Báo cáo Thiết kế bộ ðiều khiển thiết bị sử dụng ðiện hiệu quả, tiết kiệm (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Thiết kế bộ ðiều khiển thiết bị sử dụng ðiện hiệu quả, tiết kiệm (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ BỘ ÐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ SỬ DỤNG ÐIỆN HIỆU QUẢ, TIẾT KIỆM S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: T2014 - 33 S KC 0 0 5 5 4 1 Tp. Hồ Chí Minh, 2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ SỬ DỤNG ĐIỆN HIỆU QUẢ, TIẾT KIỆM MÃ SỐ: T2014 - 33 Chủ nhiệm đề tài: THS. PHẠM TỶ PHÚ TP. HCM, 11/2014
3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ SỬ DỤNG ĐIỆN HIỆU QUẢ, TIẾT KIỆM MÃ SỐ: T2014 – 33 Chủ nhiệm đề tài: THS. PHẠM TỶ PHÚ TP. HCM, 11/2014
4. MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH SÁCH HÌNH 2 DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH 3 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4 RESULTS INFORMATION 5 MỞ ĐẦU 6 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 7 TÍNH CẤP THIẾT – MỤC TIÊU 8 CÁCH TIẾP CẬN 9 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 11 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 12 CHƢƠNG 1 13 CHƢƠNG 2 14 CHƢƠNG 3 28 CHƢƠNG 4 33 KẾT LUẬN 37 KIẾN NGHỊ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 1
5. DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 Sơ đồ khối bộ điều khiển. 16 Hình 2.2 Bàn phím ma trận 4x4. 17 Hình 2.3 Khối hiển thị LCD. 18 Hình 2.4 Sơ đồ chân DS1307. 18 Hình 2.5 Tổ chức bộ nhớ của DS1307. 18 Hình 2.6 Tổ chức các thanh ghi thời gian. 19 Hình 2.7 Hình ảnh cảm biến PIR và tầm phát hiện của sản phẩm dùng cảm biến PIR. 20 Hình 2.8 Sơ đồ mạch hệ thống điều khiển chính. 22 Hình 2.9 Sơ đồ mạch của vi điều khiển khối triac. 23 Hình 2.10. Sơ đồ mạch của vi điều khiển khối triac. 24 Hình 2.11. Khối công suất triac. 25 Hình 2.12 Mạch PCB khối công suất triac. 26 Hình 3. 1 Lưu đồ chính. 28 Hình 4.1 Sản phẩm sau khi thi công. 33 Hình 4.2 Sản phẩm đang dùng ở phòng D501. 34 Hình 4.3 Cách kết nối. 35 2
6. DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH A. Các thành viên tham gia gồm có 1. NGUYỄN ĐÌNH PHÚ B. Các đơn vị phối hợp 1. Nhóm giảng viên dạy thực hành vi xử lý – vi điều khiển của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ thuật. 3
7. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ Tp. HCM, ngày 1 tháng 11 năm 2014 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ SỬ ĐIỆN HIỆU QUẢ, TIẾT KIỆM - Mã số: T2014 – 33 - Chủ nhiệm: Ths. PHẠM TỶ PHÚ - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: THÁNG 2/2014 ĐẾN THÁNG 11/2014 2. Mục tiêu: Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng mô hình điều khiển tiêu thụ điện hiệu quả tiết kiệm. 3. Tính mới và sáng tạo: Hệ thống điều khiển thiết bị có khả năng điều khiển tự động và bán tự động. Cảm biến PIR được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của người trong phòng từ đó đưa ra giải pháp sử dung hiệu quả (nếu không có người thì tắt hết thiết bị). Cảm biến ánh sáng đo cường độ sáng trong phòng để đưa ra mức chiếu sáng hợp lý (nếu đủ độ sáng thì tắt bớt đèn). Hệ thống có khả năng giao tiếp với các mạng khác thông qua giao tiếp CAN, tăng tính linh hoạt và mở rộng hệ thống. 4. Kết quả nghiên cứu: Hoàn thành hệ thống điều khiển tiêu thụ điện tiết kiệm. Áp dụng thực tế hệ thống điều khiển tiêu thụ trong hệ thống điện ở phòng D501. 5. Sản phẩm: Bộ điều khiển tiêu thụ điện. 6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: Hệ thống đã được ứng dụng để điều khiển các thiết bị điện ở phòng D501 cho hiệu quả tích cực, vận hành ổn định, đạt yêu cầu về an toàn và tiết kiệm. Hệ thống có khả năng áp dụng cho các phòng học và các phòng làm việc và được điều khiển bởi hệ thống trung tâm qua giao tiếp CAN. Ngoài việc áp dụng trong trường, hệ thống có khả năng được thương mại hóa và chuyển giao cho các công ty có nhu cầu. Trƣởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên, đóng dấu) (ký, họ và tên) Ths. PHẠM TỶ PHÚ 4
8. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA ĐIỆN ĐIỆN TƢ Tp. HCM, ngày 1 tháng 11 năm 2014 RESULTS INFORMATION 1. General Information: Project title: DESIGN OF EFFECTIVE POWER CONSUMPTION SYSTEM - Item Number: T2014 - 33 - Chairman: PHAM TY PHU, M.Eng - Responsible agencies: University of Technology and Education Ho Chi Minh City - Implementation period: 2/2014 to 11/2014 2. Objectives Research and design efficiency power consumption system. Install the system to control the power system in D501 room. 3. Novelty and creativity: The system controls device by automatic or semi-automatic modes. Two PIR sensors are used to sense movement of people in its field of view, then, the system can control the devices in room effectively. The Ambient Light Sensor detects light in room to turn off the light whether the room is enough light. The system can connect to other system by CAN interface. 4. The study results: The research results are already built the power consumption system. 5. Products: A power consumption system, 6. Efficient method of transferring research results and the ability to apply: The system was applicated to control the power system in D501 room. The system operated PHAM TY PHU, M.Eng 5
9. MỞ ĐẦU Các bộ điều khiển được trang bị trong các toà nhà để điều khiển tất cả các thiết thiết bị ngày càng phổ biến, sản phẩm đã được thương mại. Các toà nhà sử dụng thiết bị điều khiển này được gọi ngắn gọn là nhà thông minh. Nhà thông minh (smart home) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử được điều khiển tự động hoá hoàn toàn hoặc bán tự động, thay thế con người trong việc thực hiện một số thao tác quản lý, điều khiển. Ngày nay, xã hội càng hiện đại, khoa học kỹ thuật càng phát triển thì cuộc sống của con người càng đầy đủ tiện nghi và việc ứng dụng tự động hóa càng được rộng rãi. Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với Internet và điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhà hoạt động theo yêu cầu. Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngôn ngữ của nhau và có khả năng tương tác với nhau. Tuy nhiên, có một điều có thể nhận thấy là giải pháp quản lý ngôi nhà thông minh hoặc tòa nhà thông minh do các tập đoàn lớn hay các doanh nghiệp nhỏ cung cấp đều phụ thuộc khá nhiều vào chất lượng dịch vụ viễn thông, bao gồm mạng điện thoại và mạng Internet tốc độ cao. Đối với nhà thông minh thì ngày càng phát triển và ứng dụng nhiều công nghệ để điều khiển nhằm mang lại hiệu quả tiện nghi, hiện đại cho con người, còn đối với các phòng học, phòng thí nghiệm, phòng thực hành, phòng làm việc của các cán bộ công sở với các thiết bị sử dụng không nhiều khác với các thiệt bị sử dụng ở nhà cũng cần có một giải pháp quản lý và điều khiển nhầm đem lại hiệu quả tiết kiệm tránh lãng phí và đó chính là nội dung nghiên cứu của đề tài. 6
10. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Thiết bị điều khiển mà nhóm nghiên cứu thực hiện cũng gần giống như thiết bị điều khiển toà nhà thông minh, tuy nhiên đối tượng phục vụ thì khác nhau. Nhà thông minh sử dụng thiết bị điều khiển và quản lý các thiết bị dùng điện trong đã được ứng dụng rất nhiều trên thế giới và trong những năm gần đây đã xuất hiện nhiều ở Việt Nam. Ví dụ như trong Triển lãm thành tựu kinh tế - xã hội Việt Nam và Thăng Long - Hà Nội 2010, Bkav đã giới thiệu Hệ thống nhà thông minh SmartHome hoàn toàn do các kỹ sư và chuyên gia của Công ty đầu tư phát triển công nghệ ngôi nhà thông minh Bkav SmartHome nghiên cứu và sản xuất. Trường ĐH Công nghệ cũng đã thành công với đề tài nghiên cứu về nhà thông minh thuộc và gần đây nhất là hội thảo về Giải pháp nhà thông minh do Công ty Cổ phần Biển Bạc phối hợp với các đối tác tổ chức tại Hà Nội đã thu hút được đông đảo khách quan tâm tham dự. Sản phẩm điều khiển cho toà nhà thông minh đã được thương mại tuy nhiên tại Việt Nam thì còn hạn chế, chỉ phổ biến đối với các gia đình có khả năng tài chánh tốt. Trở lại với thiết bị của nhóm nghiên cứu là phục vụ cho các phòng học, phòng thí nghiệm, phòng thực hành, văn phòng làm việc thì chưa có thiết bị điều khiển phù hợp với các thiết bị sử dụng trong phòng làm việc nhầm mục đích sử dụng thiết bị điện hiệu quả và tiết kiệm. 7
11. TÍNH CẤP THIẾT – MỤC TIÊU Các phòng học, phòng thí nghiệm, phòng thực hành ở các trường học nói chung đều phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập, các thiết bị sử dụng chính là đèn, quạt và máy lạnh, máy tính. Việc sử dụng các thiết bị để phục vụ cho học tập là nhu cầu tất yếu tuy nhiên trong quá trình sử dụng vẫn còn nhiều trường hợp lãng phí như quên tắt thiết bị khi không còn sử dụng, nhiều trường hợp đang sử dụng thì mất điện, sau đó nghỉ quên tắt, hoặc tắt không hết các thiết bị, phần lớn các nguyên nhân đều do người sử dụng. Một phòng thực hành trung bình dùng 6 thiết bị quạt, 20 bóng đèn nếu chúng ta quên tắt sau giờ làm việc từ 18 giờ ngày hôm trướcc đến 7 giờ sáng ngày hôm sau thì số lượng điện lãng phí là 20 40W 14h 6 65W 14h 16660W 16,66KW Nếu sử dụng máy lạnh thì tuỳ thuộc công suất nếu 1 HP thì số lượng điện lãng phí là 746W 14h 10444W 10,5KW Với các trường hợp vừa nêu thì thời gian lãng phí tính từ chiều ngày hôm trước đến đầu giờ ngày hôm sau, còn đối với các trường hợp sau như nghỉ từ chiều thứ 7 đến sáng thứ 2 hoặc các phòng thực hành không liên tục thì thiết bị lại tiếp tục hoạt động mà người sử dụng không biết. Với thời gian từ chiều thứ 7 đến sáng thứ 2 cho 1 máy lạnh 1HP thì số công suất tiêu thụ lãng phí là: 746W (14h 24h) 28384W  28,4KW Trường chúng ta cũng có nhiều giải pháp nhằm tránh lãng phí bằng kiểm tra các phòng học, phòng làm việc nếu còn để thiết bị hoạt động ngoài giờ làm việc thì lập biên bảng, phạt tiền người vi phạm vá cắt thi đua đơn vị vi phạm để nâng cao ý thức chống lãng phí, tuy nhiên vẫn còn nhiều trường hợp lãng phí mà chúng ta không mong muốn, còn nhiều thiết bị hoạt động không phát hiện ra như máy lạnh, quạt vì tiếng ồn nhỏ không nghe được. Ngoài ra ở các phòng làm việc của các cán bộ quản lý, mỗi người 1 phòng khi ra khỏi phòng đi họp, đi dạy nhiều giờ nhưng không tắt các thiết bị. Một giải pháp chống lãng phí hiệu quả là phải có một thiết bị điều khiển tự động tắt các thiết khi không còn sử dụng và đó cũng chính là tính cấp thiết và mục tiêu của đề tài. 8
12. CÁCH TIẾP CẬN Nhóm nghiên cứu đã khảo sát các phòng thực hành để thu thập các thông tin về các thiết bị sử dụng điện. Khảo sát hết tất cả các phòng thực hành thí nghiệm ở toà nhà D của trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật. Khảo sát các văn phòng làm việc của các cán bộ quản lý cấp khoa, cấp bộ môn. Ghi nhận các trường hợp yêu cầu sử dụng thiết bị điện. Ghi nhận số lượng thiết bị sử dụng, công suất thiết bị. Đưa các giải pháp điều khiển mà nhóm dự định thực hiện cho người sử dụng đánh giá và góp ý. Từ các dữ liệu thu thập được nhóm tiến hành tính toán thiết kế thử nghiệm cho đến khi đạt được sản phẩm mong muốn. 9
13. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tiến hành thu thập dữ liệu các thiết bị điện đang sử dụng ở các phòng thực hành, phòng làm việc. Phân tích tổng hợp các dữ liệu về loại thiết bị, số lượng thiết bị, công suất thiết bị. Thiết kế sơ đồ khối. Tính toán và lựa chọn linh kiện cho phù hợp với các yêu cầu của từng khối. Khả năng tương thích, khả năng mở rộng Tiến hành thi công, lập trình. Thử nghiệm thực tế Chỉnh sửa lại thiết kế và chương trình cho phù hợp. 10
14. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nhóm tiến hành nghiên cứu các đối tượng bao gồm: Số lượng phòng thực hành, phòng làm việc ở toà nhà D. Các thiết bị sử dụng điện trong từng phòng như đèn, quạt, máy lạnh. Bộ vi điều khiển và các thiết bị có liên quan để đáp ứng các yêu cầu điều khiển Thiết bị điều khiển công suất để giao tiếp giữa vi điều khiển và thiết bị dùng điện. Thiết kế bộ khiển để quản lý hoạt động các thiết bị điện nhằm tránh các lãng phí sử dụng cho các phòng thực hành và phòng làm việc trong toà nhà D. 11
15. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nội dung nghiên cứu được chia làm 4 chương: Chương 1: Khảo sát các phòng thực hành, phòng làm việc của toà nhà D. Chương 2: Xây dựng các yêu cầu và thiết kế bộ điều khiển Chương 3: Lập trình cho bộ điều khiển. Chương 4: Kết quả nghiên cứu. 12
16. CHƯƠNG 1 KHẢO SÁT CÁC PHÒNG THựC HÀNH, PHÒNG LÀM VIệC CủA TOÀ NHÀ D I. GIỚI THIỆU Mục đích của đề tài là thiết kế bộ điều khiển để quản lý điều khiển đèn quạt máy lạnh của các phòng thực hành, phòng thí nghiệm và các văn phòng làm việc của các cán bộ quản lý nhằm tắt các thiết bị khi hết giờ làm việc hay không có người trong phòng để tránh lãng phí điện năng và kéo dài tuổi thọ hoạt động của thiết bị. Tuy nhiên sản phẩm sau khi nghiên cứu phải đáp ứng được các yêu cầu thực tế nên nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát các phòng thực hành, phòng thí nghiệm và các văn phòng làm việc của toà nhà D trường đại học Sư phạm Kỹ thuật của khoa Điện – Điện tử. II. KHẢO SÁT TOÀ NHÀ D Toà nhà D có 5 tầng phục vụ cho khoa Điện – Điện tử được sử dụng để làm các phòng thực hành điện tử cơ bản, phòng thực hành kỹ thuật số, phòng thực hành thiết kế vi mạch, thực hành điện tử công suất, thực hành máy tính, thực hành viễn thông, Ngoài các phòng thực hành thì có 6 văn phòng cho ban chủ nhiệm khoa và thư ký khoa. Các phòng thực hành thì có nhiều kích khác nhau chia làm 4 kích thước: 50m2, 75m2, 100m2 và 125m2. Phòng 50m2 thì có 2 dãy đèn và 2 quạt trần hoặc 4 quạt tường. Phòng 75m2 thì có 4 dãy đèn và 4 quạt trần hoặc 2 quạt trần và 2 quạt tường. Phòng 100m2 thì có 6 dãy đèn và 6 quạt trần. Phòng 125m2 thì có 8 dãy đèn và 8 quạt trần. Mỗi dãy đèn thì có 1 contact điều khiển và có 4 bóng đèn 1m2 Có một phòng được trang bị máy lạnh, có phòng 1 máy, còn lại đa số thì 2 máy lạnh 1,5HP. Riêng phòng điện tử công suất thì có trang bị 1 máy lạnh công suất lớn. Các văn phòng làm việc thì có 4 phòng lớn và 2 phòng nhỏ, phòng lớn thì có 2 dãy đèn 0,6m, có 1 máy lạnh công suất 1,5 HP. Phòng nhỏ thì 1 dãy đèn và 1 máy lạnh công suất 1HP. Các phòng làm việc thì hoạt động theo giờ hành chánh, tuy nhiên các phòng làm việc của ban chủ nhiệm khoa thì có thể kéo dài đến 21 giờ. Các phòng thực hành chủ yếu là hoạt động theo giờ học của trường sáng bắt đầu từ 7 giờ, đến 11 giờ 30 thì nghỉ. Chiều bắt đầu từ 12 giờ 30 đến 17 giờ 50 là nghỉ. Tuy nhiên khi dạy các lớp địa phương thì có thể dạy ban đêm và thời gian kéo dài đến 21 giờ 30 là nghỉ. Đèn hành lang các dãy phòng được mở từ 18 giờ ngay hôm trước đến 6 giờ sáng ngày hôm sau. Qua các khảo sát này nhóm có được các thông số cụ thể nhằm lựa chọn thiết bị công suất đáp ứng được khả năng sử dụng của các thiết bị. 13
17. CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG CÁC YÊU CẦU VÀ THIếT Kế BỘ ĐIềU KHIểN I. GIỚI THIỆU Như đã giới thiệu bộ điều khiển có chức năng chính là tắt các thiết bị dùng điện khi hết giờ làm việc, tắt các thiết bị sử dụng điện khi không còn người trong phòng làm việc nhằm tránh lãng phí điện năng và sử dụng điện một cách hiệu quả. Việc tránh lãng phí do sử dụng điện không những giúp chúng ta tiết kiệm chi phí mà còn làm giảm bớt nguồn tài nguyên đang sử dụng để tạo ra điện để có thể kéo dài thời gian sử dụng của nguồn phát điện cũng như tăng tuổi thọ của thiết bị dùng điện. Với chức năng như thế thì nhóm nghiên cứu phải tiến hành xây dựng các yêu cầu điều khiển và tiến hành thiết kế bộ điều khiển đáp ứng các yêu cầu đó. II. XÂY DỰNG CÁC YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN Để thiết kế bộ điều khiển thì phần xây dựng các yêu cầu điều khiển là rất quan trọng, giúp chúng ta đáp ứng được tất cả các yêu cầu mà không phải thiết kế nhiều lần tốn kinh phí. Chính vì thế mà ta phải có nhiều yêu cầu điều khiển càng rõ ràng càng tốt và càng nhiều càng tốt. Sau đây la các yêu cầu của nhóm nghiên cứu: 1. Yêu cầu về an toàn, sử dụng, lắp đặt: Bộ điều khiển phải an toàn cho người sử dụng. Bộ điều khiển phải dễ dàng sử dụng cho tất cả các đối tượng. Bộ điều khiển khi sử dụng không được thay đổi hệ thống dây điện đang điều khiển bằng contact đang sử dụng. Khi bộ điều khiển hỏng thì các thiết bị vẫn được sử dụng bình thường để đảm bảo tính liên tục các hoạt động giảng dạy. 2. Yêu cầu về thời gian quản lý, điều khiển: Cho phép điều khiển thiết bị đèn, quạt, máy lạnh theo giờ học: cho phép mở từ 7 giờ đến 11 giờ 30, từ 12 giờ 30 đến 17 giờ 50. 14
18. Người sử dụng mở thiết bị nhưng quên tắt thì hệ thống sẽ tự động tắt khi hết giờ làm việc. Cho phép chọn chế độ mở thiết bị trong phòng cho các lớp học ban đêm đến 21 giờ 30 thì tự động tắt hết. Có đồng hồ thời gian thực hiển thị trên LCD cho phép chỉnh thời gian nếu sai giờ. Từ 21 giờ trở đi thì chuyển sang chế độ báo động nếu phát hiện người trong phòng. (Chọn cho phép hoặc không cho phép) Có chức năng điều khiển đèn hành lang từ 18 giờ đến 6 giờ sáng ngày hôm sau, có thể điều chỉnh được. Có âm thanh báo giờ ra vào lớp, giờ giải lao. (Chọn cho phép hoặc không cho phép) Khi các thiết bị điện đang sử dụng nếu cảm biến phát hiện người không còn trong phòng thì tự động tắt bớt thiết bị theo thời gian và sẽ tắt hết. 3. Yêu cầu về bảo vệ quá tải: Đo được công suất đang sử dụng của các thiết bị trong phòng. Có thể ngắt nếu quá tải và báo động quá tải. Đo được dòng tải của từng ngõ ra. 4. Yêu cầu khác: Cho phép tắt/mở các thiết bị độc lập bằng các nút nhấn. Cho phép tắt/mở tất cả các thiết bị thường dùng trong phòng chỉ bằng 1 nút nhấn. III. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Từ các yêu cầu điều khiển thì phần này nhóm sẽ tiến hành thiết kế bộ điều khiển có chức năng đáp ứng các yêu cầu đã nêu. 1. Thiết kế sơ đồ khối Sơ đồ khối của bộ điều khiển như Hình 2.1: 15
19. Khối Khối cảm Khối thời truyền dữ biến nhiệt gian thực liệu Khối công Khối cảm Khối điều suất, cảm biến PIR khiển biến dòng Khối Khối khiển nguồn thị Hình 2.1 Sơ đồ khối bộ điều khiển. Khối điều khiển trung tâm phải có khả năng điều khiển hết tất cả các thiết bị của tất cả các dãy phòng với số lượng thiết bị khác nhau, không phải thay đổi thiết kế khi số lượng thay đổi. Khối công suất là rất phức tạp vì số lượng các thiết bị điều khiển của các phòng khác nhau nên khi thiết kế chi tiết rất khó, nếu số lượng thiết bị điều khiển ít thì dùng các port của vi điều khiển ít, nếu số lượng nhiều thì phải dùng nhiều port dẫn đến vi điều khiển không có khả năng đáp ứng. Để tiện lợi cho khả năng điều khiển cũng như khả năng đáp ứng thì trong hệ thống thiết kế dùng riêng 1 vi điều khiển có 32 IO để có thể điều khiển cho 32 ngõ ra. Để có thể điều khiển và quản lý thiết bị theo thời gian thì trong hệ thống có 1 đồng hồ thời gian thực. Khối hiển thị có chức năng hiển thị thông tin thời gian, nhiêt độ phòng, dòng điện của tải đang dùng, trạng thái hoạt động của các thiết bị. Khối bàn phím cho phép người sử dụng điều khiển tắt mở các thiết bị, điều chỉnh thời gian. 2. Lựa chọn thiết bị cho từng khối a. Khối bàn phím Khối bàn phím có chức năng dùng để điều khiển các thiết bị với số lượng thiết bị có thể lên đến 32 thiết bị nên phải dùng bàn phím ma trận. Khi chọn bàn phím thì phải thoã các yêu cầu: nhỏ gọn, đầy đủ, bền, nhiều phím quá làm rối người sử dụng, nhưng ít phím quá thì điều khiển trở nên phức tạp. Để hài hoà các tiêu chí thì nhóm nghiên cứu quyết định chọn bàn phím ma trận 4x4 là 16 phím đang có sẵn trên thị trường như Hình 2.2. 16
20. Hình 2.2 Bàn phím ma trận 4x4. Trong bàn phím này ta sử dụng các phím số từ 0 đến 7 để điều khiển tắt mở 8 thiết bị là đèn, cùng 1 phím chức năng chuyển trạng thái sang điều khiển 8 thiết bị là quạt, với bàn phím ma trận 16 phím ta có thể lập trình được nhiều chức năng. Các phím còn lại có thể lập trình để có các chức năng mong muốn như nhấn 1 nút thì mở hết tất cả các thiết bị hay nhấn 1 nút thì tắt hết tả các thiết bị. Bàn phím ma trận 4x4 sẽ sử dụng 8 đường IO của vi điều khiển trung tâm. b. Lựa chọn khối hiển thị Khối hiển thị có chức năng hiển thị được nhiều thông tin như đã nêu ở trên và đáp ứng được yêu cầu kích thước, có nhiều loại kích thước LCD khác nhau, nhóm nghiên cứu quyết định chọn LCD 20×4 có thể hiển thị được 80 ký tự, hình ảnh LCD và sơ đồ chân như hình 2-2. 17
21. Hình 2.3 Khối hiển thị LCD. Để giao tiếp với màn hình LCD thì có 2 chuẩn giao tiếp: giao tiếp 8 bit dữ liệu và giao tiếp 4 bit dữ liệu. Giao tiếp 8 bit thì nhanh gấp đôi giao tiếp 4 bit. Ngoài 8 tín hiệu dữ liệu còn 3 tín hiệu điều khiển. c. Lựa chọn khối thời gian thực Khối hiển thời gian thực đóng vai trò quan trọng trong điều khiển và quản lý thiết bị theo thời gian thực. Trong hệ thống phải có khối thời gian thực để điều khiển cho phép mở thiết bị trong giờ học hay giờ làm việc và tự động tắt các thiết bị ngoài giờ làm việc và ngoài giờ học. Có nhiều IC thời gian thực phân loại theo phương thức giao tiếp: giao tiếp song song và giao tiếp nối tiếp. Giao tiếp song song thì nhanh hơn giao tiếp nối tiếp nhưng sử dụng nhiều tín hiệu, giao tiếp nối tiếp thì chậm như sử dụng ít đường tín hiệu. Do yêu cầu về tốc độ không cao nên nhóm nghiên cứu chọn IC thời gian thực là Ds13B07 giao tiếp theo chuẩn nối tiếp I2C chỉ dùng 2 tín hiệu. Sơ đồ chân IC như hình 2.4 và sơ đồ tổ chức bên trong như hình 2.5 và 2.6. Hình 2.4 Sơ đồ chân DS1307. ADDRESS 00H SECONDS 01H MINUTES 02H HOURS 03H DAY 04H DATE 05H MONTHS 06H YEARS 07H CONTROL 08H RAM 56 BYTE 3FH Hình 2.5 Tổ chức bộ nhớ của DS1307. 18
22. S K L 0 0 2 1 5 4