Xây Đựng Nhà

Lý đó chọn đề tài nhà thông minh

Tóm tắt nội dung tài liệu

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG LỜI NÓI ĐẦU Trong cuộc sống ngày nay, trên nền tảng của sự phát triển về công nghệ thông tin, điện dân dụng… các sản phẩm khoa học công nghệ dần được đưa vào ứng dụng trong đời sống sản xuất và đời sống sinh hoạt của con người. Sự kết hợp các tính năng ưu việt của Smartphone, máy tính, cảm biến với các thiết bị điện dân dụng… đem lại cho con người những trải nghiệm về một thế giới thi ết b ị t ự động. Góp phần làm cho điều kiện cuộc sống ngày một được nâng cao, nhu cầu về giải trí hưởng thụ được cải thiện. Một trong những ý tưởng đó đã được phát triển ứng dụng và được nhiều người quan tấm đến trong thời gian gần đây, đó là khái niệm về “nhà thông minh”. Tính năng tự động của nó đem lại, mà hiện nay các ngôi nhà thông minh ngày càng được đưa vào sử dụng rộng rãi trong thực tế, không chỉ đối với các căn biệt thự … mà ý tưởng này còn có thể được mở rộng ứng dụng cho những ngôi nhà dân dụng với mức chi phí bình thường. Từ nhu cầu thực tế muốn ước mơ về sử dụng thiết bị điện dân dụng tự động đến với mọi người dân, đồ án của chúng em đề xuất và xây dựng đề tài “Thiết kế mô hình nhà thông minh ứng dụng vi điều khiển ”. Với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo TS. Đặng Ngọc Trung cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ Thuật Điện cùng với sự nỗ lực của cả nhóm đồ án chúng em, đến nay đồ án của chúng em đã hoàn thành. Do kiến thức của chúng em còn hạn chế nên đề tài của chúng em không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo cùng các bạn sinh viên để nội dung của đề tài thực sự hoàn thiện và được ứng dụng hiệu quả hơn trong đời sống. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Đặng Ngọc Trung, cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ Thuật Điện đã tận tình giúp đỡ chúng em để đề tài của chúng em được hoàn thành đúng thời hạn. Thái Nguyên, ngày 28 tháng 11 năm 2018 Giáo viên hướng dẫn Nhóm sinh viên thực hiện SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 1 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG TS. Đặng Ngọc Trung NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 2 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 3 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG ............................................................................................................................................. Contents LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................ 1 Contents ................................................................................................................... 4 PHẦN 1 .................................................................................................................... 5 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................................................................ 5 1.1.Giới thiệu về hệ thống nhà thông minh ....................................................... 5 1.2.Đặt bài toán ................................................................................................... 8 1.3.Ý tưởng xây dựng thuật toán điều khiển nhà thông minh ............................ 9 PHẦN 2 .................................................................................................................. 10 TÌM HIỂU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID VÀ VI ĐIỀU KHIỂN ................ 10 PIC 16F877A CÙNG MỘT SỐ THIẾT BỊ NGOẠI VI KHÁC .................... 10 2.1.Hệ điều hành Android ................................................................................. 10 2.2.Vi điều khiển PIC 16F877A ........................................................................ 12 PHẦN 3 .................................................................................................................. 35 THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO MÔ HÌNH NHÀ Ở ................. 35 DÂN DỤNG THÔNG MINH ................................................................................ 35 3.1.Thiết kế phần cứng .................................................................................... 35 3.2. Xây dựng phần mềm .................................................................................. 68 SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 4 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG 3.3. Kết luận và định hướng phát triển ........................................................... 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 86 PHẦN 1 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Giới thiệu về hệ thống nhà thông minh Nhà thông minh [tiếng Anh là "Smart Home"] hoặc hệ thống nhà thông minh là một ngôi nhà/ căn hộ được trang bị hệ thống tự động tiên tiến dành cho điều khiển đèn chiếu sáng, nhiệt độ, truyền thông đa phương tiện, an ninh, cửa tự động và nhiều tính năng khác nhằm mục đích làm cho cuộc sống ngày càng tiện nghi, an toàn và góp phần sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên. Theo wiseGeek, một ngôi nhà [hoặc căn hộ] được coi là "thông minh" bởi vì hệ thống máy tính/điện thoại của nó có thể giám sát được nhiều khía cạnh diễn ra xung quanh ngôi nhà của chúng ta thường ngày.Một trong những ví dụ cơ bản nhất của nhà thông minh là một hệ thống kiểm soát mức độ chiếu sáng của hệ thống đèn giúp tiết kiệm điện và phù hợp với khung cảnh, chẳng hạn như cài đặt đèn ánh sáng nhẹ cho các bữa tiệc tối. Hệ thống cũng có thể điều chỉnh rèm cửa theo yêu cầu, kiểm soát SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 5 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG nhiệt độ, hệ thống báo sự cố khí gas, hệ thống đóng mở cửa tự động, hệ thống phòng ngừa trộm…Nhà thông minh ngoài ra còn có một số ứng dụng sáng tạo hơn, gồm hệ thống điều khiển giải trí loa đài với công suất khác nhau, hệ thống tưới nước... Các chức năng này có thể được thực hiện nhờ việc ghép nối các thiết bị điệntrong nhà với bộ điều khiển trung tâm thông qua hệ thống máy tính/điện thoại để có thể theo dõi các trạng thái và ra các quyết định điều khiển phù hợp. Nhà thông minh đã được hình dung trong các tác phẩm khoa học viễn tưởng từ nhiều năm nhưng nó chỉ trở thành hiện thực kể từ thế kỷ 20 sau sự phát triển rộng rãi của ngành điện điện tử và những tiến bộ nhanh chóng của công nghệ thông tin, theo Wikipedia. Công nghệ nhà thông minh ngày càng trở nên tinh vi,các tín hiệu điều khiển và giám sát được mã hóa truyền đi thông qua hệ thống dây dẫn hoặc mạng không dây đến các bộ chuyển mạch, ổ điện được lập trình sẵn để vận hành các đồ gia dụng và thiết bị điện tử ở trong ngôi nhà. Sự tự động hóa của ngôi nhà đặc biệt có ích cho người lớn tuổi và người tàn tật, những người muốn sống tự lập. Việc lắp đặt các sản phẩm thông minh đem lại cho ngôi nhà và chủ nhân của nó rất nhiều lợi ích – tương tự như những lợi ích mà công nghệ và máy tính cá nhân đã đem lại cho chúng ta 30 năm qua, bao gồm: sự tiện nghi, tiết kiệm thời gian, tiền bạc và năng lượng. Các thành phần của hệ thống nhà thông minh bao gồm các cảm biến [như cảm biến nhiệt độ, cảm biến chuyển động, cảm biến ánh sáng, cảm biến âm thanh, cảm biến khí gas…], các bộ điều khiển [PLC, vi điều khiển…], máy tính, khối thu phát tín hiệu [wifi, Bluetooth…]và các thiết bị chấp hành khác [Rơ le trung gian…]. Nhờ hệ thống cảm biến, các bộ điều khiển và máy tính/điện thoại mà con người có thể theo dõi các trạng thái bên trong ngôi nhà dù chúng ta đang ở bất cứ đâu, để đưa ra các quyết định điều khiển các thiết bị chấp hành một cách phù hợp nhằm đảm bảo sự an toàn cũng như đem lại cho người sử dụng một môi trường sống tốt nhất. SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 6 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG Hình1.1. Mô hình hệ thống nhà thông minh Trên thế giới, nhiều kiến trúc sư đang bắt đầu cân nhắc đến nhà thông minh trong khi thiết kế và xây dựng nhà. Khi đó, hệ thống được tích hợp ngay trong quá trình xây dựng thì chi phí cho việc lắp đặt, bảo trì sẽ giảm xuống đồng thời toàn bộ hệ thống điện trong tòa nhà cũng sẽ đồng bộ và linh hoạt hơn. Tuy nhiên, các ngôi nhà hoặc căn hộ đã xây dựng trước đây cũng vẫn có thể sửa đổi để tích hợp hệ thống thông minh vào, đem lại những cảm giác mới cho ngôi nhà của chúng ta. Hiện nay, trong lĩnh vực nhà thông minh, các kỹ sư vẫn đang tiếp tục sáng tạo để tạo ra nhiều tiện ích hơn nữa cho ngôi nhà cũng như tối ưu hóa về triển khai lắp đặt một ngôi nhà thông minh. Trong tương lai không xa, ngôi nhà thông minh có thể có khả năng “tư duy” để tự điều chỉnh các thiết bị một cách phù hợp và có khả năng giao tiếp với con người như trong các bộ phim viễn tưởng là có cơ sở trở thành hiện thực. Cuối những năm 1990, nhà thông minh vẫn được xem là một thứ xa xỉ của nhà giàu. Tuy nhiên, với sự ra đời và phổ biến của công nghệ vi điện tử và chi phí ngày càng giảm của chúng thì các công nghệ điều khiển thông minh có thể được ứng dụng SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 7 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG rỗng rãi hơn và đem lại cho mọi người dân có mức sống trung bình có thể làm chủ được ngôi nhà thông minh trong tầm tay. Với sự phát triển vũ bão của công nghệ thông tin, internet và chi phí cho hệ thống nhà thông minh đã giảm xuống trong thời gian gần đây. Nhu cầu người sử dụng đã tăng cao đáng kể. Theo hãng ABI Research, năm 2012 đã có hơn 1,5 triệu hệ thống nhà thông minh được lắp đặt ở Mỹ và dự kiến con số này sẽ tăng đến 8 triệu vào năm 2017. Trong tương lai không xa, có thể hi vọng nhà thông minh sẽ là một xu hướng mới cho cuộc sống của con người hiện đại. 1.2. Đặt bài toán Xuất phát từ nhu cầu mở rộng quy mô ứng dụng hệ thống nhà thông minh không chỉ tập trung cho các nhà biệt thự, khách sạn… phục vụ cho các tầng lớp giàu có thượng lưu, mà còn đem lại cho người có mức thu nhập trung bình có được cơ hội sở hữu ngôi nhà thông minh với một số tính năng tự động nhất định của riêng mình trong khả năng kinh tế có hạn. Vì vậy trong phạm vi của đề tài đề xuất xây dựng mô hình nhà ở dân dụng nhà thông minh, đảm bảo cho ngôi nhà có được một số tính năng tự động như sau:  Đóng mở cửa và bật tắt hệ thống chiếu sáng từ xa thông qua điện thoại/máy tính, modul Bluetooth HC06 kết nối với vi điều khiển trung tâm.  Bật tắt các thiết bị bằng giọng nói thông qua điện thoại gửi đến modul Bluetooth HC06 kết nối với vi điểu khiển trung tâm  Đóng mở cửa và bật tắt hệ thống chiếu sáng từ xa bằng việc giải mã tín hiệu DTMF của điện thoại.  Hiển thị nhiệt độ phòng, nồng độ khí gas trên LCD hoặc máy tính/điện thoại giám sát. SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 8 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG  Tự động phát hiện và báo sự cố khí gas khi quá nồng độ cho phép thông qua còi báo động, đồng thời ngắt Rơ le trung gian cấp điện xoay chiều cho toàn hệ thống điện của ngôi nhà, đến khi sự cố được giải trừ thì tự động đóng Rơ le trung gian trở lại để cấp điện cho ngôi nhà hoạt động bình thường. 1.3. Ý tưởng xây dựng thuật toán điều khiển nhà thông minh Về bản chất mô hình nhà thông minh đề xuất trong đề tài được vận hành: Đóng cắt từ xa thiết bị điện chiếu sáng và đóng mở cửa qua bộ điều khiển trung tâm . Việc đóng mở cửa và đóng cắt thiết bị chiếu sáng thông qua bộ điều khiển trung tâm giúp cho người sử dụng có thể vận hành các thiết bị ở bất cứ vị trí nào bằng ba cách: Cách 1: Điều khiển ở khoảng cách gần thông qua modul blutooth HC06 lúc này tất cả các hiệu lệnh đóng cắt thiết bị của người sử dụng thông qua các nút ấn trên bàn phím của máy tính hay điện thoại, được mã hóa thành tín hiệu nhờ phần mềm ứng dụng trên hệ điều hành Android và gửi tín hiệu về vi điều khiển thông qua kênh Bluetooth của modul Bluetooth HC06, tín hiệu sẽ được xử lý thông qua mã chương trình đã được lập trình sẵn trong vi điều khiển, từ đó phát tín hiệu điều khiển tới Rơ le trung gian để cấp điện cho động cơ cửa tự động hay thiết bị chiếu sáng. Cách 2: Điều khiển ở khoảng cách gần bằng giọng nói thông qua modul blutooth HC06 lúc này tất cả các hiệu lệnh đóng cắt thiết bị của người sử dụng thông qua các khẩu lệnh giọng nói của ta truyền đến, được mã hóa thành tín hiệu nhờ phần mềm ứng dụng trên hệ điều hành Android và gửi tín hiệu về vi điều khiển thông qua kênh Bluetooth của modul Bluetooth HC06, tín hiệu sẽ được xử lý thông qua mã chương trình đã được lập trình sẵn trong vi điều khiển, từ đó phát tín hiệu điều khiển tới Rơ le trung gian để cấp điện cho các thiết bị. Cách 3: Điều khiển ở khoảng cách xa bằng việc giải mã âm bàn phím nhờ modul DTMF sẽ chuyển từ tín hiệu âm thanh sang tín hiệu dạng số và được đưa tới bộ xủ lý trung tâm thông qua modul DTMF từ đó sẽ được xử lý và đưa ra lệnh điều khiển SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 9 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG đóng mở các thiết bị. Bên cạnh đó trong mô hình nhà ở dân dụng thông minh còn bố trí các công tắc ở mỗi phòng để bật tắt thiết bị chiếu sáng bằng tay. Ngoài ra nhờ các cảm biến nhiệt độ và cảm biến khí gas MQ2 và thông qua vi điều khiển và modul Bluetooth sẽ hiển thị các thông số nhiệt độ phòng cũng như nồng khí gas trên LCD, máy tính và điện thoại, để người sử dụng có thể giám sát được đảm bảo sự an toàn trong ngôi nhà tốt nhất. Một điều đáng chú ý đó là chế độ cảnh báo sự cố rò rỉ khí gas trong ngôi nhà thông qua chương trình cài đặt sẵn trong vi điều khiển đưa tín hiệu báo động ra còi báo động khi khí gas vượt quá ngưỡng cho phép, đồng thời giải trừ sự nguy hiểm cho toàn bộ hệ thống điện trong ngôi nhà nhờ tín hiệu từ vi điều khiển đưa đến Rơ le trung gian tổng, ngắt điện lưới toàn hệ thống của ngôi nhà, đảm bảo hạn chế sự cháy nổ do điện gây ra. Khi sự cố khí gas đã được giải trừ thì hệ thống lại tự động đóng tiếp điểm của Rơ le trung gian tổng cấp điện lại cho toàn hệ thống trong ngôi nhà. PHẦN 2 TÌM HIỂU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID VÀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A CÙNG MỘT SỐ THIẾT BỊ NGOẠI VI KHÁC 2.1. Hệ điều hành Android 2.1.1. Khái niệm Android là một hệ điều hành mã nguồn mở dành cho thiết bị di động như Smartphone, Tablet hay Netbook [thường gọi chung là thiết bị cầm tay thông minh]. Android do Google phát triển dựa trên nền tảng Linux kernel phiên bản 2.6 và các phần SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 10 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG mềm mã nguồn mở. Bất kỳ một hãng sản xuất phần cứng nào cũng đều có thể tự do sử dụng hệ điều hành Android cho thiết bị của mình, miễn là các thiết bị ấy đáp ứng được các tiêu chuẩn cơ bản do Google đặt ra [như có cảm ứng chạm đa điểm, GPS, 3G,…]. Nhờ tính mở miễn phí và những ưu điểm của hệ điều hành này, ngày nay các thiết bị cầm tay sử dụng hệ điều hành này càng nhiều và phổ biến. Và một ưu điểm nữa là hầu như các thiết bị Android là đều được tích hợp công nghệ Bluetooth, vì thế người dùng có thể dễ dàng kết nối được với mạch để điều khiển. Việc điều khiển trở lên thuận tiện và tiết kiệm chi phí. Nhờ vào tính mở của hệ điều hành Android chúng ta có thể phát triển ứng dụng một cách tối ưu, phù hợp cho bộ điều khiển. Từ những thuận lợi đó, việc tạo một ứng dụng trên chiếc Mobile Android thật sự dễ dàng, ứng dụng này sẽ có chức năng chính là truyền, nhận dữ liệu qua Bluetooth để điều khiển bảng thiết bị. Và việc này được thực hiện trên những chiếc điện thoại sử dụng hệ điều hành Android mà mọi người thường dùng hằng ngày. 2.1.2. Cấu trúc hệ điều hành Android Kiến trúc hệ điều hành Android gồm 4 tầng, từ dưới lên trên là tầng hạt nhân Linux [v2.6], tầng Libraries & Android Runtime, tầng Application Framework và trên cùng là tầng Application. Mô hình tổng thể của các thành phần bên trong hệ thống sử dụng Android được mình họa trong [Hình 2.1]. SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 11 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG Hình 2.1. Minh Kiến trúc của hệ điều hành Android Android là một hệ điều hành có tính mở, khác với nhiều hệ điều hành di động khác, android cho phép một ứng dụng của bên thứ ba được phép chạy nền. Các ứng dụng đó chỉ có một hạn chế nhỏ đó là nó không được phép sử dung quá 5~10% công suất CPU, điều đó nhằm để tránh độc quyền trong việc sử dụng CPU. Ứng dụng không có điểm vào cố định, không có phương thức main để bắt đầu. 2.2. Vi điều khiển PIC 16F877A Vi điều khiển PIC 16F877A là loại vi điều khiển 8 bit tầm trung của hãng Microchip, là loại vi điều khiển có kiến trúc Havard, sử dụng tập lệnh kiểu RISC [Reduced Instruction Set Computer] với chỉ 35 lệnh cơ bản, tất c ả các lệnh được thực hiện trong một chu kỳ lệnh trừ các lệnh rẽ nhánh. 2.2.1. Sơ đồ chân vật lý của PIC 16F877A Vi điều khiển PIC 16F877 A bao gồm 40 chân vật lý được bố trí như Hình 2.2 dưới đây. Bao gồm: + Các chân nguồn: Chân 11, 32 là các chân VDD [+5v] Chân 12, là các chân VSS [0v] + Chân reset : chân số 1 MCLR là chân reset của pic chân này có nhiệm vụ khởi động lại VĐK PIC + 4 cổng xuất nhập tín hiệu: PORT A và thanh ghi TRIS A; PORT B và thanh ghi TRIS B PORT C và thanh ghi TRIS C; PORT D và thanh ghi TRIS D + Bộ đếm và định thời PIC 16F877A gồm 3 timer: SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 12 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG TIMER 0 là bộ đinh thời 8bit timer hoạt động ở 2 chế độ: chế độ định thời và chế độ đếm. TIMER 1 là bộ định thời 16 bit được tạo thành từ 2 thanh ghi 8bit TMR1L và TMR1H. TIMER 2 là bộ định thời 8 bit được ứng dụng để điều chế độ rộng xung [PWM]. + Các ngắt thông dụng: Ngắt tràn timer 0; Ngắt RB RB4RB7; Ngắt EXT RB0; Ngắt truyền thông Ngoài ra PIC 16F877A còn có 2 chân băm xung PWM CCP1 và CCP2 với chu kỳ xung là khoảng thời gian để giá trị thanh ghi TMR2 tăng đến giá trị thanh ghi PR2. Hình 2.2. Sơ đồ chân vật lý của PIC 16F877A 2.2.2. Sơ đồ tối thiểu để PIC 16F877A có thể hoạt động được Để họ vi điều khiển PIC nói chung và PIC16F877A nói riêng hoạt động được phải đảm bảo các chân vật lý của vi điều khiển tối thiểu phải được đấu như Hình 2.3. SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 13 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG Hình 2.3. Sơ đồ tối thiểu đảm bảo sự hoạt động của PIC 16F877A 2.3. Các thiết bị ngoại vi sử dụng trong đề tài 2.3.1 Cảm biến khí gas Để đo nồng độ khí gas [trường hợp rò rỉ khí gas trong ngôi nhà] và hiển thị lên LCD hay máy tính/điện thoại, trong đề tài sử dụng cảm biến khí gas MQ2 với các thông số vật lý như sau: Điện áp sử dụng : +5V Aout: điện áp ra tương tự. Nó có giá trị từ 0.3V đến 4.5V, phụ thuộc vào nồng độ khí xung quang MQ2. Dout: điện áp ra số, giá trị 0,1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ khí mà MQ2 đo được. Các loại khí: +LPG [Khí hóa lỏng] +ibutane +Propane SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 14 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG +Methane +Alcohol +Hydrogen +Smoke Việc có chân ra số Dout rất tiện cho ta mắc các ứng dụng đơn giản, không cần đến vi điều khiển. Khi đó ta chỉ cần chỉnh giá trị biến trở tới giá trị nồng độ ta muốn cảnh báo. Khi nồng độ MQ2 đo được thấp hơn mức cho phép thì Dout = 1, đèn Led tắt. Khi nồng độ khí đo được lớn hơn nồng khí cho phép, Dout =0, đèn Led sáng. Hình 2.4. Hình ảnh cảm biến khí gas MQ2 2.3.2. Cảm biến nhiệt độ Để đo nhiệt độ trong ngôi nhà và hiển thị lên LCD hay máy tính/điện thoại, trong đề tài sử dụng cảm biến nhiệt độ DS18B20 với các thông số vật lý như sau: Cảm biến đo nhiệt độ DS18B20 sử dụng chuẩn giao tiếp ONE WIRE [đường dẫn tín hiệu và đường dẫn điện áp nguồn nuôi có thể dùng chung trên một dây dẫn]. Ngoài ra, nhiều cảm biến có thể dùng chung trên một đường dẫn [Rất thích hợp với các ứng dụng đo lường đa điểm]. SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 15 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG Các đặc điểm kỹ thuật của cảm biến DS1820 có thể kể ra một cách tóm tắt như sau: Độ phân giải khi đo nhiệt độ là 9 bit . Dải đo nhiệt độ 55oC đến 125oC, từng bậc 0,5oC, có thể đạt độ chính xác đến 0,1oC bằng việc hiệu chỉnh qua phần mềm [Có thể đạt đến các độ phân giải 10 bit, 11 bit, 12 bit]. Điện áp nguồn nuôi có thể thay đổi trong khoảng rộng [từ 3,0 V đến 5,5 V]. Dòng tiêu thụ tại chế độ nghỉ cực nhỏ. Thời gian lấy mẫu và biến đổi thành số tương đối nhanh, không quá 200 ms. Mỗi cảm biến có một mã định danh duy nhất 64 bit chứa trong bộ nhớ ROM trên chip [on chip]. Hình 2.5. Hình ảnh cảm biến nhiệt độ DS18B20 2.3.3. Thiết bị hiển thị LCD Mạch này dùng để hiện thị trạng thái làm việc của hệ thống. Sử dụng LCD 16x2 [2 dòng 16 cột], được nối vào PIC16F877A. SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 16 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG Các chân Vcc, Vss và Vee: Chân Vcc cấp dương nguồn 5V, chân Vss nối đất, chân Vee được dùng để điều khiển độ tương phản của màn hình LCD. RS [ Register select]: Khi ở mức thấp, chỉ thị được truyền đến LCD như xoá màn hình , vị trí con trỏ ….Khi ở mức cao, kí tự được truyền đến LCD. R/W [Read/Write]: Dùng để xác định hướng của dữ liệu được truyền giữa LCD và vi điều khiển. Khi nó ở mức thấp dữ liệu được ghi đến LCD và khi ở mức cao, dữ liệu được đọc từ LCD. Nếu chúng ta chỉ cần ghi dữ liệu lên LCD thì chúng ta có thể nối chân này xuống GND để tiết kiệm chân. E [Enable]: Cho phép ta truy cập/xuất đến LCD thông qua chân RS và R/W. Khi chân E ở mức cao [1] LCD sẽ kiểm tra trạng thái của 2 chân RS và R/W và đáp ứng cho phù hợp. Khi dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một xung mức cao xuống thấp phải được áp đến chân này để LCD chốt dữ liệu trên các chân dữ liệu. Xung này phải rộng tối thiểu là 450ns. Còn khi chân E ở mức thấp [0], LCD sẽ bị vô hiệu hoá hoặc bỏ qua tín hiệu của 2 chân RS và R/W. Các chân D0 D7: Đây là 8 chân dữ liệu 8 bít, được dùng để gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD. Các kí tự được truyền theo mã tương ứng trong bảng mã ASCII. Cũng có các mã lệnh mà có thể được gửi đến LCD để xoá màn hình hoặc đưa con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ. LCD có 2 chế độ giao tiếp: SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 17 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG Chế độ 4 bit [chỉ dùng 4 chân D4 đến D7 để truyền dữ liệu] và chế độ 8 bit [dùng cả 8 chân dữ liệu từ D0 đến D7], ở chế độ 4 bit, khi truyền 1 byte, chúng ta sẽ truyền nửa cao của byte trước, sau đó mới truyền nửa thấp của byte. Trước khi truyền các kí tự ra màn hình LCD ta cần thiết lập cho LCD như chọn chế độ 4 bit hoặc 8 bit, 1 dòng hay 2 dòng , bật/tắt con trỏ… Để đọc thanh ghi lệnh, ta phải đặt RS=0 và R/W =1 và xung cao xuống thấp cho bít E. Sau khi đọc thanh ghi lệnh, nếu bit D7[cờ bận ] ở mức cao thì LCD bận, không có thông tin hay lệnh nào được xuất đến nó. Khi D7=0 mới có thể gửi lệnh hay dữ liệu đến LCD. Chúng ta nên kiểm tra bit cờ bận trước khi ghi thông tin lên LCD. Hình 2.6. Hình ảnh LCD 16x2 2.3.4. Module Bluetooth HC06 a. Giao tiếp không dây Bluetooth  Khái niệm về Bluetooth SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 18 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG Bluetooth là công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao tiếp với nhau trong khoảng cách ngắn, bằng sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM [Industrial, Scientific, Medical] trong dãy tầng 2.40 2.48 GHz. Đây là dãy băng tầng không cần đăng ký được dành riêng để dùng cho các thiết bị không dây trong công nghiệp, khoa học, y tế. Bluetooth được thiết kế nhằm mục đích thay thế dây cable giữa máy tính và các thiết bị truyền thông cá nhân, kết nối vô tuyến giữa các thiết bị điện tử lại với nhau một cách thuận lợi với giá thành rẻ. Khi được kích hoạt, Bluetooth có thể tự động định vị những thiết bị khác có chung công nghệ trong vùng xung quanh và bắt đầu kết nối với chúng. Nó được định hướng sử dụng cho việc truyền dữ liệu lẫn tiếng nói. Bluetooth được thiết kế để hoạt động ở mức năng lượng rất thấp. Đặc tả đưa ra 3 mức năng lượng từ 1mW tới 100 mW Mức năng lượng 1 [100mW]: Được thiết kế cho những thiết bị có phạm vi hoạt động rộng [~100m]. Mức năng lượng 2 [2.5mW]: Cho những thiết bị có phạm vi hoạt động thông thường [~10m] Mức năng lượng 3 [1mW]: Cho những thiết bị có phạm vi hoạt động ngắn [~10cm].  Các đặc điểm của Bluetooth Ưu điểm: Tiêu thụ năng lượng thấp, cho phép ứng dụng được trong nhiều loại thiết bị, bao gồm cả các thiết bị cầm tay và điện thoại di động. Giá thành hạ [Giá một chip Bluetooth đang giảm dần, và có thể xuống dưới mức 5$ một đơn vị]. Khoảng cách giao tiếp cho phép : SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 19 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.ĐẶNG NGỌC TRUNG + Khoảng cách giữa hai thiết bị đầu cuối có thể lên đến 10m ngoài trời, và 5m trong tòa nhà. + Khoảng cách thiết bị đầu cuối và Access point có thể lên tới 100m ngoài trời và 30m trong tòa nhà. Bluetooth sử dụng băng tần không đăng ký 2.4Ghz trên dãy băng tần ISM. Tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới mức tối đa 1Mbps [do sử dụng tần số cao] mà các thiết bị không cần phải thấy trực tiếp nhau [lightofsight requirements]. Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối một ứng dụng này với một ứng dụng khác thông qua các chuẩn “Bluetooth profiles”, do đó có thể độc lập về phần cứng cũng như hệ điều hành sử dụng. Bluetooth được dùng trong giao tiếp dữ liệu tiếng nói: có 3 kênh để truyền tiếng nói, và 7 kênh để truyền dữ liệu trong một mạng cá nhân. An toàn và bảo mật: được tích hợp với sự xác nhận và mã hóa [ Build in authentication and encryption] Tính tương thích cao, được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như phần mềm hỗ trợ. Sử dụng “Frequency Hopping” giúp chống nhiễu giảm va chạm sóng tối đa. Có khả năng bảo mật từ 8>128bit. Nhược điểm: Do sử dụng mô hình adhoc nên không thể thiết lập các ứng dụng thời gian thực. Khoảng cách kết nối còn ngắn so với các công nghệ mạng không dây khác. Số thiết bị active, pack cùng lúc trong một piconect còn hạn chế. Tốc độ truyền của Bluetooth không cao. Bị nhiễu bởi một số thiết bị sử dụng sóng radio khác, các trang thiết bị khác. SVTH: Trần Văn Đông Lê Văn Lượng Trang 20 Vũ Xuân Trường Dương Văn Quân

Page 2

YOMEDIA

Nội dung của đề án tốt nghiệp gồm: tìm hiểu về hệ điều hành Android và vi điều khiển; thiết kế điều khiển và giám sát cho mô hình nhà ở; ý tưởng xây dựng thuật toán điều khiển nhà thông minh; hệ điều hành Androi; phần mềm App Inventor; lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển nhà thông minh; Code chương trình điều khiển nhà thông minh bằng giọng nói... Để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu mời các bạn cùng tham khảo đề án.

01-09-2019 638 65

Download

Page 2

Video liên quan

Bài Viết Liên Quan

Toplist mới

Bài mới nhất

Chủ Đề