ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TOÀ NHÀ BẰNG VI XỬ LÝ 89C51

PHẦN IGIỚI THIỆU ĐỀ TÀIChương ITỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TOÀ NHÀBẰNG VI XỬ LÝ 89C51I. Yêu cầu của đề tài:Trong cuộc sống hiện tại, khoa học kỹ thuật phát triển rất nhanh, nhữngcông cụ ra đời sẽ giúp giải phóng sự lao động trí óc: nghiên cứu, cải tiến,sáng tạo. Chỉ tiêu của khoa học kỹ thuật là làm sao nâng cao được chấtlượng và hiệu suất công việc, hầu như công nghệ tự động ra đời là đáp ứngnhu cầu đó. Cho nên, em đã nghiên cứu về đề tài“ Điều khiển giám sát nhàcao tầng dùng vi xử lý 89C51 qua mạng RS-485. Các kít vi xử lý này có thểhoạt động hoàn toàn độc lập theo một chương trình lập sẵn. Bên cạnh đó,chúng còn có thể được giám sát và điều khiển các thiết bị trong từng phòngthông qua gởi lệnh đến đúng kít vi xử lý cần điều khiển để thi hành lệnh đó.Ngoài việc điều khiển các thiết bị dùng điện trong phòng, ta còn có thể đảmbảo an ninh cho từng phòng bằng hệ thống phát hiện cháy, phát hiện trộmbằng cảm biến quang.Một chuyên gia về công nghệ nhà thông minh ( Home Automation )–Kenne P.Wacks– đã viết một bài báo giới thiệu về ngôi nhà thông minh nhưsau:“ Hơn 6 năm qua, một công nghệ mới gọi là công nghệ nhà thông minhđã được nghiên cứu và phát triển. Công nghệ này sẽ tạo nên một thế hệ mớicủa các thiết bị cung cấp cho người dùng chúng. Những công nghệ trước đócùng với khái niệm ngôi nhà thông minh sau này sẽ tạo nên những sản phẩmvà loại hình dịch vụ mới mẻ trong tương lai. Một số ít các công ty đang giớithiệu về ngôi nhà tự động. Một vài công ty lớn và các viện nghiện cứu đangthăm dò công nghệ mới nhưng đầy tiềm năng này.Mạng truyền thông trong nhà sẽ cung cấp những cơ sở hạ tầng để liênkết các thiết bị cảm biến, bộ điều khiển và bảng điều khiển trong nhà. Điềunày sẽ trở nên khả thi bằng cách tạo ra sự phát triển công nghệ truyền thôngtrong những ngôi nhà tự động.Trong ngôi nhà thông minh từ“thiết bị” không chỉ đề cập đến các dụngcụ trong nhà bếp, thiết bị video/audio, các hệ thống có thể dịch chuyển , cácthiết bị chiếu sáng, thiết bị sưởi ấm, làm lạnh, hệ thống an ninh... Công nghệnày sẽ bật đèn xanh cho các công ty nghiên cứu cho ra đời những sản phẩmvà hình thức dịch vụ mới. Các sản phẩm này sẽ có chung điểm tương đồngnào đó hay là những thuộc tính tương tự nhau. Các thuộc tính đó là: Vai trò của các thiết bị trong nhà thông minh: hầu hết các thiết bịtrong nhà đều có vỏ bằng nhựa hay kim loại. Một vài thiết bị vận hành độc lậpvới các thiết bị khác. Tuy nhiên cũng có những dụng cụ cần có một thiết bịkhác điều khiển nó. Các thiết bị trong ngôi nhà thông minh đều có thể truyền dữ liệu. Ta sẽ nhóm các thiết bị này lại chung một nhóm. Ví dụ: hệ thống anninh, hệ thống Audio/Video. Trong tương lai các hệ thống này có thể chophép máy giặt hay máy rửa chén yêu cầu bộ phận nung nóng nước, chuẩn bịnước nóng khi chúng cần đến. Sự hợp nhất các chuẩn truyền thông: các thiết bị trong tương laiđều có một chuẩn truyền thông chung, có cùng dây nối đặc biệt. Tiêu chuẩncủa ngôi nhà thông minh là sẽ làm nhẹ bớt đi công việc của các nhà sản xuấtvề việc phải sáng chế ra giao thức truyền thông và cung cấp các đường dâydẫn dữ liệu. Yêu cầu của đề tài mà em được giao: Thiết kế phần cứng mạch báo cháy tự động. Mạch động lực điều khiển thiết bị dùng điện bằng vi xử lý. Mạch phát hiện trộm bằng cảm biến: dùng LED hồng ngoại. Mạch giao tiếp máy tính của từng vi xử lý. Lập trình giao tiếp bằng ngôn ngữ visual basic.II. Hướng thực hiện đề tàiĐể thực hiện được phần cứng đảm bảo yêu cầu như trên, em đã thiếtkế mạch mô phỏng cảm biến quang phát hiện trộm và cảm biến quang đếmngười ra vào phòng. Do mạch cảm biến cháy có giá trị rất cao nên em đãdùng một IC đo nhiệt độ để mô phỏng. Đó là IC nhiệt LM 335. Dùng vi xử lý89C51 để điều khiển mạch động lực đóng tắt các thiết bị.Chuẩn truyền thông nối tiếp thông dụng hiện nay là RS-232C, tuy nhiênchuẩn truyền thông này chỉ dùng truyền số liệu trên khoảng cách ngắn (15m).Nên để có thể truyền dữ liệu từ kit vi xử lý về máy tính ở khoảng cách xa hơnta dùng chuẩn RS-485. Để chuyển đổi từ chuẩn RS-232C sang chuẩn RS-485 ta cần phải có một mạch điện chuyển đổi.

PHẦN I

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Chương I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TOÀ NHÀ

BẰNG VI XỬ LÝ 89C51

I Yêu cầu của đề tài:

Trong cuộc sống hiện tại, khoa học kỹ thuật phát triển rất nhanh, những công cụ ra đời sẽ giúp giải phóng sự lao động trí óc: nghiên cứu, cải tiến, sáng tạo Chỉ tiêu của khoa học kỹ thuật là làm sao nâng cao được chất lượng và hiệu suất công việc, hầu như công nghệ tự động ra đời là đáp ứng nhu cầu đó Cho nên, em đã nghiên cứu về đề tài “ Điều khiển giám sát nhà cao tầng dùng vi xử lý 89C51 qua mạng RS-485 Các kít vi xử lý này có thể hoạt động hoàn toàn độc lập theo một chương trình lập sẵn Bên cạnh đó, chúng còn có thể được giám sát và điều khiển các thiết bị trong từng phòng thông qua gởi lệnh đến đúng kít vi xử lý cần điều khiển để thi hành lệnh đó Ngoài việc điều khiển các thiết bị dùng điện trong phòng, ta còn có thể đảm bảo an ninh cho từng phòng bằng hệ thống phát hiện cháy, phát hiện trộm bằng cảm biến quang

Một chuyên gia về công nghệ nhà thông minh ( Home Automation ) – Kenne P.Wacks – đã viết một bài báo giới thiệu về ngôi nhà thông minh như sau:

“ Hơn 6 năm qua, một công nghệ mới gọi là công nghệ nhà thông minh

đã được nghiên cứu và phát triển Công nghệ này sẽ tạo nên một thế hệ mới của các thiết bị cung cấp cho người dùng chúng Những công nghệ trước đó cùng với khái niệm ngôi nhà thông minh sau này sẽ tạo nên những sản phẩm

và loại hình dịch vụ mới mẻ trong tương lai Một số ít các công ty đang giới thiệu về ngôi nhà tự động Một vài công ty lớn và các viện nghiện cứu đang thăm dò công nghệ mới nhưng đầy tiềm năng này

Mạng truyền thông trong nhà sẽ cung cấp những cơ sở hạ tầng để liên kết các thiết bị cảm biến, bộ điều khiển và bảng điều khiển trong nhà Điều này sẽ trở nên khả thi bằng cách tạo ra sự phát triển công nghệ truyền thông trong những ngôi nhà tự động

Trong ngôi nhà thông minh từ “thiết bị” không chỉ đề cập đến các dụng

cụ trong nhà bếp, thiết bị video/audio, các hệ thống có thể dịch chuyển , các thiết bị chiếu sáng, thiết bị sưởi ấm, làm lạnh, hệ thống an ninh Công nghệ này sẽ bật đèn xanh cho các công ty nghiên cứu cho ra đời những sản phẩm

và hình thức dịch vụ mới Các sản phẩm này sẽ có chung điểm tương đồng nào đó hay là những thuộc tính tương tự nhau Các thuộc tính đó là:

 Vai trò của các thiết bị trong nhà thông minh: hầu hết các thiết bị trong nhà đều có vỏ bằng nhựa hay kim loại Một vài thiết bị vận hành độc lập với các thiết bị khác Tuy nhiên cũng có những dụng cụ cần có một thiết bị khác điều khiển nó Các thiết bị trong ngôi nhà thông minh đều có thể truyền

dữ liệu Ta sẽ nhóm các thiết bị này lại chung một nhóm Ví dụ: hệ thống an ninh, hệ thống Audio/Video Trong tương lai các hệ thống này có thể cho phép máy giặt hay máy rửa chén yêu cầu bộ phận nung nóng nước, chuẩn bị nước nóng khi chúng cần đến.

 Sự hợp nhất các chuẩn truyền thông: các thiết bị trong tương lai đều có một chuẩn truyền thông chung, có cùng dây nối đặc biệt Tiêu chuẩn của ngôi nhà thông minh là sẽ làm nhẹ bớt đi công việc của các nhà sản xuất

về việc phải sáng chế ra giao thức truyền thông và cung cấp các đường dây dẫn dữ liệu

 Yêu cầu của đề tài mà em được giao:

 Thiết kế phần cứng mạch báo cháy tự động

 Mạch động lực điều khiển thiết bị dùng điện bằng vi xử lý

 Mạch phát hiện trộm bằng cảm biến: dùng LED hồng ngoại

 Mạch giao tiếp máy tính của từng vi xử lý

 Lập trình giao tiếp bằng ngôn ngữ visual basic

II Hướng thực hiện đề tài

Để thực hiện được phần cứng đảm bảo yêu cầu như trên, em đã thiết

kế mạch mô phỏng cảm biến quang phát hiện trộm và cảm biến quang đếm người ra vào phòng Do mạch cảm biến cháy có giá trị rất cao nên em đã dùng một IC đo nhiệt độ để mô phỏng Đó là IC nhiệt LM 335 Dùng vi xử lý 89C51 để điều khiển mạch động lực đóng tắt các thiết bị

Chuẩn truyền thông nối tiếp thông dụng hiện nay là RS-232C, tuy nhiên chuẩn truyền thông này chỉ dùng truyền số liệu trên khoảng cách ngắn (15m) Nên để có thể truyền dữ liệu từ kit vi xử lý về máy tính ở khoảng cách xa hơn

ta dùng chuẩn 485 Để chuyển đổi từ chuẩn 232C sang chuẩn

RS-485 ta cần phải có một mạch điện chuyển đổi

Sơ đồ khối mạch chuyển đổi như sau:

PC

372

TXDRTSRXD

Max232

75176

Kit vi xử líI

Kit vi xử líII

Sơ đồ khối mạch kết nối giữa máy tính và các kit vi xử lí

Kit vi xử lý em thiết kế có những chức năng sau:

 Đo nhiệt độ hiện tại trong phòng hiển thị lên LED 7 đoạn, ngoài chức năng đo nhiệt độ, mạch này còn thay thế cho cảm biến cháy Khi nhiệt độ trên

IC LM335 tăng lên, tùy theo từng mức được lập sẵn trong chương trình mà

nó sẽ báo chuông, hay sẽ gởi dữ liệu về máy tính để cho biết trạng thái hiện tại trong phòng theo giao thức truyền dữ liệu theo kiểu hỏi vòng

 Ngoài ra, mạch còn có chức năng đếm số người đi ra hay vào phòng Trong phòng để đảm bảo tính tự động hoàn toàn sẽ không có công tắc điện của những thiết bị mà vi xử lý có thể điều khiển Nếu số người trong phòng lớn hơn hay bằng 1 thì vi xử lý sẽ gởi một tín hiệu đến mạch động lực kích đóng các thiết bị như quạt, máy lạnh, đèn Nếu người trong phòng là không thì vi xử lý sẽ gởi một tín hiệu đến mạch động lực tắt các thiết bị trong phòng Tuy nhiên, trên mạch có hai nút nhấn hay một số nút nhấn để người trong phòng có thể điều khiển có tín hiệu hồi tiếp về cho nên vi xử lý sẽ nhận biết các thiết bị đó đang đóng hay mở Khi người dùng nhấn nút tương ứng thì tùy vào trạng thái của thiết bị mà vi xử lý sẽ kích đóng hay ngắt thiết bị đó Phần này sẽ làm cho mạch được linh động, không tuân theo chương trình phần mềm cài sẵn một cách cứng ngắt

 Giả sử khi nhiệt độ ngoài trời giảm xuống khoảng 15oC thì cũng không cần bật máy lạnh làm gì Tuy nhiên, vi xử lý cứ nhận thấy có người trong phòng là nó sẽ đóng nguồn cho máy lạnh hoạt động Người trong phòng

có thể tắt máy lạnh bằng nút nhấn trên mạch vi xử lý Ta có thể khắc phục được nhược điểm này bằng cách viết chương trình cho vi xử lý so sánh nhiệt

độ hiện tại trong phòng với nhiệt độ chuẩn ( 15oC chẳng hạn ) Nếu nhiệt độ

đo được bé hơn 15oC thì sẽ tắt máy lạnh đi Do mạch sử dụng ADC 0809 sai

số tương đối không nhiều, tuy nhiên do mạch gia công tín hiệu ra của IC nhiệt LM335 cho nên nhiệt độ càng thấp thì áp ra càng nhỏ và ADC sẽ đổi ra sai số tương đối cao Sai số này là do mạch gia công gây ra đồng thời cộng thêm sai số của chính bản thân ADC 0809 Cho nên không đảm bảo rằng mạch hoạt động đúng như thiết kế ở nhiệt độ nhỏ hơn 15oC

 Mạch cảm biến quang dùng để phát hiện trộm đặt ở những thiết bị hay dụng cụ cần gìn giữ

III Vấn đề kết nối mạng

Thuật ngữ mạng đã trở nên rất quen thuộc khi mạng thông tin Internet ngày càng trở nên rất gần gũi với con người chúng ta Nếu quản lý thiết bị

trong phòng theo phương pháp thông thường sẽ không kinh tế và tiết kiệm

Ta cần phải làm sao để tiết kiệm cho được càng nhiều càng tốt Cho nên để tránh lãng phí ta nên điều khiển các thiết bị bằng máy tính Chỉ cần một nhân viên cũng có thể tắt hay mở thiết bị trong từng phòng Nếu ta tắt các thiết bị bằng tay thì sẽ không kinh tế, khi khách ra khỏi phòng mà quên tắt các thiết bị thì sẽ lãng phí rất nhiều năng lượng điện Tiết kiệm được phần năng lượng hao phí đó ta sẽ giúp cho việc giảm giá thành khi kinh doanh cho thuê phòng chẳng hạn

Máy tính có khả năng đóng tắt các thiết bị thông qua vi xử lý, đồng lưu trữ trạng thái các thiết bị trước đó

Điều khiển

Sơ đồ khối mạch kết nối giữa máy tính và các kit vi

xử lí

Chương II

GIỚI THIỆU VỀ CÁC MẠCH BÁO CHÁY

Cảm biến dựa vào các đặc tính vật lý của vật liệu, các hiện tượng vật lý

để chuyển đổi các đại lượng phi điện thành các tín hiệu điện để đơn giản trong quá trình đo lường và tính toán

Mô tả toán học của các cảm biến là một hàm truyền được ký hiệu là H Phương trình mô tả cảm biến được biểu diễn như sau:

Đại lượng ra (điện)=H x đại lượng vào (phi điện)

· Các đặc tính chuẩn của cảm biến:

_ Độ nhạy

- _ Độ ổn định

_ Nhiễu (có khả năng hoạt động trong mọi trường có tín hiệu gây nhiễu hay nhiễu do chính cảm biến sinh ra trong quá trình hoạt động)

_ Tầm đo _ Độ tuyến tính (cảm biến có độ tuyến tính càng cao càng tốt)

· Hệ thống báo cháy thường gồm 3 loại mạch báo cháy thông dụng:

_ Mạch báo cháy nhiệt

_ Mạch báo cháy khói

_ Mạch báo cháy lửa

Hầu hết các linh kiện điện tử đều có đặc tính nhiệt thay đổi theo nhiệt

độ Nhưng để làm cảm biến ta chỉ chọn vật liệu có độ nhạy cao và hàm truyền tốt mà thôi

Đây là loại cảm biến tương đối phức tạp và tinh vi, sử dụng các linh kiện điện tử chuyên dụng Các linh kiện điện tử này có khá nhiều trên thị trường linh, kiện ở Việt Nam hiện nay Nó sử dung nguyên tắc dòng hay áp trên các linh, kiện này sẽ thay đổi khi nhiệt độ tại nơi đặt thiết bị thay đổi Tùy theo loại mà có thể sẽ tăng hay giảm các đại lượng điện theo nhiệt độ Loại cảm biến này rất nhạy nhưng nó sẽ rất gây ra tình trạng báo động nhầm khi

có một nguồn nhiệt để gần cảm biến Ví dụ như thân nhiệt con người chẳng hạn

I Chuyển đổi nhiệt điện :

Chuyển đổi nhiệt điện là những chuyển đổi dựa trên các quá trình nhiệt như đốt nóng, làm lạnh, trao đổi nhiệt… Thực tế khi đo lường các đại lượng không điện theo phương pháp điện thường dùng hai hiện tượng, đó ( là hiệu ứng nhiệt điện và hiệu ứng thay đổi nhiệt trở của dây dẫn hay chất bán dẫn khi nhiệt độ thay đổi

Tương ứng với hai hiện tượng trên, người ta phân thành hai loại: chuyển đổi cặp nhiệt điện và chuyển đổi nhiệt điện trở.

1 Chuyển đổi cặp nhiệt điện:

a Nguyên lý làm việc của cặp nhiệt điện : chủ yếu dựa trên

hai hiện tượng sau:

Nếu hai dây dẫn khác nhau nối với nhau tại hai điểm 1 và 2, và một trong hai điểm đó ( ví dụ ta lấy tại điểm 1) được đốt nóng thì trong mạch sẽ xuất hiện một dòng điện gây bởi sức điện động gọi là sức điện động nhiệt điện, là hiệu số các hàm số nhiệt độ

ET = f(t1)- f(t2)Mạch điện như còn gọi là cặp nhiệt điện hay cặp điện ngẫu

Điểm được đốt nóng gọi là đầu công tắc ( điểm 1 ), điểm còn lại gọi là đầu tự do( điểm thứ 2 ) là hằng số f(t2)=const thì:

ET = f(t1) – CBiểu thức trên là cơ sở của phép đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện Theo phương pháp này, việc đo nhiệt độ t1 sẽ dẫn đến việc đo sức điện động của cặp nhiệt điện khi giữ cố định nhiệt độ đầu tự do của nó

Vật liệu dùng để chế tạo cặp nhiệt điện ngẫu cần đảm bảo các yêu cầu sau: quan hệ giữa sức điện động nhiệt điện với nhiệt độ là một hàm đơn trị, tính chất nhiệt điện không thay đổi, độ bền hóa học và cơ học phải cao, dẫn nhiệt tốt, có trị số suất điện động nhiệt lớn

Cặp nhiệt điện được nối với nhau bằng phương pháp hàn đặc biệt và đặt trong thiết bị bảo vệ nhằm tránh bị ăn mòn hóa học, thiết bị này được chế tạo từ vật liệu bền cơ học, không thấm khí, không bị ăn mòn

Thiết bị trên thường là các ống được chế tạo bằng thép đặc biệt Đối với cặp nhiệt điện quí , ống bảo vệ chế tạo bằng thạch anh và gốm Để cách điện người ta dùng Amian (3000C ), ống thạch anh ( với 10000C ) hoặc ống

sứ đến 1400C

β Những nguyên nhân gây sai số và hiệu chỉnh cho đúng:

Ta biết rằng phương trình biến đổi của cặp nhiệt điện trong trường hợp chung, một cách gần đúng có thể biểu diễn dưới dạng :

ET =A.t+B.t2 +C.t3

ET : là sức điện động nhiệt T: hiệu nhiệt độ giữa đầu công tắc và đầu tự do

A, B, C :các hằng số phụ thuộc vào vật liệu của dây làm cặp nhiệt điện

Và độ nhạy của nó được tính như sau:

ST » A+2Bt +3Ct

Độ nhạy không phải là hằng số mà phụ thuộc vào nhiệt độ

Do vậy các cặp nhiệt điện công nghiệp thường cho trước một bảng sức điện động ứng với các nhiệt độ khác nhau trong khoảng 10C với đầu tự do ở 00C.

c Chuyển đổi nhiệt điện trở:

Nhiệt điện trở là chuyển đổi có điện trở thay đổi theo sự thay đổi nhiệt

sự dịch chuyển

Nhiệt điện trở đốt nóng, dòng điện chạy qua rất lớn làm nhiệt độ của nó tăng lên cao hơn nhiệt độ môi trường , nên có sự tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh Nhiệt điện trở loại này được dùng trong việc đo lưu lượng, lưu tốc của dòng chảy, phân tích các chất hóa học… Nhiệt điện trở được chế tạo bằng dây hoặc chất bán dẫn Yêu cầu đối với vật liệu chế tạo là có hệ số nhiệt độ lớn, bền hóa học, điện trở suất rất lớn, khó nóng chảy…

Để giảm tổn hao nhiệt dẫn, chiều dài của nhiệt điện trở cần phải lớn hơn đường kính dây gấp nhiều lần

2 Các loại cảm biến nhiệt:

a Thermocouples:

Thermocouples biến đổi đại lượng nhiệt độ thành dòng điện hay điện

áp DC nhỏ Nó gồm có hai dây kim loại khác nhau nối với nhau tại hai đầu mối nối Khi các mối nối được đặt tại các vị trí khác nhau, trong dây dẫn xuất hiện sức điện động Sức điện động này tỉ lệ với chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu mối nối Thermocouples có hệ số nhiệt dương

b Thermistor:

Thermistor là điện trở có độ nhạy nhiệt rất cao nhưng phi tuyến vả có

hệ số nhiệt âm Điện trở giảm phi tuyến đối với sự tăng nhiệt độ vì Thermistor

là điện trở nên dòng điện qua nó sinh ra nhiệt gây nên sai số rất lớn Do đó phải hạn chế dòng qua nó rất nhỏ

c Điện trở dò nhiệt (RTDs):

Cảm biến loại này dựa vào đặc tính trở phụ thuộc nhiệt độ của vật liệu

Nó có hệ số nhiệt dương nhỏ, nhưng đo rất chính xác

d IC cảm biến nhiệt độ bán dẫn:

IC cảm biến bán dẫn kết hợp với mạch gia công bên trong Nhờ đó IC

có thể tạo tín hiệu điện áp ra tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối, với độ nhạy nhiệt và

độ chính xác cao IC loại này khá phổ biến trên thị trường hiện nay Với IC thông dụng hiện nay là LM335

ΙΙ Mạch phát hiện khói ( dùng cảm biến quang hay cảm biến

a Điện trở quang:

Điện trở quang là một linh kiện bán dẫn thụ động không có lớp chuyển tiếp PN Vật liệu để chế tạo điện trở quang là Cds (Cadmiun Sulfid) , CdSe (Cadmiun Selenid ), ZnS ( Zine Sulfid ) hoặc các tinh thể khác

Khi bị chiếu ánh sáng, độ dẫn điện ( điện dẫn suất ) của vật liệu bán dẫn gia tăng do các hạt mang điện tích được gia tăng ra thêm

s=e(nmn + pmp )

n và p : là mật độ electron và lỗ trống

mn , mp : là độ di động của electron và lổ trốngVới phương trình trên đô dẫn điện có thể gia tăng nhờ hai cách:

_ Gia tăng mật độ các hạt mang điện tích

_ Gia tăng độ di động hiệu dụng

 Các đặc tính quan trọng của một điện trở quang : Điện trở

quang có ba đặc tính quan trọng:

Ÿ Độ dẫn suất ( sphot ):

Là hàm số của mật độ năng lượng u với độ dài sóng không thay đổi của ánh sáng :

sphot (u); l=const

Ÿ Độ nhạy của quang trở đối với quang phổ:

Đó chính là sự thay đổi dẫn suất sphot hàm số của l khi mật độ năng lượng không thay đổi :

u= const

 Vận tốc làm việc:

Vận tốc làm việc là thời gian hồi đáp ( Reponse times) của một quang trở khi có sự thay đổi từ sáng sang tối hay từ tối sang sáng (rise ) Thời gian lên được xác định là thời gian cần thiết để quang trở đạt 65 % trị số cuối cùng khi được chiếu sáng từ 0 lux sang 10 lux

Srel(λ)=

σphot (λ)

σphot max

Thời gian trễ được xác định là khoảng thời gian cần thiết để một quang trở thay đổi còn 35% giá trị của nó (so với lúc được chiếu sáng – khoảng 10 lux trong 1 s) khi không còn được chiếu sáng.

Với cường độ ánh sáng mạnh, quang trở làm việc nhanh hơn Quang trở có khuynh hướng làm việc chậm đi khi trời lạnh Quang trở làm việc chậm hơn nếu được cất giữ trong bóng tối và làm việc nhanh hơn nếu được cất giữ ngoài ánh sáng

 Các đặc tính quan trọng khác của điện trở quang:

 Tiếng ồn –NEP

 Hệ số nhiệt độ của quang trở

 Điện trở tối ( Dark Reasistance )

 Đặc tính độ dốc

 Điện thế hoạt động

 Công suất tiêu tán cao nhất

 Độ nhạy R[VW-1)

 Điện trở quang với sự gia tăng độ di động mn,p

 Điện trở quang với vật liệu không pha tạp chất

1 Mạch phát hiện khói dùng nguyên lý ion (cảm biến ion):

Dưới tác dụng của các tia phóng xạ và tia Rơnghen, chất khí (khói ) sẽ

bị ion hoá Nếu bình ion hoá được đặt một điện áp thì các điện tử và ion sẽ chuyển động có hướng và khi đó sẽ tạo thành dòng điện ion Khi có dòng điện sẽ kích hoạt tín hiệu báo động

Dòng ion phụ thuộc vào điện áp đặt lên bình, tính chất của tác nhân ion, môi trường ion hóa, vật liệu của thành bình và các vật thể khác nằm trên đường đi của các tác nhân ion hóa Các tác nhân ion hóa là các tia phóng xạ như tia a, tia b, tia g, tia Ronghen

Chuyển đổi ion hóa có thể nhiều loại khác nhau, song bất kỳ loại nào cũng cần có nguồn phóng xạ và thiết bị thu các suất phẩm của quá trình ion hóa để tạo thành dòng điện Thiết bị đó gọi là bộ thu bức xạ

Bộ thu bức xạ có nhiệm vụ biến đổi năng lượng bức xạ hạt nhân thành điện năng Bộ thu bức xạ dựa vào hiện tượng ion hóa các tia phóng xạ đi qua nó hoặc dựa vào hiện tượng ion hóa chất khí khi cho tia phóng xạ đi qua

nó hoặc dựa vào hiện tượng phát quang của một số chất dưới tác dụng của năng lượng bức xạ hạt nhân

Để tránh dòng điện rò, cách điện giữa các cực lưới và vỏ (cực cao áp) phải đạt tới (108 – 1013 ) MW, vì thế điện cực lưới được bọc bởi cực bảo vệ nối đất với mạch đo lường để thu dòng điện rò từ cực cao áp.

Người ta sử dụng một lượng nhỏ chất phóng xạ để ion hóa không khí trong hộp cảm biến Không khí bị ion hóa sẽ dẫn điện và tạo thành một dòng điện chạy giữa hai điện cực đã được nạp điện Khi các phần tử khói lọt vào trong vùng cảm nhận được ion hóa sẽ làm tăng điện trở trong vùng cảm nhận

và làm giảm luồng điện giữa hai điện cực Khi luồng điện giảm xuống tới một giá trị nào đó thì bộ cảm biến sẽ phát điện và phát tín hiệu báo động

Nói chung thì loại cảm biến phát hiện khói kiểu ion hóa nhạy hơn và hiệu quả hơn loại dùng các linh kiện quang điện tử, nhưng linh kiện và vật liệu rất khó kiếm Loại phát hiện khói dùng quang dù ít nhạy hơn nhưng linh kiện rất dễ tìm và lắp đặt tương đối dễ dàng Tuy nhiên cả hai loại này có thể báo động nhằm do bụi hay khói lan vào Cho nên khi thiết kế cần phải xem xét và qui định nồng độ khói nhất định để thiết bị hoạt động chính xác

III Mạch phát hiện cháy :

Dưới tác động của các dòng ánh sáng với bước sóng thích hợp chiếu vào Catot, điện tử đi từ Catot bị bắn ra, tạo thành dòng điện Chuyển đổi quang điện được phân chia thành ba loại:

1 Tế bào quang điện:

Là phần tử quang điện sử dụng hiệu ứng quang điện ngoài Đó là một đèn chân không hay có khí mà Catot của nó sẽ phát ra các điện tử dưới tác dụng của dòng ánh sáng

2 Quang điện trở:

Là loại chuyển đổi quang điện dựa vào hiệu ứng quang điện Điện trở của một vài chất bán dẫn thay đổi dưới tác dụng của dòng ánh sáng Các chất có hiệu ứng quang điện trong mạch đó là muối Sunfil Cadmi,…

 Diode quang pn

 Diode quang pin

 Diode quang loại Schockley

 Diode quang với các hiệu ứng khác

Photodiode được dùng với mạch khuếch đại có tổng trở cao:

 Rất tuyến tính

 Ít nhiễu

 Dãi tần rộng

 Nhẹ và có sức bền cơ học.

 Tuổi thọ cao

IV Đo nhiệt độ bằng thạch anh:

Một ứng dụng cổ điển của thạch anh là thực hiện bộ dao động có độ vững lớn, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ Với tinh thể thạch anh có phương tinh thể xác định trước nó đặc trưng cho sự thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng tần số dao động

Ngược lại, khi dùng làm cảm biến đo nhiệt độ, thạch anh có phương tinh thể làm sao cho tần số dao động gần như tuyến tính với nhiệt độ tinh thể của thạch anh Cảm biến này rất chính xác và nhạy, mặt khác việc xác định nhiệt

độ dẫn đến việc đếm tần số có hai điều lợi:

_ Việc đo rất chính xác

_ Việc chuyển đổi ra dạng số rất dễ dàng với thông tin liên quan đến tần số

1 Cộng hưởng cơ của thạch anh:

Trong tinh thể thạch anh được cắt theo dạng tiết diện vuông, tam giác hoặc tròn, các đặc tính phụ thuộc vào dạng hình học, và kích thước của chúng cũng như phương tinh thể Thạch anh là một chất áp điện Trong trường hợp mặt phẳng thu điện tích thẳng góc với trục điện sẽ xuất hiện các điện tích trái dấu trên mặt phẳng Đó là hiệu ứng áp điện trực tiếp

_ Một sự thay đổi bề dày của bản thạch anh, nén lại hoặc bè ra tùy thuộc theo dấu của điện áp khi đưa vào các bề mặt, đó là hiệu ứng áp điện ngược

_ Một bản thạch anh có thể xảy ra các dao động cơ liên quan đến các loại biến dạng khác nhau: sự kéo dài ra, uốn cong, cắt Tần số dao động được xác định bởi dạng thức hình học, kích thước và phương của tinh thể và có thể diễn tả bởi công thức sau:

ρ

c l

n

f =

c: Độ lớn đàn hồi, phụ thuộc vào phương tinh thể

r: Trọng lượng riêng của thạch anh

l: Kích thước của bản thạch anh theo phương truyền động

n: Số nguyên ; 1<n <5

Khi áp vào hai mặt của bản thạch anh 1 điện áp xoay chiều tần số bằng với tần số dao động có thể, hiệu ứng áp điện ngược xảy ra kéo theo sự dao động của bản thạch anh Như thế có thể xây dựng một hiện tượng dao động

cơ điện với sự biến đổi tuần hoàn năng lượng cơ ra năng lượng điện và ngược lại, và năng lượng mất mát rất bé Hệ số phẩm chất Q đặc trưng cho

Đối với bản thạch anh, Q có giá trị rất cao, thường từ 104 đến 105 Phương của dao động thạch anh so với trục của tinh thể xác định lực cắt Thí dụ:

_ Lực cắt X gọi là mẫu Curie: 2 bản cực thẳng góc với trục X một điện áp xoay chiều được áp vào 2 mặt đối diện, bản dao động có thể dao động theo chiều dài và 2 tần số cộng hưởng quan trọng là:

f1= 2860e va f2= 2860l ; f tính bằng KHz

e và l : Bề dày và bề rộng của bản tính bằng mm_ Lực cắt At, hai mặt bản cực quay chung quanh trục X và tạo thành một góc gần bằng 350 so với trục Z, bản dao động có thể dao động theo lực cắt bề dày và tần số dao động có trị giá:

e n

f = 1675 ; f:KHz

n: số nguyên ≤ 5_ Với những lực cắt khác được sử dụng : Tần số dao động cơ luôn luôn tỉ lệ nghịch vơi1 trong những kích thước của chúng

Các điện cực cho phép đặt một điện áp vào bản dao động, nó được cấu tạo bởi thanh kim loại đặt tiếp xúc với bản dao động

Chung quanh tần số cộng hưởng cơ, về phương diện điện bản thân thạch anh có thể được biểu thị bằng một lưỡng cực cấu tạo bởi hai nhánh song song

C L

C0 R

Một nhánh L, R, C Các phần tử này có giá trị được xác định bởi đặc tính hình học, cơ khí và tinh thể của bản dao động và có độ lớn:

L: Từ vài H đến 104HC: Từ 10-2 pF đến 10-1 pFR: Từ vài KW đến vài chục KW

_ Một nhánh gồm điện dung C0 đó là điện dung được hình thành bởi các điện cực kim loại có giá trị khoảng: 1 đến 100 pF, tỉ số C/C0 có giá trị tổng quát từ 10-2 đến 10-3

Lưỡng cực này có thể có hai tần số cộng hưởng điện:

_ Cộng hưởng nối tiếp của nhánh L,R ,C tần số fs:

fs=2π1LC

_ Cộng hưởng song song, giữa C0 và nhánh L, C, R tần số fp:

fp=

)0/1(1.2

1

C C

Với lực cắt LC ( tuyến tính ) về nguyên tắc các hệ số b và c bằng 0 Độ nhạy nhiệt của tần số cộng hưởng là một hằng số:

T

f S

3 Cách thực hiện nhiệt kế và đo:

Nhiệt kế được thực hiện bằng cách đặt bản thạch anh bên trong hộp thép chứa Helium mục đích làm tăng sự dẫn nhiệt thạch anh và hộp Thạch anh được nối với các phần tử tác động nhờ dây cáp và sẽ tạo nên dao động với tín hiệu đo em:

em=EmcosWm t với Wm= 2πfmfm=f0+∆f và ∆f=S(T-T0)=ST khi T0 =00CVới mạch dao động chuẩn bằng thạch anh, tạo nên tín hiệu chuẩn er tần số f0 độc lập với môi trường

er=ErcosW0t(W0=2πf0)Các tín hiệu em, er được đưa vào mạch thay đổi tần số, mạch nhân chẳng hạn, sẽ tạo nên tín hiệu V’0 :

V’0=Kemer=E’0[ cos(Wm-W0)t+cos (Wm+W0)t]

Với một mạch lọc thông thấp qua nó giới hạn tần số cao ở đầu ra:

V0=E0cos(Wm-Wr)t=E0 cos 2.π.∆ f.t

Một bộ đệm tần số cho phép xác định tần số ∆ f và với S biết được, sẽ biết T=∆ f/S.

Đặc tính đo lường của tinh thể thạch anh :

DÙNG VI XỬ LÝ 89C51

A Thiết kế mạch :

I Tổng quan về đề tài:

1 Sơ lược về đề tài:

Trên cơ sở thiết kế một thiết bị bằng cơ điện tử để có thể tạo thành ngôi nhà thông minh khi gắn thiết bị này vào Nhờ vào bộ xử lý trung tâm mà thiết bị này có thể hoạt động một cách chính xác theo chương trình đã lập sẵn Trong ngôi nhà càng có nhiều thiết bị thông minh thì càng làm cho cuộc sống tiện nghi hơn Do tính mềm dẻo của bộ xử lý trung tâm nên ta có thể nạp lại chương trình điều khiển cho nó tùy theo từng nhu cầu ứng dụng riêng biệt, cũng như có thể cho phép 1 hay nhiều thiết bị cùng hoạt động khi đến giờ định sẵn

Đèn, quạt gió và máy lạnh sẽ tự động bật lên khi có người vào phòng Máy đun nước nóng, máy giặt sẽ tự động hoạt động khi đến giờ quy định Hệ thống tưới cây trong vườn cũng được điều khiển từ thiết bị này Cửa gara sẽ

tự mở ra khi xe vừa đến trước cổng và cũng tự đóng lại khi xe ra khỏi gara

Do sự hạn chế về thời gian cho nên em chỉ thiết kế mạch có một số tính năng nêu trên:

_ Đèn và quạt gió bật lên khi có người vào nhà

_ Đèn và quạt gió tắt khi người trong nhà đi ra ngoài hết

_ Phát hiện nguy cơ gây ra hỏa hoạn và phát tín hiệu chuông báo động._ Đo nhiệt độ hiện tại trong phòng và hiển thị lên panel

_ Có khả năng phát hiện trộm xâm nhập và phát tín hiệu chuông báo động

Như theo yêu cầu của đề tài: tất cả các kit vi xử lý sẽ được giám sát và

có thể ra lệnh từ máy tính Máy tính truyền lệnh cần vi xử lý thi hành đến đúng kit vi xử lý mà nó cần tác động Có thể là lệnh yêu cầu tắt đèn , quạt, hay là yêu cầu gởi dữ liệu từ phòng, nhiệt độ, đèn tắt hay mở, bao nhiêu người trong phòng Theo lý thuyết, thì các thành viên trong một hệ thống mạng đều có thể liên kết dữ liệu với nhau bằng cách thông qua Master là PC Nhưng do mạng trong đề tài em thiết kế không cần tốc độ cao và cũng không

có nhu cầu trao đổi dữ liệu giữa các kit vi xử lý riêng lẻ, cho nên em dùng phương pháp hỏi vòng từ PC Qua đó, PC sẽ lần lượt hỏi vòng tuần tự qua từng kit vi xử lý Dữ liệu từ PC gửi về kit vi xử lý gồm có các byte yêu cầu cộng thêm hai byte thêm vào: một byte đầu tiên xác định địa chỉ nơi đến, byte tiếp theo sẽ xác định nội dung giao tiếp giữa vi xử lý và PC, chẳng hạn gởi nhiệt độ, số người trong phòng…Chương trình giao diện và điều khiển truyền

số liệu dùng ngôn ngữ lập trình Visual Basic 6.0

P C

RS-485

RS-485RS-485

BUS

Kit vi xử lý trong phòng 1 và phòng có cùng sơ đồ khối như sau

2 Chức năng của từng khối:

_ Khi phát hiện có nguy cơ hỏa hoạn nó sẽ báo động bằng chuông, sau

đó nó sẽ ngắt CB của nguồn điện

_ Bật đèn lên khi có người vào phòng

_ Tắt đèn khi người trong phòng ra ngoài hết

b Khối cảm biến quang:

Dùng đề tạo một tín hiệu đưa về vi xử lý, tùy theo mức của tín hiệu này

mà thiết bị sẽ biết được có trômg xâm nhập hay không

c Khối hiển thị nhiệt độ:

Khối này có dạng một panel hình chữ nhật được gắn trên từng phòng, nhiệt độ trong phòng sẽ được hiển thị trên panel này

d Mạch động lực:

Dùng để đóng các thiết bị, nhận tín hiệu kích đóng từ vi xử lý

ε Mạch hồi tiếp trạng thái các thiết bị:

Vi xử líAtmel89C51

Dựa vào mức của tín hiệu hồi tiếp về mà vi xử lý sẽ biết đươc thiết bị nào đang bật, thiết bị nào đang tắt.

II Thiết kế phần cứng

1 Mạch cảm biến quang:

Sơ đồ mạch như sau:

Bình thường không có gì che chắn giữa LED phát và LED thu thì áp ra

sẽ là 5V Khi có vật che chắn giữa LED phát và LED thu thì mạch sẽ cho ra

áp là 0V

Do khi LED thu dẫn thì áp rơi trên R4, chỉ từ 1V – 1,5V nên ta phải đệm thêm mạch khuếch đại dùng OPAMP Tùy theo đặc tính của từng con LED phát và LED thu mà áp đặt trên trở 100 ohm sẽ khác nhau Bình thường áp đặt trên điện trở 100 ohm là 1V, dùng mạch khuếch đại OPAMP để áp đủ 5V đưa vào vi xử lý

Để đảm bảo rằng áp đưa trở về vi xử lí sẽ không lớn hơn 5V( tránh hư

vi xử lí khi ta đặt áp vào lớn hơn áp hoạt động cuả nó), ta mắc thêm một Diode Zenner ổn áp 5.1V vào ngõ ra của mạch khuếch đại

Tính toán mạch khuếch đại:

Dòng qua LED: 10 mA – 20 mA để giúp cho LED hoạt động được lâu dài Dòng cực đại mà ta có thể đưa vào chạy qua LED là 20 mA Thông

R6 1k

INT0

+ -

R4 100

Z ENER 5.1V

thường trong tính toán mạch để đơn giản ta cứ cho dòng chạy qua LED là 15 mA.

Khi LED dẫn, áp trên LED sẽ nằm trong khoảng từ 1,7-2V Cho nên dòng qua LED:

ILED = 5330−2 = 9 mAKhi LED thu dẫn, dòng qua LED

ILEDTHU =5320−2=9mA

Ap đưa vào mạch khuếch đại LM741:

Vin = I LED thu x100 = 1 V

Để áp ra LM 741 đúng 5V khi LED thu dẫn ta chọn hệ số khuếch đại như sau:

và LED thu thì áp ra sẽ không phải chính xác là 0 V, mà có thể từ 0 V – 2V Nằm trong tầm điện áp này thì vi xử lý sẽ phát hiện ra đây là mức không tích cực (mức thấp ) Tín hiệu này đưa vào chân INT0 của vi xử lý Ta sẽ thiết lập chế độ hoạt động ngắt ở cạnh xuống Nghĩa là có sự chuyển đổi từ 5V sang 0V thì mạch sẽ xãy ra 1 ngắt

Để thiết lập chế độ này ta dùng lệnh sau gán cho vi xử lý:

SETB IT0Lệnh này sẽ cho phép vi xử lí đáp ứng ngắt theo cạnh xuống của tín hiệu áp đưa vào chân INT0

2 Mạch mô phỏng cảm biến quang phát hiện người:

Thông thường để phát hiện người đi vào hay đi ra ta dùng một cảm biến quang

Cách này thông dụng dễ lắp đặt nhưng nó không phân biệt được người vào người ra Nó chỉ có thể nhận biết có người thông qua sự thay đổi trạng thái đầu vào là mức cao hay mức thấp Bên cạnh đó, còn có một nhược điểm nữa là sẽ gây cho chương trình chạy sai khi có người vô hình đứng chắn ngang cảm biến quang trong khoảng thời gian tương đối lâu Lúc đó vi

xử lý sẽ hiểu rằng có rất nhiều người ra vào nó sẽ bị đếm lầm Để khắc phục tình trạng này ta dùng cùng lúc hai cảm biến quang đặt cách nhau ở một khoảng cách xác định Dựa vào sự thay đổi trạng thái của cảm biến quang nào trước, cảm biến quang nào sau ta sẽ nhận biết được người ra hay vào phòng Phương pháp này rất hiệu quả, nhưng cũng có thể không nhận ra số người một cách chính xác như ta mong muốn Giả sử khi có hai người cùng sóng bước thì cảm biến quang chỉ phát hiện ra một người mà thôi Ta cũng

có thể khắc phục tình trạng này bằng cách thiết kế cửa sao cho chỉ cho một người qua lọt mà thôi

Chức năng mạch đếm người được em thiết kế như sau: khi có một cảm biến quang tác động sẽ làm cho áp trên chân INT1 chuyển từ 1 sang 0

Vi xử lý sẽ nhảy đến chương trình ngắt kiểm tra giữa hai chân P1.0 và P1.1 xem chân nào xuống mức 0 trước: Nếu P 1.0 tác động trước, P1.1 tác động sau thì ta sẽ nhận biết có người vào Nếu P1.1 tác động trước thì ta nhận biết có người ra

Bình thường khi không nhấn các SW1 và SW2 thì INT1 ở trạng thái tích cực Khi một trong hai nút nhấn SW1 và SW2 được nhấn tức là có một chân đưa vào IC 7408 xuống mức 0 Cho nên áp sau khi qua 7408 sẽ là mức 0 (do IC 7408 là IC thực hiện chức năng logic AND) Tùy thuộc vào ta nhấn nút nhấn nào trước, nút nhấn nào sau, vi xử lý sẽ phát hiện người ra hay vào

mà xử lý chương trình điều khiển

Sơ đồ nguyên lý mạch động lực như sau:

+ -

U2

AD741

3

2 6

Q1 1

R5 22k

R1 330

U1

4N26

1 6

2

5 4

Nguyên lý hoạt động của mạch như sau:

Khi cần đóng đèn thì vi xử lý sẽ đặt chân điều khiển đèn lên mức tích cực Khi đó Opto sẽ dẫn làm cho Phototransistor dẫn bão hòa, áp VC1 » 0.2V, sẽ kéo theo Q1 dẫn Khi Q1 dẫn sẽ cho phép rơ le đóng Khi Relay đóng thì đèn sẽ được cấp nguồn: đèn sáng Do mạch thiết kế dựa trên nguyên tắc kiểm tra áp trên đèn sẽ biết đèn đóng hay mở Khi đèn được đóng bằng Relay điện trở công suất RW sẽ chia áp trên đèn, do điện trở công suất mắc nối tiếp đèn nên đèn sáng thì trên điện trở công suất sẽ có áp Ap này sau khi qua cầu Diode chỉnh lưu sẽ được đưa trở về vi xử lý

Tính toán mạnh như sau:

R1 = 330 W : đảm bảo dòng qua Opto đủ nhỏ để Opto hoạt động tốt

R2 = 2.2 k để giảm dòng giúp cho Phototransistor được hoạt động bình thường, không rơi vào tình trạng quá dòng

Diode D5 dùng để xả dòng điện cảm ứng trong cuộn dây Relay khi ta kick ngắt Relay

Điện trở công suất RW, do đèn dùng để thiết kế cho mạch có các thông số định mức như sau:

Nguyên nhân tại sao khi thiết kế mạch động lực đóng ngắt nguồn ta dùng nguồn +12V riêng và dùng Opto để kích Do khi relay đóng ngắt sẽ gây

ra nhiễu điện từ, nhiễu này sẽ ảnh hưởng trực tiếp lên nguồn cung cấp cho vi

xử lý Nó sẽ làm cho áp cấp cho vi xử lý có dạng gai áp Nếu không truyền số liệu về máy tính thì điều này không quan trọng Nhưng ta thiết kế mạch có truyền dữ liệu nên cần phải dùng nguồn riêng và Opto để tránh gây nhiễu sẽ ảnh hưởng đến việc truyền dữ liệu Đồng thời Opto cũng thực hiện việc cách

ly mạch giữa 2 kit cho nên mạch sẽ hoạt động tốt hơn

Mạch khuếch đại Opamp dùng để ổn định áp hồi tiếp về khi có nhiều thiết bị mắc trên cùng đường dây Khi đó dòng sẽ giảm và áp đặt vào điện trở công suất cũng giảm theo Để đảm bảo mạch hoạt động tốt ta dùng mạch

khuếch đại áp sau đó dùng Diode Zenner để ổn áp ở mức +5V đưa vào vi xử lý.

4 Mạch nguồn cung cấp:

Mạch nguồn thiết kế trên nguyên tắc tạo ra nguồn đôi: +/-12V, +/-5V

Để có thể được như vậy ta dùng biến áp loại 6 đầu ra: 0V, 6V, 9V, 15V, 18V

và 24V Ta sẽ dùng điểm chuẩn 12V là mass Cho điện xoay chiều đi qua 2 cầu Diode chỉnh lưu

Sơ đồ khối nguồn cung cấp cho các kit vi xử lý

Mạch dùng áp lưới chỉnh lưu thành dòng một chiều biến áp chọn loại 3A Cầu Diode sẽ chỉnh lưu áp xoay chiều thành dòng một chiều Bộ phận nắm dòng là tụ 220 mF (25V), nó sẽ làm cho dòng DC được thẳng hơn

Lọc áp giúp giảm đi các gợn sóng cao tần

IC ổn áp là các họ IC: 7805 ( ổn áp +5V), 7905 (ổn áp –5), 7912 (ổn áp –12V), và 7812 ( ổn áp +12)

Do mạch không dùng đến công suất lớn nên không cần dùng đến transistor bổ trợ dòng cho mạch Với các Diode chỉnh lưu chọn loại 3A, thì các IC ổn áp sẽ hoạt động tốt Ta nên gắng thêm tấm tỏa nhiệt cho 4 IC ổn áp này Vì khi IC càng nóng thì áp ra sẽ không ổn định và có nguy cơ chết IC

5 Mạch hiển thị nhiệt độ bằng LED 7 đoạn:

Để hiển thị nhiệt độ đo được ta dùng các LED 7 đoạn để hiển thị Dùng

IC 74247 để giải mã sang LED 7 đoạn Mạch hiển thị được nối với Port 2 của

vi xử lý 4 bit thấp của Port2 dùng cho giải mã LED, 4 bit dùng để tạo tín hiệu chọn LED Ta dùng phương pháp quét để hiển thị LED Thời gian giữa hai lần quét cách nhau 1ms để đảm bảo cho LED đủ sáng LED được chọn để dùng LED Anode chung.Sơ đồ mạch kích như sau:

( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng

Trang 22

Nắn dòng

Lọc áp

IC ổn áp

Lọc bỏ Các gợn Sóng

5 V -5V +12 V -12V

7SEG

5

3 8

.

3 8

R1 10k

TIN HIEU CHON LED

IC giải

mã LED

74247

Khi tín hiệu chọn LED = 0, Transistor Q1sẽ dẫn đến VC » Vcc =5V, tương ứng với áp để LED sáng Tín hiệu chọn LED =1 (+5 V) thì transistor sẽ ngưng dẫn, các LED sẽ tắt vì không có áp.

6 Công tắc đóng ngắt thiết bị theo yêu cầu:

Mạch này mô phỏng chức năng của 1 công tắc đóng ngắt thiết bị Khi SW3 không được nhấn thì P2.7 ở mức cao Vi xử lý sẽ kiểm tra chân P2.7=0 nghĩa là ta đã nhấn nút SW thì nó sẽ thực hiện một chương trình con có nhiệm vụ đóng đèn khi đèn đang tắt, và tắt đèn khi đèn đang đóng Đây là phần thiết

kế thêm giúp cho mạch phần cứng và ngay

cả chương trình phần mềm điều khiển một cách linh động không quá cứng Nếu để cho vi xử lý làm nhiệm vụ đếm người

và đóng mở đèn hay thiết bị khác thì người dùng không thể can thiệp và cũng không thể thay đổi gì được chương trình điều khiển đã lập trình sẵn trong ROM vi xử lý

Mạch phần cứng thiết kế có phần hồi tiếp trạng thái của các thiết bị Cho nên chương trình điều khiển cũng không có gì gây ra phức tạm lắm Thiết bị đóng, tín hiệu hồi tiếp về mức 1 (+5V), thiết bị ngắt tín hiệu hồi tiếp về

là mức 0(0V) Nếu ta nhấn nút SW3, và tín hiệu hồi tiếp về đang là mức 0 thì

vi xử lý hiểu rằng đó là yêu cầu đóng thiết bị Nó sẽ xuất tín hiệu đóng Relay cấp nguồn cho thiết bị Ngược lại, nếu tín hiệu hồi tiếp về đang là mức 1 thì vi

xử lý sẽ hiểu là yêu cầu ngắt thiết bị và nó sẽ kích ngắt relay

Ta cũng có thể thiết kế phần cứng để thực hiện phần này để cho vi xử

lý thực hiện ít công việc nó phải làm Nếu chỉ dùng một nút nhấn để yêu cầu đóng hay ngắt thiết bị thì vi xử lý sẽ phải xử lý chương trình Ta thiết kế hai nút nhấn tương tự như thế và quy định nút nào nhấn là đóng, ngắt thiết bị

7 Mạch chuông

Chuông dùng để phát tín hiệu báo động khi có sự cố: cảm biến nhiệt phát hiện xảy ra hỏa hoạn hay có trộm chẳng hạn Tùy theo từng sự kiện mà

vi xử lý sẽ kích chuông kêu dài ngắn khác nhau:

 Phát hiện trộm: reo liên tục

 Nếu nhiệt độ lên gần 100oC: chuông reo 3 hồi, mỗi hồi 5 giây

và cách nhau giữa 2 lần là 1 giây

 Nhiệt độ nằm trong tầm báo động 2: chuông reo 2 hồi, mỗi lần cách nhau 1 giây và dài 5 giây mỗi hồi

Do mạch chuông tiêu thụ dòng khá lớn, nên ta phải dùng một relay để kích đóng ngắt mạch chuông Dòng lớn sẽ gây chết transistor khi ta dùng transistor để lái mạch chuông mà không phải dùng relay.

8 Mạch giao tiếp máy tính qua mạng RS-485

Thông thường các họ vi xử lý có ngõ truyền thông theo mức TTL Và các thiết bị đầu cuối khác (DTE ) có cổng truyền thông là RS_232

Để có thể nối mạng các thiết bị này ta phải chuyển từ TTL ,RS_232 sang RS_485 Để thực hiện việc chuyển đổi này có rất nhiều vi mạch trên thị trường , nhưng họ vi mạch của hãng MAXIM là phổ biến nhất hiện nay Đó

là MAX 481 , MAX 483, MAX 485 , MAX 487 ,MAX 488, MAX 489 , MAX

490, MAX 1487 Tiêu biểu là vi mạch MAX 485 , nó chuyển từ mức TTL sang RS_485 , truyền theo phương pháp Half_Duplex

Bên trong mỗi vi mạch chứa một bộ phát (Driver) và một bộ thu

 Đặc điểm :

RS _485 là chuẩn giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ cân bằng, sự truyền thông tin trên dây xoắn đôi bán song công ( Half _ duplex) , nghĩa là tại một thời điểm bất kì trên dây truyền chỉ có thể là một thiết bị hoặc là truyền hoặc là nhận

 RS_485 cho phép 32 bộ truyền trên bus

 RS_485 có ngõ ra 3 trạng thái

 RS_485 cho phép tốc độ truyền tối đa là 2.5Mbps

Sơ đồ chân của MAX_485:

RO được cho phéo khi /RE là thấp.

RO là trở kháng cao khi /RE là cao

5.25V Vcc

RO RE

DE

DI

A B

MAX485

1 2

3 4 6

7

ROREDE DI A

R2 120

9 10

RO RE

DE DI

B A

Y Z

U4 MAX489

120

R3 120

R4 120

U4

MAX489

2 3

4 5

11 12

9 10

RO RE

DE DI

B A

Y Z

Để tăng chiều dài cáp truyền , ta có thể dùng bộ repeater như sau:

là với sơ đồ mạch RS-485 được thiết kế như trên thì chỉ có thể giao tiếp giữa Master (PC) và các vi xử lý nhưng giữa các vi xử lý không thể liên lạc trực tiếp với nhau Chúng giao tiếp với nhau nếu có thể đó thuộc một dạng giao tiếp khác Cách thức hoạt động của mạng như sau:

R2 120 U1

MAX491

2 3 4 5

11 12

9 10

RO RE

DE DI

B A

Y Z

R1 120

Con verterTTL↔RS-485

Với sơ đồ mạng như trên ta có thể giao tiếp được với 32 slave thông qua một Master là PC Đồng thời do mạng truyền dữ liệu trên hai dây xoắn đôi lại nên sẽ đỡ rắc rối trong quá trình thiết kế cũng như khi nối dây.

Bộ chuyển đổi ( Converter ) từ RRL sang RS-485 thực ra chỉ cần một con IC 75176 cũng đã đảm nhận vai trò này tương đối tốt IC là 75176 ( hay tương đương Max-485 ) có hai chân điều khiển hoạt động là DE và /RE Chân /RE tích cực ( mức logic 0 ) sẽ cho phép vi xử lý nhận dữ liệu từ Master: chế độ thu dữ liệu Chân DE tích cực ( mức logic 1) sẽ cho phép mạch phát dữ liệu từ vi xử lý về Master Dùng một chân từ các Port của vi xử

lý cũng như chân để phát Thông thường khi lập trình giao tiếp bằng phần mềm, ta thường dùng chân RTS hay CIS để điều khiển IC 71576

Ban đầu, chân /RE của75176 sẽ ở mức thấp: chế độ thu 75176 nhận

dữ liệu từ máy tính, thông thường là địa chỉ Sau đó, nghĩa là khi Master phát địa chỉ xong thì nó chuyển trạng thái chân /RE xuống mức thấp để cho phép nhận tín hiệu hồi đáp từ các slave Các slave sau khi nhận được địa chỉ từ Master nó sẽ so sánh với địa chỉ của nó Nếu đúng địa chỉ thì slave sẽ đưa chân DE lên mức một để truyền tín hiệu trả lời về Master, sau đó thì nó lại đưa chân /RE sang mức 0 để sẵn sàng nhận dữ liệu hay yêu cầu cũng như lệnh mới từ Master

RO RE

3 4 6

DE DI A

120

Hai điện trở 120W được nối vào 2 đầu đều xa nhất của mạng Chiều dài xa nhất có thể là đầu này và đầu kia là 4000 feet ( 1,2 km ) Còn gọi là điện trở đầu cuối ( Terminal Register ) Dây dẫn là loại xoắn đôi 26 AWG

Ta có 2 chân điều khiển thu phát dữ liệu, để đơn giản việc điều khiển,

ta thường nối chung 2 tường điều khiển này cùng nhau Nếu tín hiệu này mức cao thì một trong hai sẽ ở mức tích cực cũng như một trong hai sẽ ở trạng thái thụ động

9 Mạch cảm biến nhiệt độ dùng IC LM335.

Nhiệt độ là một tín hiệu dạng tương tự nó hiện hữu theo thời gian và liên tục Để dễ dàng đo được những tín hiệu không phải là điện ta thường chuyển

nó sang dạng tín hiệu điện để có thể đo dễ dàng hơn Có nhiều phương pháp

để chuyển từ tín hiệu nhiệt độ sang tín hiệu điện, tuy nhiên có 2 phương pháp thông dụng nhất thường được sử dụng như sau:

 Chuyển từ nhiệt độ sang dạng đo điện trở: để đo điện trở thì mạch gia công cũng như mạch đo đều có Cho nên ta tìm cách tạo ra một mối quan hệ giữa điện trở của một vật đến nhiệt độ cần đo Ta dùng một vật liệu thay đổi nhiệt độ sẽ gây ra thay đổi điện – còn gọi là nhiệt điện trở Từ đó ta

có thể chuyển từ trở thành áp và dùng các mạch khuếch đại tương đương đo một cách dễ dàng

 Chuyển từ nhiệt độ sang trực tiếp điện áp: cách này chỉ có thể dùng các IC nhiệt mà thôi Các IC này có đặc tính là áp ra sẽ thay đổi theo nhiệt độ môi trường Ta dùng thêm các mạch gia công thích hợp để có thể ghi nhận được sự thay đổi điện áp hay cũng chính là sự thay đổi đầu vào Tùy vào hệ số nhiệt của chất liệu cấu thành IC nhiệt là hệ số nhiệt dương ( áp ra tăng dần như tuyến tính theo nhiệt độ ), hay hệ số nhiệt âm ( áp ra tăng dần theo nhiệt độ )

Các hàm quan hệ giữa áp và nhiệt độ thông thường là hàm mũ Cho nên khi nhiệt độ càng tăng thì nhiệt độ tuyến tính sẽ giảm đi và cũng không

đo được nhiệt độ một cách chính xác ở phần phi tuyến đó Trong phạm vi của đềtài này em dùng IC nhiệt LM335 để làm mạch đo nhiệt độ

Sơ đồ nguyên lý như sau:

IC này có thể hoạt động tốt đến nhiệt độ 150oC, áp ra tuyến tính với nhiệt độ cho nên rất đơn giản cho quá trình tính toán.

Đặc tính của LM335 như sau:

+ Ở 0oK thì áp ra sẽ là 0V+ Nhiệt độ tăng 1oC thì áp ra sẽ tăng 10 mV

Như vậy, theo cách tính nhiệt độ theo oC thì ở 0oC áp ra của LM335

sẽ là 2.73V Để dễ dàng cho việc xử lý, ta phải thiết kế mạch gia công sao cho khi ở 0oC thì áp ra của LM335 cũng là 0V

Ta thiết kế thêm mạch trừ cộng vào áp ra của LM335 Mạch trừ này có vai trò tạo ra một áp-2.73V để triệt tiêu áp trên LM335 khi nhiệt độ môi trường

R1

2.2K

+ -

U11 LM741

+ Cần có một xung start để kích quá trình chuyển đổi Nếu ADC đang chuyển đổi mà có xung start mới thì sẽ bắt đầu lần đổi tiếp theo.

+ 8 kênh Analog vào

+ 8 đường data ra hay nói chính xác hơn đây là ADC 8 bit+ Sai số tổng cộng không điều chỉnh được: +/-1 LSB + Ngõ ra phù hợp với mức điện áp TTL

Data ở ngõ ra là một số nguyên N nằm trong khoảng :

N= (Vin / VREF+)x 255±* 256 Độ chính xác tuyệt đối

Vin : tín hiệu Analog đầu vào cần chuyển đổi

VREF :tín hiệu cấp nguồn cho ADC 0809Công thức trên chỉ đúng trong trường hợp ADC được cấp nguồn đơn VREF nối mass

Trước quá trình chuyển đổi ta cần thiết lập cổng ngõ rào cho quá trình chuyển đổi ADC 0809 có 3 chân A0, A1, A2 dùng để xác lập kênh Analog vào

A2 A1 A0 Kênh Analog vào

N=1.5/5*256= 76 hay 77 ( do sai số ± 1 LSR )

Ta thấy rằng: nhiệt độ thực tế là 150oC mà đo chỉ có 77 oC hay nói cách khác : nhiệt độ đo được qua ADC từ mạch trừ 2.73V đưa trực tiếp vào

sẽ bé đi 2 lần so với giá trị thực

Điện áp ngõ ra của mạch khuếch đại như sau:

Vout = Av.(V1-V2)V1 : tín hiệu chuẩn 2.73 VV2: tín hiệu ra từ LM 335 phụ thuộc vào nhiệt độ Vậy áp ngõ ra

sẽ thay đổi một lượng là Av.10mV khi nhiệt độ thay đổi 1oC

Do ta cần đến 4 LED để hiển thị nhiệt độ đo được nên có 1 LED thập phân Như thế sẽ dẫn đến tình trạng để từ nhiệt độ này tăng thêm 1oC nữa thì mạch sẽ qua hai trạng thái: một số nguyên sau đó đến số thập phân hay nói một cách khác đi để đo và hiển thị LED thập phân ta phải làm sao khi nhiệt độ thay đổi 1oC thì phải bằng hai lần độ phân giải của ADC0809

Av x 10mV = 2 x19.6 mVVới 19.6 mV là độ phân giải của ADC 0809 =5/225

Av = 2 x 19,6 /10 = 3.92

Ta chọn : RI = 39 K

RI = 10KNhư vậy, áp sau khi qua bộ khuếch đại sẽ có giá trị như sau:

Vi xử lý AT89C51 được chế tạo bởi hãng ATMEL, về cơ bản nó

có cấu tạo bên trong , sơ đồ chân cũng như sử dụng tập lệnh tương thích với họ 8031 của hãng INTEL

Các đặt điểm cơ bản của vi mạch AT89C51:

 Đơn vị xử lý trung tâm 8 bit đã được tối ưu hóa để đáp ứng các chức năng điều khiển

 Khối logic xử lý theo bit thuận tiện cho các phép toán Boole

 Bộ tạo dao động giữ nhịp bên trong (đến 12Mhz)

 Tập lệnh rất phong phú

 Giao diện nối tiếp có khả năng hoạt động song công , đồng bộ (UART).

 16 (32) đường dẩn vào/ ra hai hướng và từng hướng có thể được định địa chỉ một cách tách biệt

 Năm nguồn ngắt vơí hai mức ưu tiên

 Có thể mở rộng bộ nhớ chương trình ( ROM ) bên ngoài lên đến 64KB

 Có thể mở rộng dung lượng bộ nhớ dữ liệu (RAM ) bên ngoài lên đến 64KB

 Hai bộ đếm / định thời 16 bit

Là port hai chức năng trên các chân 32 – 39 Khi sử dụng bộ nhớ trong

thì nó như là một port I/O ( P0.0 ® P0.7) Khi sử dụng bộ nhớ ngoài thì nó đóng vai trò như một bộ MUX địa chỉ/

data

 Port 1 :

Là một port I/O trên các chân 1 – 8 (P1.0® P1.7 ) nó chỉ được dùng

để giao tiếp với các thiết bị ngoài và không có các chức năng khác

 Port 2:

Là một port công dụng kép trên các chân 21 – 28 Khi sử dụng

bộ nhớ trong thì nó như là một port I/O đa dụng (P2.0®P2.7), khi sử dụng bộ nhớ ngoài thì port 2 chính là byte cao của các đường địa chỉ (A8®A15)

 Port 3:

Chiếm các chân từ 10 đến 17 , ngoài chức năng chính là một I/O port đa dụng (P3.0®P3.7) , mỗi chân của port 3 còn có các chức năng khác nhau, độc lập

 PSEN : (Program Store Enable) Chân 29, tích cực mức thấp trong chu kỳ nhận lệnh , chỉ báo data trên dus là mã lệnh

Trong trường hợp sử dụng bộ nhớ chương trình trong thì PSEN không tích cực

 ALE :(Address Latch Enable ) Chân 30 , tích cực mức cao trong nửa chu kỳ đầu chỉ báo dữ liệu trên port chính là địa chỉ byte thấp A0¸A7

 EA : (External Acess) Chân 31 , cho phép chọn bộ nhớ chương trình trong hay ngoài + EA =0 : MCU sử dụng bộ nhớ chương trình ngoài

+ EA = 1 : MCU sử dụng bộ nhớ chương trình trong

 RST (Reset ):

Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ Reset của 8951 , khi ngõ này lên mức cao (trong ít nhất hai chu kỳ máy ) các thanh ghi bên trong 8951 được đưa về trạng thái mặc định.

c Các thanh ghi chức năng đặc biệt:

Vùng RAM nội địa chỉ từ 80H – FFH , trong vùng này bố trí khoảng 21 thanh ghi đặc biệt , phụ trách một chức năng nào đó của MCU

i Thanh ghi PSW (Program status Word):

Thanh ghi từ trạng thái chương trình ở địa chỉ D0H chứa các cờ ( các bit chức năng ) trạng thái của hệ thống :

Bit Ký hiệu Địa chỉ Ý nghĩa

PSW.7 CY D7H Cờ nhớ

PSW.6 AC D6H Cờ nhớ phụ

PSW.5 F0 D5H Cờ 0

PSW.4 RS1 D4H Bit 1 chọn bank thanh ghi

PSW.3 RS0 D3H Bit 0 chọn bank thanh ghi

00 : bank 0

01 : bank 1

10 : bank 2

11 : bank 3 PSW.2 OV D2H Cờ tràn

PSW.1 - D1H Dự trữ

PSW.0 P D0H Cờ parity chẵn

ii Thanh ghi B : Địa chỉ F0H , truy xuất bit , ngoài chức năng là thanh ghi đa dụng còn tham gia vào 2 phép toán nhân và chia

iii Thanh ghi SP (Stack Poiter):

Địa chỉ 81H , vùng ngăn xếp nằm trong RAM nội về nguyên lý dung lượng tối đa là 128 byte Trước khi cất vào stack nội dung SP tăng lên 1 rồi mới cất (nội dung SP là con trỏ địa chỉ ), khi lấy dữ liệu ra khỏi stack nội dung SP giảm đi 1 sau khi lấy data

iv Thanh ghi DPTR (Data Pointer):

Sử dụng làm con trỏ địa chỉ bộ nhớ dữ liệu ngoài

Chia làm hai thanh ghi :

DPL ( địa chỉ 82H ) chứa byte thấpDPH ( địa chỉ 83H) chứa byte cao

v Các thanh ghi cổng ngoại vi :

Các lệnh liên quan đến xuất nhập ngoại vi đều thông qua các thanh ghi cổng.

Port 0: Thanh ghi P0 (địa chỉ 80H)

Port 1: Thanh ghi P1 ( địa chỉ 90H)

Port 2: Thanh ghi P2 ( địa chỉ A0H)

Port 3: thanh ghi P3 (địa chỉ B0H)

vi Các thanh ghi timer : TMOD (địa chỉ 89H) : Chọn mode làm việc timer

TCON ( địa chỉ 88H) : điều khiển timer

TL0 (địa chỉ 8AH): byte thấp timer 0 TH0 (địa chỉ 8CH): byte cao timer 0 TL1 (địa chỉ 8BH): byte thấp timer 1 TH1 ( địa chỉ 80H): byte cao của timer 1vii Các thanh ghi SIO :

SCON (98H) : khởi động mode và điều khiển SIO

SBUF ( 99H) : chuyển dữ liệu từ nối tiếp thành song song và ngược lại

i Các thanh ghi phục vụ ngắt :

Có 5 nguồn ngắt với 2 cấp ưu tiên:

+Thao tác trên thanh ghi IE (A 8H) : cho phép / cấm ngắt.+Thao tác trên thanh ghi IP (B8H) : cấp ưu tiên ngắt

ii Thanh ghi điều khiển công suất (PCON) : Địa chỉ 87H , không truy xuất bit được, các bit của thanh ghi này được dùng trong việc tác động lên tốc độ baud (SMOD) trong truyền thông nối tiếp, đưa vi mạch vào mode tạm nghĩ hay mode hạ nguồn

d Hoạt động của timer :

89C51 có 2 bộ timer 16 bit: Timer 0 và timer 1

i Thanh ghi TMOD :

Có địa chỉ 89H , là thanh ghi 8 bit, đặc các mode làm việc cho timer.Tóm tắt thanh ghi TMOD :

7 GATE 1 Bit cổng , GATE =1 timer chỉ đếm khi INT1=1

Tóm tắt thanh ghi TCON:

TCON.7 TF1 8FH Cờ báo tràn timer 1, phần cứng đặt TF1=1

khi timer tràn, xóa bằng mềm hoặc cứng TCON.6 TR1 8EH Điều khiển ON/ OFF timer1, TR1=1:chạy

TR1=0 :ngừng TCON.5 TF0 8DH Cờ báo tràn timer 1

TCON.4 TR0 8CH Điều khiển ON/OFF timer0

e Cổng nối tiếp :

Giao diện nối tiếp ở bên trong của bộ vi xử lý 8951 cho phép nối bộ

vi xử lý với một vi xử lý khác hay với một máy tính một cách rất đơn giản Bởi vì giao diện được thực hiện nhờ bộ UART hoạt động độc lập, nên bộ vi

xử lý hoàn toàn tự do đối với các nhiệm vụ khác Để khởi tạo giao diện thanh ghi SCON cần phải được nạp bằng các giá trị thích hợp

Thanh ghi SCON ( địa chỉ 98h)

SM0, SM1 Chọn mode làm việc:

SM0 SM1

0 0 :Mode 0 thanh ghi dịch 8 bit, baud rate cố định (fck/12)

0 1 :Mode 1 UART 8 bit, baud rate thay đổi (đặt bằng timer 1)

1 0 :Mode 2 UART 9bit , baurate cố định (fck/32 hoặc fck /64)

1 1 :Mode 3 UART 9 bit , baud rate thay đổi (đặt bằng timer 1)SM2 : chế độ nhiều máy tính

REN : Cho phép bộ thu , cho phép bộ phát

TB8 : Bit phát thứ 9 trong mode 2 và 3, đặt xóa bằng mềm.

RB8 : Bit nhận thứ 9

TI : Cờ ngắt phát , phần cứng đặt TI = 1 khi phát xong một kí tự, xóa bằng mềm

RI : Cờ ngắt thu , phần cứng đặt RI =1 khi thu xong một kí tự, xóa bằng mềm

Thanh ghi dữ liệu của giao diện nối tiếp là SBUF ( địa chỉ 99H) Thực tế phía sau thanh ghi SBUF là hai thanh ghi, cụ thể là thtanh ghi dữ liệu phát và thanh ghi dữ liệu thu Quá trình phát được mở đầu một cách đơn giản là truy nhập để ghi lên thanh ghi SBUF Ngược lại , một byte đã được nhận có thể được đọc từ SBUF Trong chế độ 9 bit , mỗi một bit thứ

9 (TB8 hoặc TR8 ) trong thanh ghi SMOD cần phải được để ý đến

Trong rất nhiều trường hợp , người ta sử dụng chế độ hoạt động loại 1 và như vậy có một UART 8 bit với việc tạo ra tốc độ baud bằng timer

1 Dòng dữ liệu 8 bit được mở đầu bằng một bit bắt đầu (startr bit ) và kết thtúc bằng một bit dừng(stop bit) Tốc độ baud bằng 1/16(SMOD=1) hoặc 1/32 (SMOD=0) của tốc độ tràn của timer 1

f Hoạt động ngắt (interrupt):

i Giới thiệu : Một ngắt là sự xảy ra một điều kiện – một sự kiện- mà nó gây ra treo tạm thời chương trình trong khi điều kiện đó được phục vụ bởi một chương trình khác

ii Tổ chức ngắt trong 8951:

8951 có 5 nguồn ngắt :

+ Ngắt bằng tín hiệu ngoài qua ngõ INT0 (ngắt ngoài INT0)

+ Ngắt bằng tín hiệu ngoài qua ngõ INT1 (ngắt ngoài INT1)

+ Ngắt khi timer 0 tràn (ngắt timer 0)

+ Ngắt khi timer1 tràn (ngắt timer 1)+ Ngắt khi SIO phát / thu xong 1 ký tự (ngắt SIO)

Địa chỉA8H, truy xuất bit được, cho phép / cấm ngắt

Thanh ghi IE :

IE.7 EA AFH Cho phép / cấm toàn cục

IE.3 ET1 ABH Cho phép ngắt timer 1 IE.2 EX1 AAH Cho phép ngắt INT1 IE.1 ET0 A9H Cho phép ngắt timer0 IE.0 EX0 A8H Cho phép ngắt INT0

10.2 Tổ chức và sử dụng các chân ra của 89C51:

Sơ lược về chức năng phần cứng cũng như chương trình phần mềm như sau:

 Đo nhiệt độ và hiển thị lên LED, lưu lại giá trị nhiệt độ hiện tại và gởi về máy tính.

 Tùy theo giá trị của nhiệt độ đo được mà vi xử lý 89C51 sẽ nhận ra nhiệt đang nằm ở tầm báo động nào và có hành động tương ứng:

+ to < 50oC : báo động cấp 1- chỉ báo chuông+ to < 80oC : báo động cấp 2- báo chuông hai lần+ to = 100oC: báo động cấp 5 : báo chuông ba lần

 Cảm biến quang: chống trộm : phát tín hiệu kích chuông reo khi cảm biến này tác động

 Mạch mô phỏng cảm biến quang đếm số người trong phòng

 Số người trong phòng >= 1: đóng thiết bị

 Số người trong phòng < 1: tắt thiết bị

 Mạch nút nhấn dùng để yêu cầu tắt / đóng thiết bị theo ý muốn của người trong phòng

 Port 0 : đây là port xuất nhập hai chiều, nữa chu kỳ là đường data và nữa chu kỳ kế là đường địa chỉ ( byte thấp) Em đã dùng port này để đọc giá trị đổi được từ ADC0809

 Port 2: dùng để giải mã LED và tạo TH chọn LED sáng

 4 bit thấp nhất của port 2: p2.0, po2.1, p2.2, p2.3 dùng để đưa vào mạch giải mã LED 74247

 2 bit kế tiếp : p2.4, p2.5 đưa vào mạch giải mã 741SD để tạo TH chọn LED nào sáng Do LED thuộc loại Anod chung nên chỉ LED nào có TH chọn LED ở mức thấp thì nó sẽ sáng Nghĩa là tín hiệu chọn LED sáng tích cực ở mức 0

 P2.7 dùng để tạo một nút nhấn yêu cầu đóng cắt đèn Khi nút nhấn, P2.7 đưa xuống mức 0, chương trình phần mềm sẽ kiểm tra chân này xem nút có bị nhấn hay không

 Tạo xung start cho ADC0809 ta dùng chân

WR, đầu CT ta đặt và xóa chân này sẽ tạo ra một xung kích cho ADC 0809 đổi và đợi cho đến khi ADC đổi xong

 Tần số vào ADC0809 nhỏ hơn 12 MHz nên ta phải hạ tần số từ 12 MHz xuồng mức cần thiết : 12 MHz / 16 = 750 KHz Để làm việc này ta dùng IC 74393

 Để tạo tín hiệu kích đóng các Relay ta dùng các chân P1.2, P1.4, P1.5 và P1.6

+ P1.2 : điều khiển Relay đóng / ngắt quạt

+ P1.4: điều khiển Relay đóng / ngắt đèn

+ P1.5 : điều khiển Relay đóng / ngắt nguồn điện khi xảy ra tình huống khẩn cấp

+ P1.6: điều khiển chuông

Đảm bảo các tín hiệu kích này có thể kích được các Relay đóng hoàn

toàn, ta cho các tín hiệu này đi qua IC đệm 74373

 Chân T0 dùng để điều khiển phần xuất nhập data của vi xử lý.+ T0 = 0 : vi xử lý nhận dữ liệu từ PC

+ T0 = 1 : vi xử lý truyền dữ liệu về PC

B Lưu đồ giải thuật và chương trình vi xử lí:

Lưu đồ giải thuật phải thực hiện được các chức năng như sau:

_ Đo nhiệt độ trong phòng và hiển thị nhiệt độ này lên Panel

_ Nhiệt độ cao hơn 800C thì báo động bằng chuông

_ Tự phát hiện ra khi nào thì trong phòng có người thì tự bật đèn và quạt lên

_ Tự phát hiện khi nào trong phòng không còn thì tắt các đèn và quạt đi

_ Khi có người đi vào phòng mà không qua cửa chính thì sẽ cho đó là trộm và báo động bằng chuông

I Lưu đồ giải thuật điều khiển :

_ Giải thuật chương trình chính

_ Giải thuật chương trình đo nhiệt độ và hiển thị lên Panel

_ Giải thuật chương trình tự phát hiện người đi vào hay ra qua cử chính

_ Giải thuật chương trình điều khiển các thiết bị trong phòng

_ Giải thuật chương trình phát hiện người vào phòng không qua cửa chính

_ Giải thuật chương trình truyền nhận dữ liệu từ máy tính

1 Giải thuật chương trình chính:

Khi nút Reset được nhấn thì chương trình sẽ nhảy đến địa chỉ 0000h Khởi động các thanh ghi điều khiển và các ô nhớ cần thiết Trong chương trình chính gồm có:

· Kích khởi ADC 0809 chuyển đổi

· Delay chờ ADC đổi xong

· Đọc dữ liệu từ ADC về, xử lí và hiển thị lên LED 7 đoạn

· Kiểm tra tiếp trạng thái các thiết bị

· Kiểm tra các nút nhấn có được nhấn hay không Khi đã thực hiện xong chu trình trên thì vi xử lí sẽ quay trở lai kích khởi ADC đổi lần tiếp theo

· Kiểm tra xem nhiệt độ trong phòng đang nằm trong tầm nào để gọi các chương trình con phục vụ tương ứng:

 500C£nhiệt độ £ 800C: gọi chương trình con

CHUONG1

 800C £nhiệt độ £ 1000C: gọi chương trình con

CHUONG2

 Nhiệt độ ³ 1000C: gọi chương trình con CHUONG3

· Cấm ngắt truyền, chỉ cho phép vi xử lí nhận, chỉ được phép truyền khi PC yêu cầu