Đang tải... (xem toàn văn)
THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN tự ĐỘNG hóa TRONG NHÀ (có code và sơ đồ mạch) THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN tự ĐỘNG hóa TRONG NHÀ (có code và sơ đồ mạch) THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN tự ĐỘNG hóa TRONG NHÀ (có code và sơ đồ mạch) THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN tự ĐỘNG hóa TRONG NHÀ (có code và sơ đồ mạch)
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA TRONG NHÀ MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ADC Analog-to-digital converter CPU Central processing unit EEPROM Electrically erasable programmable read-only memory GND Gemeinsame Normdatei Ground LCD Liquid-Crystal Display RAM Random-access memory ROM Read-only memory RFID Radio-frequency identification VCC Voltage at the common collector AVR Aboriginal Voices Radio IDE Integrated Development Environment PWM Pulse Width Modulation SPI Serial Peripheral Interface TX Transmitter RX Receiver UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter ADC Analog-to-digital conversion Trang 4/27 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 1.1 Giới thiệu Ngày nay, với phát triển khoa học công nghệ tiên tiến, thiết bị tự động hóa nhà biết đến nhu cầu thiết yếu người, từ thiết bị điều khiển đơn giản romote người ta cải tiến sản phẩm điều khiển thiết bị đại máy tính hay thiết bị cầm tay ipad, điện thoại di động đảm nhiệm cơng việc điều khiển Để đảm báo tính bảo mật hộ gia đình với phương thức bảo mật đơn giản cách mở cửa thẻ từ giúp chủ hộ linh họat mà đảm bảo an ninh, hay việc xem nhiệt độ phòng cập nhật nhiệt độ từ trang web định sẳn giúp chủ nhân nhà cập nhật thời tiết nơi sống, cơng việc tạo nên ngơi nhà thơng minh có khả tự động hóa với chi phí phải 1.2 Truyền nhân liệu sóng vơ tuyến RF Truyền nhận liệu không dây tạo nên phương thức giao tiếp lớn hệ thống thông tin di động Truyền nhận liệu từ xa dùng sóng RF hay radio có ưu lớn tính đa hướng thiết bị với tần số hoạt động cao Sơ đồ khối truyền nhận gồm module phát module thu Module mã hóa tín Module thu RF hiệu phát RF Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 5/27 CHƯƠNG NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Thiết kế phần cứng 2.1.1 - Tổng quan Arduino Arduino công cụ điện tử hữu ích cho đối tượng người dụng từ phổ thông đến đại học với phần cứng phần mềm dễ sử dụng Arduino kích hoạt động cơ, bật tắt led, điều khiển thiết bị nhà,… Để làm điều cần phải sư dụng ngơn ngữ lập trình cho arduino phần - mềm arduino IDE Phần mềm Arduino IDE tạo dạng cơng cụ mã nguồn mở mở rộng với lập trình viên có nhiều kinh nghiệm, ngơn ngữ - mở rộng thơng qua thư viện C++ Trong đồ án trình bày sau sử dụng Arduino Uno R3 để thực nạp code cho chip điều khiển Atmega328p 2.1.2 - ATmega 328p Hình dạng thực tế: Hình 2.1: Hình dạng Atmega328p [7] Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 6/27 - - - AVR có cáu trúc Harward, đường truyền cho nhớ liệu đường truyền cho nhớ chương trình tách riêng Data memory có bit kết nối với hầu hết thiết bị ngoại vi, với register file Trong program memory bus có độ rộng 16 bit phục vụ cho instruction register Bộ nhớ chương trình nhớ Flash lập trình , chip AVR cũ như(AT90S1200 hay AT90S2313…) nhớ chương trình gồm Application Flash Section chip AVR có thêm Boot Flash section Vi điều khiển Atmega328p có nhớ sau + 32kb nhớ Flash: code lập trình arduino lưu trữ Flash Trong q trình lập trình Bootloader cho vi điều khiển thường tiêu hao khoảng tối đa 20kb nhớ vi điều khiển +EEPROM 1024B, SRAM 2KB, 23 dòng I/O thơng dụng, 32 ghi hoạt động chung + Bộ đếm với chế độ so sánh, lập trình nối tiếp USART, cổng nối tiếp định hướng byte, cổng nối tiếp SPI, chuyển đổi A / D, đếm thời gian theo dõi lập trình với dao động nội Linh kiện hoạt động từ 1,8-5,5 volts Bảng 2-1: Tóm tắt đặc điểm Atmega328P + + + + + Đặc điểm Kiến trúc hoạt động Xung nhịp lớn Bộ nhớ chương trình Bộ nhớ EEPROM Bộ nhớ RAM Điện áp hoạt động Số timer Atmega328P AVR bit 20Mhz 32Kb 1Kb 2Kb 1.8V-5.5V timer gồm timer bit timer Số kênh xung PWM 16 bit kênh( 1timer kênh) Sơ đồ khối: Các nhớ chương trình Bộ nhớ chứa liệu EEPROM-Data EPROM Bộ nhớ file ghi RAM-RAMfile Register Khối giải mã lệnh điều khiểnKhối giao tiếp nối tiếp Khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số-ADC + Các port xuất nhập Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 7/27 Hình 2-2: Sơ đồ khối ATmega38P[2] - Sơ đồ chân chức chân: Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 8/27 Hình 2-3: Sơ đồ chân Atmega328P[2] - Chức chân Bảng 2-2: Tóm tắt đặc điểm Atmega328 Chân Thơng tin Chức PC6 Reset PD0 Chân RX PD1 Chân TX PD2 Pin số PD3 Pin số (PWM) PD4 Pin số VCC Áp đầu vào dương GND Điện áp đầu vào âm XTAL Dao động tinh thể 10 XTAL Dao động tinh thể 11 PD5 Pin (PWM) Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 9/27 12 PD6 Pin số (PWM) 13 PD7 Pin số 14 PB0 Pin số 15 PB1 Pin số (PWM) 16 PB2 Pin số (PWM) 17 PB3 Pin số (PWM) 18 PB4 Pin số 19 PB5 Pin số 20 AV CC Đi ện áp d ương cho ADC ( ện) 21 A REF Đi ện áp tham chi ếu 22 GND Đi ện áp âm 23 PC0 Đầu vào analog 24 PC1 Đầu vào analog 25 PC2 Đầu vào analog 26 PC3 Đầu vào analog 27 PC4 Đầu vào analog 28 PC5 Đầu vào analog Rút nhận xét sau: + Với Atmega328P, 20 chân hoạt động cổng I /O, có chức hoạt động đầu vào đầu Trong 14 chân chân kỹ thuật số, chân hoạt động để cung cấp cho đầu PWM, chân cho đầu vào đầu tương tự + có PIN dành cho thach anh điều kiện để vi điều khiển hoạt động + Chip cần cung cấp điện từ 1,8-5,5 V điện để hoạt động + Chip Atmega328 có chuyển đổi analog-to-digital (ADC) bên + Chân số chân RESET Sử dụng chương trình chay lại Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 10/27 2.1.3 - RFID RC522 RFID - Radio Frequency Identification Detection phương thức nhận dạng đối tượng sóng vơ tuyến Nhận dạng từ xa với khoảng cách ngắn cách sử dụng thiết bị thẻ RFID đầu đọc RFID - RFID gồm thành phần quan trọng là: Tag( thẻ RFID) reader ( đầu đọc RFID) Tag Reader giao tiếp với tần số, RDID sử dụng song radio nên tốc độ truyền nhận liệu, tần số thấp LF(100Khz-150Khz), tần số cao HF (10-15Mhz), tần số siêu cao UHF(850-950Mhz) Hình 2-4: Sơ đồ chân RC522[1] - Thông số kĩ thuật RFID RC522 MFRC522 đầu Đọc/Ghi dành cho hệ thống RFID tần số 13.56MHz (thuộc dải tần số cao) + Điện áp hoạt động: 3.3V + Hỗ trợ giao tiếp loại thẻ RFID: ISO 14443A / MIFARE + Khoảng cách Đọc/Ghi loại thẻ: Max = 50mm + Hỗ trợ Mã Hóa chế độ Đọc/Ghi với loại thẻ MIFARE + Hỗ trợ chuẩn giao tiếp: SPI (Max = 10Mbit/s), I2C (Fast Mode: 400 kbit/s, High Speed Mode: 3400 kbit/s),UART (1228.8 kbit/s) Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 16/27 2.1.6 Module phát nhạc DFplayer mini Hình 2-12: Hình dạng thực tế DFplayer mini[6] - + + + + + DFPlayer Mini mô đun MP3 nhỏ rẻ với đơn giản hóa sản lượng trực tiếp cho loa Module sử dụng mơ-đun độc lập với pin, loa nút bấm kèm theo sử dụng kết hợp với Arduino UNO máy khác có giao tiếp RX / TX Tỷ lệ hỗ trợ (kHz): / 11.025 / 12/16 / 22.05 / 24/32 / 44.1 / 48 Đầu DAC 24-bit, hỗ trợ dải động 90dB, SNR hỗ trợ 85dB Hỗ trợ đầy đủ FAT16, FAT32 hệ thống tập tin, tối đa 32G thẻ TF, hỗ trợ 32G đĩa U, 64M byte NORFLASH Nhiều chế độ điều khiển, chế độ điều khiển I / O, chế độ nối tiếp, chế độ kiểm soát nút AD Dữ liệu âm xếp theo thư mục, hỗ trợ lên đến 100 thư mục, thư mục chứa đến 255 hát Điều chỉnh cấp độ 30, mức EQ điều chỉnh Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 17/27 Hình 2-13: Sơ đồ chân DFlayer mini[6] Bảng 2-4: Bảng trạng thái chân DFplayer Pin Thông tin Chức Thông tin thêm số 10 11 12 13 14 15 VCC RX TX DAC_R DAC_L SPK2 GND SPK1 IO1 GND IO2 ADKEY1 ADKEY2 USB + USB- Điện áp đầu vào Đầu vào nối tiếp UART Đầu nối tiếp UART Kênh đầu âm phải Kênh âm trái Loa Điện áp âm Loa Trigger port Điện áp âm Trigger port Cổng AD Cổng AD USB + DP USB-DM DC 3,2-5,0 V Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Bộ khuếch đại Bộ khuếch đại Điện áp âm Giảm âm lượng Điện áp âm Tăng âm dượng Cổng USB Cổng USB Trang 18/27 2.1.7 Động RC servo 9G Hình 2-14: Hình dạng thực tế Servo 9G[4] - + + + + Động có kích thước nhỏ, sử dụng mơ hình động mơ hình kéo có trọng lượng nhỏ, có tich hợp sẳn driver điều khiển bên nên điều khiển góc quay bang phương pháp điều động xung Điện áp hoạt động từ 4.8-5 VD Tốc độ 0.12 sec/60 degrees(4.8 VDC) Lực kéo 1.6 KG.CM Trọng lượng 9g Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 19/27 2.2 Thiết kế phần mềm Node-RED ứng dụng tao với tảng Node.js, goi tản cho web server cấu hình chức gọi “flow” từ cách trình duyệt Các Node-RED gồm node liên kết với thơng qua khối input, operation output Hình 2-15: Kết nối node đơn giản[3] Với Node-RED tương tác giao tiếp với thiết bị hình với máy tính đóng vai trò m ột server điều khiển thiết bị client Hình 2-16: Server máy tính thiết bị client[3] Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 20/27 - Giao diện với node red gồm khối input, output operate Hình 2-17: Giao diện viết phần mềm điều khiển[3] Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 21/27 2.3 Lưu đồ giả thuật nguyên lý hoạt động 2.3.1 Lưu đồ giải thuật Lưu đồ giải thuật phía phát NRF Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 22/27 Atmega328P RX TX TX RX Bắt đầu Atmega328P Bắt đầu Lấy nhiệt độ từ Ds18b20 RFID đọc liệu từ thẻ từ gửi qua phía thu NRF S Đọc liệu từ RFID=3327792254 Serial C=2 S S C=1 Đ Đ Gửi kí tự “1” qua Đ Thực điều khiển Phát cảnh báo Myserial Gửi kí tự “2” qua Nhiệt độ >40ºC S Phát cảnh báo Đ Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Myserial S lần Trang 23/27 2.3.2 Nguyên lý hoạt động Với Atmega328P 2: - Bắt đầu RFID đọc liệu từ thẻ từ, thẻ từ mã thiết lập sẵn vi điều khiển gửi lệnh thơng qua myserial + Nếu mã thẻ vi điều khiển gửi kí tự “1” qua cho Atmega328 + Nếu sai mã thẻ lần vi điều khiển gửi kí tự “2” qua cho Atmega328 - Quay trở lại ban đầu Với Atmega328P 1: - Bước 1: Bắt đầu vi điều khiển đọc liệu nhiệt độ từ DS18b20 mã hóa nhiệt độ đọc thành chuỗi gửi cho NRF21L01(phía thu) - Bước 2: Vi điều khiển đọc liệu từ serial, kí tự nhận “1” phát lệnh điều khiển gồm mở cữa phát giọng nói, nhận kí tự “2” vi điều khiển thực cảnh báo - Bước 3: Nếu nhiệt độ đọc lớn 40ºC phát lệnh gồm loa báo động mở cữa - Bước 4: Quay trở bại ban đầu bắt đẫu vòng lặp Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 24/27 CHƯƠNG - KẾT QUẢ Sơ đồ mạch in: Hình 3-1: Mạch in Server phía phát với NRF Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 25/27 Hình 3-2: Mạch in phía thu với NRF - Giao diện nhiệt độ hiển thị web Hình 3-3: Giao diện web điều khiển Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 26/27 - Mạch hồn thiện Hình 3-4: Mạch thực tế CHƯƠNG NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 4.1 Nhận xét - Ưu điểm: Sản phẩm có chức mở cửa thẻ từ với RFID có thơng báo qua giọng nói Có phát cảnh báo loa thẻ từ sai Phát cảnh báo loa tự động mở cữa nhiệt độ cao có cháy Giao diện điều khiển gồm đọc nhiệt độ từ máy tính thơng qua serial hiển thị Web Có thể xem lại lịch sử truy nhập RFID - thông qua file excel mở trực tiếp từ máy tính Nhược điểm Khả mở cữa vần chưa tốt, có độ trễ Giao diện điều khiển để xem lich sử truy nhập RFID web Đọc liệu thời tiết từ web chưa hoàn thiện Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 27/27 4.2 Kết luận - Sản phẩm có khả ứng dụng vào thực tế vấn đè bảo mật - tính ổn định cao Có khả thực nhiệm vụ bảo mật mở cữa cảnh báo - hiển thị web Sản phẩm cần phải cải thiện để có giao diện điều khiển web - thân thiện Hướng phát triển xây dựng mơ hình điều khiển trực tiếp qua module wifi ESP8266 module NRF TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://create.arduino.cc [2] http://www.alldatasheet.com/ [3] http://nodejs.org/ [4] http://hshop.vn/ [5]http://arduino.com [6] http://www.dfrobot.com [7] https://forum.arduino.cc [8]http://arduino.vn/ [9] http://www.microsolution.com.pk/ Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 28/27 PHỤ LỤC - Code sever Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 29/27 Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 30/27 } Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà ... http://www.microsolution.com.pk/ Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 28/27 PHỤ LỤC - Code sever Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 29/27 Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang... nhập Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 7/27 Hình 2-2: Sơ đồ khối ATmega38P[2] - Sơ đồ chân chức chân: Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 8/27 Hình 2-3: Sơ đồ chân... kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà Trang 21/27 2.3 Lưu đồ giả thuật nguyên lý hoạt động 2.3.1 Lưu đồ giải thuật Lưu đồ giải thuật phía phát NRF Thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa nhà