Nghiên cứu, xây dựng thiết bị điều khiển và giám sát nhiệt độ qua máy tính sử dụng sóng RF

46 26 0
  • Loading ...
1/46 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 27/11/2019, 23:56

LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô khoa Điện Tử, trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải giảng dạy truyền đạt kiến thức chuyên ngành cho em để em có thể thực đồ án Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Cơng Nam sự tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho em để em có thể thực hồn thành đờ án Mặc dù có nhiều cố gắng nỗ lực thực hiện, kiến thức khả thân nhiều hạn chế nên quá trình thực đề tài tránh khỏi sai phạm, thiếu sót Em mong nhận sự góp ý, dẫn từ nơi quý thầy cô các bạn sinh viên Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày… tháng… năm 2018 Sinh viên thực Hoàng Ngọc Trắc MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG LỜI MỞ ĐẦU .7 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Giới hạn phạm vi đề tài Error! Bookmark not defined 1.4 Kết dự kiến đạt Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan board mạch Arduino .8 1.1.1 Lịch sử phát triển Error! Bookmark not defined 1.1.2 Giới thiệu chung Arduino Error! Bookmark not defined 1.1.3 Phần cứng Arduino Error! Bookmark not defined 1.2 Khái quát cấu tạo Arduino Uno R3 .Error! Bookmark not defined 1.2.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 1.2.2 Thông số kĩ thuật Error! Bookmark not defined 1.2.3 Vi điều khiển Arduino uno R3 Error! Bookmark not defined 1.2.4 Năng lượng .Error! Bookmark not defined 1.2.5 Bộ nhớ Error! Bookmark not defined 1.2.6 Cổng vào Error! Bookmark not defined 1.3 khối cảm biến Error! Bookmark not defined 1.4 LCD 14 1.4.1 Hình ảnh minh họa, chức các chân LCD .14 1.4.2 Các mã lệnh LCD 16 1.4.3 Các lệnh giao tiếp LCD 17 1.5 Giới thiệu công cụ hỗ trợ lập trình giao diện .21 1.5.1 Khái quát Visual Studio 21 1.5.2 Các cửa sổ bị ẩn giao diện Visual Studio 25 1.5.3 Xác định Project khởi đợng chương trình 27 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SÓNG RF Error! Bookmark not defined 2.1 Sóng RF .Error! Bookmark not defined 2.1.1 Khái niệm .Error! Bookmark not defined 2.1.2 Đặc điểm sóng RF Error! Bookmark not defined 2.1.2.1 Thành phần sóng RF .Error! Bookmark not defined 2.1.2.2 Mã hóa bit Error! Bookmark not defined 2.2 Phân loại Error! Bookmark not defined 2.2.1 Sóng dài cực dài Error! Bookmark not defined 2.2.2 Sóng trung Error! Bookmark not defined 2.2.3 Sóng ngắn .Error! Bookmark not defined 2.2.4 Sóng cực ngắn (vi sóng) Error! Bookmark not defined 2.3 Điều khiển từ xa sóng RF Error! Bookmark not defined 2.3.1 Khái niệm .Error! Bookmark not defined 2.3.2 Hoạt động .Error! Bookmark not defined 2.4 Ưu, nhược điểm giải pháp .Error! Bookmark not defined 2.4.1 Ưu điểm Error! Bookmark not defined 2.4.2 Nhược điểm Error! Bookmark not defined 2.4.3 Giải pháp Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH .27 3.1 Thiết kế mạch điều khiển thiết bị giám sát nhiệt đợ qua máy tính sử dụng sóng RF 27 3.2 Thiết kế mạch thu phát 30 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống mạch phát .30 3.2.1.1 Các khối mạch 31 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống mạch thu: .34 3.3 Mạch in thực tế sau thiết kế 34 3.3.1 Thiết kế phần mềm .37 3.3.2 Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển 39 3.3.3: Lưu đồ thuật toán mạch thu 40 3.4 Phần mềm giao tiếp với máy tính .42 3.4.1 Giao diện phần mềm giao tiếp với máy tính; 42 3.4.2 Sơ đồ thuật toán mạch điều khiển; 40 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 thành viên khởi sướng Arduino Error! Bookmark not defined Hình 1.2 điều khiển xe từ xa dùng arduino Error! Bookmark not defined Hình 1.3 Mợt mạch Arduino Uno thức với các mô tả các cổng I/O .Error! Bookmark not defined Hình 1.3 Ảnh Arduino Uno Error! Bookmark not defined Hình 1.4 Vi điều khiển Arduino Uno R3 Error! Bookmark not defined Hình 1.5 Các chân Arduino Uno R3 .Error! Bookmark not defined Hình 1.6 cảm biến LM35 Error! Bookmark not defined Hình 1.7 Hình dạng thực tế LCD 16x2 14 Hình 1.8: Visual Studio Color Themes 21 Hình 1.9: Giao diện làm việc Visual Studio .23 Hình 1.11 Build, Debug Run 26 Hình 1.12 Giao diện trình dịch 27 Hình 2.1 Dạng sóng RF Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Các dạng mã phổ biến Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Sóng dài cực dài ban ngày .Error! Bookmark not defined Hình 2.4 Sóng dài cực dài ban đêm Error! Bookmark not defined Hình 2.5 Sóng trung Error! Bookmark not defined Hình 2.6 Sóng ngắn Error! Bookmark not defined Hình 2.7 Bộ thu, phát thực tế .Error! Bookmark not defined Hình 3.1 : Sơ đờ khối mạch phát Error! Bookmark not defined Hình 3.2: Sơ đồ khối mạch thu; 30 Hình 3.3: Sơ đồ mạch nguyên lý 31 Hình 3.4 Sơ đờ khối nguồn 31 Hình 3.5: Khối báo đợng đóng mở thiết bị 32 Hình 3.6: Khối hiển thị sensor LM35 32 Hình 3.7: Khối nhận phát liệu RF 33 Khối 3.8: Khối xử lý trung tâm sử dụng Atmega328; 34 Hình 3.9: Sơ đờ ngun lý mạch thu 34 Hình 3.10: Mạch in sau thiết kế 35 Hình 3.11: Mạch in hiển thị dạng 3D 36 Hình 3.12: Mạch thu sau thiết kế 36 Hình 3.12: Mạch thu hiển thị 3D; 37 Hình 3.13: Giao diện phần mềm Arduino IDE 38 Hình 3.14: Lưu đồ thuật toán mạch phát 39 Hình 3.15: Lưu đờ thuật toán mạch thu .40 Hình 3.17: Giao diện phần mềm sau thiết kế .43 Hình 3.18: Lưu đờ thuật toán giao tiếp máy tính Error! Bookmark not defined DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các chân LCD 15 Bảng 1.2 Các mã lệnh LCD .16 Bảng 1.3 Các lệnh giao tiếp LCD 18 Bảng 2.1 Phân loại tần số Error! Bookmark not defined LỜI MỞ ĐẦU Điện tử trở thành một ngành đa nhiệm vụ Điện tử đáp ứng đòi hỏi khơng ngừng các ngành, lĩnh vực khác nhu cầu thiết yếu người cuộc sống hàng ngày Một ứng dụng quan trọng ngành công nghệ điện tử kỹ thuật điều khiển từ xa RF giám sát qua máy tính Xuất phát từ nhu cầu thực tế qua ứng dụng tiện ích hiệu mà cơng nghệ điều khiển từ xa mang lại, em định chọn đề tài “Nghiên cứu, xây dựng thiết bị điều khiển giám sát nhiệt đợ qua máy tính sử dụng sóng RF” Mạch sử dụng mạch thu phát RF Zigbee UART CC2530 Mạch cần sử dụng mạch CC2530 Tín hiệu thu khối thu RF, Dữ liệu nhận từ mạch phát CC2530, sau đó một mạch CC2530 làm nhiệm vụ thu liệu gửi tín hiệu lại mạch điều khiển Khối điều khiển xử lí tín hiệu đưa mạch thu điều khiển khối relay để bật thiết bị yêu cầu mở bên phát Trạng thái hoạt động thiết bị hiển thị LCD 16x2 giám sát qua máy tính cài đặt ,điều khiển thiết bị Bợ điều khiển sau thiết kế mạch xong có thể điều khiển thiết bị dựa vào nhiệt độ yêu cầu mạch máy tính Tuy cố gắng thực đồ án sự nghiêm túc trách nhiệm nhất, khả nghiên cứu kiến thức thân nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai phạm thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp tích cực từ quý thày cô các bạn CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1.Tổng quan đề tài 1.1.1 Lí chọn đề tài Ngày với ứng dụng khoa học tiên tiến, giới ngày một đại văn minh Sự phát triển nghành kĩ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với sự xác cao, tốc đợ nhanh, gọn nhẹ đóng vai trò vơ quan trọng c̣c sống người, chìa khóa vào cơng nghệ đại Máy móc dần thay sức lao động người, tự động hóa, điều khiển đóng vai trò vơ quan trọng cơng nghiệp, quản lí Điện tử trở thành một nghành khoa học đa nhiệm vụ Bài toán kiểm soát nhiệt độ không ngừng đáp ứng nhu cầu các nghành nông- lâmngư nghiệp đến các nhu cầu cuộc sống Một ứng dụng quan trọng công nghệ Điện tử kỹ thuật điều khiển từ xa Nó góp phần lớn việc điều khiển các thiết bị phục vụ nhu cầu sản xuất Chính em chọn đề tài “ Nghiên cứu, xây dựng thiết bị điều khiển giám sát nhiệt đợ qua máy tính sử dụng sóng RF” Mục tiêu đề tài: Thiết kế mơ hình giám sát điều khiển nhiệt độ thực tế, có cảnh báo giao diện mạch điều khiển, trình bày giao diện 1.2 Các thiết bị phần cứng 1.2.1 Cảm biến nhiệt độ LM35 Hình 1.1 Sơ đờ cấu tạo LM35 Hình 1.2 Hình ảnh thực tế LM35 Chân 1: Chân nguồn Vcc Chân 2: Đầu Vout Chân 3: GND LM35 cảm biến nhiệt có điện áp đầu nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ C Chúng không yêu cầu cân chỉnh ngồi vốn chúng cân chỉnh Đặc điểm cảm biến LM35: Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V Độ phân giải điện áp đầu 10mV/oC Đợ xác cao 25 C 0.5 C Trở kháng đầu thấp 0.1 cho 1mA tải Dải nhiệt độ đo LM35 từ -55 C đến 150 C với các mức điện áp khác Xét một số mức điện áp sau : Nhiệt độ -55 C điện áp đầu -550mV Nhiệt độ 25 C điện áp đầu 250mV Nhiệt độ 150 C điện áp đầu 1500mV Tùy theo cách mắc LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp Đối với hệ thống đo từ đến 150 Tính tốn nhiệt độ đầu LM35 Việc đo nhiệt độ sử dụng LM35 thông thường sử dụng cách: LM35 - > ADC - > Vi điều khiển Như ta có: U= t.k u điện áp đầu t nhiệt độ môi trường đo k hệ số theo nhiệt độ LM35 10mV/1 độ C Giả sử điện áp Vcc cấp cho LM35 5V ADC 10bit Vậy bước thay đổi LM35 5/(2^10) = 5/1024 Giá trị ADC đo điện áp đầu vào LM35 (t*k)/(5/1024) = ((10^-2)*1024*t)/5 = 2.048*t 10 Hình 3.2 Sơ đờ khối mạch thu 2.2 Thiết kế mạch thu phát 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống mạch phát Sử dụng phần mềm Altium để thiết kế sơ đờ bố trí mạch Hình 3.3 Sơ đờ mạch ngun lý 32 2.2.1.1 Các khối mạch Khối nguồn ni Hình 3.4 Sơ đờ khối nguồn - Khối nguồn sử dụng IC LM2576 –T cho điện áp cố định 5V Đây IC làm việc ổn định, cho dòng điện đầu lớn, lên tới 3A - Khi cấp nguồn cho mạch, tránh khỏi việc không cấp điện áp liên tục cho mạch, các tụ C2(1000uF/25V) C2(104) có nhiệm vụ bù đắp điện áp cho mạch, tránh tượng mạch bị reset liên tục hoạt động - Cuộn cảm L1 tự C4(1000uF) C3(104) có chức lọc điện áp đầu ra, tạo điện áp ổn định 5V - Diode IN4004 để bảo vệ mạch LM2576 hỏng Khối báo động đóng mở thiết bị: Hình 3.5 Khối báo đợng đóng mở thiết bị 33 - Sử dụng Rơle 5V/10A – 250VAC , cho phép cường đợ dòng điện tối đa qua tiếp điểm rơ le với hiệu điện nhỏ 250V xoay chiều 10A Sử dụng còi chip buzz để báo động, đạt yêu cầu cài đặt; Khối giao tiếp LCD Khối cảm biến nhiệt độ Hình 3.6 Khối hiển thị cảm biến LM35 Khối nhận phát liệu RF Hình 3.7 Khối nhận phát liệu RF 34 Khối xử lý trung tâm; Khối 3.8 Khối xử lý trung tâm sử dụng Atmega328 2.2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống mạch thu : Dưới sơ đờ ngun lý mạch: 35 Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý mạch thu 2.3 Mạch in thực tế sau thiết kế Altium designer một phần mềm chuyên nghành sử dụng thiết kế mạch điện tử Cho phép quản lý thành các project riêng thành các workspace Hỗ trợ thư viện khổng lồ, với nhiều loại IC, linh kiện cập nhật Thiết kế mạch in với các tính cài đặt kích thước dây, cách thức dây, hỗ trợ thư viện, tự động kiểm tra lỗi Việc tiến hành mạch in có thể thực thông qua chế độ tự đợng Tuy nhiên việc dây tay giúp mạch điện tử gọn đẹp 36 Hình 3.10 Mạch in sau thiết kế 37 Hình 3.11 Mạch in hiển thị dạng 3D Hình 3.12 Mạch thu sau thiết kế 38 Hình 3.12 Mạch thu hiển thị 3D CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH VÀ THIẾT KẾT GIAO DIỆN 3.1 Thiết kế phần mềm Việc lập trình cho vi điều khiển Atmega328p sử dụng ngơn ngữ C chuẩn, viết phần mềm Arduino IDE Giao diện phần mềm Arduino IDE khá đơn giản, giúp người dùng có thể sử dụng một cách dễ dàng Phần mềm biên soạn Arduino IDE Arduino IDE chương trình hỗ trợ khá đầy đủ việc lập trình cho vi điều khiển họ AVR, chương trình soạn thảo sử dụng ngơn ngữ C để viết chương trình cho vi điều khiển Tuy nhiên nó hỗ trợ ngơn ngữ lập trình bậc thấp ASSEMBLY Vì ta có thể viết chương trình mợt ngơn ngữ 39 Hình 3.13 Giao diện phần mềm Arduino IDE 40 3.2 Lưu đồ thuật toán 3.2.1 Lưu đồ thuật tốn hệ thống điều khiển Hình 3.14 Lưu đồ thuật toán mạch phát 41 3.2.2: Lưu đồ thuật tốn mạch thu Hình 3.15 Lưu đồ thuật toán mạch thu 3.3.2 Sơ đồ thuật toán mạch điều khiển; 42 Hình 3.15 Thuật toán giao tiếp máy tính 3.4 Cơ chế hoạt động mạch; Mạch phát: có chức giao tiếp với cảm biến LM35, đo nhiệt độ môi trường, sau giao tiếp thành công gửi liệu nhiệt độ qua UART để gửi liệu qua mạch thu, gửi liệu nhiệt độ một số nguyên; Mạch thu: Có chức nhận liệu từ mạch phát qua module Zigbee UART CC2530; module có chức đảm nhiệm nhận liệu từ module Zigbee UART CC2530 từ mạch phát; 43 Và từ đó bên gửi liệu thông tin điều khiển từ máy tính xuống, để thực quá trình trên; 3.3 Phần mềm giao tiếp với máy tính 3.3.1 Giao diện phần mềm giao tiếp với máy tính; Microsoft Visual Studio mợt mơi trường phát triển tích hợp từ Microsoft Nó sử dụng để phát triển chương trình máy tính cho Microsoft Windows, các trang web, các ứng dụng web các dịch vụ web Visual Studio sử dụng tảng phát triển phần mềm Microsoft Windows API, Windows Forms, Windows Presentation Foundation, Windows Store Microsoft Silverlight Nó có thể sản xuất hai ngôn ngữ máy mã số quản lý; 44 Hình 3.17 Giao diện phần mềm sau thiết kế CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ MƠ PHỎNG 4.1 Hình ảnh mạch thực tế KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Có thể phát triển để điều khiển giám sát nhiều thiết bị Thay bộ thu phát RF điều khiển thiết bị bộ thu phát có thể điều khiển nhiều thiết bị điều khiển thiết bị, 15 thiết bị… Có thể phát triển nhiều phương thức giao tiếp như: giao tiếp giọng nói, hình cảm biến hay qua điện thoại… Đề tài áp dụng cho các thiết bị nhà mà nên mở rộng áp dụng điều khiển các thiết bị sử dụng nơi công cộng Có thể sử dụng thêm các cảm biến đo nhiệt độ, báo cháy để tự động tắt các thiết bị có sự cố xảy Hi vọng với tất các hướng phát triển nêu với ý tưởng khác các bạn, người đọc – người sau – phát triển đề tài này, khắc phục hạn chế, tồn tại đề tài, làm cho đề tài trở nên phong phú hơn, mang tính ứng dụng cao vào thực tế cuộc sống, phục vụ cho lợi ích người tương lai 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO Website [1] “Điều khiển thiết bị từ xa sóng RF”, http://luanvan.co [2] “Lý thuyết điều khiển từ xa”, www.timtailieu.vn [3] “Mạch điều khiển thiết bị điện từ xa sóng RF”, http://dulieu.tailieuhoctap.vn [4] PT2262, PT2272 Datasheet, http://www.alldatasheet.com 46 ... cơng nghệ điều khiển từ xa mang lại, em định chọn đề tài Nghiên cứu, xây dựng thiết bị điều khiển giám sát nhiệt đợ qua máy tính sử dụng sóng RF Mạch sử dụng mạch thu phát RF Zigbee... việc điều khiển các thiết bị phục vụ nhu cầu sản xuất Chính em chọn đề tài “ Nghiên cứu, xây dựng thiết bị điều khiển giám sát nhiệt đợ qua máy tính sử dụng sóng RF Mục tiêu đề tài: Thiết. .. thu điều khiển khối relay để bật thiết bị yêu cầu mở bên phát Trạng thái hoạt động thiết bị hiển thị LCD 16x2 giám sát qua máy tính cài đặt ,điều khiển thiết bị Bợ điều khiển sau thiết
- Xem thêm -

Xem thêm: Nghiên cứu, xây dựng thiết bị điều khiển và giám sát nhiệt độ qua máy tính sử dụng sóng RF , Nghiên cứu, xây dựng thiết bị điều khiển và giám sát nhiệt độ qua máy tính sử dụng sóng RF , Mục tiêu chính đề tài:, CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH, Hình 3.1 : Sơ đồ khối của mạch phát, CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH VÀ THIẾT KẾT GIAO DIỆN

Từ khóa liên quan

Mục lục

Xem thêm

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn