5,7 vừa là các chân xuất nhập số, vừa là ngõ vàotương tự Chân 13,14 vừa là chân xuất nhập số vừa là chân tạo xung thạch anh, chân

số 6 xuất nhập số và ngõ ra bộ so sánh

- Port B các chân 33,34,35,36,37,38 vừa là các chân xuất nhập số, vừa là ngõ vàotương tự Chân 39,40 chỉ là ngõ I/O.

- Port E gồm 3 chân 8,9,10 vừa xuất nhập số và ngõ vào tương tự

- Port B và D mỗi port đều có 8 chân I/O

 Sơ đồ cấu trúc

Hình 2- 7 : Sơ đồ cấu trúc PIC 16F887

2.4 Khối truyền dữ liệu

2.4.1 Sơ đồ khối

Hình 2- 8: Mạch truyền tín hiệu

- Khi chân ra của vi điều khiển ở mức 0V thì transitor A1815 sẽ được kích và hoạtđộng, tín hiệu được truyền vào chân D0,D1,D2 của con PT2262 ứng với tín hiệuđèn xanh, đỏ và vàng Tín hiệu sẽ được con PT2262 mã hóa và ra chân Dout truyềnqua module RF phát tần số 315MHz để truyền đi

2.4.2 Linh kiện

2.4.2.1 Module phát sóng RF 315MHz

Hình 2- 9: Hình ảnh thực tế RF phát 315MHz

Sơ đồ chân của Module RF phát 315Mhz như sau:

+ Chân 1 Data : Dữ liệu vào

+ Chân 2: Chân nối nguồn VCC

+ Chân 3: Chân nối đất GND

 Thông số kĩ thuật của RF phát

Hình 2- 10: Cấu tạo của module phát sóng RF 315Mhz

Mạch phát được mắc theo kiểu khếch đại E chung

Sử dụng thạch anh(CRYST1) để tạo dao động với tần số 315Mhz, và khi được cấpnguồn nó sẽ tạo ra dao động sóng hình sin

Dùng transitor S9018 để khếch đại tín hiệu dao động và tín hiệu đầu ra được lấy ởchân C của Transistor Điện trở R2 tạo điện áp chuẩn cho thạch anh, R3 định dòngcho chân E

2.4.2.2 IC mã hóa PT2262

Hình 2- 11: Sơ đồ chân IC2262

IC 2262 có nhiều nhóm, nhiều phiên bản khác nhau

 Chức năng của các chân:

Chân số 9 Vss : Chân nối đất GND

Chân số 18 Vcc : Chân cấp nguồn VCC

Chân 15, 16 OSC1 và OSC2 : Gắn điện trở R định tần cho xung nhịp, tạo ra cácdãy xung mã lệnh Tần số xung nhịp tương thích giữa bên phát và bên nhận

Chân số 1 đến chân 6 (A0-A5): Dùng nhập mã địa chỉ, trên mỗi chân có 3 trạngthái là: 0,1 và f.

Chân A6/D5 đến chân A11/D0: Có thể dùng như các chân địa chỉ nhung khidùng như chân nhập dữ liệu Data thì chỉ có 2 trạng thái 0 và 1

Chân 14 TE: Dùng để xuất nhóm xung mã lệnh, khi chân hoạt động ở mức thấpthì sẽ xuất mã lệnh ra chân Dout

Chân 17 Dout: Chân ngã ra của nhóm tín hiệu mã lệnh ở dạng xung

 Biểu diễn bit code mã hóa

PT2262 có 3 trạng thái bit là 0,1 và f Mỗi trạng thái sẽ có 1 kiểu mã hóa bit code khác nhau chứ trong trong 32 chu kì tần số mã hóa của OSC (32∝) phụ thuộc vào trở gắn trên chân của OSC1 và OSC2

Bit 0 được thay thế bằng chuỗi: 10001000

Bit 1 được thay thế bằng chuỗi: 11101110

Bit f được thay thế bằng chuỗi: 10001110

Sync Bit được thay bằng chuỗi: 10000000|00000000|00000000|00000000

Ví dụ 1 từ mã code word PT2262 muốn phát là: 11110000|1010|sync bit (8 bits địa,

4 bit dữ liệu và 1 sync bit) sẽ được mã hóa là:

11101110.11101110.11101110.1110111.10001000.11101000.10001000.10001000|11101110.10001000.11101110.10001000|10000000|00000000|00000000|

00000000

Hình 2- 12: Mã hóa của PT2262

Sync bit: là bit được thêm vào trong 1khung truyền để đồng bộ quá trình mãhóa/giải mã Độ dài 1 sync bit gấp 4 lần độ dài 1bit địa chỉ/dữ liệu (128∝)

Hình 2- 13: Từ mã sau khi mã hóa

PT2262 sẽ đặt 8 bit dữ liệu và 4 bit địa chỉ tạo thành 1 từ mã khi bên phát phát ranhóm mã lệnh này bên thu sẽ nhận được và qua so sánh trong mạch computer logicnếu thấy trùng mã thì IC2272 sẽ phát lệnh điều khiển ra chân VT

 Quy ước mã hóa

Vì PT2262 có 3 trạng thái nên sẽ có 38 địa chỉ được mã hóa Để đơn giản ta chuyển

về số thập phân 32 bits với 8 chữ số, mỗi kí số biểu diễn 1 bit Số 0 biểu diển mức

Ví dụ địa chỉ thập phân 11112200 là địa chỉ đã mã hóa của 8 bits địa chỉ A0-A7:1111ff00.

2.5 Khối nhận dữ liệu

2.5.1 Sơ đồ khối

Hình 2- 14: Sơ đồ khối mạch thu

Khối thu dùng để thu tín hiệu từ khối phát, sau đó đưa vào PT2272 để giải mã vàsau đó đưa đến khối điều khiển để điều khiển đóng ngắt relay điều khiển tốc độđộng cơ

2.5.2 Linh kiện

2.5.2.1 Module thu sóng RF 315MHz

Hình 2- 15: Hình ảnh thực tế RF thu 315Mhz

 Sơ đồ chân của Module RF phát 315Mhz như sau:

+ Chân 1: Chân nối đất GND

+ Chân 2 và 3(Data): Tín hiệu thu được sẽ xuất ra chân này

+ Chân 3: Chân nối nguồn VCC

 Thông số kĩ thuật của RF thu

Hình 2- 16: Sơ đồ chân PT2272

Hình 2- 17 : Cấu trúc PT 2272

Khi xung mã lệnh phát ra từ IC 2262 sẽ được đưa vào IC2272 để giải mã và phát racác tín hiệu để điều khiển thiết bị

Chân OSC1 và OSC 2 được gắn trở định tần cho xung nhịp.

Các chân địa chỉ từ A0-A5 và các chân địa chỉ/dữ liệu A6/D5-A11/D0 trạng thái bittrên các chân này dùng xác lập mã lệnh cho việc dò mã lệnh bên phát

Chân vào Din: Nếu mã lệnh bên phát đúng với mã lệnh xác lập trong IC nó sẽ qua 2tầng khếch đại đảo, tín hiệu mã lệnh cho vào mạch computer logic để dò cho mạchoutput logic chờ xuất ra Khi mạch dò xung đồng bộ synchro detect xác nhận tínhiệu vào là chính xác nó sẽ xuất lệnh điều khiển trên chân VT

Hình 2- 18: Bảng giải mã các bit

Thực hiện lần lượt 12 bit địa chỉ/dữ liệu và 1 sync bit ta sẽ được ta sẽ thu được 1 từ

mã (word code) Do PI2262 phát trong 1 khung tryền có 4 từ mã nên khi ta thu liêntiếp các từ mã giống nhau tức là dữ liệu đã giải mã đúng

2.6 Khối vi xử lí mạch mạch thu

2.6.1 Sơ đồ khối vi xử lí và relay

Hình 2- 19: Sơ đồ khối vi xử lí và relay điều khiển động cơ

Sử dụng nguồn 5V, thạch anh 20MHz để tạo tín hiệu dao động cho vi xử lí

Nhận tín hiệu sau mã hóa để điều khiển Relay

Khi RA0 ở mức 1, đầu ra RB1 ở mức 1 ( điện áp 5V) thì có dòng đi qua transitorC1815 được khếch đại qua relay Khi đó relay sẽ đóng và áp ra tải khi đó là 12V sẽđiều khiển động cơ chạy tương ứng với trạng thái đèn xanh Ngược lại khi RB1 ở áp0V thì relay áp 12V sẽ ngắt

Khi RA1 ở mức 1, đầu ra RB0 ở mức 1 khi đó relay sẽ đóng và áp ra tải khi đó là5V sẽ điều khiển động cơ chạy tương ứng với trạng thái đèn vàng Ngược lại khiRB0 ở áp 0V thì relay áp 5V sẽ ngắt

Khi chân RA2 ở mức 1, đầu ra RB0 và RB1 cùng ở mức thấp thì cả 2 relay đều ngắttức là động cơ sẽ dừng úng với trạng thái đèn đỏ

2.6.2 Linh kiện

2.6.2.1 Relay

Hình 2- 20: Hình dạng Relay 12V

Relay là 1 công tắc điều khiển từ xa đơn giản, dùng 1 dòng nhỏ để điều khiển dònglớn vì vậy nó được dùng để bảo vệ công tắc nên được xem là một thiết bị bảo vệ.Một relay điển hình là điều khiển mạch và điều khiển nguồn

 Cấu tạo của relay

Hình 2- 21: Cấu tạo relay

Kết cấu relay gồm có 1 lõi sắt, 1cuộn từ và 1 tiếp điểm

Relay có 2 mạch: mạch điều khiển (1-3) và mạch tải (2-4) Mạch điều khiển có 1dây nhỏ còn mạch tải có 1 công tắc

Khi relay mở có dòng chạy qua cuộn dây điều khiển (1-3) tạo ra từ trường nhỏ làmđóng tiếp điểm (2-4) Khi đó có dòng chạy qua chân số 2 và 4, relay ở trạng tháimở( được kích hoạt).

Khi relay ngắt dòng ngừng chạy qua chân điều khiển (1-3) nên relay ngắt, khôngcòn từ trường tiếp điểm hở ra và dòng bị ngăn không cho chạy qua (2-4) nên relayngắt

2.6.2.2 Động cơ tải DC

Hình 2- 22: Hình dạng động cơ một chiều DC

Động cơ một chiều là máy điện chuyển đổi năng lượng điện một chiều sang nănglượng cơ Máy điện chuyển đổi năng lượng cơ sang năng lượng điện là máy phátđiện

Động cơ điện một chiều gồm loại có chổi than (DC) và loại không có chổi than(BLDC) BLDC thực chất là động cơ điện 3 pha không đồng bộ

 Phân loại theo các cách kích từ gồm có:

+ Kích từ độc lập

+ Kích từ song song

+ Kích từ nối tiếp

+ Kích từ hỗn hợp

-Với mỗi loại động cơ điện một chiều như trên thì có các ứng dụng khác nhau

 Cấu tạo và hoạt động

Cấu tạo gồm có 3 thành phần chính là stator(phần cảm), rotor(phần ứng), phầnchỉnh lưu(chổi than, cổ góp)

Stator: Gồm 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cữu, nam châm điện

Rotor: Gồm các cuộn dây quấn và được nối với nguồn 1 chiều

Bộ phận chỉnh lưu có nhiệm vụ đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quaycủa rotor là liên tục Bộ phận này gồm bộ cổ góp và bộ chổi than tiếp xúc với cổgóp

Hình 3- 1: Lưu đồ giải thuật

3.2 Sơ đồ mạch mô phỏng

3.2.1 Mạch mô phỏng khối phát

Hình 3- 2: Sơ đồ mạch mô phỏng đèn giao thông

Hình 3- 3: Mạch in khối phát RF

3.2.2 Mạch mô phỏng điều khiển tốc độ

Hình 3- 4: Sơ đồ mạch mô phỏng điều khiển tốc độ

Hình 3- 5: Mạch in khối nhận RF

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT

4.1 Kết quả thực nghiệm

Hình 3- 6: Mạch thực tế mạch phát RF

Hình 3- 7: Mạch thực tế thu RF

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC CODE ĐỂ ĐIỀU KHIỂN BẰNG NGÔN NGỮ C

 Code cho mạch phát

#include <16F887.h>

#include <def_877a.h>//thu vien pic

#FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT,NOLVP, NOCPD, NOWRT

#use delay(clock=20000000)

//#define k1 RA0//khai bao dinh nghia ngo vao

//#define k2 RA1//khai bao dinh nghia ngo vao

//#define k3 RA2//khai bao dinh nghia ngo vao

#define d1 RD0//khai bao dinh nghia ngo ra

#define d2 RD1//khai bao dinh nghia ngo ra

#define d3 RD2//khai bao dinh nghia ngo ra