Nghiên cứu, ứng dụng vi điều khiển PIC 16 –F877A, thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát báo cháy, chống trộm cho xưởng thực hành điện – Trường Đại học Sao Đỏ

64 1.4K 0
Nghiên cứu, ứng dụng vi điều khiển PIC 16 –F877A, thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát báo cháy, chống trộm cho xưởng thực hành điện – Trường Đại học Sao Đỏ

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 8 MỞ ĐẦU 9 1. Lý do lựa chọn đề tài. 9 2. Mục tiêu nghiên cứu 9 3. Nội dung nghiên cứu 9 4. Phạm vi nghiên cứu 9 5. Đối tượng nghiên cứu. 9 6. Phương pháp nghiên cứu 10 6.1. Nghiên cứu tài liệu 10 6.2. Phương pháp thực nghiệm. 10 6.3. Phương pháp hội thảo. 10 7. Cấu trúc của đề tài. 10 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 11 1.1. Nhu cầu sử dụng thiết bị tự động trong doanh nghiệp. 11 1.2. Nhu cầu sử dụng thiết bị tự động trong đào tạo 11 1.4. Tổng quan về vi điều khiển PIC 12 1.4.1 PIC là gì? 12 1.4.2 Kiến trúc của PIC 12 1.4.3 RISC Và CISC 13 1.4.4 PIPELINING 13 1.4.5 Các dòng PIC và lựa chọn vi điều khiển PIC 14 1.4.6 Ngôn ngữ lập trình cho PIC 15 1.4.7 Mạch nạp cho PIC 15 1.5. Vi điều khiển PIC16F874A 17 1.5.1. Các dạng sơ đồ chân 17 1.5.2. Sơ đồ khối và chức năng các khối 18 1.5.3. Sơ đồ chân và chức năng các chân 19 1.5.4. Đặc điểm của vi điều khiển PIC16F877A 20 1.5.5 Tổ chức bộ nhớ 22 1.5.5.1. Bộ nhớ chương trình 22 1.5.6. Các cổng xuất nhập khầu của PIC16F877A 26 1.5.7. Tập lệnh của vi điều khiển PIC 28 1.6. Module SIM900 33 1.6.1. Cấu trúc Module SIM900. 33 1.6.2. Tập lệnh AT của Module SIM900 34 1.7. Cảm biến PIR 40 1.7.1. Giới thiệu 40 1.7.2. Cấu trúc cảm biến PIR 40 1.7.3. Nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR 42 1.8. Cảm biến báo khói 43 1.8.1. Cấu tạo cảm biến báo khói 43 1.7.2. Nguyên lý hoạt động của cảm biến báo khói 45 1.7.3. Thông số của các loại cảm biến báo khói 47 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÁO CHÁY, CHỐNG TRỘM 51 2.1. Sơ đồ khối hệ thống 51 2.1.1. Chức năng các khối 51 2.1.2. Nguyên lý sơ đồ khối 52 2.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống 52 2.2.1. Chức năng các mạch điện 52 2.2.2. Nguyên lý hoạt động mạch điện hệ thống 57 2.3. Mạch điện thực tế 58 2.4. Lưu đồ thuật toán điều khiển 58 2.5. Giao diện điều khiển 59 2.6. Giới thiệu module Sim900 59 2.6.1. Các thuật ngữ. 59 2.6.2. Chế độ nghỉ (sleep mode) 59 2.6.3. Chuyển từ chế độ nghỉ sang chế độ hoạt động bình thường. 60 2.6.4. Khởi tạo cấu hình mặc định cho modem. 60 2.6.5. Khởi tạo module SIM900 61 2.6.6. Thực hiện cuộc gọi. 61 2.6.7. Nhận cuộc gọi đến. 62 2.6 8. Đọc tin nhắn. 63 2.6.9. Gửi tin nhắn. 63 CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN 65 3.1. Thực nghiệm 65 3.2. Kết luận 65 3.2.1. Những kết quả đạt được 65 3.2.2. Hạn chế của đề tài 66 3.2.3. Hướng phát triển của đề tài 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 68

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu .5 Nội dung nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu 5 Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu 6.1 Nghiên cứu tài liệu 6.2 Phương pháp thực nghiệm 6.3 Phương pháp hội thảo Cấu trúc đề tài CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Nhu cầu sử dụng thiết bị tự động doanh nghiệp 1.2 Nhu cầu sử dụng thiết bị tự động đào tạo 1.4 Tổng quan vi điều khiển PIC 1.4.1 PIC gì? 1.4.2 Kiến trúc PIC 1.4.3 RISC Và CISC .9 1.4.4 PIPELINING 1.4.5 Các dòng PIC lựa chọn vi điều khiển PIC .10 1.4.6 Ngơn ngữ lập trình cho PIC .11 1.4.7 Mạch nạp cho PIC 11 1.5 Vi điều khiển PIC16F874A .13 1.5.1 Các dạng sơ đồ chân 13 1.5.2 Sơ đồ khối chức khối .14 1.5.3 Sơ đồ chân chức chân 15 1.5.4 Đặc điểm vi điều khiển PIC16F877A 16 1.5.5 Tổ chức nhớ 18 1.5.6 Các cổng xuất nhập khầu PIC16F877A .22 1.5.7 Tập lệnh vi điều khiển PIC 24 1.6 Module SIM900 28 1.6.1 Cấu trúc Module SIM900 28 1.6.2 Tập lệnh AT Module SIM900 29 1.7 Cảm biến PIR 34 1.7.1 Giới thiệu 34 1.7.2 Cấu trúc cảm biến PIR 35 1.7.3 Nguyên lý hoạt động cảm biến PIR 36 1.8 Cảm biến báo khói 38 1.8.1 Cấu tạo cảm biến báo khói 38 1.7.2 Nguyên lý hoạt động cảm biến báo khói 40 1.7.3 Thông số loại cảm biến báo khói 41 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÁO CHÁY, CHỐNG TRỘM 45 2.1 Sơ đồ khối hệ thống 45 2.1.1 Chức khối 45 2.1.2 Nguyên lý sơ đồ khối 46 2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 46 2.2.1 Chức mạch điện 46 2.2.2 Nguyên lý hoạt động mạch điện hệ thống 51 2.3 Mạch điện thực tế 52 2.4 Lưu đồ thuật toán điều khiển 52 2.5 Giao diện điều khiển .53 2.6 Giới thiệu module Sim900 53 2.6.1 Các thuật ngữ 53 2.6.2 Chế độ nghỉ (sleep mode) 53 2.6.3 Chuyển từ chế độ nghỉ sang chế độ hoạt động bình thường .53 2.6.4 Khởi tạo cấu hình mặc định cho modem 54 2.6.5 Khởi tạo module SIM900 55 2.6.6 Thực gọi 55 2.6.7 Nhận gọi đến .56 2.6 Đọc tin nhắn 57 2.6.9 Gửi tin nhắn .57 58 CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN 59 3.1 Thực nghiệm 59 3.2 Kết luận 59 3.2.1 Những kết đạt 59 3.2.2 Hạn chế đề tài .59 3.2.3 Hướng phát triển đề tài .60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC 62 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 Kiến trúc Havard kiến trúc Von-Neuman Hình Cơ chế pipelining 10 Hình Vi điều khiển PIC16F877A/PIC16F874A dạng sơ đồ chân 13 Hình Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A .14 Hình 1.5 Sơ đồ chân chức chân .15 Hình 1.7 Sơ đồ nhớ liệu PIC16F877A 20 Hình 1.13 Module SIM900 28 Hình 1.14 Sơ đồ khối SIM900 .29 Hình 1.16 Cấu trúc bên cảm biến PIR .35 Hình 1.17 Cấu tạo cảm biến tia nhiệt 36 Hình 1.18 Nguyên lý chuyển động ngang nguồn thân nhiệt 37 Hình 1.19 Hoạt động cảm biến PIR người chưa vào vùng ảnh hưởng 38 Hình 1.20 Hoạt động cảm biến PIR người vào vùng ảnh hưởng 38 Hình 1.21 Nguyên lý cảm ứng quang điện 38 Hình 1.22 Sơ đồ tổng quát hệ thống thu phát quang 39 Hình 1.23 Sơ đồ nguyên lý cảm biến ion 39 Hình 1.23 Cảm biến quang điện 40 Hình 1.25 Cảm biến ion hóa hệ thống .41 Hình 1.26 Cảm biến khói nhiệt WSYG02 41 Hình 1.27 Cảm biến báo khói khơng dây BK-1000 42 Hình 1.28 Cảm biến báo khói khơng dây BK-1000 42 Hình 1.29 Đầu dị báo khói BOSCH FAP-O-420 .43 Hình 1.30 Cảm biến khói CBK-0001 43 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống báo cháy, chống trộm 45 Hình 2.2 Sơ đồ mạch nguồn 46 Hình 2.3 Sơ đồ mạch hiển thị LCD .47 Hình 2.4 Sơ đồ mạch giao tiếp RS232 48 Hình 2.5 Sơ đồ mạch điều khiển trung tâm 49 Hình 2.6 Sơ đồ mạch công suất 50 Hình 2.7 Sơ đồ mạch in điều khiển trung tâm .52 Hình 2.8 Lưu đồ thuật tốn hệ thống 52 Hình 2.9 Giao diện điều khiển hệ thống 53 MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Trong sống tồn khu vực dễ cháy, nên việc lắp đặt hệ thống báo cháy có tầm quan trọng lớn lao Nó giúp phát nhanh chóng, chữa cháy kịp thời kỳ đem lại bình yên cho người, bảo vệ tài sản cho nhân dân, nhà máy xưởng sản xuất Cùng với phát triển nhanh chóng hệ thống thơng tin điện thoại việc báo cháy qua điện ngày trở nên phổ biến, giúp cho biết nơi xảy cháy Mặt khác vấn đề an ninh công sở ngày trở nên cấp thiết, việc đột nhập trái phép lấy thiết bị có giá trị ngày gia tăng Chính vậy, nhóm nghiên cứu lựa chọn đề tài ‘‘Nghiên cứu, ứng dụng vi điều khiển PIC 16 –F877A, thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát báo cháy, chống trộm cho xưởng thực hành điện – Trường Đại học Sao đỏ” Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng sở lý thuyết hệ thống - Nghiên cứu, thiết kế lắp đặt hệ thống báo cháy chống trộm - Xây dựng phần cứng, phần mềm điều khiển hệ thống - Thiết kế hệ thống mở để xây dựng số thực hành hệ thống - Thực nghiệm hoàn thiện hệ thống Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết điều khiển lập trình vi điều khiển PIC 16 –F877A - Nghiên cứu cấu trúc, tập lệnh Module SIM900 - Nghiên cứu cấu trúc, nguyên lý hoạt động cảm biến báo khói, cảm biến hồng ngoại - Thiết kế, chế tạo, lắp đặt hệ thống điều khiển, giám sát báo cháy, chống trộm cho xưởng thực hành điện – Trường Đại học Sao đỏ - Lập trình điều khiển hệ thống Phạm vi nghiên cứu - Tổng quan vi điều khiển PIC 16 –F877A - Nghiên cứu hệ thống điều khiển, giám sát báo cháy, chống trộm - Nghiên cứu thiết kế, chế tạo phần cứng, phần mềm điều khiển hệ thống hệ thống giám sát báo cháy, chống trộm Đối tượng nghiên cứu - Vi điều khiển lý thuyết điều khiển lập trình vi điều khiển PIC 16 – F877A - Cấu trúc, tập lệnh Module SIM900 - Cấu trúc nguyên lý hoạt động cảm biến báo khói, cảm biến hồng ngoại - Phương án thiết kế, lắp đặt, thực nghiệm kiểm tra hệ thống báo cháy, chống trộm Phương pháp nghiên cứu 6.1 Nghiên cứu tài liệu - Nghiên cứu tài liệu điều khiển PIC 16 –F877A để đưa sở lý thuyết hệ thống báo cháy, chống trộm - Nghiên cứu lý thuyết cách thiết kế, lắp đặt hệ thống báo cháy, chống trộm 6.2 Phương pháp thực nghiệm - Lắp đặt thực nghiệm hoàn chỉnh hệ thống hệ thống báo cháy, chống trộm - Thực nghiệm vận hành hệ thống: Chạy thử, theo dõi, ghi lại thơng tin, số liệu q trình điều khiển giám sát hệ thống thay đổi thông số kỹ thuật Kiểm tra, đối chiếu với sở lý thuyết rút kết luận thông số kỹ thuật điều khiển hệ thống, đảm bảo ngun tắc mang tính phở biến để cho kết thực nghiệm khách quan Từ đó, đề chuẩn phương thức đánh giá cho hệ thống điều khiển 6.3 Phương pháp hội thảo Tổ chức hội thảo theo nhóm để lấy ý kiến hội đồng khoa học khoa giáo viên chuyên ngành điều khiển tự động khoa trường Cấu trúc đề tài Mở đầu Chương 1: Tổng quan Chương 2: Thiết kế hệ thống báo cháy, chống trộm cho xưởng thực hành điện – Trường Đại học Sao đỏ Chương 3: Thực nghiệm kết luận Tài liệu tham khảo CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Nhu cầu sử dụng thiết bị tự động doanh nghiệp Cuối kỷ 19 năm đầu kỷ 20 việc điều khiển thiết bị công nghiệp dân dụng chủ yếu thực điều khiển cứng thông qua linh kiện Rơ le, công tắc tơ, áp tô mát … Ngày nay, phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ lĩnh vực tự động hóa thiết bị điện tử cơng nghiệp dân dụng tự động hóa hồn tồn, nhu cầu sử dụng hệ thống tự động doanh nghiệp gia đình phổ biến, nhằm giảm bớt nhân công, tăng suất lao động, tạo hàng hóa có giá trị cao Trong doanh nghiệp tự động hóa cho thiết bị sản xuất sản phẩm: dây chuyền phân loại, đóng gói sản phẩm, hệ thống sản suất tự động…, gia đình tự động hóa ứng dụng thiết bị điện dân dụng phổ biến như: nồi cơm điện, máy giặt, máy điều hịa… Sự phát triển tự động hóa kéo theo nhu cầu cảnh báo, an ninh phát triển với mục đích gia tăng độ an tồn mơi trường sống làm việc, ngăn chặn hành vi xấu Từ tịa nhà thơng minh đời với hệ thống tự động như: - Tự động đóng mở cửa - Tự động báo động (cháy, khí dò rỉ, chống trộm ) - Tự động điều khiển nhiệt độ - Theo dõi hoạt động trong, xung quanh nhà Như nhu cầu thiết bị tự động doanh nghiệp, gia đình lớn ngày trở nên cấp thiết tất loại hình doanh nghiệp từ sản xuất, lắp ráp, chế biến sản phẩm kinh doanh dịch vụ khác 1.2 Nhu cầu sử dụng thiết bị tự động đào tạo Với mục tiêu đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao đáp ứng nhu cầu doanh nghiệp, sở đào tạo phải hiểu thị trường lao động, đào tạo mà xã hội cần Muốn đạt điều đó, người học cần phải thực tập thiết bị mơ q trình sản xuất thực tế Vì vậy, việc nghiên cứu, chế tạo thiết bị, đồ dùng dạy học tiếp cận gần với thực tế cần thiết Trường Đại Học Sao Đỏ sở đào tạo thực đào tạo đa cấp, đa ngành, đa lĩnh vực, HSSV đào tạo giỏi lý thuyết tay nghề Đại đa số SV trường đáp ứng yêu cầu sản xuất Hầu hết SV thực tập thiết bị nhà trường đầu tư mua sắm khoa thiết kế chế tạo Với số lượng ngành nghề mở rộng nay, yêu cầu trang thiết bị trở lên cấp thiết Đặc biệt số khoa có nhu cầu cao thiết bị, mơ hình điều khiển tự động khoa Điện, Điện tử - Tin học, Cơ khí, CNKT Ơ tơ Tuy nhiên việc trang bị thiết bị, mơ hình tự động kịp thời, đồng với doanh nghiệp việc làm khó khăn trường Cho nên nhà trường ngồi việc tăng cường đầu tư có chọn lọc thiết bị tự động đồng việc đẩy mạnh công tác nghiên cứu khoa học, ứng dụng lắp đặt mơ hình, thiết bị dạy học tự động phù hợp cho giảng dạy, gắn với thực tế sản xuất bước đúng, mang lại hiệu kinh tế cao 1.4 Tổng quan vi điều khiển PIC 1.4.1 PIC gì? PIC viết tắt “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch “máy tính thơng minh khả trình” hãng Genenral Instrument đặt tên cho vi điều khiển họ: PIC1650 thiết kế để dùng làm thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600 Vi điều khiển sau nghiên cứu phát triển thêm từ hình thành nên dịng vi điều khiển PIC ngày 1.4.2 Kiến trúc PIC Cấu trúc phần cứng vi điều khiển thiết kế theo hai dạng kiến trúc: kiến trúc Von Neuman kiến trúc Havard Hình 1 Kiến trúc Havard kiến trúc Von-Neuman Tổ chức phần cứng PIC thiết kế theo kiến trúc Havard Điểm khác biệt kiến trúc Havard kiến trúc Von-Neuman cấu trúc nhớ liệu nhớ chương trình Đối với kiến trúc Von-Neuman, nhớ liệu nhớ chương trình nằm chung nhớ, ta có thể tở chức, cân đối cách linh hoạt nhớ chương trình nhớ liệu Tuy nhiên điều có ý nghĩa tốc độ xử lí CPU phải cao, với cấu trúc đó, thời điểm CPU có thể tương tác với nhớ liệu nhớ chương trình Như có thể nói kiến trúc Von-Neuman khơng thích hợp với cấu trúc vi điều khiển Đối với kiến trúc Havard, nhớ liệu nhớ chương trình tách thành hai nhớ riêng biệt Do thời điểm CPU có thể tương tác với hai nhớ, tốc độ xử lí vi điều khiển cải thiện đáng kể Một điểm cần ý tập lệnh kiến trúc Havard có thể tối ưu tùy theo yêu cầu kiến trúc vi điều khiển mà không phụ thuộc vào cấu trúc liệu Ví dụ, vi điều khiển dịng 16F, độ dài lệnh ln 14 bit (trong liệu tổ chức thành byte), kiến trúc Von-Neuman, độ dài lệnh bội số byte (do liệu tổ chức thành byte) Đặc điểm minh họa cụ thể hình 1.1 1.4.3 RISC Và CISC Như trình bày trên, kiến trúc Havard khái niệm so với kiến trúc Von-Neuman Khái niệm hình thành nhằm cải tiến tốc độ thực thi vi điều khiển Qua việc tách rời nhớ chương trình nhớ liệu, bus chương trình bus liệu, CPU có thể lúc truy xuất nhớ chương trình nhớ liệu, giúp tăng tốc độ xử lí vi điều khiển lên gấp đơi Đồng thời cấu trúc lệnh khơng cịn phụ thuộc vào cấu trúc liệu mà có thể linh động điều chỉnh tùy theo khả tốc độ vi điều khiển Và để tiếp tục cải tiến tốc độ thực thi lệnh, tập lệnh họ vi điều khiển PIC thiết kế cho chiều dài mã lệnh ln cố định (ví dụ họ 16Fxxxx chiều dài mã lệnh 14 bit) cho phép thực thi lệnh chu kì xung clock ( ngoại trừ số trường hợp đặc biệt lệnh nhảy, lệnh gọi chương trình … cần hai chu kì xung đồng hồ) Điều có nghĩa tập lệnh vi điều khiển thuộc cấu trúc Havard lệnh hơn, ngắn hơn, đơn giản để đáp ứng yêu cầu mã hóa lệnh số lượng bit định Vi điều khiển tổ chức theo kiến trúc Havard gọi vi điều khiển RISC (Reduced Instruction Set Computer) hay vi điều khiển có tập lệnh rút gọn Vi điều khiển thiết kế theo kiến trúc Von-Neuman gọi vi điều khiển CISC (Complex Instruction Set Computer) hay vi điều khiển có tập lệnh phức tạp mã lệnh khơng phải số cố định mà bội số bit (1 byte) 1.4.4 PIPELINING Đây chế xử lí lệnh vi điều khiển PIC Một chu kì lệnh vi điều khiển bao gồm xung clock Ví dụ ta sử dụng oscillator có tần số MHZ, xung lệnh có tần số MHz (chu kì lệnh us) Giả sử ta có đoạn chương trình sau: MOVLW 55h MOVWF PORTB CALL SUB_1 BSF PORTA,BIT3 instruction @ address SUB_1 Ở ta bàn đến qui trình vi điều khiển xử lí đoạn chương trình thơng qua chu kì lệnh Q trình thực thi sau: Hình Cơ chế pipelining - TCY0: đọc lệnh TCY1: thực thi lệnh 1, đọc lệnh TCY2: thực thi lệnh 2, đọc lệnh TCY3: thực thi lệnh 3, đọc lệnh TCY4: lệnh khơng phải lệnh thực thi theo qui trình thực thi chương trình (lệnh thực thi phải lệnh label SUB_1) nên chu thi lệnh dùng để đọc lệnh label SUB_1 Như có thể xem lênh cần chu kì xung clock để thực thi - TCY5: thực thi lệnh SUB_1 đọc lệnh SUB_1 Quá trình thực tương tự cho lệnh chương trình.Thơng thường, để thực thi lệnh, ta cần chu kì lệnh để gọi lệnh đó, chu kì xung clock để giải mã thực thi lệnh Với chế pipelining trình bày trên, lệnh xem thực thi chu kì lệnh Đối với lệnh mà trình thực thi làm thay đởi giá trị ghi PC (Program Counter) cần hai chu kì lệnh để thực thi phải thực việc gọi lệnh địa ghi PC tới Sau xác định vị trí lệnh ghi PC, lệnh cần chu kì lệnh để thực thi xong 1.4.5 Các dòng PIC lựa chọn vi điều khiển PIC Các kí hiệu vi điều khiển PIC: - PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit - PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit - PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit C: PIC có nhớ EPROM (chỉ có 16C84 EEPROM) F: PIC có nhớ flash LF: PIC có nhớ flash hoạt động điện áp thấp LV: tương tự LF, kí hiệu cũ Bên cạnh số vi điệu khiển có kí hiệu xxFxxx EEPROM, có thêm chữ A cuối flash (ví dụ PIC16F877 EEPROM, cịn PIC16F877A flash) Ngồi cịn có thêm dịng vi điều khiển PIC dsPIC 10 f Mạch công suất Hình 2.6 Sơ đồ mạch cơng suất Mạch cơng suất cấu tạo gồm có IC cách ly quang transistor 2N3904 kết hợp với rơ le 24V-220V Khi có tín hiệu gửi đến từ vi điều khiển PIC 16F877A tới đầu OUT1, OUT2, OUT3 làm cho diode Opto quang phát sáng chiếu vào cực bazơ transistor làm cho transistor mở thơng bão hịa, dẫn dịng điện tác động vào cực B transistor Q 1, Q2, Q3 dẫn đến transistor mở thơng bão hịa, cấp nguồn 24VDC cho cuộn hút Rơ le, tác động làm cho tiếp điểm đóng mở, đóng ngắt nguồn 220V cung cấp cho thiết bị theo nguyên lý điều khiển 50 2.2.2 Nguyên lý hoạt động mạch điện hệ thống Nguồn điện xoay chiều 220v sau chỉnh lưu nguồn điện chiều 12V từ acqui đưa tới cọc BAT, ổn áp thành nguồn 5VDC cung cấp cho mạch điều khiển trung tâm, mạch giao tiếp RS232, mạch tạo thời gian thực, mạch hiển thị LCD, mạch cách ly quang Cấp nguồn để khởi động hệ thống, sau 30 giây hệ thống khởi động ổn định, người sử dụng thực gửi tin nhắn với cú pháp: BAT gửi đến số điện thoại lắp module SIM900, người nhắn tin nhận tin nhắn phản hồi với nội dung: HE THONG DA BAT, hệ thống hoạt động * Khi cảm biến PIR phát thấy có người đột nhập có tín hiệu báo cháy từ phịng đưa tín hiệu vi điều khiển PIC 16F877A mức “0”, lúc vi điều khiển xử lý đưa tín hiệu điều khiển đầu ra: - Thực giao tiếp với Module SIM900 thông qua chân 14, 15 để gọi điện tới số điện thoại (2 lần) đặt trước theo thứ tự ưu tiên nạp sẵn chương trình điều khiển PIC 16F877A - Out 1: mức “1” = 5V tác động đến optoquang OP1 làm cho diode phát quang OP1 ngưng dẫn, khóa transistor Q1, ngắt nguồn 12V cấp cho cuộn hút Role 1, ngắt nguồn 220V cho cuộn dây công tắc tơ, cấp nguồn điện cấp cho hệ thống chiếu sáng - Out 2: mức “1” = 5V tác động đến optoquang OP2 làm cho diode phát quang OP2 dẫn, mở transistor Q2, cấp nguồn 12V cấp cho cuộn hút Role 2, dẫn đến cấp nguồn điện cấp cho báo động chỗ (còi hú) để nhân viên bảo vệ biết - Out 3: mức “1” = 5V tác động đến optoquang OP3 làm cho diode phát quang OP3 dẫn, mở transistor Q3, cấp nguồn 12V cấp cho cuộn hút Role 3, dẫn đến cấp nguồn điện cấp cho báo động chỗ (đèn quay) để nhân viên bảo vệ biết Nếu người sử dụng muốn tạm ngừng hệ thống thực gửi tin nhắn đến Module SIM900 với cú pháp: TAT Khi người sử dụng nhận tin nhắn phản hồi: HE THONG DA TAT hệ thống ngừng hoạt động Muốn hệ thống tiếp tục hoạt động lại thực gửi tin nhắn đến Module SIM900 với cú pháp: BAT 51 2.3 Mạch điện thực tế 2 1 2 1 2 40 2 39 3 38 4 37 5 36 2 2 4 1 2 1 35 7 34 8 33 9 11 10 11 32 12 2 16 10 31 15 11 30 2 14 13 12 2 13 3 14 29 15 13 28 16 1 12 11 2 14 27 2 26 10 15 16 25 17 24 18 23 19 22 20 21 10 1 1 2 2 1 2 Hình 2.7 Sơ đồ mạch in điều khiển trung tâm 2.4 Lưu đồ thuật toán điều khiển Bắt đầu Khai báo đầu vào, ra, biến tồn cục S S Có người khu n Có cháy khu n Đ Đ Bật đèn khu vực n Gọi tới số đặt trước Hiển thị giao diện Báo động chỗ Gọi tới số đặt trước Hiển thị giao diện Báo động chỗ Hình 2.8 Lưu đồ thuật tốn hệ thống Kết thúc 52 2.5 Giao diện điều khiển Hình 2.9 Giao diện điều khiển hệ thống 2.6 Giới thiệu module Sim900 2.6.1 Các thuật ngữ : Carriage return (0x0D) : Line Feed (0x0A) MT : Mobile Terminal Thiết bị đầu cuối mạng (trong trường hợp modem) TE : Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối (máy tinh, hệ vi điều khiển) 2.6.2 Chế độ nghỉ (sleep mode) (1) AT+CFUN=0 Tắt hết chức liên quan đến truyền nhận sóng RF chức liên quan đến SIM MT khơng cịn kết nối với mạng (2) OK Chuỗi thông báo kết thực thi lệnh thành công, thông thường sau giây kể từ lúc nhận lệnh AT+CFUN=0 (3) Chuyển trạng thái chân DTR từ mức sang mức Module hoạt động chế độ sleep mode 2.6.3 Chuyển từ chế độ nghỉ sang chế độ hoạt động bình thường (1) Đưa chân DRT chuyển từ mức xuống mức 53 Module thoát khỏi chế độ sleep (2) AT+CFUN=1 Đưa module trở chế độ hoạt động bình thường (3) MT trả chuỗi OK (4) Module gửi tiếp chuỗi thông báo Call Ready Thời gian kể từ lúc nhận lệnh AT+CFUN=1 đến lúc module gửi thông báo khoảng 10 giây 2.6.4 Khởi tạo cấu hình mặc định cho modem (1) ATZ Reset modem, kiểm tra modem dã hoạt động bình thường chưa Gửi nhiều lần cho ăn, nhận chuỗi ATZOK (2) ATE0 Tắt chế độ echo lệnh Chuỗi trả có dạng ATE0OK (3) AT+CLIP=1 Định dạng chuỗi trả nhận gọi Thông thường, chế độ mặc định, có gọi đến, chuỗi trả có dạng: RING Sau lệnh AT+CLIP=1 thực thi, chuỗi trả có dạng: RING +CLIP: "0929047589",129,"",,"",0 Chuỗi trả có chứa thông tin số điện thoại gọi đến Thông tin cho phép xác định việc có nên nhận gọi hay từ chối gọi Kết thúc thao tác khởi tạo cho trình nhận gọi Các bước khởi tạo liên quan đến thao tác truyền nhận tin nhắn (4) AT&W Lưu cấu hình cài đặt thiết lập lệnh ATE0 AT+CLIP vào nhớ (5) AT+CMGF=1 Thiết lập trình truyền nhận tin nhắn thực chế độ text (mặc định chế độ PDU) Chuỗi trả có dạng: OK (6) AT+CNMI=2,0,0,0,0 54 Thiết lập chế độ thông báo cho TE MT nhận tin nhắn Chuỗi trả có dạng: OK Sau lệnh thiết lập, tin nhắn nhận lưu SIM, MT không truyền trở TE thông báo TE đọc tin nhắn lưu SIM trường hợp cần thiết (7) AT+CSAS Lưu cấu hình cài đặt thiết lập lệnh AT+CMGF AT+CNMI 2.6.5 Khởi tạo module SIM900 (1) AT+CMGD=1 Xóa tin nhắn vùng nhớ SIM Chuỗi trả có dạng: OK (2) AT+CMGD=2 Tác dụng tương tự lệnh số Lệnh dùng để xóa tin nhắn lưu ngăn số Có thể hình dung nhớ lưu tin nhắn SIM bao gồm nhiều ngăn (loại Super SIM Mobi phone có 50 ngăn), ngăn cho phép lưu nội dung tin nhắn (bao gồm tất loại tin nhắn: tin nhắn từ tổng đài, tin nhắn thông báo kết q trình gửi tin nhắn trước đó, tin nhắn từ thuê bao khác, …) Mỗi ngăn đại diện số thứ tự Khi nhận tin nhắn mới, nội dung tin nhắn lưu ngăn trống có số thứ tự nhỏ có thể Việc xóa nội dung tin nhắn hai ngăn cho phép tin nhắn nhận lưu vào hai ô nhớ này, giúp dễ dàng xác định vị trí lưu tin nhắn vừa nhận được, giúp cho việc thao tác với tin nhắn nhận trở nên dễ dàng đơn giản hơn, giảm khả việc tin nhắn nhận bị thất lạc vùng nhớ mà ta khơng kiểm sốt Ngồi ra, nhớ chứa tin nhắn đầy, MT không phép nhận thêm tin nhắn Những tin nhắn gửi đến MT trường hợp nhớ chứa nhắn MT bị đầy lưu lại tổng đài, gửi đến MT sau nhớ chứa tin nhắn MT có xuất ngăn trống dùng để chứa tin nhắn Việc xóa nội dung tin nhắn ngăn giúp đảm bảo khả nhận thêm tin nhắn MT 2.6.6 Thực gọi (1) ATDxxxxxxxxxx; Quay số cần gọi (2) Chuỗi trả có dạng: 55 OK Chuỗi thông báo lệnh nhận thực thi Sau chuỗi thơng báo kết trình kết nối (nếu kết nối không thực thành công) (2A) Nếu MT khơng thực kết nối sóng yếu, khơng có sóng (thử cách tháo antenna modem GSM), chuỗi trả có dạng: NO DIAL TONE (2B) Nếu gọi bị từ chối người nhận gọi, số máy gọi tạm thời không hoạt động (chẳng hạn bị tắt máy) chuỗi trả có dạng: NO CARRIER (2C) Nếu gọi khơng thể thiết lập máy nhận gọi bận (ví dụ thơng thoại với th bao khác), chuỗi trả có dạng: BUSY (4s) Tổng thời gian từ lúc modem nhận lệnh lúc nhận chuỗi thông thường giây (2D) Nếu sau phút mà thuê bao nhận gọi khơng bắt máy, chuỗi trả có dạng: NO ANSWER (60s) (3) Trong trường hợp trình thiết lập gọi diễn bình thường, khơng có chuỗi thông báo (2A, 2B, 2C hay 2D) trả về, chủn sang giai đoạn thơng thoại Q trình kết thúc gọi diễn hai trường hợp: (4A) Đầu nhận gọi gác máy trước: chuỗi trả có dạng: NO CARRIER (4B) Đầu thiết lập gọi gác máy trước: phải tiến hành gửi lệnh ATH, chuỗi trả có dạng: OK 2.6.7 Nhận gọi đến (1) Sau khởi tạo lệnh AT+CLIP=1, có gọi đến, chuỗi trả có dạng: RING +CLIP: "0929047589",129,"",,"",0 Chuỗi trả có hiển thị số điện thoại yêu cầu kết nối, dựa thơng tin để có thể định nhận gọi hay từ chối gọi (2A) Nếu số điện thoại gọi đến không hợp lệ, từ chối nhận gọi lệnh ATH, chuỗi trả có dạng: 56 OK Cuộc gọi kết thúc (2B) Nếu số điện thoại gọi đến hợp lệ, nhận gọi cách gửi lệnh ATA, chuỗi trả có dạng: OK (3) Giai đoạn thơng thoại (4A) Kết thúc gọi Đầu cịn lại gác máy trước (4B) Kết thúc gọi, chủ động gác máy cách gửi lệnh ATH 2.6 Đọc tin nhắn Mọi thao tác liên quan đến trình nhận tin nhắn thực ngăn nhớ nằm SIM (1) Đọc tin nhắn ngăn lệnh AT+CMGR=1 (2A) Nếu ngăn khơng chứa tin nhắn, có chuỗi sau trả về: OK (2B) Nếu ngăn có chứa tin nhắn, nội dung tin nhắn gửi trả TE với định dạng sau: +CMGR Các tham số chuỗi trả bao gồm trạng thái tin nhắn (REC UNREAD), số điện thoại gửi tin nhắn (+84929047589) thời gian gửi tin nhắn (07/05/15,09:32:05+28) nội dung tin nhắn Đây định dạng mặc định module SIM508 lúc khởi động dạng mở rộng có thể thiết lập cách sử dụng lệnh AT+CSDH=1 trước thực đọc tin nhắn (3) Sau đọc, tin nhắn xóa lệnh AT+CMGD=1 Thao tác tương tự tin nhắn chứa ngắn thứ bước 4, 5A (5B) 2.6.9 Gửi tin nhắn (1) Gửi tin nhắn đến thuê bao cách sử dụng lệnh AT+CMGS=”số điện thoại” (2) Nếu lệnh (1) thực thành công, chuỗi trả có dạng: > (kí tự “>” khoảng trắng) (3) Gửi nội dung tin nhắn kết thúc kí tự có mã ASCII 0x1A (3A) Gửi kí tự ESC (mã ASCII 27) khơng muốn tiếp tục gửi tin nhắn Khi TE gửi trả chuỗi OK 57 (4) Chuỗi trả thơng báo kết q trình gửi tin nhắn Chuỗi trả có định dạng sau: +CMGS: 62 OK Trong 62 số tham chiếu cho tin nhắn gửi Sau tin nhắn gửi đi, giá trị số tham chiếu tăng lên đơn vị Số tham chiếu có giả trị nằm khoảng từ đến 255 Thời gian gửi tin nhắn vào khoảng 3-4 giây (kiểm tra với mạng Mobi phone) (4A) Nếu tình trạng sóng không cho phép thực việc gửi tin nhắn (thử cách tháo antenna), chức RF modem không cho phép hoạt động (do sử dụng lệnh AT+CFUN=0 AT+CFUN=4), số tin nhắn hàng đợi phía tởng đài vượt qua giới hạn cho phép, nhớ chứa tin nhắn MT nhận tin nhắn bị tràn, MT gửi thông báo lỗi trở có định dạng sau: +CMS ERROR: 193 +CMS ERROR: 515 Chức truyền nhận tin nhắn chức thoại tách biệt Khi thông thoại có thể truyền nhận tin nhắn Khi truyền nhận tin nhắn có thể tiến hành thiết lập kết thúc gọi 58 CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN 3.1 Thực nghiệm Sau thiết kế lắp đặt hệ thống an ninh tiết kiệm điện năng, nhóm tác giả cho hoạt động thử nghiệm phòng 110D2 văn phòng khoa Điện Để đánh giá chất lượng hệ thống, nhóm tác giả so sánh với hệ thống thương mại hóa thị trường Vì sản phẩm thị trường thực hai chức là: an ninh tiết kiệm điện Do nhóm đề tài thực so sánh hệ thống đề tài với hai loại sản phẩm là: Camera giám sát QUESTEK – Đài Loan Bộ điều khiển tiết kiệm lượng điện AHS1-5 – Hàn Quốc Các tiêu chí Giá thành Khả mở rộng Khả lập trình Chức Độ tin cậy Sản phẩm nhóm nghiên cứu Sản phẩm Camera giám sát QUESTEK Sản phẩm tiết kiệm lượng điện ASH1-5 4.000.000 Khơng có khả 9.000.000 Có khả 5.700.000 Khơng có khả Có khả lập trình Có lập trình chọn chế Khơng có khả độ ghi hình An ninh Tiết kiệm điện An ninh: 18h - 5h59 Tiết kiệm điện năng: 6h - 17h59 100% 100% 100% 3.2 Kết luận 3.2.1 Những kết đạt Sau thời gian nghiên cứu thực với nhiều cố gắng nhóm, đề tài hoàn thành đúng, đủ theo mục tiêu đề tài đề Kết đạt sau: - Nghiên cứu cấu trúc PIC nói chung PIC16F877A nói riêng - Tìm hiểu cấu trúc nguyên lý hoạt động cảm biến PIR, cảm biến báo khói, module SIM900 - Nghiên cứu sử dụng phần mềm cần thiết để hoàn thiện đồ án như: CodevisionAVR, Altium Designer, Visual Basic - Hoàn thiện báo cáo lý thuyết đề tài - Thiết kế xây dựng thành công mạch viết chương trình điều khiển, giám sát hệ thống báo cháy, chống trộm cho xưởng thực hành Điện – Trường Đại học Sao đỏ có thể sử dụng hệ thống để thiết kế số thực hành áp dụng cho chương trình đào tạo số mơn học ngành Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử Khoa Điện 3.2.2 Hạn chế đề tài - Hệ thống sử dụng cảm biến phát người cảm biến nhiệt nên phạm vi phát góc qt cịn hạn chế, dễ dàng vơ hiệu hóa cảm biến - Giao diện giám sát chưa có tính thẩm mỹ cao 59 3.2.3 Hướng phát triển đề tài Do thời gian có hạn nên đề tài giải số vấn đề đơn giản báo cháy, báo trộm Mặc dù với hệ thống có thể phát triển thêm số chức khác sau: - Sử dụng thêm nhiều loại cảm biến khác, cảm biến từ, cảm biến rung động, cảm biến chuyển động, cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ, cảm biến độ ẩm khơng khí để đo độ ẩm khơng khí, hệ thống báo cháy tự động,… - Mở rộng thiết kế ứng dụng điều khiển thiết bị qua mạng điện thoại Hy vọng với hướng phát triển nêu với ý tưởng khác bạn, người đọc - người sau - phát triển đề tài này, khắc phục hạn chế, tồn đề tài, làm cho đề tài trở nên phong phú hơn, mang tính ứng dụng cao vào thực tế sống, phục vụ cho lợi ích người tương lai 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO Văn Thế Minh, 2010, Kỹ thuật vi xử lý, Nhà xuất giáo dục Hồ Khánh Lâm, 2010, Giáo trình kỹ thuật vi xử lý, Nhà xuất thơng tin truyền thơng Nguyễn Đình Nghĩa, Đỗ Quốc Huy, Trần Nghi Phú, Phạm Thành Cơng, 2011, Giáo trình ngơn ngữ lập trình C/C++, Nhà xuất thơng tin truyền thơng Ngơ Diên Tập, 2010, Giáo trình Kỹ thuật vi điều khiển, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Website: www.atmel.com 61 PHỤ LỤC 62 ... khiển, giám sát báo cháy, chống trộm cho xưởng thực hành điện – Trường Đại học Sao đỏ? ?? Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng sở lý thuyết hệ thống - Nghiên cứu, thiết kế lắp đặt hệ thống báo cháy chống trộm. .. thống điều khiển, giám sát báo cháy, chống trộm cho xưởng thực hành điện – Trường Đại học Sao đỏ - Lập trình điều khiển hệ thống Phạm vi nghiên cứu - Tổng quan vi điều khiển PIC 16 –F877A - Nghiên. .. cứu hệ thống điều khiển, giám sát báo cháy, chống trộm - Nghiên cứu thiết kế, chế tạo phần cứng, phần mềm điều khiển hệ thống hệ thống giám sát báo cháy, chống trộm Đối tượng nghiên cứu - Vi điều

Ngày đăng: 26/05/2015, 07:23

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

  • MỞ ĐẦU

    • 1. Lý do lựa chọn đề tài.

    • 2. Mục tiêu nghiên cứu

    • 3. Nội dung nghiên cứu

    • 4. Phạm vi nghiên cứu

    • 5. Đối tượng nghiên cứu.

    • 6. Phương pháp nghiên cứu

      • 6.1. Nghiên cứu tài liệu

      • 6.2. Phương pháp thực nghiệm.

      • 6.3. Phương pháp hội thảo.

      • 7. Cấu trúc của đề tài.

      • CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

        • 1.1. Nhu cầu sử dụng thiết bị tự động trong doanh nghiệp.

        • 1.2. Nhu cầu sử dụng thiết bị tự động trong đào tạo

        • 1.4. Tổng quan về vi điều khiển PIC

          • 1.4.1 PIC là gì?

          • 1.4.2 Kiến trúc của PIC

            • Hình 1. 1. Kiến trúc Havard và kiến trúc Von-Neuman

            • 1.4.3 RISC Và CISC

            • 1.4.4 PIPELINING

              • Hình 1. 2. Cơ chế pipelining

              • 1.4.5 Các dòng PIC và lựa chọn vi điều khiển PIC

              • 1.4.6 Ngôn ngữ lập trình cho PIC

              • 1.4.7 Mạch nạp cho PIC

              • 1.5. Vi điều khiển PIC16F874A

                • 1.5.1. Các dạng sơ đồ chân

                  • Hình 1. 3. Vi điều khiển PIC16F877A/PIC16F874A và các dạng sơ đồ châna.

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan