Đề tài Thiết kế - Thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình

54 trang phuongnguyen 6551

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đề tài Thiết kế - Thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

de_tai_thiet_ke_thi_cong_mach_dieu_khien_thiet_bi_dien_trong.pdf

Nội dung text: Đề tài Thiết kế - Thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình

Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình
VI LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển của khoa học giúp ích và phục vụ cho con người rất nhiều trong mọi lĩnh vực.Sự tiến bộ này bao gồm cả ngành kỹ thuật điện tử, tin học Không những vậy, chúng còn là những ngành mũi nhọn trong xu thế công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước chúng ta hiện nay. Kỹ thuật điện tử phát triển dẫn đến là sự ra đời của các chip vi xữ lý, bộ nhớ, máy tính có khả năng xữ lý ngày càng cao. Vì vậy, vấn đề điều khiển đã được chú ý rất nhiều và đã được đem ra ứng dụng rộng rãi ở hầu hết các lĩnh vực như lao động, sản xuất, nghiên cứu,quốc phòng, vui chơi giải trí Hiện nay, các nhà sản xuất đang đưa ra các thiết bị điện tử hầu hết là phục vụ cho nhu cầu giải trí của con người. Vấn đề điều khiển đang được chú ý nhiều ví dụ như một người có thể ngồi ở bất cứ đâu cũng có thể làm việc, học hỏi, tìm kiếm thông tin, điều khiển mọi thứ chỉ bằng cách nhấn nút. Ý tưởng ngồI một chỗ có thể điều khiển các thiết bị ở các phòng trong một căn nhà hay trong những công sở xí nghiệp đã được nghiên cứu ứng dưng từ rất sớm như: các thiết bị để quản lý các thiết bị trong các nhà cao tầng, các khách sạn sang trọng Trong phạm vi hiểu biết của mình, nhóm thực hiện đã tìm hiểu, thực hiện đề tài :”Thiết kế, thi công mạch điều khiển thiết bị trong gia đình .” Trong quá trình thực hiện luận văn này, với kiến thức và thời gian còn hạn chế nên đề tài còn nhiều sai sót không tránh khỏi nên kính mong các thầy cô và các bạn sinh viên thông cảm và đóng góp ý kiến quí báu để đề tài này được hoàn thiện hơn. Nhóm thực hiện đề tài.
VII LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được đề tài này, ngoài sự cố gắng nổ lực của bản thân, nhóm thực hiện đề tài chúng em đã có được sự giúp đỡ vô cùng quí báu của gia đình, nhà trường, thầy cô và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc chúng em kính xin được gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến: - Thầy Lê Thanh Đạo, thầy trực tiếp hướng dẫn đề tài, đã tận tình chỉ dẫn chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài để từ đó chúng em đã đúc kết cho mình những kiến thức bổ ích. - Quý thầy cô khoa Điện tử. - Quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật. - Tập thể lớp cùng các bạn sinh viên. - Ba mẹ và các anh chị đã tận tình giúp đỡ về tinh thần và vật chất cho chúng con trong thời gian qua. Xin chân thánh cảm ơn tất cả vì đã tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành tập luận văn này. Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực hiện đề tài
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 12 MỤC LỤC Phần A : GIỚI THIỆU Trang tựa i Nhiệm vụ đề tài ii Nhận xét của giáo viên hướng dẫn iii Nhận xét của giáo viên phản biện iv Nhận xét của hội đồng phản biện v Lời mở đầu vi Lời cảm ơn vii Mục lục viii Liệt kê bảng x Liệt kê hình xi Phần B : NỘI DUNG Chương 1 : DẪN NHẬP 2 1.1 Đặt vấn đề 2 1.2 Tầm quan trọng của đề tài 2 1.3 Giới hạn đề tài 2 1.4 Mục đích nghiên cứu 3 Chương 2 : CƠ SỞ LÍ LUẬN 4 2.1 Đối tượng nghiên cứu 4 2.2 Dàn ý nghiên cứu 4 2.3 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu 4 2.4 Lập kế hoạch nghiên cứu 4 Chương 3 : MỘT SỐ IC SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 5 3.1 Một số IC sử dụng trong đồ án 5 3.2 Vi điều khiển AT89C51 5 3.3 IC phát remote hồng ngoại (LC7461) 8 3.4 IC đệm đường truyền vi sai (SN75176) 11 Chương 4 : THIẾT BỊ HIỂN THỊ LCD 12 4.1 Giới thiệu chung 12 4.2 Sơ đồ chân và kích thước của LCD 12 4.3 Sơ đồ khối của LCD 13 4.4 Các chân của LCD 13 4.5 Một số đặt tính của LCD sử dụng trong đề tài 14 4.6 Sơ đồ giải thuật lập trình LCD 18 Chương 5 : ĐƯỜNG TRUYỀN, XUNG ĐỘT VÀ CHỐNG XUNG ĐỘT TRÊN ĐƯỜNG TRUYỀN 21 5.1 Mạch giao tiếp đường truyền 21 5.2 Chuẩn giao tiếp RS485 23 5.3 Xung đột và một số giải pháp chống xung đột 23
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 13 Chương 6 : ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 26 6.1 Triac 26 6.2 Một số đặt tính của MOC3020 29 Chương 7 : THIẾT KẾ - THI CÔNG 30 7.1 Thiết kế 30 7.2 Thi công 34 Chương 8: PHẦN MỀM MBE 40 8.1 Giới thiệu phần mềm điều khiển MBE 40 8.2 Giới thiệu những phần mềm vẽ sơ đồ phòng 42 Chương 9 :TÓM TẮT- KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ 45 9.1 Tóm tắt 45 9.2 Kết luận 45 9.3 Đề nghị 45 Tài liệu tham khảo 46 Phần C : PHỤ LỤC Chương trình phần mềm MBE viết bằng Delphi 5 48 Chương trình cho vi điều khiển AT89C51 72
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 14 LIỆT KÊ CÁC BẢNG Bảng 3.1: Chức năng các bit trong thanh ghi SCON 7 Bảng 3.2: Mã phím của LC7461 9 Bảng 3.3: Mã phím đa hợp của LC7461 9 Bảng 3.4: Bảng trạng thái phát của SN75176 11 Bảng 3.5: Bảng trạng thái nhận của SN75176 11 Bảng 4.1 : Kí hiệu, chức năng các chân của LCD 13 Bảng 4.2 : Địa chỉ để hiển thị chữ của LCD 14 Bảng 4.3 : Bảng mã địa chỉ các kí tự hiển thị của CGRAM 15 Bảng 4.4 : Bảng mã ghi/đọc dữ liệu trong LCD 16-17
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 15 LIỆT KÊ CÁC HÌNH Hình 3.1 : Sơ đồ chân AT89C51 6 Hình 3.2 : Sơ đồ chân LC7461 8 Hình 3.3 : Các bit được phát đi của LC7461 9 Hình 3.4 : Trạng thái hoạt động khi bấm phím đa hợp của LC7461 9 Hình 3.5 : Dạng sóng truyền đi của IC LC7461 10 Hình 3.6 : Sơ đồ chân SN75176 11 Hình 3.7 : Kí hiệu logic của SN75176 11 Hình 3.8 : Sơ đồ logic của SN75176 11 Hình 3.9 : Sơ đồ kết nối theo dạng bus của SN75176 11 Hình 4.1 : Sơ đồ chân và kích thước của LCD 16x1 12 Hình 4.2 : Sơ đồ khối của LCD 13 Hình 4.3 : Sơ đồ kết nối điều chỉnh độ tương phản cho LCD 14 Hình 5.1 : Ghép nối trực tiếp TTL 21 Hình 5.2 : Ghép nối TTL + đường truyền không cân bằng 22 Hình 5.3: Ghép nối TTL + đường truyền cân bằng 22 Hình 6.1 : Kí hiệu Triac 26 Hình 6.2 : Sơ đồ tương đương của triac 26 Hình 6.3 : Đặc tuyến Triac 27 Hình 6.4 : Mạch tự kích Triac 28 Hình 6.5 : Mạch ngắt Triac 28 Hình 6.6 : Kí hiệu MOC3020 28 Hình 6.7 : Sơ đồ mạch khích triac dùng opto MOC3020 29 Hình 7.1 : Sơ đồ khối hệ thống 30 Hình 7.2 : Sơ đồ nguyên lí khối đệm và kiểm tra trạng thái đường truyền 31 Hình 7.3 : Sơ đồ nguyên lí khối thu hồng ngoại 31 Hình 7.4 : Sơ đồ nguyên lí khối điều khiển 32 Hình 7.5 : Bàn phím ma trận 4x4 32 Hình 7.6 : Sơ đồ nguyên lí khối xuất đọc 33 Hình 7.7 : Sơ đồ nguyên lí khối điều khiển công suất 33 Hình 7.8 : Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển 35 Hình 7.9 : Sơ đồ nguyên lí mạch giao tiếp máy tính với bus 36 Hình 7.10 : Sơ đồ mạch in của board giao tiếp máy tính với bus 37 Hình 7.11 : Sơ đồ bố trí linh kiện của board giao tiếp máy tính với bus 37 Hình 7.12 : Sơ đồ mạch in của board mạch chính 38 Hình 7.13 : Sơ đồ bố trí linh kiện board mạch chính 39 Hình 8.1 : Giao diện chính của chương trình 40 Hình 8.2 : Giao diện chi tiết cho từng phòng 42 Hình 8.3 : Giao diện chính của phần mềm Smartdraw 40 Hình 8.4 : Giao diện chính của Room Arranger 43 Hình 8.5 : Thiết lập thông số cho bản vẽ 44
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 16 Phần A GIỚI THIỆU
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 17 CHƯƠNG 1 DẪN NHẬP 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, sự phát triển của khoa học đặc biệt là trong lĩnh vực điện tử và tin học, đã giúp ích cho con người rất nhiều trong lao động sản xuất, trong cuộc sống, nghiên cứu khoa học, trong vui chơi giải trí Sự phát triển này càng làm cho công việc của mọi người trở nên thoải mái, nhẹ nhàng, hiệu quả hơn. Bên cạnh đó, nó còn được ứng dụng để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt giải trí của con người. Một thiết bị nghe nhạc nhỏ xíu có thể lưu hàng ngàn bài hát, ti vi có thể truy cập mạng teletext hay internet có thể ngồi bất cứ đâu để làm việc hay mua hàng Xu hướng điều khiển nhiều thứ mà chỉ cần ở một chỗ, giúp con người đỡ mất công đi lại nhiều đang trở thành mục tiêu của nhiều công ty doanh nghiệp ở mọi nơi. Điều khiển, quản lí các thiết bị cho nhiều phòng từ lâu đã được ứng dụng để phục vụ trong các tòa nhà cao tầng, khách sạn Tuy nhiên nếu áp dụng cho những toà nhà thấp hơn, hay cho các căn hộ trong gia đình thì rất tốn kém và không phù hợp Do đó, để đáp ứng xu hướng trên nhóm thực hiện đề tài đã quyết định chọn ý tưởng cho đề tài :” Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình “. 1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI Việc kiểm tra, điều khiển trạng thái các thiết bị trong những căn phòng, đặt biệt là trong những nhà nhiều tầng hoặc nhiều phòng gặp khá nhiều phiền toái khi phải đến từng phòng để khiểm tra, điều khiển các thiết bị điện trong phòng. Nếu công việc này được thực hiện ở bất cứ phòng nào trong nhà mà không phải đi đến từng phòng thì sẽ giảm thời gian, công sức cho người sử dụng. Xuất phát từ nhu cầu ấy, nhóm thực hiện đề tài :”Thiết kế - thi công mạch điều thiết bị điện trong gia đình” một mô hình những board mạch có khả năng kết nối với nhau để điều khiển qua lại giữa các phòng với nhau. Các board này còn có thể kết nối với máy tính, có thể điều khiển từ xa bằng remote hồng ngoại. 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Do những hạn chế về kiến thức, thời gian thực hiện cũng như kinh nghiệm thực tế, nhóm thực hiện đề tài chỉ thực hiện được những việc sau : • Thiết kế và thi công mô hình chỉ gồm 3 board cho 3 phòng. • Mỗi board có thể điều khiển 8 thiết bị. • Kết nối với máy tính bằng cổng nối tiếp (cổng COM). • Có khả năng mở rộng tối đa là 32 board. • Khoảng cách truyền tín hiệu giữa các board trong phạm vi 1Km. • Thiết bị trong từng phòng có thể được điều khiển bằng tay hay điều khiển từ xa bằng remote hồng ngoại • Có thể hẹn giờ tắt cho từng thiết bị. • Chỉ có thể điều khiển các thiết bị công suất nhỏ, đơn giản
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 18 1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Trong quá trình thực hiện đề tài, người thực hiện có thể nắm được các vấn đề sau : • Thông qua việc thực hiện đề tài, giúp cho người thực hiện ôn lại những kiến thức đã học, đồng thời lĩnh hội được nhiều kiến thức mới từ tài liệu, giáo viên hướng dẫn, bạn bè. Ngoài ra còn có thể nâng cao tay nghề, biết cách lập trình bằng Delphi, giao tiếp máy tính, lập trình cho vi điều khiển họ MSC51. • Qua đó, phát sinh những vấn đề cần mới giúp đề tài càng được hoàn chỉnh. • Có thể áp dụng trong thực tế.
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 19 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU CẦN ĐẠT ĐƯỢC Mục đích : Thiết kế và thi công hoàn chỉnh mạch có khả năng : • Giao tiếp, điều khiển, kiểm tra thiết bị giữa các phòng với nhau. • Có khả năng giao tiếp với máy tính. • Thiết bị mỗi phòng đều có thể điều khiển bằng tay hoặc bằng remote hồng ngoại. Yêu cầu : • Thiết kế và thi công hoàn chỉnh phần cứng và phần mềm. • Mạch hoạt động ổn định, chính xác. • Phải chống nhiễu, khoảng cách giao tiếp giữa các board mạch phải đủ xa trong phạm vi tòa nhà. • Giao diện phải thân thiện, dễ sử dụng. 2.4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN Phương pháp: • Tìm kiếm và tham khảo tài liệu. • Thực nghiệm: thiết kế và thi công bo mạch, viết chương trình, chạy thử từng chương trình con, chỉnh sửa, tổng hợp thành chương trình hoàn chỉnh. Phương tiện: • Mạng internet. • Máy tính. • Tài liệu tham khảo. 2.5 THỜI GIAN THỰC HIỆN Thực hiện đề tài trong thời gian 6 tuần bao gồm: • Tuần 1: Tham khảo các tài liệu liên quan, tài liệu tham khảo • Tuần 2: Tìm kiếm phương hướng giải quyết những yêu cầu cơ bản của đề tài • Tuần 3: Vẽ sơ đồ nguyên lí, thi công mạch in • Tuần 4: Viết các chương trình con cho vi điều khiển • Tuần 5: Tổng hợp, hoàn thiện các chương trình con thành chương trình hoàn chỉnh • Tuần 6: Đánh máy, hoàn tất đề tài.
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 20 CHƯƠNG 3 MỘT SỐ IC SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 3.1 MỘT SỐ IC SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN AT89C51 : Vi điều khiển 74HC573 : Chốt 74LS123 : Đơn ổn 74LS04 : Cổng đảo 74LS86 : Cổng EXOR MAX232 : Đệm đường truyền chuẩn RS232. SN75176 : Đệm đường truyền chuẩn RS485 LC7461 : IC phát của remote hồng ngoại. 3.2 VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51 3.2.1 Giới thiệu chung MSC-51 là họ vi điều khiển của Intel và 8051 là vi điều khiển đầu tiên của họ này, được sản xuất vào năm 1980. Cho đến nay, dòng MSC-51 vẫn không ngừng cải tiến và phát triển. Cho đến nay, với công nghệ không mất nội dung và độ tích hợp cao, thì ATMEL đã sản xuất ra chip AT98C51. Chip AT98C51 hoàn toàn tương thích với tập lệnh và các chân ra của chuẩn công nghiệp MSC-51, được chế tạo theo công nghệ CMOS có hiệu suất cao và công suất nguồn tiêu thụ thấp. Bộ nhớ Flash trên chip cho phép bộ nhớ chương trình được sửa lỗi và lập trình lại nhiều lần. 3.2.2 Đặc tính kỹ thuật của vi điều khiển AT89C51 • 4kbyte bộ nhớ ROM Flash ( bộ nhớ chương trình). • 128 byte RAM. • 4 port xuất nhập 8 bit. • 2 bộ định thời/đếm 16 bit. • Mạch giao tiếp nối tiếp. • Vùng bộ nhớ chương trình là 64kbyte. • Vùng bộ nhớ dữ liệu là 64kbyte. • Bộ xử lý có khả năng thao tác, xử lí với từng bit. • 210 vị trí được định địa chỉ bit. • 5 ngắt và có khả năng ưu tiên ngắt • Cấu trúc ngắt 2 mức ưu tiên. • Mạch dao động và mạch tạo xung lock trên chip. • Có lệnh nhân, chia, cộng 8bit. Ngoài ra, AT89c51 có hỗ trợ 2 chế độ tiết kiệm năng lượng được chọn bằng phần mềm. Chế độ nghỉ dừng CPU trong khi vẫn cho phép Ram, các bộ định thời /đếm, port nối tiếp và các ngắt hoạt động.
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 21 Chế độ nguồn giảm duy trì nội dung của Ram nhưng không cho mạch dao động cung cấp xung clock nhằm vô hiệu hóa các hoạt động khác của chip cho đến khi có reset cứng tiếp theo. Có thể nạp xóa khoảng 10000 lần. 3.2.3 Sơ đồ chân Hình 3.1 : Sơ đồ chân AT89C51 3.2.4 Chức năng các chân • Vi điều khiển AT89C51 có 40 chân, trong đó có 32 chân được chia làm 4 port, từ port0 đến port3, mỗi port 8 chân có chức năng xuất nhập dữ liệu. • Ngoài ra: * Port0 có thêm chức năng thứ hai là byte thấp của bus địa chỉ 16 bit và bus dữ liệu đa hợp khi có giao tiếp với bộ nhớ ngoài. * Port2 có thêm chức năng thứ hai là byte cao của bus địa chỉ 16 bit khi có giao tiếp với bộ nhớ ngoài. * Port3 còn có nhiều chức năng riêng như sau: Bit Tên Địa chỉ bit Chức năng P3.0 RxD B0H Chân nhận dữ liệu của port nối tiếp P3.1 TxD B1H Chân phát dữ liệu của port nối tiếp P3.2 INT0 B2H Ngõ vào ngắt ngoài 0 P3.3 INT1 B3H Ngõ vào ngắt ngoài 1 P3.4 T0 B4H Ngõ vào của bộ định thời/đếm 0 P3.5 T1 B5H Ngõ vào của bộ định thời/đếm 1 P3.6 WR B6H Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7 RD B7H Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài 3.2.5 Hoạt động của port nối tiếp Bên trong AT89C51 có port nối tiếp hoạt động ở một vài chế độ trên một tầm tần số rộng. Đặc trưng của port nối tiếp này là có thể hoạt động song công. Ngoài ra, port nối tiếp còn đệm dữ liệu khi thu nghĩa là port nối tiếp sau khi nhận một ký tự sẽ lưu nó vào bộ đệm trong khi port tiếp tục nhận ký tự kế tiếp. Nếu CPU đọc ký tự thứ nhất trước khi ký tự thứ hai được nhận đầy đủ, dữ liệu sẽ không bị mất.
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 22 Các mạch phần cứng bên ngoài truy xuất port nối tiếp thông qua các chân TxD và RxD. Các chân này đa hợp với hai chân của port3 là : P3.1 (TxD), P3.0(RxD) Phần mềm sẽ sử dụng hai thanh ghi đặc biệt là SBUF và SCON để truy xuất port nối tiếp. Tần số hoạt động của port nối tiếp còn gọi là tốc độ Baud (có thể thay đổi hay cố định). Thanh ghi điều khiển port nối tiếp Chế độ hoạt động của port nối tiếp được thiết lập bằng cách ghi từ điều khiển lên thanh ghi điều khiển SCON của port nối tiếp. Bảng 3.1: Chức năng các bit trong thanh ghi SCON Bit Ký hiệu Địa chỉ Mô tả SCON.7 SM0 9FH Bit 0 chọn chế độ của port nối tiếp SCON.6 SM1 9EH Bit 1 chọn chế độ của port nối tiếp Bit 2 chọn chế độ của port nối tiếp Bit này cho phép truyền thông đa xử lý ở các SCON.5 SM2 9DH chế độ 2 và 3; Bit RI sẽ không được tích cực nếu bit thứ 9 nhận được là 0 Cho phép thu. Bit này phải được set để nhận SCON.4 REN 9CH các ký tự. Bit phát 8. Bit thứ 9 được phát ở chế độ 2 và SCON.3 TB8 9BH 3; được set và xoá bởi phần mềm SCON.2 RB8 9AH Bit thu 8. Bit thứ 9 nhận được. Cờ ngắt phát. Cờ này được set ngay khi kết SCON.1 TI 99H thúc việc phát một ký tự; Được xóa bởi phần mềm. Cờ ngắt thu. Cờ này được set ngay khi kết SCON.0 RI 98H thúc việc thu một ký tự; Được xoá bởi phần mềm. Khởi động và truy xuất các thanh ghi • Cho phép thu Bit cho phép thu REN trong thanh ghi SCON phải được set bằng 1 bởi phần mềm để cho phép nhận các ký tự. Điều này thường được thực hiện ở đầu chương trình khi port nối tiếp, các bộ định thời được khởi động. Ta có thể set bit REN bằng lệnh như sau: Setb REN Hay ta co thể set bit REN trong thanh ghi SCON như sau: Mov SCON,#xxx1xxxxb
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 23 • Cờ ngắt Cờ ngắt thu RI và cờ ngắt phát TI trong thanh ghi SCON, cả hai đều được set lên 1 bằng phần cứng và được xóa bằng phần mềm. Như là RI được set lên 1 khi kết thúc việc nhận 1 ký tự và chỉ ra rằng bộ đệm thu đã đầy. Và cờ TI cũng được set lên 1 khi kết thúc việc phát một ký tự và chỉ ra rằng bộ đệm phát rỗng. Trước khi port nối tiếp thu hoặc phát một dữ liệu thì nó cần được kiểm tra bận bằng phần mềm. Tốc độ Baud của Port nối tiếp Tần số hoạt động của port nối tiếp còn gọi là tốc độ Baud. Ở chế độ 0 và 2 thì tốc độ Baud được cố định, còn ở chế độ 1 và 3 thì có tốc độ thay đổi. Ta có thể thiết lập tốc độ Baud cho port nối tiếp như sau: • Sử dụng bộ định thời 1 làm xung clock tốc độ Baud. Kỹ thuật thường dùng để tạo tốc độ xung clock tốc độ Baud là khởi động thanh ghi TMOD ở chế độ tự động nạp lạI 8-bit và đặt giá trị nạp lại thích hợp vào thanh ghi TH1 để có tốc độ tràn đúng, từ đó tạo ra tốc độ Baud. Có thể khởi động thanh ghi TMOD như sau : Mov TMOD,#0010xxxxb Ngoài ra cũng có thể dùng chế độ 16-bit để làm tốc độ Baud cho port nối tiếp. • Có thể cấp xung clock bên ngoài cho bộ định 1 thông qua ngõ T1 Có thể tính tốc độ Baud bằng cách lấy tốc độ tràn của bộ định thời 1 đem chia cho 32. Vd : Tốc độ baud là 1200, thì tốc độ tràn của bộ định thời 1 là 38.4Khz. Mạch dao động bên trong chip là 12Mhz, nên tần số xung clock cấp cho bộ định thời 1 là 1Mhz, lấy tần số này chia cho 32 ta sẽ được giá trị cần nạp trước cho thanh ghi TH1. Mov TH1,# -26 Hay Mov TH1,# 0E6H 3.3 IC PHÁT REMOTE HỒNG NGOẠI (LC7461) 3.3.1 Đặc điểm • 32 phím chức năng. • 13 bit mã quy định (7 mã được nạp trong ROM của chip, 6 mã có thể đặt được từ bên ngoài). • Tầm điện áp hoạt động VDD = 1,8V đến 3,6V. • Dòng nuôi ở chế độ nghỉ IDD = 1μA hoặc nhỏ hơn. • Bộ dao động bên trong chip với thạch anh gắn bên ngoài (thường dùng thạch Hình 3.2 : Sơ đồ chân LC7461 anh 455KHz).
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 24 3.3.2 Mô tả hoạt động Cấu trúc của dữ liệu truyền đi Dữ liệu gồm 42 bit : 13 bit mã quy định, 8 bit mã của phím, và những bit đảo của chúng. Hình 3.3 : Các bit được phát đi của LC7461 Mã quy định Mã quy định bao gồm 13 bit tất cả, mã này được dùng để phân biệt giữa các bộ nhận khác nhau. Trong đó : các bit từ C0 đến C5 là những bit có thể được đặt trước, các bit từ C6 đến C12 là những bit được nạp trong ROM của chip. Mã phím Bảng 3.2 là toàn bộ mã của 32 phím, ngoài ra các phím 20,21,22,23 còn có thể dùng làm các phím đa hợp với các mã được trình bày trong bảng 3.3 và trang 5 thái hoạt động khi bấm các phím đa hợp trong hình 3.4 Bảng 3.2 : Mã phím của LC7461 Bảng 3.3 : Mã phím đa hợp của LC7461 Hình 3.4 : Trạng thái hoạt động khi bấm phím đa hợp của LC7461
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 25 Dạng sóng truyền đi Khi IC sử dụng Xtal 455KHz thì những thông số thời gian của dạng sóng truyền đi như hình 3.5 Hình 3.5 : Dạng sóng truyền đi của IC LC7461
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 26 3.4 IC ĐỆM ĐƯỜNG TRUYỀN VI SAI SN75176 3.4.1 Đặc điểm • Tương thích chuẩn RS422 • Có thể truyền đa điểm trên đường bus dài trong môi trường nhiễu. • Các ngõ ra phát, nhận 3 trạng thái. • Các ngõ cho phép phát, nhận riêng biệt. • Trở kháng ngõ vào nhận ≥ 12KΩ. • Độ nhạy ngõ vào nhận ± 200mV Hình 3.6 : Sơ đồ chân SN75176 3.4.2 Kí hiệu, sơ đồ logic,bảng trạng thái của SN75176 Hình 3.8 : Sơ đồ logic của SN75176 Hình 3.7 : Kí hiệu logic của SN75176 Bảng 3.1: bảng trạng thái phát Bảng 3.2: bảng trạng thái nhận 3.4.3 Sơ đồ kết nối Hình 3.9 : Sơ đồ kết nối theo dạng bus của SN75176
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 27 CHƯƠNG 4 THIẾT BỊ HIỂN THỊ LCD 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG DMC là những tên để chỉ ma trận điểm làm nên bảng hiển thị LCD, thiết bị này được phát triển bởi công ty OPTREX. Khối hiển thị này bao gồm bảng STN loại tinh thể lỏng LC, có độ tương phản cao, góc nhìn rộng. Mỗi khối bên trong được điều khiển bởi IC loại CMOS, chúng còn được dùng để điều khiển làm giảm hao tốn năng lượng. LCD có sử dụng 2 Ram : 1 để hiển thị dữ liệu, 1 dùng để phát ký tự. Ngoài ra nó còn có 1 Eprom dùng để phát ký tự hiển thị lên bảng LC. Cả 2 Ram trên đều có thể đươc đọc bởi 1 thiết bi ngoại vi khi chúng không được dùng để hiển thị và phát ký tự mà dùng như 1 Ram chung. LCD được ứng dụng rộng rãi, chủ yếu là làm thiết bị hiển thị trong đo lường và các thiết bị khác. Thông dụng hiện nay là LCD của Mitsubishi nhưng sử dụng chip HD44780 của HITACHI. LCD có nhiều loại khác nhau như loại: 16x4, 16x2, 16x1 Trong đồ án này, nhóm thực hiện đề tài dùng loại LCD 16 kí tự x 1 dòng (16x1). Chip LCD sử dụng là loại HD44780 của Hitachi. Loại LCD sử dụng không có hổ trợ đèn LED nền, ngoài ra các chân chức năng, tập lệnh cũng như cách thức giao tiếp hoàn toàn giống các loại khác. Các phần sau của chương chủ yếu giới thiệu về loại LCD này. 4.2 SƠ ĐỒ CHÂN VÀ KÍCH THƯỚC CỦA LCD Hình 4.1 : Sơ đồ chân và kích thước của LCD 16x1
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 28 4.3 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA LCD • Trong luận án này chúng em sữ dụng LCD loạI 14 chân và dùng kiểu là 2dòng x 8. Hình 4.2 : Sơ đồ khối của LCD 4.4 CÁC CHÂN CỦA LCD Bảng 4.1 : Kí hiệu, chức năng các chân của LCD Chân số Ký hiệu Mức logic Chức năng 1 Vss 0V Mass 2 Vcc 5V Nguồn cung cấp 3 Vee ~5V Nguồn cấp cho chữ • Mức L (0): Chế độ ghi: nhận lệnh Chế độ đọc: bộ đếm địa chỉ và cờ bận 4 RS H/L được chọn • Mức H (1): Chế độ ghi: nhận dữ liệu Chế độ đọc: xuất dữ liệu. Lựa chọn chế độ ghi hay đọc 5 R/W H/L • Mức L (0): chọn chế độ ghi • Mức H (1): chọn chế độ đọc Chân tín hiệu cho phép khởi động chế 6 E H/L độ đọc/ghi. 7 14 BD0 BD7 H/L Đường dữ liệu vào, ra.
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 29 Đối với loại LCD có hỗ trợ đèn nền thì có thêm 2 chân 15 và 16 là hai chân cực dương và cực âm của đèn nền. 4.5 MỘT SỐ ĐẶT TÍNH CỦA LCD ĐANG SỬ DỤNG o Hiển thị 16x1 dòng o Hỗ trợ đèn chữ o Hỗ trợ bảng lệnh để lập trình o Thời gian đáp ứng nhanh o Bộ điều khiển :KS0066U hoặc tương đương 4.5.1 Sơ đồ cấp nguồn để điều chỉnh độ tương phản Khi ta thay đổi biến trở nghĩa là ta đã thay đổi điện áp Vee. Ta chỉnh biến trở sao cho chữ xuất hiện trên LCD sao cho dễ nhìn là được. VCC U1 1 VAR 2 3 Contrast 10K LCD 3 Hình 4.3 : Sơ đồ kết nối điều chỉnh độ tương phản cho LCD Đối với mạch cấp nguồn cho led nền, ta có thể cấp trực tiếp hoặc dùng 1 biến trở để có thể điều chỉnh độ sáng tối khi cần.(Tuy nhiên, đối với LCD đề tài sử dụng không có led nền.) 4.5.2 Địa chỉ DDRam của LCD DDRAM của LCD có địa chỉ từ 00h đến 4Fh dùng để chứa nội dung cần hiển thị. LCD loại 16x1 mà nhóm thực hiện đề tài sử dụng có địa chỉ hiển thị như hình 4.4 trình bày. Điều này có nghĩa là 8 kí tự đầu sẽ có địa chỉ từ 00h đến 08h, còn 8 kí tự sau sẽ có địa chỉ từ 40h đến 4Fh Bảng 4.2 : Địa chỉ để hiển thị chữ của LCD Cột 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Địa 00 01 02 03 04 05 06 07 40 41 42 43 44 45 46 47 chỉ 8 kí tự đầu 8 kí tự sau
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 30 4.5.2 Địa chỉ CGRAM của LCD CGRAM chứa mã của kí tự cần hiển thị. Nếu muốn hiển thị chữ nào thì chỉ cần đưa mã chữ đó vào LCD. Đối với các kí tự chữ cái thông thường thì đây là mã ASCII.
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 31 Bảng 4.3 : Bảng mã địa chỉ các kí tự hiển thị của CGRAM 4.5.3 Bảng mã lập trình trong LCD
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 32 Bảng 4.4 : Bảng mã ghi/đọc dữ liệu trong LCD Thời gian Mã lệnh thực hiện tối đa với Mô tả Lệnh fcp hay RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 fosc là 250khz Xóa màn hình và đặt biến Xoá màn 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 đếm địa chỉ của DD Ram là 15.2ms hình 0h Đưa con trỏ về đầu dòng, đặt Trở về biến đếm địa chỉ của DD 0 0 0 0 0 0 0 0 1 x 15.2ms đầu dòng Ram là 0h, nội dung hiển thị không đổi Cài đặt chiều chuyển động Chọn chế 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S của con trỏ cùng với dịch 40us độ nhập màn hình Chọn hiển thị toàn bộ màn Điều khiển 0 0 0 0 0 0 1 D C B hình, hiển thị con trỏ, tắt/mở 40us hiển thị nhấp nháy Dịch con Di chuyển con trỏ, dịch nội trỏ hay 0 0 0 0 0 1 S/C R/L x x dung hiển thị mà không thay 40us màn hình đổi nội dung Cài đặt Hiển thị số hàng, font chữ, kiểu 0 0 0 0 1 DL N F x x 40us kiểu giao tiếp truyền Cài đặt địa Đặt địa chỉ cho CG Ram.Sau chỉ CG 0 0 0 1 ACG lệnh này dữ liệu sẽ được gửi 40us Ram và nhận Cài đặt địa Đặt địa chỉ cho DD Ram.Sau chỉ DD 0 0 1 ADD lệnh này dữ liệu sẽ được gửi 40us Ram và nhận
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 33 Đọc cờ Đọc cờ bận báo hiệu có xử lý bận hay 0 1 BF AC bên trong LCD và đọc nội 40us địa chỉ dung bộ đếm địa chỉ Ghi dữ liệu vào Ghi dữ liệu vào DD Ram hay DD Ram 1 0 Ghi dữ liệu 40us CG Ram hay CG Ram Đọc dữ liệu vào Đọc dữ liệu từ DD Ram hay DD Ram 1 1 Đọc dữ liệu 40us CG Ram hay CG Ram Với : DD Ram : Display Data Ram CG Ram : Character Generator Ram ACG : CG Ram Address ADD : DD Ram Address AC : Address Counter N = 1 Hiển thị theo 2 hàng I/D =1 : Tăng N = 0 Hiển thị theo 1 hàng I/D = 0 : Giảm F = 1 Kiểu font loại 5x10 dots S =1 : Dịch chuyển màn hình F = 0 Kiểu font loại 5x 7 dots S/C = 1 Dịch màn hình BF = 1 Có xử lý bên trong LCD S/C = 0 Hiển thị sự di chuyển con trỏ BF = 0 Không có xử lý bên trong LCD R/L = 1 Dịch màn hình sang phải DL = 1 Kiểu giao tiếp 8 bit R/L = 0 Dịch màn hình sang trái DL = 0 Kiểu giao tiếp 4 bit
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 30 4.6 SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT LẬP TRÌNH LCD 4.6.1 Chế độ lập trình 8 bit dữ liệu bật nguồn Chờ hơn 15 ms để nguồn Vcc=4.5 V RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 x x x x Chờ hơn 4.1 ms RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 x x x x Chờ hơn 100 μs RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 x x x x RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 N F x x 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 0 0 0 0 0 0 1 1 C B Quá trình khởi động hoàn tất 4.6.2 Chế độ Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 31 lập trình 4 bit dữ liệu Giải thuật lập trình của chế độ 4 bit cũng tương tự như của chế độ 8bit. Chúng chỉ khác nhau ở chổ khi truyền ở chế độ 4 bit thì 1 byte được tách ra làm đôi, 4 bit cao truyền trước sau đó đến 4 bit thấp. bật nguồn Ch ờ hơ n 15 ms để nguồn Vcc=4.5V RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 0 0 0 0 1 1 Chờ hơn 4.1 ms RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 0 0 0 0 1 1 Chờ hơn 100 us RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 0 0 0 0 1 1 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 0 0 0 0 1 1 A Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 32 A RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 0 0 0 0 1 0 0 0 N F x x 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 C B Hoàn thành việc cài đặt. Sẵn sàng để hiển thị Lưu ý : Đối với cả hai lưu đồ, khi lập trình giao tiếp phải cần lưu ý một số điểm sau : • Sau khi delay hơn 100μs, đưa tiếp một mã lệnh vào LCD. Sau khi đưa mã lệnh này lên LCD thì cờ bận có thể được kiểm tra. Trước lệnh này ngoài việc đưa các mã lệnh trong chỉ dẫn và delay thì không nên đưa bất kì một lệnh hay dữ liệu nào khác. • Việc lập trình giao tiếp có thể sử dụng delay một khoảng thời gian nhất định để chờ cho LCD xử lí xong (trong thời gian xử lí thì LCD không tiếp nhận các mã lệnh hoặc các dữ liệu khác) hoặc là đọc cờ bận do LCD báo trong quá trình xử lí thông tin. Sau khi đợi LCD xử lí xong mới đưa các mã lệnh hay dữ liệu tiếp theo. • Sau khi quá trình khởi động hoàn tất thì có thể sử dụng các chương trình con dưới dạng vòng lặp để đưa dữ liệu hiển thị lên LCD. Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 33 CHƯƠNG 5 ĐƯỜNG TRUYỀN, XUNG ĐỘT VÀ CHỐNG XUNG ĐỘT TRÊN ĐƯỜNG TRUYỀN 5.1 MẠCH GIAO TIẾP ĐƯỜNG TRUYỀN Phương pháp truyền tín hiệu dải nền dùng để truyền dữ liệu kinh tế hơn là sử dụng điều chế sóng mang, nhưng phải giới hạn trong khoảng cách tương đối ngắn. Phương pháp này thường dùng ghép nối các thiết bị trong cùng một phòng hoặc một tòa nhà. Có 3 cách khác nhau để thiết kế mạch giao tiếp : • Ghép nối trực tiếp với TTL. • Ghép nối TTL + bộ kích đường truyền không cân bằng. • Ghép nối TTL + bộ kích đường truyền cân bằng. 5.1.1 Ghép nối trực tiếp TTL Đây là phương pháp đơn giản nhất, tín hiệu TTL không qua một bộ đệm nào (hình 5.1). Cách ghép nối này gọi là không cân bằng. Nghĩa là trở kháng đối với đất của hai dây rất khác nhau. Một dây có trở kháng là vài KΩ so với đất, còn dây kia được nối trực tiếp với đất. Hình 5.1 : Ghép nối trực tiếp TTL Trong thực tế, việc ghép nối như vậy có 3 nhược điểm : • Trở kháng cao ở một dây có thể hoạt động như một ăngten dễ dàng thu tín hiệu và tạo giao thoa không mong muốn. • Ảnh hưởng tải điện dung của đường truyền ở ngỏ ra cổng TTL hình thành một bộ lọc thông thấp và làm giới hạn băng thông sử dụng (vì thế ảnh hưởng đến tốc độ truyền dữ liệu). • Đường dây không cân bằng nên tín hiệu sẽ trở về qua đường dây đất. Đáng chú ý là sự khác nhau ở điện thế đất của thiết bị có thể tạo dòng trong dây dẫn nối đất. Dòng này thường giao thoa không mong muốn với dòng điện 50Hz hoặc 60Hz của lưới điện, hoặc với tiếng ù dạng chuỗi tín hiệu. Những nhược điểm trên là những nhược điểm cố hữu của đường truyền không cân bằng có trở kháng cao. Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 34 5.1.2 Ghép nối TTL + bộ kích đường truyền không cân bằng Hầu hết các kết nối dữ liệu truyền tín hiệu dải nền đều sử dụng bộ kích/thu hoặc mạch đệm. Bộ kích dùng để quy định mức tín hiệu và làm giảm trở kháng ngõ ra của bộ phát. Các mức logic ứng với điện áp (hoặc dòng điện) cao hơn cải thiện được tính chống nhiễu. Trở kháng ngõ ra thấp của bộ kích làm giảm bộ lọc thông thấp do điện dung đường dây nối với tín hiệu phát. Việc làm trở kháng so với đất của đường dây không nối đất cũng làm giảm ảnh hưởng ăngten như đã đề cập ở trên. Hình 5.2 : Ghép nối TTL + đường truyền không cân bằng Phương pháp truyền loại này có thể truyền tín hiệu dải nền tốt ở khoảng cách lên đến 100m và tốc độ dữ liệu lên đến vài Kbit/s. Đường truyền này có thể sử dụng dây song song, xoắn đôi hoặc cáp đồng trục Các IC bao gồm cả hai chức năng kích phát và thu gồm có: • MC8T13/MC8T14 (dành cho cáp đồng trục). • MC1488/MC1489 (dành cho đường dây song song hoặc xoắn đôi). 5.1.3 Ghép nối TTL + bộ kích đường dây cân bằng Sử dụng các bộ kích có ngõ ra cân bằng, trở kháng thấp với máy thu có ngõ vào vi sai sẽ thực hiện việc truyền tín hiệu dải nền tốt nhất. Các điện trở sử dụng bên ngoài như trong hình 5.3 dùng để phối hợp trở kháng đường dây và để bảo đảm có điện trở bằng nhau từ mỗi đường dây đối với đất. Các ngõ ra của bộ kích là bù nhau và có thể lưỡng cực. Sử dụng ghép nối vi sai cân bằng có thể hạn chế được hai nhược điểm của ghép nối không cân bằng. Vì trở kháng của mỗi đường dây so với đất là như nhau, nên giao thoa trên mỗi đường dây là bằng nhau, và kết quả là điện áp nhiễu sẽ bị loại bỏ ở ngõ vào vi sai của bộ thu. Lúc này đường dây đất sẽ không hình thành được đường tín hiệu nhiễu 50Hz hay 60Hz nên sự cân bằng có thể cho phép truyền dữ liệu tốt ở khoảng cách lên tới 1 Km. Hình 5.3: Ghép nối TTL + đường truyền cân bằng Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 35 5.2 CHUẨN GIAO TIẾP RS485 Yêu cầu đặt ra cho nhóm thực hiện đề tài là phải tìm một chuẩn giao tiếp có các tính năng cơ bản như sau : • Truyền tín hiệu dưới dạng nối tiếp. • Đường truyền phải có tính chống nhiễu cao và truyền được một khoảng cách tương đối xa. • Truyền bán song công với một một đường truyền dạng Bus. Tất cả những yêu cầu trên có thể được giải quyết một cách tương đối bằng cách sử dụng chuẩn truyền RS485 và với IC SN75176. 5.2.1 Chuẩn RS485 • Chuẩn RS485 có thể tương thích với chuẩn RS422, được chế tạo sau RS422. Tuy nhiên, đã được tối ưu hóa trong những ứng dụng giao tiếp dùng nhiều đường dây, nhóm dây. Ngõ ra của RS485 có thể được cài đặt ở trạng thái sẵn sàng hay không sẵn sàng, lựa chọn kết nối với nhiều bus rời. • Chuẩn RS485 cho phép truyền dữ liệu tối đa là khoảng 10Mb với khoảng cách có thể là 4000 feet (hơn 1,2km). • Chuẩn RS485 cho phép kết nối tất cả là 32 trạm thu phát (ngang hàng) trên cùng một đường dây, do đó thích hợp để ứng dụng cho môi trường mạng hay kết nối với nhiều bus rời. • RS485 có thêm trạng thái tổng trở cao khi RS485 không tham gia vào việc truyền dẫn. • RS485 có thể truyền theo 2 cách : - Truyền kiểu 2 dây : là dây tín hiệu và dây mass, cách này chỉ cho phép truyền bán song công. - Truyền kiểu 4 dây : là 2 dây tín hiệu và 2 dây mass, cách này cho phép truyền song công. • RS485 chỉ ứng dụng cho kiểu truyền cân bằng. • Những IC thuộc họ RS485 thường có 8 chân, có bộ ngắn mạch để bảo vệ quá áp và có khả năng cách ly mức logic cao ở ngõ ra nếu ngõ vào hở mạch hay quá trình nhận dữ liệu bị lỗi. 5.3 XUNG ĐỘT VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP CHỐNG XUNG ĐỘT 5.3.1 Nguyên nhân xung đột trên đường truyền Với cách truyền dữ liệu trên bus như hình 5.7 thì bình thường các trạm đều ở trạng thái thu. Khi một trạm muốn truyền dữ liệu thì trạm đó sẽ chuyển sang trạng thái phát và phát dữ liệu đi. Đến khi phát xong thì trạm trở lại trạng thái thu. Sự xung đột xảy ra khi tại một thời điểm có nhiều hơn 2 trạm phát dữ liệu. Vì tín hiệu phát đi trên các trạm chung một đường dây nên khi có xung đột xảy ra thì dữ liệu ở nơi nhận sẽ không còn đúng nữa. 5.3.2 Một số phương pháp chống xung đột trên đường truyền Giao thức tranh chấp Sử dụng giao thức (protocol) này các trạm hoàn toàn có quyền truyền dữ liệu trên mạng nhiều hoặc ít một cách ngẫu nhiên hoặc bất cứ khi nào nhu cầu truyền dữ liệu xuất hiện ở mỗi trạm. Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 36 Mỗi trạm sẽ kiểm tra bus và chỉ bắt đầu truyền gói dữ liệu khi nào bus rãnh (không bận). Giao thức này được gọi là cảm biến sóng mang (carrier sense) và được đặt tên là truy xuất đa cảm biến sóng mang song song (carrier sense multiple access : CSMA). Với phương pháp CSMA, thỉnh thoảng sẽ có nhiều hơn một trạm bắt đầu truyền dữ liệu cùng lúc, kết quả là tạo ra một sự xung đột (collision) và làm cho dữ liệu thu được ở các trạm sẽ bị sai lệch. Vì vậy để tránh sự xung đột này mỗi trạm cần phát hiện được sự xung đột dữ liệu. Trạm phát phải kiểm tra bus trong khi gởi dữ liệu để xác nhận rằng tín hiệu trên bus thật sự đúng, và như vậy có thể phát hiện ra bất cứ xung đột nào có thể xảy ra. Đặt tính phát hiện sự xung đột (collision detect: CD) được viết bằng từ CSMA/CD để mô tả đầy đủ về giao thức loại này. Khi phát hiện có một sự xung đột lập tức trạm phát sẽ gởi một mẫu phá rối (làm nhiễu: jamming) đã định trước để báo cho tất cả các trạm có sự xung đột xảy ra, vì vậy chúng sẽ bỏ qua gói dữ liệu đó. Sau đó trạm phát sẽ trì hoãn một khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi thử phát lại gói dữ liệu. Ưu điểm của CSMA/CD là có tính đơn giản, mềm dẻo, hiệu quả truyền thông tin cao khi lưu lượng thông tin của mạng thấp và có tính đột biến. Việc thêm vào hay dịch chuyển các trạm không làm ảnh hưởng đến các thủ tục của giao thức. Điểm bất lợi CSMA/CD là hiệu suất của bus giảm xuống nhanh chóng khi phát tải quá nhiều thông tin (tải nặng). Một số người mô tả CSMA/CD như là một “cuộc đấu không phối hợp”. Tuy nhiên CSMA/CD vẫn tồn tại hầu hết trên các giao thức thông dụng của các mạng cục bộ. CSMA/CD có nguồn gốc từ hệ thống radio đã phát triển ở trường đại học Hawall vào khoảng năm 1970, gọi là ALOHANET. Giao thức truyền thẻ bài Đây là giao thức thông dụng sau CSMA/CD được dùng trong các LAN. Trong phương pháp này, khối điều khiển mạng hoặc thẻ bài (token) được truyền lần lượt từ trạm này tới trạm khác. Thẻ bài là một khối dữ liệu đặc biệt. Khi một trạm đang chiếm thẻ bài, trạm có thể phát một gói dữ liệu. Khi đã phát hết gói dữ liệu cho phép hoặc không còn gì để phát, trạm sẽ gởi thẻ bài sang trạm kế tiếp. Trong thẻ bài chứa một địa chỉ đích và được luân chuyển tới các trạm theo một trật tự đã định trước. Khi dùng mô hình vòng (ring topology), trật tự của sự truyền thẻ bài tương ứng với trật tự vật lí của các trạm xung quanh vòng. Khi mạng được sắp xếp theo dạng bus hoặc cây, trật tự luân chuyển phải được đặt trước (preset) ngay khi khởi động hệ thống và có thể không liên quan đến vị trí vật lí của các trạm. Giao thức truyền thẻ bài có trật tự hơn nhưng cũng phức tạp hơn CSMA/CD nhiều, có ưu điểm là vẫn hoạt động tốt dưới những điều khiển lưu lượng thông tin lớn. Giao thức truyền thẻ bài tuân theo đúng sự phân chia của môi trường mạng giống như các mạng máy tính cũ, hoạt động dựa vào sự xoay vòng giữa các trạm, điều khiển bởi bộ điều khiển trung tâm để điều chỉnh việc truy xuất bus. Việc truyền thẻ bài được thay thế bằng sự cần thiết phải có bộ điều khiển trung tâm do sự điều khiển được phân bố thông qua mạng. Dĩ nhiên, sự truyền thẻ bài sẽ không thực hiện được nếu vòng bị đứt. Giao thức phải chứa các thủ tục kiểm tra thẻ bài để cho phép khôi phục lại thẻ bài đã bị mất hoặc thay thế trạng thái của thẻ bài và cung cấp các phương tiện để sửa đổi vòng logic (thêm vào, bớt đi hoặc định lại trật tự của các trạm). Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 37 Giao thức giữ trước Khi sử dụng giao thức này, một trạm muốn phát dữ liệu trên mạng phải gửi yêu cầu tới bộ điều khiển trung tâm hoặc bộ chuyển mạch để giữ trước. Hầu hết các tổng đài điện thoại PBX đều dùng các phương pháp này. Nói chung sự giữ chỗ trước có thể là việc định rõ vị trí của bộ chuyển mạch, một khe thời gian, hoặc một tần số sóng mang. Phương pháp giữ trước không được sử dụng rộng rãi trong các LAN. Giao thức khe thời gian Phương pháp này được minh hoạ tốt nhất bằng giao thức vòng khe. Số khe thời gian giới hạn, có chiều dài cố định được xoay vòng liên tục. Mỗi khe có một bộ hướng dẫn hoặc bit báo bận để cho biết khe thời gian bận hoặc sẵn sàng. Để một trạm có thể phát một gói dữ liệu, trạm đó phải đợi một khe thời gian sẵn sàng đến, bộ hướng dẫn của khe sẽ chuyển sang trạng thái bận và đưa gói dữ liệu vào khe thời gian này để gởi đi. Tất cả nơi thu sẽ kiểm tra địa chỉ đích của các khối khe bận, sao chép dữ liệu nếu có địa chỉ đúng. Khe bận phải được dịch chuyển toàn bộ vòng trước khi trạm gốc khôi phục lại trạng thái sẵn sàng. Một trạm chỉ được phép dùng một khe để truyền tin trong vòng một chu kì. Số khe cực đại có thể lưu thông trong một vòng được tính bằng cách lấy tổng số thời gian trễ trong một vòng (thời gian trễ của các bộ chuyển tiếp lặp lại cộng với thời gian truyền lan) chia cho thời gian của một khe thời gian. 5.3.3 Lựa chọn phương pháp chống xung đột trong đồ án Yêu cầu đặt ra cho những người thực hiện đề tài khi thực hiện việc truyền dữ liệu giữa các trạm (các board) với nhau là: • Truyền nối tiếp bất đồng bộ. • Truyền bán song công. • Mạng có thể thêm hoặc bớt các trạm trong một giới hạn cho phép (ít nhất là 2 trạm, nhiều nhất là 32 trạm). • Lưu lượng thông tin trên đường truyền là không nhiều. • Chống xung đột trên đường truyền. Từ yêu cầu trên, nhóm thực hiện đề tài quyết định chọn phương pháp truyền theo nghi thức giao tiếp kiểu tranh chấp vì những ưu điểm của phương pháp này như : • Hiệu quả truyền thông cao khi lưu lượng thông tin không cao. • Việc thêm, bớt hay dịch chuyển các trạm không làm ảnh hưởng tới các thủ tục của nghi thức giao tiếp. Việc phát hiện ra đường truyền bận là một yếu tố then chốt khi thực hiện phương pháp truyền theo nghi thức truyền kiểu tranh chấp. Phương pháp phát hiện ra đường truyền sẽ được trình bày trong chương khác. Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 38 CHƯƠNG 6 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 6.1 TRIAC 6.1.1 Cấu tạo Triac được cấu tạo gần giống như 2 SCR nối song song ngược chiều có hai G được nối tiếp với nhau để đưa ra ngoài một cực duy nhất. Đặc tính Triac có khả năng dẫn điện với cả 2 chiều (+, -) nếu có xung kích vào thời điểm đó . Như vậy, tải sẽ được cấp nguồn AC, nếu công suất cao hơn trường hợp dùng SCR . A2 G A1 Hình 6.1 : Kí hiệu Triac 6.1.2 Sơ đồ tương đương của Triac A2 G A1 Hình 6.2 : Sơ đồ tương đương của triac Ta có: IC1= α1IE1+ICBO1= α1IA+ICBO1 IC2= α2IE2+ICBO2= α2Ik+ICBO2 Và IA= IE1=IC1+IB1= IC1+IC2 iA= α1A + iCBO1+α2IK+ICBO2 Mặt khác: IA = Ik+IG Vậy: IA = (α2.IG + ICBO1 + ICBO2)/(1- (α1+α2)) Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 39 Với α =(tổng số điện tử đến cực C)/(tổng số điện tử được phát từ cực E) α : Hệ số truyền đạt dòng điện phát ICBO: dòng điện ngược từ cực C sang cực B Ta thấy: khi α chưa có dòng kích thích iG=0 → α1 + α2 <<1 → IA ≈ 0 → Triac Không dẫn. Khi có dòng kích thích IG ≠ 0 → α1 + α2 ≈ 1 → IA tăng cao → Triac dẫn. 6.1.3 Đặc tuyến vol-ample Hình 6.3 : Đặc tuyến Triac Trên đặc tuyến V-A ta nhận thấy được các giá trị điện áp đánh thủng khác nhau và giá trị này bị giảm khi tăng dòng kích thích lên cực G. Nghĩa là nếu cố định điện áp giữa A2 và A1 ở một giá trị UA2A1<UHO (ứng với lúc dòng IG = 0) thì: • Triac sẽ không dẫn điện cho đến khi có một dòng kích thích iG ≠ 0 lên G (vd: iG2) thì Triac sẽ dẫn điện theo phương pháp dùng dòng trên cực khiển G . • Còn khi muốn Triac ngưng dẫn thì ta chỉ cần cắt dòng kích thích iG hoặc giảm iG < IH. 6.1.4 Các cách kích Triac Triac làm việc được ở cả hai chiều (+,-) nên được kích dẫn bằng 1 trong 4 trường hợp sau : + Trường hợp 1 • A2 cực g đặt tín hiệu điều khiển Trường hợp 3 dương . + • A2 cực g đặt tín hiệu điều khiển âm. - • A2 cực g đặt tín hiệu điều khiển dương. Chương 7: Thiết kế - Thi công Trường hợp 4 Trường hợp 2
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 40 - • A2 cực g đặt tín hiệu điều khiển âm. Trong 4 trường hợp trên để kích Triac thì trường hợp 1 và 4 là có hiệu quả hơn cả và cũng thường được sử dụng nhiều nhất. 220Vac 50Hz Tải 2 1 21 Hình 6.4 : Mạch tự kích Triac 6.1.5 Các phương pháp ngắt Triac • Tắt nguồn cung cấp. • Hở mạch hai đầu A1 và A2 của Triac • Giảm dòng IG < IH 1 2 220Vac 50Hz Tải 2 1 21 Hình 6.4 : Mạch ngắt Triac Tuy nhiên, để có thể sử dụng triac ta cần phải kích tín hiệu xoay chiều vào cực G của triac. Điều này sẽ gây khó khăn cho việc điều khiển trong đồ án này vì trong đồ án, người thực hiện điều khiển các thiết bị bằng cách kích tín hiệu dạng mức và là tín hiệu một chiều nên không thể kích triac hoạt động như mong muốn. Do đó sẽ gây khó khăn cho việc điều khiển các thiết bị dùng nguồn xoay chiều Tuy nhiên, người thực hiện đã chuyển sang sử dụng một loại linh kiện có chức năng như triac thông thường nhưng được kích bằng tín hiệu một chiều mà vẫn đáp ứng được yêu cầu hoạt động của các thiết bị xoay chiều. Đó là Opto triac MOC 3020. Chương 7: Thiết kế - Thi công Hình 6.6 : Kí hiệu MOC3020
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 41 MOC 3020 là linh kiện có tính chất và nguyên lý hoạt động thì giống với các triac thông thường. Tuy nhiên, MOC 3020 có hơi khác ở chỗ thay vì kích cho cực G một tín hiệu xoay chiều thì ta lại có thể kích bằng tín hiệu một chiều. Khi ta kích tín hiệu một chiều đủ lớn sẽ làm cho led hồng ngoại bên trong dẫn phát đến triac bên trong làm cho triac dẫn, cho phép dòng xoay chiều qua nó. 6.2 MỘT SỐ ĐẶT TÍNH CỦA MOC 3020 • Điện áp cực đại đặt trên hai đầu triac là 400V • Dòng qua triac thay đổi khi thay cường độ phát của led hồng ngoại • Có thể giao tiếp với vi xử lý để tương thích điện áp115V/240V • Điện áp đặt trên hai đầu triac trong khoảng thời gian 5s với tần số 60hz là 7.5Kv • Điện áp cấp cho led hồng ngoại là 3V • Dòng kích led hồng ngoại là 50mA • Dòng ra cực đại là 100mA ứng với nhiệt độ môi trường là 25OC - 50mA ứng với nhiệt độ là 70OC Tuy nhiên, công suất của MOC 3020 thì quá nhỏ không đủ để làm nhiệm vụ đóng mở thiết bị có công suất tương đối lớn như các thiết bị gia dụng. Do đó, người thực hiện đề tài sử dụng MOC 3020 làm nhiệm vụ kích cho một triac khác có công suất lớn đủ áp ứng được yêu cầu của đề tài như hình sau: 2k 470 510 1 BT134 2 opto 103 Hình 6.6 : Sơ đồ mạch kích triac dùng opto MOC3020 Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 42 CHƯƠNG 7 THIẾT KẾ - THI CÔNG 7.1 THIẾT KẾ 7.1.1 Sơ đồ khối BUS Hiển thị Mắt thu hồng ngoại Điều Xử lí Xuất đọc khiển điều khiển tín hiệu công Đệm và điều suất các kiểm tra khiển thiết bị trạng thái đường truyền Bàn phím điều Công tắc điều khiển, kiểm tra khiển bằng tay thiết bị các các thiết bị trong phòng khác phòng Hình 7.1 : Sơ đồ khối hệ thống 7.1.2 Chức năng từng khối Đệm và kiểm tra trạng thái đường truyền • Nhiệm vụ Khối đệm đường truyền có nhiệm vụ nâng cao tính chống nhiễu cũng như khoảng cách truyền giữa các trạm. Khối xử lí, điều khiển giao tiếp với các trạm (board) khác thông qua khối này. Khối kiểm tra trạng thái đường truyền có nhiệm vụ đọc xem đường truyền có bận hay không và báo cho khối xử lí điều khiển biết. Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 43 • Sơ đồ mạch nguyên lí U13A U5 CON3 2 1 en_out 3 7404 Đến vi A 6 DE 2 1 B 7 A RE 4 D điều 2 B D 1 R 3 R busy khiển VCC J3 SN75176A 3 VCC U7A 1 2 A 13 B CLR Q R10 15 REXT/CEXT 100k C5 4 14 Q CEXT 103 74LS123 Hình 7.2 : Sơ đồ nguyên lí khối đệm và kiểm tra trạng thái đường truyền • Nguyên lí hoạt động của khối SN75176 là IC đệm đường truyền chuẩn RS485. Vì sử dụng phương pháp truyền bán song công nên hai chân cho phép phát và cho phép nhận có thể được nối chung để tại một thời điểm IC chỉ hoạt động ở chế độ thu hoặc phát. 74LS123 là IC đơn ổn với thời gian trì hoãn ở ngõ ra tùy thuộc vào điện trở R10 và tụ C5 theo công thức gần đúng sau: T ≈ 0,45R10C5 Ngõ vào A được nối vào chân R của SN75176 nhằm phát hiện ra bit Start của đường truyền. Khi có bit Start ( hay sự chuyển trạng thái từ [1] xuống [0]) thì ngõ ra Q sẽ chuyển trạng thái trong khoảng thời gian T để vi điều khiển biết là đường truyền đang bận. Mắt thu hồng ngoại • Nhiệm vụ Thu nhận tín hiệu hồng ngoại từ remote, loại bỏ sóng mang 38KHz để đưa tín hiệu dải nền đến vi điều khiển. • Sơ đồ mạch nguyên lí U1 mat thu VCC VCC GND OUT 2 1 3 OUT Hình 7.3 : Sơ đồ nguyên lí khối thu hồng ngoại Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 44 Khối hiển thị • Nhiệm vụ Khối này bao gồm một LCD 16x1 để hiển thị những thông tin cần thiết trong quá trình điều khiển thiết bị các phòng khác cũng như để hẹn giờ cho các thiết bị trong phòng. Ngoài ra khối còn gồm 8 Led đơn dùng để hiển thị trạng thái thiết bị của phòng đang giao tiếp. • Sơ đồ mạch nguyên lí 470 470 HIEÅN THÒ LCD U6 470 OCLed 1 470 VCC CLed 11 OC VCC I/O1 2 C 19 470 0V +5V Vo RS R/W EN DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 I/O2 3 1D 1Q 18 R24 I/O3 4 2D 2Q 17 3D 3Q 470 15K 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 I/O4 5 16 I/O5 6 4D 4Q 15 470 I/O6 7 5D 5Q 14 R25 C13 I/O7 8 6D 6Q 13 7D 7Q 470 1.5K I/O8 9 12 104 8D 8Q RW I/O1 I/O2 I/O3 I/O4 I/O5 I/O6 I/O7 I/O8 RS EN 74HC573 RW CLed I/O1 I/O2 I/O3 I/O4 I/O5 I/O6 I/O7 I/O8 EN OCLed RS Đến VDK Hình 7.4 : Sơ đồ nguyên lí khối điều khiển Bàn phím điều khiển, kiểm tra thiết bị các phòng khác Thực chất khối này gồm 16 nút nhấn kết nối dưới dạng ma trận 4x4. Tám ngỏ ra của ma trận này được nối trực tiếp đến port 2 của vi điều khiển. C1 C2 C3 C4 0 1 2 3 H1 4 5 6 7 H2 8 9 A B H3 C D E F H4 Hình 7.5 : Bàn phím ma trận 4x4 Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 45 Khối xuất đọc tín hiệu điều khiển • Nhiệm vụ Khối này có thể nhận tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển hoặc từ các công tắc chuyển mạch bằng tay để diều khiển các thiết bị trong phòng. Ngoài ra khối còn đọc trạng thái của các thiết bị để đưa trở về vi điều khiển. • Sơ đồ mạch nguyên lí U3 R1 1 U2B CO 11 OC M1 4 I/O1 2 C 19 M1 6 I/O2 3 1D 1Q 18 M2 H1 5 I/O3 4 2D 2Q 17 M3 I/O4 5 3D 3Q 16 M4 74ALS86 I/O5 6 4D 4Q 15 M5 I/O6 7 5D 5Q 14 M6 I/O7 8 6D 6Q 13 M7 I/O8 9 7D 7Q 12 M8 đến 8D 8Q đến vi 74HC573 điều điều U8 khiển OCI 1 khiển CI 11 OC công I/O1 19 C 2 R1 I/O2 18 1Q 1D 3 R2 suất I/O3 17 2Q 2D 4 R3 I/O4 16 3Q 3D 5 R4 R8 I/O5 15 4Q 4D 6 R5 U2B I/O6 14 5Q 5D 7 R6 M8 4 I/O7 13 6Q 6D 8 R7 6 I/O8 12 7Q 7D 9 R8 H8 5 8Q 8D 74HC573 74ALS86 H8 H1 đến công tắc điều khiển bằng tay Hình 7.6 : Sơ đồ nguyên lí khối xuất đọc Khối điều khiển công suất các thiết bị • Nhiệm vụ Tín hiệu số 5V hoặc 0V từ khối xuất đọc tín hiệu điều khiển đưa đến sẽ được dùng để điều khiển các thiết bị sử dụng điện lưới. • Sơ đồ nguyên lí mạch của khối K1 J8 VCC 5 R1 3 1 4 2 R2 1 3 2k R3 J1 2 CON3 Q1 D2 470 Q2 510 1 D1N4148 T9A-RELAY SPDT BT134 2 R26 opto C1 CON2 4k7 Q13 103 Q2SC1815 R34 a) điều khiển Triac 4k7 b) điều khiển Rờle Hình 7.7 : Sơ đồ nguyên lí khối điều khiển công suất Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 46 7.1.3 Hoạt động của sơ đồ khối Bình thường thì khối xử lí điều khiển sẽ điều khiển LCD hiển thị giờ của hệ thống. Nếu thiết bị được cài đặt chế độ hẹn giờ thì khi đến giờ hẹn thiết bị sẽ được tự động tắt. Nếu có tín hiệu điều khiển từ remote thì khối thu hồng ngoại sẽ thu nhận tín hiệu này và đưa tín hiệu dải nền đến khối xử lí điều khiển. Khối này sẽ thực thi lệnh theo mã lệnh từ remote. Ở bất kì thời điểm nào trên đường truyền có tín hiệu thì khối đệm và kiểm tra trạng thái đường truyền sẽ đưa tín hiệu trên bus vào khối xử lí điều khiển đồng thời báo cho khối này biết đường truyền đang bận. Trong khi giao tiếp với các board khác thì khối xử lí điều khiển sẽ thông qua khối đọc xuất mà điều khiển theo yêu cầu từ board khác gởi đến hoặc thông tin cho board khác biệt trạng thái của các thiết bị trong phòng. Người sử dụng sẽ giao tiếp với khối xử lí điều khiển thông qua bàn phím và thiết bị hiển thị LCD. Bàn phím được sử dụng để giao tiếp với các board ở các phòng khác hoặc để hẹn giờ cho các thiết bị trong phòng. 7.2 THI CÔNG 7.2.1 Trình tự thi công Vẽ sơ đồ mạch nguyên lí, sơ đồ mạch in Thi công mạch in Lắp ráp linh kiện, chỉnh sửa mạch cho hoàn chỉnh. Viết chương trình con cho từng yêu cầu. Tổng hợp các chương trình con thành một chương trình hoàn chỉnh Hoàn chỉnh phần cứng và phần mềm. 7.2.2 Sơ đồ nguyên lí, mạch in Sơ đồ nguyên lí mạch giao tiếp tính với bus Đây là mạch chuyển từ chuẩn giao tiếp RS232 sang chuẩn giao tiếp RS485. Sơ đồ nguyên lí của mạch này được trình bày trong hình 7.8 Sơ đồ mạch in, bố trí linh kiện mạch giao tiếp Mạch in của mạch giao tiếp máy tính với bus có kích thước 7,2x4,6 cm. Sơ đồ mạch in và bố trí linh kiện được trình bày trong hình 7.9 và 7.10 Sơ đồ nguyên lí board mạch chính Đây là mạch nguyên lí của board mạch cho từng phòng. Người đọc có thể tham khảo mạch nguyên lí trong phần phụ lục của đồ án này. Sơ đồ mạch in, bố trí linh kiện board mạch chính Mạch in của mạch gắn cho từng phòng có kích thước 17x12 cm. Sơ đồ mạch in và bố trí linh kiện được trình bày trong hình 7.11 và 7.12 Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang 36 VCC U1B 6 R1 CEXT U1A 100K 15 REXT/CEXT VCC 7 REXT/CEXT C1 103 9 5 14 10 A Q CEXT VCC 11 B 12 13 2 CLR Q Q B 3 CLR 74LS123 4 1 Q A 74LS123 P1 U2 1 U3 4 J1 6 7 10 3 D 6 A 2 14 T2OUT T2IN 11 DE A B 1 7 13 T1OUT T1IN 12 1 7 2 3 8 R1IN R1OUT 9 2 R B 3 R2IN R2OUT RE 8 CON3 4 1 VCC U4A SN75176B C+ 9 C2 1 2 5 10uF C3 7404 3 U4C U4B 10uF CONNECTOR DB9 4 C1- 2 5 6 3 4 C2+ V+ C4 7404 7404 R3 10uF 5 6 C2- V- 470 C5 MAX232 10uF VCC VCC D5 LED C10 C11 104 104 J2 CON2 1 2 VCC U5 D1 D2 LM7805 U4D U4E U4F 1 3 9 8 11 10 13 12 VIN VOUT 4007 4007 7404 7404 7404 C7 C9 R2 D3 D4 C6 C8 104 220uF GND 104 470uF 470 4007 4007 2 D6 LED Title MBE_BOARD Size Document Number Rev A <Rev C Date:Friday , December 31, 2004 Sheet 11of Hình 7.9 : Sơ đồ nguyên lí mạch giao tiếp máy tính với bus Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang XXXVII Hình 7.10 : Sơ đồ mạch in của board giao tiếp máy tính với bus Hình 7.11 : Sơ đồ bố trí linh kiện của board giao tiếp máy tính với bus Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang XXXVIII Hình 7.12 : Sơ đồ mạch in của board mạch chính Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang XXXIX Hình 7.13 : Sơ đồ bố trí linh ki ện board mạch chính Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang XL CHƯƠNG 8 PHẦN MỀM MBE 8.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN MBE Giao diện chính của phần mềm điều khiển trên máy tính như bên dưới Hình 8.1 : Giao diện chính của chương trình MBE Để sử dụng, đầu tiên chọn nút connect để kết nối máy tính với phần cứng. Chương trình sẽ tự động dò tìm xem phần cứng kết nối bằng cổng COM nào của máy tính và sẽ giao tiếp với các board bằng cổng COM này. Nhập số phòng vào ô “Room” và số của thiết bị cần điều khiển vào ô “Device” bằng bàn phím hoặc có thể dùng nút “Ro/De” và các phím số trên giao diện để nhập số phòng và số thiết bị bằng chuột. Sau đó, người sử dụng có thể giám sát, điều khiển thiết bị của phòng này bằng các nút chức năng sau: • Read : Nút này dùng để kiểm tra trạng thái của thiết bị trong phòng đó có đang hoạt động hay không. Sau khi nhấn nút này thì trạng thái của thiết bị được hiển thị bởi các led trong bảng “Status of device”. Nếu led sáng màu xanh là thiết bị đó đang hoạt động, led màu xám là thiết bị đó không hoạt động. • Control : Sau khi kiểm tra, ta có thể thay đổi trạng thái hiện tại của thiết bị bằng cách nhấp vào nút này hoặc nhấp đúp vào led tương ứng trên bảng điều khiển. Thiết bị sẽ tắt hoặc mở tùy thuộc tình trạng trước đó của nó. • On All : Nhấp vào nút này thì thiết bị trong phòng đang chọn sẽ mở hết. Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang XLI • Off All : Nhấp vào nút này thì thiết bị trong phòng đang chọn sẽ tắt hết. • Detail : Nhấp vào nút này để biết thêm thông tin về thiết bị trong phòng như : tên thiết bị, vị trí thiết bị trong phòng, trạng thái Khi nhấp nút này thì một giao diện mới hiện ra như hình 8.2. Trên giao diện này, người dùng có thể xem được chi tiết hơn về thiết bị đó như : tên, trạng thái, vị trí của từng thiết bị trong phòng. Ngoài ra người sử dụng còn có thể tự đặt tên cho thiết bị bằng cách bấm giữ phím Alt và click vào thiết bị sau đó điền tên thiết bị vào. Người sử dụng cũng có thể di chuyển vị trí thiết bị cho phù hợp với vị trí trong phòng bằng cách bấm giữ phím Ctrl và click vào thiết bị. Hình 8.2 : Giao diện chi tiết cho từng phòng Người sử dụng còn có thể tự tạo một sơ đồ bố trí các vật dụng cho phù hợp với phòng trong thực tế. Các hình vẽ được thiết kế bằng bất cứ phần mềm vẽ đồ họa nào, phần sau sẽ trình bày một số phần mềm chuyên dụng và cách lưu một file hình sơ đồ phòng. Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang XLII 8.2 GIỚI THIỆU NHỮNG PHẦN MỀM DÙNG VẼ SƠ ĐỒ PHÒNG Lưu ý : Những phần mềm giới thiệu trong mục này được nhóm thực hiện đề tài tải từ mạng Internet. Mục đích giới thiệu những phần mềm này chỉ là để người sử dụng tham khảo thêm và giúp người sử dụng có thêm những công cụ đơn giản để tự thiết kế sơ đồ các phòng trong nhà mình. Khi chọn nút Detail, ta có thể xem được sơ đồ của căn phòng mà ta đang điều khiển. Tuy nhiên, ta có thể tự thiết kế sơ đồ căn phòng sao cho giống căn phòng của mình. Để có thể làm điều đó ta có thể sử dụng phần mềm chuyên dụng như Smartdraw hay Room-Arranger 8.2.1 Phần mềm Smartdraw Chương trình Smartdraw có dung lượng khoảng 35MB tương thích với mọi windows và chỉ được dùng thử 30 ngày. Nếu muốn sử dụng lâu dài ta có thể mua trực tiếp trên mạng tại địa chỉ sau: http:\\ www.smartdraw.com/plink/buy.htm Chương trình lớn nên hầu như có thể đáp ứng được hầu hết yêu cầu mà ta mong muốn. Chạy file Smartdraw.exe để vào chương trình Hình 8.3 : Giao diện chính của phần mềm Smartdraw • File > New: Ta mở một bộ khung cho căn phòng. Ta có thể chọn những mẫu có sẵn để thiết kế căn phòng của mình nếu thấy mẫu đó phù hợp. Hoặc ta có thể Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang XLIII tự tạo ra một bộ khung theo ý thích bằng cách chọn creat a new empty drawing nhưng không chọn bộ khung có sẵn, ta sẽ có được một màn hình trống để thiết kế. Ta chọn nút Wall ngay ở dưới màn hình thiết kế để có thể vẽ bộ khung của căn phong mà ta muốn. Chọn các kiểu vẽ trên thanh công cụ để vẽ. Sau khi vẽ xong (chú ý căn phòng được vẽ phải là một hình khép kín không được hở) ta chuyển sang dạng bức tường thì mới có thể tiến hành phân bố các đồ dùng trong nhà. Để chọn đồ dùng ta nhấp nút object ở dưới màn hình : • Wizard > Open > Furniture wizard: Chọn chế độ này ở bên trái thanh điều khiển để chọn các đồ dùng trong gia đình Ngoài ra, còn một số chức năng như di chuyển đồ dùng bằng cách chọn Object sau đó, dùng chuột nhấp đúp vào chúng, ta sẽ di chuyển chúng dễ dàng.Ta có thể chọn lệnh Move symbol, Rotation symbol để làm tương tự • Ta có thể điền các chú thích bằng cách chọn biểu tượng của Word sau đó đánh tên cần chú thích vào. Chương trình Smartdraw ngoài việc thiết kế phòng ốc còn có thể vẽ toàn bộ căn nhà, vẽ biểu đồ, sơ đồ, mạch điện 8.2.2 Phần mềm Room-Arranger Chương trình Room Arranger có dung lượng khoảng 0.9MB tương thích với mọi windows và chỉ được dùng thử 30 ngày. Nếu muốn sử dụng lâu dài ta có thể mua trực tiếp trên mạng tại địa chỉ sau: Chọn file Rooarr.exe để chạy chương trình. Chương trình này khá đơn giản gồm những phần chính sau: Hình 8.4 : Giao diện chính của Room Arranger Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang XLIV • Project > new: . Một màn hình yêu cầu chọn kích thước căn phòng xuất hiện. Nếu muốn thay đổi, ta thay đổi thông số Width và Height sau đó chọn OK. Còn nếu không muốn thay đổi thì chọn cancel để được màn hình thiết kế mặc định width =500, height=300. Hình 8.5 : Thiết lập thông số cho bản vẽ Thường thì căn phòng có dạng hình chữ nhật, nếu muốn thay đổi khi chọn new ta nhấp vào nút Edit wall để vẽ lại căn phòng ( thường thì ta chi cần thay đổi các thông số của tọa độ X Y tronh căn phòng là được). • Add Object : Ta có thể chon các thiết bị để trang trí cho căn phòng từ phòng khách, phòng ngủ đến nhà bếp. Khi chon xong ta kéo chuột vào màn hình thiết kế. Khi muốn di chuyển hay xoay thiết bị ta nhấp chuột phảI chọn Rotation. • Object > Add Label : Cho phép ta chèn một câu chú thích vào thiết bị để dễ nhận biết. • Ngoài ra còn một số chức năng thú vị khác Tuy nhiên, để có thể xuất bản vẽ mà ta mới thiết kế thì khi xuất ta nên canh lại kích thước bản vẽ sao cho phù hợp với khung hình trong phần mềm MBE. Ta có thể làm như sau: Khi thiết kế xong ta chọn Save để lưu lại bản vẽ. Sau đó, chọn Project > propeties màn hình chọn kích thước cho bản vẽ lại xuất hiện như lúc mới vào chương trình vẽ. Ta thiết lập lại kích thước nếu muốn, chọn xong nhấp OK. Theo người làm đề tài thì nên chọn Width = 730 height = 450. Tiếp theo, ta chọn Project > export > save as image nhập tên cần save và nhấp OK. Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang XLV CHƯƠNG 9 TÓM TẮT - KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ 9.1 TÓM TẮT ĐỀ TÀI Sau 6 tuần thực hiện đề tài “ Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình” đã thực hiện được những việc sau: • Thiết kế - thi công mô hình gồm 3 board có thể kết nối với nhau. Mỗi một board có thể kiểm tra, điều khiển thiết bị của các board khác. • Có thể kiểm tra, điều khiển thiết bị của các phòng bằng máy tính. • Khả năng mở rộng tối đa là 32 board cho 32 phòng. • Phạm vi truyền tín hiệu giữa các board nhỏ hơn 1Km. • Thiết bị trong từng phòng có thể được điều khiển bởi công tắc điều khiển bằng tay hay điều khiển từ xa bằng remote hồng ngoại. • Có thể hẹn giờ tắt cho từng thiết bị. • Hiển thị giao tiếp bằng thiết bị hiển thị LCD. • Điều khiển tắt mở thiết bị điện bằng triac và rờle. 9.2 KẾT LUẬN Trải qua hơn 6 tuần thực hiện đề tài, nhóm thực hiện đề tài đã hoàn thành được những yêu cầu cơ bản đã đặt ra. Nhóm cũng đã hoàn thành được mô hình điều khiển thiết bị cho ba phòng. Tuy nhiên do giới hạn về trình độ chuyên môn, kinh nghiệm thực tế, thời gian, kinh phí nên đề tài vẫn còn nhiều khuyết điểm như: • Phương thức điều khiển bằng tay chưa thực sự hợp lý • Đã chống được xung đột trên đường truyền nhưng không hoàn toàn tất cả các tình huống xung đột có thể xảy ra. • Giao diện trên máy tính chưa thật sự tiện lợi, dễ sử dụng. Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm thực hiện đề tài cũng đã rút ra được những bài học kinh nghiệm, kiến thức, kỹ năng từ thầy cô, bạn bè 9.3 ĐỀ NGHỊ Đề tài này có thể mở rộng hơn theo các hướng sau: • Sử dụng sóng cao tần để truyền tín hiệu dải nền. • Có thể mở rộng, chỉnh sửa chương trình điều khiển để áp dụng cho các toà nhà cao tầng, khách sạn, công sở • Có thể điều khiển thông qua: mạng điện thoại, Lan, Internet • Sử dụng nguồn nuôi dự phòng để vi điều khiển vẫn hoạt động khi không có điện. • Cải tiến điều khiển bằng tay cho hợp lý hơn. • Hoàn thiện giao diện để người sử dụng điều khiển dễ dàng, nhanh chóng hơn. Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang XLVI Tài liệu tham khảo 1. THY ANH – Borland Delphi, công cụ phát triển ứng dụng nhanh trên môi trường Window (Tập 1,2).Nhà xuất bản trẻ 1999. 2. TỐNG VĂN ON – HOÀNG ĐỨC HẢI - Họ vi điều khiển 8051. Nhà xuất bản lao động – xã hộI 2001. 3. NGÔ DIÊN TẬP – Đo lường và ghép nối máy tính trong môi trường Window. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thật 2002. 4. LÊ HỮU ĐẠT – Các kỹ xảo lập trình với Microsoft Visual Basic & Borland Delphi. Nhà xuất bản giáo dục. 5. 6. 7. 8. 9. Chương 7: Thiết kế - Thi công
Thiết kế - thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong gia đình Trang XLVII Chương 7: Thiết kế - Thi công