BẬT TẮT ĐÈN DỰA VÀO NGƯỠNG ÁNH SÁNG HỆ THỐNG NHÚNG(LẤY CODE PIC + MẠCH MÔ PHỎNG PROTEUS+ VIDEO THUYẾT MINH LIÊN HỆ ZALO 0327697318).. BẬT TẮT ĐÈN DỰA VÀO NGƯỠNG ÁNH SÁNG HỆ THỐNG NHÚNG(LẤY CODE PIC + MẠCH MÔ PHỎNG PROTEUS+ VIDEO THUYẾT MINH LIÊN HỆ ZALO 0327697318) BẬT TẮT ĐÈN DỰA VÀO NGƯỠNG ÁNH SÁNG HỆ THỐNG NHÚNG(LẤY CODE PIC + MẠCH MÔ PHỎNG PROTEUS+ VIDEO THUYẾT MINH LIÊN HỆ ZALO 0327697318)
Trang 1ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
KHOA ĐIỆN TỬ
**** TIỂU LUẬN NHÚNG
Thái nguyên, Ngày 16 tháng 7 năm 2021
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC KTCN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
TIỂU LUẬN CUỐI KỲ
MÔN HỌC: HỆ THỐNG NHÚNG
BỘ MÔN: TIN HỌC CÔNG NGHIỆP
Sinh viên: thân văn hiếu Mã số sinh viên: K175520114085 Lớp: K53CĐT.02
Chuyên ngành: Cơ điện tử
Giáo viên hướng dẫn: Th.S Tăng Cẩm Nhung
1 Tên tiểu luận: Bật tắt đèn dựa vào ngưỡng sáng
2 Nội dung:
Chương I: Tổng quan về đề tài
Chương II: Thiết kế hệ thống
Chương III:Kết luận và hướng phát triển trong tương lai.
Giáo viên hướng dẫn
(ký và ghi rõ họ tên) (ký và ghi rõ họ tên)Sinh viên thực hiện
Trang 3MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU YÊU CẦU–GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 4
1.1 Giới thiệu tổng quan 4
1.2 Mục đích của đề tài 5
1.3 Phạm vi nghiên cứu 5
1.4 Nguyên lí hoạt động 6
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 7
2.1 Thiết kế sơ đồ khối 7
2.1.1 Chức năng từng khối: 7
2.1.2 Linh kiện sử dụng cho các khối 7
2.2 Thiết kế mạch nguyên lí 8
2.2.1 Khối vi xử lý 8
2.2.2 Khối cảm biến 10
2.2.3 led đơn 12
2.2.4 Khối hiển thị lcd 12
2.2.5 Khối nguồn 13
2.2.6 Sơ đồ nguyên lí cho toàn mạch 14
2.3 Phền mềm vẽ mạch và viết code 14
2.3.1 Proteus8.9 14
2.3.2 Ccs 15
2.4 Lưu đồ 15
2.5 Code chương trình và giải thích 16
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN 18
3.1 Kết luận 18
3.2 Hướng phát triển đề tài 19
Trang 4CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU YÊU CẦU–GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
1.1 Giới thiệu tổng quan
Xu huớng sử dụng đèn cảm ứng ánh sáng đã và đang du nhập vào thị trường
tiêu dùng Việt Nam trong 2 năm gần đây Trào lưu sử dụng những chiếc bóng đèn đuợc trang bị các cảm biến hiện đại để có thể tự động bật tắt địên theo ý muốn của gia
chủ đang tao cơn sốt cho thị trường các sản phẩm này Vậy đèn cảm biến ánh
sáng hay còn gọi là cảm ứng ánh sáng là thiết bị gì? và nó hoạt động như thế nào? đem
lại lợi ích gì? Mời bạn đọc cùng tìm hiểu trong bài viê này
Đèn cảm ứng ánh sáng là một sản phẩm trong dòng đèn thông minh, đây là một chiếc bóng đèn có nhiệm vụ chiếu sáng, điểm khác biệt lớn nhất của nó với các thiết bị chiếu sáng thông thường đó là nó được trang bị vào đó một bộ cảm biến ánh sáng để
có thể điều khiển bật hoặc tắt đèn theo cường độ ánh sáng của môi trường Hệ thống đền cảm biến ánh sáng ở nước ngoài đã được áp dụng rất rộng rãi tại rất nhiều địa
điểm như: công viên, đèn đường, khu vui chơi… Còn tại Việt Nam hệ thống bóng đèn cảm biến này mới đang được người tiêu dùng thử nghiệm trong hệ thống đèn chiếu
sáng của gia đình
Hình 1.1 : bóng đèn thống minh
Trang 5Cơ chế hoạt động của đèn cảm ứng ánh sáng như sau: bộ cảm biến ánh sáng
sẽ tiếp cận với ánh sáng môi trường bên ngoài, nó liên tục ghi lại mức độ thay đổi cường độ ánh sáng để phân tích và đưa ra được câu lệnh bật tắt đèn phù hợp cho bộ phận chiếu sáng Để test được trực tiếp khả năng này, chúng ta hay đưa bóng đèn vào
vị trí tối hoặc che nó, lúc nào bóng đèn sẽ tự động sáng lên, và sẽ tắt đi nếu ánh sáng môi trường tăng lên
Hình1.2 : TORCH_LDR( cảm biến ngưỡng sáng trong proteus)
1.2 Mục đích của đề tài
Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cảm biến ánh sáng , lập trình PIC
Tăng khả năng tự tìm hiểu nghiên cứu học tập tự lập
Tiếp cận gần hơn với công nghệ điện tử trong đời sống
Vận dụng những kiến thức đã có đồng thời tìm tòi những kiến thức mới
để hiểu sâu sắc hơn trong lĩnh vực này
tiết kiếm thời gian, công sức và độ chính xác cao
dễ dàng lắp đặt
không phải động tay vào công tắc, mọi thứ hoàn toàn tự động theo ánh sáng môi trường
1.3 Phạm vi nghiên cứu
Linh kiện chính sử dụng: Pic16f877a, TORCH_LDR, LED,LCD
Phần hiển thị: Sử dụng lcd để hiện thị thông số của biến trở
Đầu vào: 1 cảm biến ngưỡng sáng(TORCH_LDR)
Trang 6 sử dụng nguồn pin hoặc điện từ lưới 220V
1.4 Nguyên lí hoạt động
Cảm biến ánh sáng thực chất là một vật liệu bán dẫn có điện trở cao gọi là tế bào cadmium sulfide, rất nhạy với ánh sáng
Trường hợp cảm biến đủ độ sáng các đèn tự động tắt , lcd sẽ hiển thị giá trị của cảm biến và hiện thị đèn đang tắt
Hình 1.3 hệ thống khi cảm biến đủ độ sáng
Trường hợp cảm biến không đủ độ sáng các đèn tự động bật , và hiện thị giá trị
cụ thể trên lcd và hiện thị trạng thái đèn sáng
Hình 1.4 hệ thống khi cảm biến không đủ độ sáng
Trang 7CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Thiết kế sơ đồ khối
Theo yêu cầu của đề tài thì nhóm chúng em tiến hành thiết kế sơ đồ khối của hệ thống trên phần mềm Visio
Hình 2.1 Sơ đồ của hệ thống trên visio
Từ ý tưởng đã nêu trên, chúng ta dễ dàng xác định được sơ đồ khối cho hệ thống, từ sơ đồ khối này chúng ta có thể phân chia nhiệm vụ, chọn linh kiện cho từng khối chức năng
2.1.1 Chức năng từng khối:
Bộ xử lý trung tâm: có chức năng xử lý các yêu cầu đầu vào để cho ra đầu ra như đã lập trình
Khối cảm biến : thu thập tín hiệu và gửi về bộ xử lí chung tâm
Khối nguồn: cấp nguồn điện cho hệ thống
Khối hiển thị: hiển thị giá trị của cảm biến
Khối led : sáng tắt theo chương trình
Khi hoạt động thực tế, các khối chức năng phối hợp với nhau theo một quy luật nhất định, bất kỳ khối nào xảy ra lỗi đều khiến hệ thống hoạt động không chính xác
Trang 82.1.2 Linh kiện sử dụng cho các khối
Khối nguồn: sử dụng nguồn DC 5V
Bộ xử lý : sử dụng Pic 16f877a
Khói hiển thị: lcd
Khối đầu vào: cảm biến LORCH_LDR
2.2 Thiết kế mạch nguyên lí
2.2.1 Khối vi xử lý
Khối vi xử lý giao tiếp với các module ngoại vi, nhận và xử lý tín hiệu từ khối điều khiển ngoại vi, tính toán, xử lý, xuất tín hiệu điều khiển để đưa ra hiển thị
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều dòng vi điều khiển khác nhau như: PIC, AVR, 8051, Raspberry, Arduino… Nhóm quyết định sử dụng dòng PIC 16F877A để làm mạch xử lý trung tâm nhằm áp dụng những kiến thức đã học trong môn hệ thống nhúng cũng như để tiết kiệm thời gian, chi phí trong quá trình làm đề tài
PIC16F877A là một Vi điều khiển PIC 40 chân và được sử dụng hầu hết trong các dự án và ứng dụng nhúng Nó có năm cổng bắt đầu từ cổng A đến cổng E Nó có
ba bộ định thời trong đó có 2 bộ định thời 8 bit và 1 bộ định thời là 16 Bit Nó hỗ trợ nhiều giao thức giao tiếp như giao thức nối tiếp, giao thức song song, giao thức I2C PIC16F877A hỗ trợ cả ngắt chân phần cứng và ngắt bộ định thời
Trang 9Hình 2.2: Hình ảnh thực tế của vi điều khiển PIC 16F877A
Ta có sơ đồ chân của PIC 16F877A như sau:
Hình 2.3: Sơ đồ chân của PIC 16F877A
Tổ chức bộ nhớ: Có 3 khối bộ nhớ trong PIC 16F877A: bộ nhớ chương trình,
bộ nhớ dữ liệu và khối bộ nhớ EEPROM Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu có đường bus riêng vì vậy có thể truy cập vào từng bộ nhớ một cách riêng rẽ
Port A: có 6 bit (tương ứng với 6 chân RA0÷RA5) các chân của cổng A có tích hợp một số chức năng ngoại vi, nếu một thiết bị ngoại vi được enable thì cổng này sẽ
Trang 10không hoạt động như một cổng vào ra Bình thường Port A sẽ là một cổng vào ra 2 chiều Thanh ghi xác đinh chiều tương ứng của các chân Port A là thanh ghi TrisA Các bit ở thanh ghi TrisA bằng 1 sẽ xác định các chân ở Port A là đầu vào ngược lại
sẽ là đầu ra
Port B: rộng 8 bit(tương ứng với 8 chân RB0÷RB7), là một cổng vào ra 2 chiều Thanh ghi qui định chiều của cổng B là thanh ghi Tris B Thiết lập các bit ở thanh ghi TrisB bằng 1 sẽ làm cho cổng B là cổng vào ngược lại sẽ là cổng ra
Port C: rộng 8 bit (tương ứng với các chân RC0÷RC7), bình thường nó là một cổng vào ra 2 chiều, thanh ghi qui định chiều của cổng là thanh ghi TrisC Các chân RC3, RC4 dùng để kết nối truyền nhân thông tin với các thiết bị ngoại vi
Port D: rộng 8 bit (RD0÷RD7), nó có thể là cổng vào hoặc cổng ra Port D có thể được cấu hình như một cổng vi xử lý rộng 8 bit (cổng slave song song) bằng cách thiết lập bit điều khiển PSPSTATUS (TrisE.4) Ở chế độ này thì đầu vào là tín hiệu TTL
Port E: rộng 3 bit(RE0÷RE2), được cấu hình là đầu ra hoặc đầu vào Port E có thể là đầu vào điều khiển I/O khi bit PSPSTATUS (TrisE.4) được thiết lập
Từ hình vẽ ta có thể thấy, PIC16F877A có 2 chân Vcc và 2 chân GND, để PIC
có thể hoạt động được ta phải cấp nguồn cho tất cả các chân này
Ngoài cấp nguồn cung cấp ta phải cấp nguồn xung dao động để cho vi điều khiển hoạt động, ta sẽ dùng một thạch anh 20MHz để cấp xung dao động Nguồn dao động được cấp thông qua 2 chân 13 và 14 của PIC
2.2.2 Khối cảm biến
Hình 2.4 cảm biến LDR
Trang 11Cảm biến ánh sáng là một thiết bị thụ động chuyển đổi “năng lượng ánh sáng” này cho dù có thể nhìn thấy hoặc trong các phần hồng ngoại của quang phổ thành tín hiệu điện Cảm biến ánh sáng thường được gọi là “Thiết bị quang điện” hoặc “Cảm biến ảnh” bởi vì năng lượng ánh sáng chuyển đổi (photon) thành điện (electron)
Các tế bào phát xạ ảnh – Đây là các photodevices giải phóng các electron tự do
từ một vật liệu nhạy sáng như xêzi khi bị một photon tràn đầy năng lượng Lượng năng lượng mà các photon phụ thuộc vào tần số ánh sáng và tần số càng cao, năng lượng càng nhiều thì các photon chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện
Các tế bào dẫn điện ảnh – Các photodevices này thay đổi điện trở của chúng khi chịu ánh sáng Photoconductivity kết quả từ ánh sáng đánh một vật liệu bán dẫn mà kiểm soát dòng chảy hiện tại thông qua nó Do đó, nhiều ánh sáng tăng dòng điện cho một điện áp áp dụng đã cho Vật liệu quang dẫn phổ biến nhất là Cadmium Sulphide được sử dụng trong quang điện LDR
Các tế bào quang điện – Các photodevices này tạo ra một emf tương ứng với năng lượng ánh sáng bức xạ nhận được và tương tự có hiệu lực với quang điện Năng lượng ánh sáng rơi vào hai vật liệu bán dẫn kẹp lại với nhau tạo ra điện áp xấp xỉ 0.5V Vật liệu quang điện phổ biến nhất là Selen được sử dụng trong các tế bào năng lượng mặt trời
Hình 2.5 LDR trong proteus
Trang 12Hình 2.6 công thức tính điện áp của cảm biến LDR
dòng điện thông qua một chuỗi mạch là phổ biến và khi LDR thay đổi giá trị điện trở của nó do cường độ ánh sáng, điện áp có mặt tại V OUT sẽ được xác định bằng công thức chia điện áp Độ bền của LDR, R LDR có thể thay đổi từ khoảng 100Ω trong ánh sáng mặt trời, đến hơn 10MΩ trong bóng tối tuyệt đối với biến thể kháng được chuyển đổi thành biến thể điện áp tại V OUT như được hiển thị
Trang 13 nếu điện trở thu được càng cao thì điện áp thu được càng giảm và ngược lại
2.2.3 led đơn
Hình 2.7 led đơn LED là từ viết tắt của Light Emitting Diode hay điốt phát quang là một linh kiện điện tử dựa trên chuyển tiếp p-n LED có cấu trúc cơ bản của một điốt Cấu trúc
cơ bản của LED gồm hai lớp bán dẫn p, n ghép với nhau qua lớp tiếp xúc công nghệ Hoạt động của LED dựa trên hoạt động của chuyển tiếp p-n
2.2.4 Khối hiển thị lcd
LCD có chức năng hiển thị kết quả sau khi xử lý, trong mạch sẽ hiển thị
số người
LCD 16x2 là loại LCD có 2 Hàng và 16 ký tự trên 1 hàng
Hình 2.8: hình ảnh LCD.
Trang 14 Mô tả các chân:
Hình2.9 hình mô tả chân LCD.
2.2.5 Khối nguồn
Vi điều khiển PIC 16F877A hoạt động với nguồn cung cấp là 5V
Suy ra, tổng dòng và áp có thể cấp cho mạch hoạt động:
I = 12 + 0.16 + 0.7 = 12.86A
U = 5V
Hinh 2.10 nguồn tổ ong 5v-10A
Trang 152.2.6 Sơ đồ nguyên lí cho toàn mạch
Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lí
2.3 Phền mềm vẽ mạch và viết code
2.3.1 Proteus8.9
Trang 16Hình 2.12 giao diện proteus
2.3.2 Ccs
Hình 2.13 giao diện viết chương trình
Hình2.14 lưu đồ
Trang 172.5 Code chương trình và giải thích
#include <16f877a.h> // khai báo thư viện cho pic
#device ADC=10; // độ phân giải cho ADC
#use delay(clock=20M) //tần số
#define LCD_ENABLE_PIN PIN_B2 // khai báo chân cho LCD
#define LCD_RS_PIN PIN_B0
#define LCD_RW_PIN PIN_B1
#define LCD_DATA4 PIN_B4
#define LCD_DATA5 PIN_B5
#define LCD_DATA6 PIN_B6
#define LCD_DATA7 PIN_B7
#include <lcd.c> // thư viện lcd
float giatriquangtro; // khai báo giatriquangtro
void main()
{
lcd_init();
setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_2);// khai báo chân cho ADC
setup_adc_ports(AN0);// chọn chân AN0 là chân độc giữ liệu analog
set_adc_channel(0);
delay_us(100);
set_tris_b(0x00); // khai báo cổng đầu ra port B,C,D
set_tris_c(0x00);
set_tris_d(0x00);
set_tris_a(0xff);//khai báo cổng đầu vào A
while(TRUE) {
giatriquangtro = READ_ADC();//gán giatriquangtro bằng giá trị đọc được
ở chân ADC
Trang 18if(giatriquangtro<512){ // nêu giá trị cảm biến <512 ôm đèn sáng và lcd hiển thị giá trị của AN0 và hiện chữ den sang
output_c(0b11111111);
output_d(0b11111111);
lcd_gotoxy(1,1);
lcd_putc("GIA TRI ADC:");
lcd_gotoxy(13,1);
printf(lcd_putc,"%4.0f",giatriquangtro);
delay_ms(500);
lcd_gotoxy(1,2);
printf(lcd_putc," den sang ");
delay_ms(200);
}
ELSE{ //ngược lại nếu giá trị cảm biến >=512 thì đèn tắt lcd hiển thị giá trị thu được ở chân AN0 và hiện chữ den tat
output_c(0b00000000);
output_d(0b00000000);
lcd_putc('\f');
lcd_gotoxy(1,1);
lcd_putc("GIA TRI ADC:");
lcd_gotoxy(13,1);
printf(lcd_putc,"%4.0f",giatriquangtro);
delay_ms(500);
lcd_gotoxy(1,2);
printf(lcd_putc," den tat ");
delay_ms(200);
}
}
Trang 19CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN 3.1 Kết luận
Mạch mô phỏng được hoàn thành:
Chạy đúng yêu cầu đặt ra
Hệ thống hoạt động ổn định
Nếu điện trở R<512 ôm( điện trở đặt 512 ôm) đèn sáng và ngược lại Thực tế, hệ thống có thể được sử dụng ở các bóng đèn trong sân vườn nhằm tiết kiệm điện cũng như giảm việc bật/tắt các thiết bị nhiều lần
Trang 203.2 Hướng phát triển đề tài
Định hướng phát triển cho các phiên bản sau này:
Tích hợp vào hệ thống đèn đường và các khu vui chơi
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] GS.TSKH B.Heimann, GS.TSKH W.Greth and GS.TSKH K.Popp, Hà Nội: NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, 2006
[2] Bộ môn Tin học công nghiệp, Bài giảng Hệ thống nhúng, Trường Đại Học
Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
[3] Vũ Đức Vương, Bài giảng Thiết Kế Hệ Thống Cơ Điện tử, Thái Nguyên:
Trường ĐHKT Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên, 2018
[4] Một số website:
https://thietbidoluong.info/
https://machdienlythu.vn/
