Đang tải... (xem toàn văn)
MẠCH đèn ĐƯỜNG THÔNG MINH GIAO TIẾP BẰNG RF và điều KHIỂN BẰNG WIFIBLUETOOTH (có code) MẠCH đèn ĐƯỜNG THÔNG MINH GIAO TIẾP BẰNG RF và điều KHIỂN BẰNG WIFIBLUETOOTH (có code) MẠCH đèn ĐƯỜNG THÔNG MINH GIAO TIẾP BẰNG RF và điều KHIỂN BẰNG WIFIBLUETOOTH (có code) MẠCH đèn ĐƯỜNG THÔNG MINH GIAO TIẾP BẰNG RF và điều KHIỂN BẰNG WIFIBLUETOOTH (có code)
ĐỒ ÁN MẠCH ĐÈN ĐƯỜNG THÔNG MINH GIAO TIẾP BẰNG RF VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG WIFI/BLUETOOTH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VII DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .VIII DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IX CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ MẠCH 1.1 1.2 1.3 1.4 GIỚI THIỆU: MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG ÁN: HƯỚNG NGHIÊN CỨU: .2 CÁC CÔNG CỤ PHẦN MỀM HỖ TRỢ ĐỒ ÁN: .3 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG .4 2.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: 2.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT: 2.2.1 Phần truyền tín hiệu RF (TX): 2.2.2 Phần nhận tín hiệu RF (RX): .8 2.3 KẾT NỐI GIỮA CÁC KHỐI: 2.3.1 Kết nối Arduino với module RF CC1101: 2.3.2 Kết nối Arduino Module Light Sensor: 14 2.3.3 Kết nối Arduino PIR Sensor: .16 2.3.4 Kết nối Arduino Module Bluetooth HC-05: .17 CHƯƠNG KẾT QUẢ THI CÔNG .20 3.1 3.2 3.3 THI CÔNG PHẦN CỨNG: 20 MƠ HÌNH HỆ THỐNG: 23 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG: .24 CHƯƠNG NHẬN XÉT 25 4.1 4.2 VẤN ĐỀ TRONG MẠCH: 25 NHẬN XÉT HỆ THỐNG: 25 CHƯƠNG KẾT LUẬN 26 5.1 5.2 KẾT LUẬN: 26 HƯỚNG PHÁT TRIỂN: 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 PHỤ LỤC 28 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU BẢNG 2-1: KẾT NỐI CHÂN GIỮA ARDUINO VÀ MODULE RF CC1101 BẢNG 2-2: KẾT NỐI CHÂN GIỮA ARDUINO VÀ LIGHT SENSOR 14 DANH MỤC CÁC HÌNH V HÌNH 1-1: HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THƠNG MINH [5] .2 HÌNH 1-2: HÌNH ẢNH PHẦN MỀM PROTEUS HÌNH 1-3: HÌNH ẢNH PHẦN MỀM ARDUINO IDE HÌNH 2-1: SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG TX HÌNH 2-2: SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG RX HÌNH 2-3: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT HỆ THỐNG TX HÌNH 2-4: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT HỆ THỐNG RX HÌNH 2-5: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MÔ TẢ KẾT MỐI GIỮA CÁC KHỐI HÌNH 2-6: BOARD ARDUINO UNO R3 10 HÌNH 2-7: SƠ ĐỒ CHÂN CHIP ATMEGA 328 CỦA BOARD ARDUINO [9] 11 HÌNH 2-8: MODULE RF CC1101 SPI 13 HÌNH 2-9: SƠ ĐỒ CHÂN MODULE RF CC1101 [10] 14 HÌNH 2-10: MODULE LIGHT SENSOR 15 HÌNH 2-11: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ LIGHT SENSOR [8] 15 HÌNH 2-12: MODULE PIR SENSOR .16 HÌNH 2-13: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PIR [7] 17 HÌNH 2-14: MODULE BLUETOOTH HC-05 18 HÌNH 2-15: MODULE BLUETOOTH HC-05 Và HC-06 [11] 19 HÌNH 3-1: MẠCH IN TX VẼ BẰNG PROTEUS .20 HÌNH 3-2: MẠCH IN RX VẼ BẰNG PROTEUS .20 HÌNH 3-2: MẠCH IN CỦA BOARD ARDUINO 21 HÌNH 3-3: MẠCH IN SAU THI CÔNG 21 HÌNH 3-5: MẠCH IN ARDUINO SAU THI CƠNG 22 HÌNH 3-6: MẠCH THỰC TẾ CỦA HỆ THỐNG TX 22 HÌNH 3-7: MẠCH THỰC TẾ CỦA HỆ THỐNG RX 22 HÌNH 3-8: MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐÈN THƠNG MINH 23 HÌNH 3-9: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐÈN THÔNG MINH .24 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT GSM Global System for Mobile Communications GND Ground IC Integrated Circuit ID Identification IRQ Interrupt Request Line LDR Light Dependent Resistor MISO Master In Slave Out MOSI Master Out Slave In PIR Passive InfraRed PPM Pulse Position Modulation PWM Pulse Width Modulation RF Radio Frequency RFID Radio Frequency Identification RxD Received Data SDRAM Synchronous dynamic random-access memory SCK Serial Clock SCL Serial Clock SPI Serial Peripheral Interface SS Slave Select TxD Transmitted Data TTL Transistor-Transistor Logic TWI Two Wire Interface ĐỒ ÁN Trang 1/31 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ MẠCH 1.1 Giới thiệu: - Trong bối cảnh phát triển công nghệ mạnh mẽ xã hội nay, hệ thống chiếu sáng công cộng hệ thống tất yếu thiếu đời sống người, nguồn sáng phục vụ người, sinh hoạt đêm - Bên cạnh việc chiếu sáng phục vụ người hệ thống chiếu sáng góp phần đảm bảo an ninh, an toàn sở vật chất người Hơn với việc tạo hệ thống chiếu sáng thơng minh làm tăng mỹ quan làm đẹp cảnh quan môi trường vào ban đêm Nên việc thiết kế mạch đèn chiếu sáng thông minh với đảm bảo an ninh không giúp người an tâm mà mang đến tiện lợi, đa dụng phục vụ tốt cho sống người thời điểm xã hội đại hóa Vì vậy, sử dụng người dùng khơng cần tác động trực tiếp lên mà đóng mở đèn theo ý muốn cách tự động - Với vấn đề cộng thêm kiến thức học với tài liệu tham khảo để thực đồ án mạch đèn thơng minh với mục đích đem lại thoải mái an tâm cho người dùng Đồ án hồn thành có thiếu sót ngồi mong đợi, mong thầy bạn đóng góp thêm để báo cáo đồ án sau hoàn thiện 1.2 Mục tiêu phương án: - Mục tiêu xây dựng hệ thống chiếu sáng thông minh để tạo cảnh quan công cộng đẹp ưu tiên cho việc tiết kiệm lượng phục vụ tốt cho đời sống - Một phương án đơn giản nhằm tiết kiệm lượng điện dùng cho chiếu sáng sử dụng thiết bị chiếu sáng hiệu cao Đối với hệ thống chiếu sáng công cộng, việc thay đèn thủy ngân cao áp đèn natri cao áp giúp tiết kiệm 40-50% lượng sử dụng Trong việc thay bóng đèn sợi đốt đèn huỳnh quang compact giúp tiết kiệm tới 90% điện ĐỒ ÁN Trang 2/31 tiêu thụ Công nghệ đèn LED cho phép giảm tới 70% điện tiêu thụ thay cho loại đèn sợi đốt loại nhỏ Hình 1-1: Hệ thống chiếu sáng thơng minh [5] 1.3 Hướng nghiên cứu: - Thiết kế mơ hình đèn minh họa đồ án - Sử dụng board mạch Arduino vi điều khiển xử lý trung tâm nhận tín hiệu từ cảm biến, kết hợp điều khiển module RF phát thu tín hiệu từ RF để xử lý chế độ tự đông điều khiển đèn Bluetooth - Sử dụng module RF CC1101 cho việc giao tiếp đèn với nhau, cảm biến quang cảm biến nằm trạm đèn chủ phát sóng RF cho đèn lại, cảm biến chuyển động đặt đèn kết hợp tín hiệu nhận RF để điều khiển đèn sáng tắt tự động có vật thể chuyển động qua, dùng module BlueTooth HC-05 làm điểm truy cập cho đèn để điều khiển đèn thiết bị khác thiết bị kết nối tới HC-05 số linh kiện khác dễ tìm kiếm thịnh hành thị trường tiện cho việc nghiên cứu phân tích mạch ĐỒ ÁN Trang 3/31 - Tuy nhiên đồ án thiết kế đơn giản tạo hiệu ứng sáng đèn dần giao tiếp RF kết hợp cảm biến có người qua điều khiển Bluetooth để bảo đảm ổn định hệ thống tính an ninh sử dụng 1.4 Các công cụ phần mềm hỗ trợ đồ án: - Phần mềm vẽ mạch mạch in Proteus 7.8: Hình 1-2: Hình ảnh phần mềm Proteus - Phần mềm viết code ArduinoIDE: Hình 1-3: Hình ảnh phần mềm ArduinoIDE ĐỒ ÁN Trang 4/31 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 2.1 Nguyên lý hoạt động: - Nguyên lý hoạt động mô tả sơ đồ khối hình Ở chế độ tự động, mạch hoạt động trời tối không hoạt động trời sáng nhờ có cảm biến quang đèn dãy đèn Khi trời tối cảm biến quang kích, có người bước vào đèn nhờ có cảm biến quang chuyển động đèn sáng đồng thời đèn sáng truyền tín hiệu RF đến module RF đèn lại, người bước tiếp đến đèn thứ lúc đèn nhận tín hiệu RF kết hợp cảm biến chuyển động đèn sáng tương tự đèn 3,4 Lưu ý đồ án dùng cảm biến chuyển động module RF cho đèn 2, 3, đèn 2, 3, khơng nhận tín hiệu RF từ đèn đèn 2, 3, 4, không sáng dù cảm biến chuyển động kích hoạt Ngược lại trời sáng cảm biến quang khơng kích hoạt nên đèn không sáng không truyền RF cho đèn lại đèn lại không sáng - Ở chế độ điều khiển, ta dùng thiết bị có kết nối bluetooth tạo liên kết đến địa module bluetooth HC-05 đặt đèn truy cập vào địa ta điều khiển đèn tương ứng với địa bluetooth INPUT SIGNAL SOURCE BLOCK BLOCK (3.3VDC) (RFID - RC522) CONTROL DO BLOCK WARNING BLOCK SOURCE BLOCK (ARDUINO UNO) (RC(5VDC) SERVO) (MODULE SIM900A) ĐỒ ÁN Trang 16/31 Hình 2-13: Nguyên lý hoạt động PIR [7] o Thông số kỹ thuật: - Điện áp hoạt động: 3.8 - VDC - Thời gian báo: 30 s tùy chỉnh biến trở - Phạm vi phát hiện: góc 360o hình nón, khoảng cách tối đa m - Nhiệt độ cảm biến: - 50 oC - Có thể chỉnh độ nhạy cảm biến tùy ý 2.3.4 Kết nối Arduino Module Bluetooth HC-05: - Arduino Module Bluetooth kết nối chân (RX) Arduino với chân TX Module Bluetooth chân (TX) Arduino với chân RX module Bluetooth giúp việc truyền nhận tín hiệu để điều khiển dễ dàng - Ta vào phần tìm hiểu Module Bluetooth Module Bluetooth HC-05: - Module HC05 module thu phát sóng bluetooth khơng dây, thu sóng bluetooth từ thiết bị có chức kết nối bluetooth điện thoại di động PC - HC-05 dùng cổng COM ảo, việc truyền nhận với COM ảo giống truyền nhận data trực tiếp với UART nên HC-05 giao tiếp với PC HC-05 truyền nhận chế độ bán song cơng nên thời điểm truyền nhận Hình 2-14: Module Bluetooth HC-05 ĐỒ ÁN Trang 17/31 o So sánh Bluetooth HC-05 HC-06: - Ở Module Bluetooth HC-05 hoạt động chế độ: MASTER SLAVE Trong đó, Module Bluetooth HC-06 hoạt động chế độ SLAVE - Chế độ SLAVE: cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop… Để dò tìm Module sau kết nối với mã PIN 1234 Sau kết nối thành cơng tín hiệu truyền nhận thiết lập Baud mặc định 9600 - Chế độ MASTER: Module tự động dò tìm thiết bị Bluetooth khác laptop, smartphone… Và tiến hành kết nối chủ động mà khơng cần thiết lập từ máy tính Smartphone - Như Module Bluetooth HC-05 có nhiều chức Module Bluetooth HC-06, tùy vào mục đích sử dụng cụ thể mà chọn cho module phù hợp Hình 2-15: Module Bluetooth HC-05 Và HC-06 [11] o Thông số kĩ thuật: - Điện áp hoạt động: 3.3-5 V - Chuẩn giao tiếp UART giao tiếp PC - pham vi bán kính thu phát: 12 m - Chế độ Master, Slave, Loopback (sử dụng tập lệnh AT để thiết lập chế độ tùy vào mục đích sử dụng) - Giao thức: Bluetooth Specification v2.0+EDRo CHƯƠNG KẾT QUẢ THI CÔNG ĐỒ ÁN Trang 18/31 3.1 Thi cơng phần cứng: Hình 3-1: Mạch in TX vẽ Proteus Hình 3-2: Mạch in RX vẽ Proteus ĐỒ ÁN Trang 19/31 Hình 3-3: Mạch in board Arduino - Mạch in vẽ từ proteus in lên board đồng làm thành mạch thực tế với linh kiện nối với board đồng với mơ tả sơ đồ khối Hình 3-4: Mạch in sau thi cơng ĐỒ ÁN Trang 20/31 Hình 3-5: Mạch in Arduino sau thi cơng Hình 3-6: Mạch thực tế hệ thống TX Hình 3-7: Mạch thực tế hệ thống RX ĐỒ ÁN Trang 21/31 3.2 Mơ hình hệ thống: - Đây mơ hình để mơ hệ thống đèn đường thơng minh Hình 3-8: Mơ hình hệ thống đèn thơng minh ĐỒ ÁN Trang 22/31 3.3 Kết mô phỏng: Hình 3-9: Kết mơ hệ thống đèn thơng minh CHƯƠNG 4.1 Vấn đề mạch: NHẬN XÉT ĐỒ ÁN Trang 23/31 - Khoảng cách đọc cảm biến Module PIR Sensor lý thuyết - m, khoảng cách thực nghiệm - 5.5 m từ - 5.7 m, sai số: 0.5 m - 0.3 m - Khoảng cách truyền RF tối đa 200m, điều kiện có số vật cản nhỏ khoảng cách giảm 145m 4.2 Nhận xét hệ thống: - Sau hồn thiện mơ hình vận hành mạch, kết đạt phù hợp với lý thuyết tính tốn, có sai số nhỏ lý thuyết thực tế trình vận hành hệ thống khơng đáng kể Đồ án gồm mơ hình mạch vận hành mơ đặc tính việc truyền nhận RF việc sáng tắt đèn chế độ tự động điều khiển, sở cho việc ứng dụng thực tế đời sống thường ngày, giúp tiết kiệm lượng tương lai - Với mơ hình đơn giản, vài linh kiện có sẵn với lượng kiến thức học, đồ án thực đáp ứng số yêu cầu bản, để xây dựng hệ thống hồn chỉnh thực tế ta cần bỏ công nghiên cứu tham khảo thêm công nghệ xây dựng Web kết hợp quản lý GPRS khả bảo mật đại cho hệ thống để đáp ứng với tình hình xã hội thời CHƯƠNG KẾT LUẬN ĐỒ ÁN Trang 24/31 5.1 Kết luận: - Đồ án “hệ thống đèn thơng minh” có tính ứng dụng thực tiễn, nhu cầu cần thiết hàng ngày đóng vai trò quan trọng xã hội đại - Việc sử dụng hệ thống đèn thông minh mang đến tiện lợi dễ dàng, đáp ứng nhu cầu lại vào ban đêm góp phần tiết kiệm lượng tạo nên mỹ quan môi trường 5.2 Hướng phát triển: - Mạch hệ thống đèn đường thơng phát triển thành sở hạ tầng dự án đô thị thông minh IOT (Internet Of Things) - Ta kết hợp sử dụng webserver quản lý hệ thống đèn thị dò công nghệ GPRS tạo kết nối truy cập đến điểm kết nối với trạm đèn để dễ dàng quản lý điều khiển - Nâng cấp hệ thống việc sử dụng công nghệ đại tiết kiệm lượng việc kết hợp sử dụng mạch điều chỉnh cường độ sáng đèn cụ thể sáng mờ bình thường sáng rõ có người qua Sử dụng lượng mặt trời cấp nguồn cho đèn để tiết kiệm lượng cách tối ưu - Sử dụng thiết bị giám sát định dạng người dùng kẻ xâm nhập, định vị vị trí người xâm nhập phát tín hiệu cảnh báo có kẻ lạ muốn đột nhập phá bỏ hệ thống ĐỒ ÁN Trang 25/31 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh: [1] Don Wilcher (2012), “Learn Electronics with Arduino” [2] Chris Bowick (2006), “RF Circuit Design” [3] Massimo Bandi (2011), “Getting Started with Arduino” Tiếng Việt: [4] Lê Chí Kiên (2009), “Giáo trình đo lường cảm biến” Internet: [5] Hệ thống chiếu sáng thông minh, [6] RF, < http://www.webopedia.com/TERM/R/RF.html> [7] Pir Sensor alarm , < http://arduino.vn/bai-viet/522-pir-sensor-alarm> [8] Light Sensor, [9] Tự học arduino, < http://arduino.vn/reference/howto> [10] Module RF CC1101, < http://smart-techvn.com/23409-bat-tat-den-tu-xa-sudung-2-module-rf-cc1101-ket-hop-voi-arduino.html> [11] Bluetooth HC-05 and Bluettoth HC-06, < http://www.martyncurrey.com/hc05-fc-114-and-hc-06-fc-114-first-look/> [12] so sánh tiêu thu loại đèn ĐỒ ÁN Trang 26/31 PHỤ LỤC /* Ho va ten: Ha Thai Duong MSSV: 41302134 Ten an: Mach he thong den duong thong minh giao tiep RF * set Pin CC1101 Arduino * SCK_PIN(5) 13 MISO_PIN(7) 12 MOSI_PIN(6) 11 SS_PIN(4) 10 GDO0(3) GDO2(8) code truyen RF (TX) */ #include char ktdata = 0; int inputLIGHT = 3; int inputPIR1 = 6; int val_PIR1; ĐỒ ÁN Trang 27/31 int val_LIGHT; int ledPIR1 = 8; #define size byte TX_buffer[size]={0}; // mang truyen di void setup() { pinMode(inputLIGHT,INPUT);//pinMode nhận tín hiệu đầu vào cho cam bien pinMode(ledPIR1, OUTPUT); pinMode(inputPIR1, INPUT); //delay (500); Serial.begin(9600); ELECHOUSE_cc1101.Init(); // khai bao CC1101 } void loop() { val_LIGHT = digitalRead(inputLIGHT); //chan 10 đọc giá trị đầu vào.10 if (val_LIGHT == HIGH) { val_PIR1 = digitalRead(inputPIR1); //chan đọc giá trị đầu vào.5 if (val_PIR1 == HIGH) // giá trị mức cao.(1) { digitalWrite(ledPIR1, HIGH); // LED On ELECHOUSE_cc1101.SendData(TX_buffer,size);// truyen RF //delay(5000); } else { digitalWrite(ledPIR1, LOW); // led off 13 ĐỒ ÁN Trang 28/31 Serial.println("Motion ended!"); } } else { if(Serial.available() > 0) { ktdata = Serial.read(); Serial.print(ktdata); Serial.print("\n"); if(ktdata == '1') digitalWrite(ledPIR1, HIGH); else if(ktdata == '0') digitalWrite(ledPIR1, LOW); } } } ĐỒ ÁN Trang 29/31 /* Code nhan RF (RX) */ #include char ktdata = 0; int ledPIR = 8;// chọn chân báo hiệu LED int inputPIR = 5; int val_PIR; void setup() { pinMode(ledPIR, OUTPUT); pinMode(inputPIR, INPUT); Serial.begin(9600); ELECHOUSE_cc1101.Init(); // khai bao cc1101 ELECHOUSE_cc1101.SetReceive(); // set nhan tin hieu } byte RX_buffer[1]={0}; byte size,flag; // mang luu gia tri // so gia tri mang truyen void loop() { if(ELECHOUSE_cc1101.CheckReceiveFlag()) // kiem tra co tin hieu nhan { size=ELECHOUSE_cc1101.ReceiveData(RX_buffer); // nhan tin hieu val_PIR = digitalRead(inputPIR); //doc gia tri o chan if (val_PIR == HIGH) // neu gia tri o muc cao { ĐỒ ÁN Trang 30/31 digitalWrite(ledPIR, HIGH); // delay(5000); Serial.println("Motion detected!"); } else { digitalWrite(ledPIR, LOW); // Serial.println("Motion ended!"); } ELECHOUSE_cc1101.SetReceive(); } else { if(Serial.available() > 0) { ktdata = Serial.read(); Serial.print(data); Serial.print("\n"); if(ktdata == '1') digitalWrite(ledPIR, HIGH); else if(ktdata == '0') digitalWrite(ledPIR, LOW); } } } ... board mạch Arduino vi điều khiển xử lý trung tâm nhận tín hiệu từ cảm biến, kết hợp điều khiển module RF phát thu tín hiệu từ RF để xử lý chế độ tự đông điều khiển đèn Bluetooth - Sử dụng module RF. .. CC1101 cho việc giao tiếp đèn với nhau, cảm biến quang cảm biến nằm trạm đèn chủ phát sóng RF cho đèn lại, cảm biến chuyển động đặt đèn kết hợp tín hiệu nhận RF để điều khiển đèn sáng tắt tự... có người bước vào đèn nhờ có cảm biến quang chuyển động đèn sáng đồng thời đèn sáng truyền tín hiệu RF đến module RF đèn lại, người bước tiếp đến đèn thứ lúc đèn nhận tín hiệu RF kết hợp cảm