Đồ án Điều khiển và giám sát thiết bị điện trong nhà (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Điều khiển và giám sát thiết bị điện trong nhà (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ GVHD: ThS. NGUYỄN TRƯỜNG DUY SVTH: BÙI GIA THIẾT MSSV: 09201050 SVTH: VŨ XUÂN TƯỜNG MSSV: 09201063 S K L 0 0 4 5 4 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2017
2. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ GVHD: ThS. Nguyễn Trường Duy SVTH: Bùi Gia Thuyết MSSV: 09201050 SVTH: Vũ Xuân Tường MSSV: 09201063 Tp. Hồ Chí Minh - 01/2017
3. TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tp. HCM, ngày 10 tháng 01 năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Bùi Gia Thuyết MSSV: 09201050 Vũ Xuân Tường MSSV: 09201063 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 2 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2009 Lớp: 092010 I. TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: (ghi những thông số, tập tài liệu tín hiệu, hình ảnh, ) 2. Nội dung thực hiện: (ghi những nội dung chính cần thực hiện như trong phần tổng quan) III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/10/2016 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/01/2017 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS NGUYỄN TRƯỜNG DUY. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ii
4. TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tp.HCM, ngày 10 tháng 01 năm 2017 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: BÙI GIA THUYẾT Lớp: 092010 MSSV: 09201050 Họ tên sinh viên 2: VŨ XUÂN TƯỜNG Lớp: 092010 MSSV: 09201063 Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Tuần 1 Gặp GVHD nghe phổ biến yêu cầu Tiến hành chọn đồ án Tuần 2 GVHD tiến hành xét duyệt đề tài Tuần 3 Viết tóm tắt yêu cầu đề tài đã chọn Tuần 4 Tiến hành thiết kế sơ đồ khối Tuần 5 Thiết kế sơ đồ mạch Giải thích nguyên lý của mạch Tuần 6 Tính toán, chọn mua linh kiện Tuần 7 Lập trình giao tiếp Tuần 8 Thi công mạch in Tuần 9 Hoàn chỉnh lập trình điều khiển Viết báo cáo Tuần 10 Hoàn chỉnh báo cáo Tuần 11 In sách đồ án Tuần 12 Tuần 13 GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iii
5. LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do nhóm tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Người thực hiện đề tài Bùi Gia Thuyết Vũ Xuân Tường iv
6. LỜI CẢM ƠN Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô khoa Điện – Điện tử đã giảng dạy em trong suốt bốn năm học và tạo điều kiện thuận lợi để em thực hiện tốt đề tài. Cảm ơn gia đình, cha mẹ đã là nguồn động viên to lớn về vật chất và tinh thần trong suốt thời gian học hành, để em có được tương lai, theo đuổi ước mơ và sự nghiệp. Đặc biệt cảm ơn thầy ThS. NGUYỄN TRƯỜNG DUY đã tạo điều kiện và hướng dẫn em cách học tập cũng như nghiên cứu để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp. Cuối cùng xin chúc gia đình, bạn bè và quý thầy, cô nhiều sức khỏe và thành công trong công việc. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Bùi Gia Thuyết Vũ Xuân Tường v
7. MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình iii Cam đoan iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Liệt kê hình vẽ vii Liệt kê bảng vẽ viii Tóm tắt ix CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Mục tiêu 1 1.3. Nội dung nghiên cứu 2 1.4. Giới hạn 2 1.5. Bố cục 2 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 2.1 Quy trình điều khiển và giám sát thiết bị điện trong nhà 4 2.2 Giới thiệu phần cứng 4 2.2.1 Giới thiệu về kit Arduino Mega2560 5 2.2.2 Màn hình hiển thị LCD 10 2.2.3 Các loại Module cảm biến 12 2.2.4 Đồng hồ thời gian thực RTC 18 2.2.5 Bộ truyền nhận Bluetooth 20 2.2.6 Các phương thức giao tiếp 22 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ. 27 3.1 Giới thiệu 27 3.2 Tính toán và thiết kế hệ thống 27 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 28 3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch 29 3.2.2.1 Kết nối khối Arduino Mega2560 29 vi
8. 3.2.2.2 Kết nối khối cảm biến 31 3.2.2.3 Kết nối khối hiển thị 35 3.2.2.4 Kết nối module thời gian RTC 36 3.2.2.5 Thiết kế khối nút nhấn 36 3.2.2.6 Kết nối module Bluetooth 38 3.2.2.7 Thiết kế khối relay 4 khênh 38 3.2.2.8 Thiết kế khối nguồn 39 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch 41 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 43 4.1 Giới thiệu 43 4.2 Thi công hệ thống 43 4.2.1 Thi công board mạch 43 4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 46 4.3 Đóng gói và thi công mô hình 48 4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển 48 4.3.2 Thi công mô hình 49 4.4 Lập trình hệ thống 51 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 51 4.4.2 Phần mềm lập trình Arduino IDE 57 4.4.3 Phần mềm lập trình Arduino Studio 59 4.5 Hướng dẫn sử dụng, thao tác 70 4.5.1 Hướng dẫn sử dụng 70 4.5.2 Quy trình thao tác 77 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 79 5.1 Kết quả. 79 5.2 Nhận xét 82 5.3 Đánh giá 83 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 85 6.1 Kết luận . 85 6.2 Hướng phát triển 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC 88 vi
9. LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Kit Arduino Mega256 5 Hình 2.2: Sơ đồ chân kit Arduino Mega2560 6 Hình 2.3: Hình dáng và các chân của màn hình LCD 16x2 10 Hình 2.4: Hình dáng và các chân modul I2C LCD16x2 mặt trước 12 Hình 2.5: Hình dáng và các chân modul I2C LCD16x2 mặt sau 12 Hình 2.6: Module cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm DHT11 13 Hình 2.7 Module cảm biến khí ga MQ2 13 Hình 2.8: Sơ đồ kết nối MQ2 14 Hình 2.9: Module cảm biến ánh sáng 15 Hình 2.10: Module cảm biến tốc độ động cơ 16 Hình 2.11: Module cảm biến lưu lượng nước S201 17 Hình 2.12: Hai gói cấu tạo chip DS1307 18 Hình 2.13: Tổ chức bộ nhớ của DS1307 19 Hình 2.14: Module RTC tích hợp sẵn 20 Hình 2.15: Mặt trước và mặt sau module HC-05 21 Hình 2.16: Bus I2C và các thiết bị ngoại vi 22 Hình 2.17: Kết nối các thiết bị vào bus I2C 23 Hình 2.18: Phương thức truyền I2C 23 Hình 2.19: Khung truyền dữ liệu chuẩn I2C 25 Hình 2.20: Tín hiệu tương đương của UART và RS232 25 Hình 2.21: Khung truyền cơ bản trong truyền nhận UART 26 Hình 3.1: Sơ đồ khối toàn hệ thống 28 Hình 3.2: Sơ đồ kết nối khối Arduino Mega2560 29 Hình 3.3: Sơ đồ kết nối khối cảm biến 31 Hình 3.4: Kết nối module cảm biến DHT11 32 Hình 3.5: Kết nối module cảm biến khí gas MQ2 33 Hình 3.6: Kết nối module cảm biến ánh sáng 33 Hình 3.7: Kết nối module đo tốc độ động cơ 34 Hình 3.8: Kết nối module cảm biến lưu lượng nước 35 Hình 3.9: Sơ đồ kết nối khối hiển thị 35 Hình 3.10: Sơ đồ kết nối module thơi gian thực RTC 36 vii
10. Hình 3.11: Sơ đồ mạch khối nút nhấn 37 Hình 3.12: Sơ đồ kết nối module Bluetooth 38 Hình 3.13: Sơ đồ mạch khối relay 4 kênh 39 Hình 3.14: Khối nguồn của thiết bị 41 Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch 41 Hình 4.1: Sơ đồ mạch in của khối nút nhấn 43 Hình 4.2: Sơ đồ mạch in của khối relay 4 kênh 44 Hình 4.3: Sơ đồ bố trí linh kiện khối relay 4 kênh 45 Hình 4.4: Hình mặt trên khối nút nhấn 46 Hình 4.5: Hình mặt trên khối relay 4 kênh 47 Hình 4.6: Hình mặt dưới khối relay 4 kênh 47 Hình 4.7: Hình sơ bộ đóng gói bộ điều khiển 48 Hình 4.8: Hình đóng gói bộ điều khiển 48 Hình 4.9: Mô hình sơ bộ hệ thống 49 Hình 4.10: Mô hình hoàn thành hệ thống 50 Hình 4.11: Lưu đồ chương trình chính 51 Hình 4.12: Lưu đồ chương trình Mode 52 Hình 4.13: Lưu đồ chương trình RTC 53 Hình 4.14: Lưu đồ chương trình điều khiển thiết bị 54 Hình 4.15: Lưu đồ chương trình test 55 Hình 4.16: Lưu đồ chương trình giám sát 56 Hình 4.17: Lưu đồ chương trình điện thoại 57 Hình 4.18: Giao diện download IDE 58 Hình 4.19: Chọn just download để tải IDE về máy tính 58 Hình 4.20: Chọn thư mục lưu file tải về 59 Hình 4.21: Giải nén thư mục tải về 59 Hình 4.22: Giao diện tải Androi Studio 60 Hình 4.23: Chọn điều khoản và tải Androi Studio 61 Hình 4.24: Chọn next để cài đặt file 61 Hình 4.25: Đánh dấu vào các thành phần bạn muốn cài đặt 62 Hình 4.26: Chọn I Agree để chấp nhận cài đặt 62 Hình 4.27: Chọn ổ đĩa để cài đặt 63 Hình 4.28: Chọn dung lượng bộ nhớ cho HAXM 63 vii
11. Hình 4.29: Chọn Install để cài đặt bất đầu 63 Hình 4.30: Chọn dòng thứ 2 để chạy ứng dụng 64 Hình 4.31: Giao diện làm việc của Android Studio 64 Hình 4.32: Nội dung của file AndroidMainfest.xml 65 Hình 4.33: Thành phần Design của activity_main.xml 66 Hình 4.34: Thành phần Text của activity_main.xml 67 Hình 4.35: Giao diện thành phần MainActivity.java 68 Hình 4.36: Nội dung chương trình sau khi lập trình 69 Hình 4.37: Thao tác xử lý của hàm nút nhấn 70 Hình 4.38: Chương trình Android Studio 70 Hình 4.39: Giao diện phần mềm 71 Hình 4.40: Hình yêu cầu cấp phép Bluetooth 71 Hình 4.41: Giao diện Connect 72 Hình 4.42: Giao diện đồ án tốt nghiệp khi đã kết nối 73 Hình 4.43: Màn hình LCD và nút nhấn 73 Hình 4.44: LCD hiển thị các thông số 74 Hình 4.45: LCD hiển thị 3 chế độ khi nhấn Mode 74 Hình 4.46: Hiển thị điều chỉnh RTC 75 Hình 4.47: Hiển thị điều khiển thiết bị 75 Hình 4.48: Hiển thị chế độ cho Test 76 Hình 4.49: Hiển thị test đèn 76 Hình 4.50: Hiển thị test quạt 76 Hình 4.51: Hiển thị test bơm 77 Hình 5.1: Mô hình thực tế 79 Hình 5.2: Đang kiểm tra thiết bị khi nhấn ON 80 Hình 5.3: Màn hình LCD báo đèn sáng 80 Hình 5.4: Báo sự cố 80 Hình 5.5: Màn hình LCD báo ON -> OFF 80 Hình 5.6: Màn hình LCD báo đèn tắt 81 Hình 5.7: Màn hình LCD báo khí gas 81 Hình 5.8: Trên điện thoại báo khí gas 81 vii
12. LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Bảng số chân, tên chân trên board của Arduino Mega2560 6 Bảng 2.2: Kết nối chân modul I2C LCD16x2 với Arduino Mega2560 12 Bảng 2.3: Kết nối chân module DTH11 với Arduino Mega2560 13 Bảng 2.4: Kết nối chân module MQ2 với Arduino Mega2560 15 Bảng 2.5: Kết nối chân module cảm biến ánh sáng với Arduino Mega2560 16 Bảng 2.6: Kết nối chân module cảm biến ánh sáng với Arduino Mega2560 16 Bảng 2.7: Kết nối chân module cảm biến lưu lượng nước với Arduino Mega2560 17 Bảng 2.8: Kết nối module đồng hồ thời gian thực RTC với Arduino Mega2560 20 Bảng 2.9: Kết nối chân Module Bluetooth HC-05 với Arduino Mega2560. 22 Bảng 3.1: Bảng kết nối chân của Arduino Mega2560 với các Module. 31 Bảng 3.2: Dòng tiêu thụ của các thiết bị 40 Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện khối nút nhấn .44 Bảng 4.2: Danh sách các linh kiện khối relay 4 kênh 45 viii
13. TÓM TẮT Ngày nay, dưới sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã làm cho cuộc sống con người ngày cảng tốt hơn, tiện nghi hơn, trong đó phải kể đến vai trò của các bộ điều khiển thông minh, chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống và trong công nghiệp. Do đó, việc phát triển các bộ điều khiển thông minh là vô cùng quan trọng và cấp thiết. Ở Việt Nam, trong những năm gần đây thì các bộ điều khiển các thiết bị điện dân dụng trong nhà đang dần được chú ý, đã có những dự án về “ngôi nhà thông minh” hay các đề tài về điều khiển thiết bị điện trong nhà Nhìn chung các năm trước, đề tài về điều khiển thông minh được các sinh viên thực hiện xoay quanh các nội dung như: điều khiển qua tin nhắn điện thoại và điều khiển bằng tần số vô tuyến, sử dụng chủ yếu các loại cảm biến thông dụng như cảm biến nhiệt độ, cảm biến khói, cảm biến khí gas, cảm biến quang trở, ứng dụng công nghệ RFID, lập trình trên hệ điều hành android và sử dụng vi điều khiển PIC, ARM Với sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp điện tử với sự ra đời nhiều dòng vi xử lý của nhiều hãng điện tử nổi tiếng như STMicroelectronics, Microchip, Atmel, Intel ra đời nhiều dòng vi xử 8 bit, 16 bit, 32 bit được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. Hãng Atmel đưa ra thị trường nhiều vi điều khiển trên nền bộ xử lý ATMEGA2560 hiệu suất cao dễ dàng sử dụng và phát triển ứng dụng một cách nhanh chóng, giảm chi phí phát triển và năng lượng tiêu thụ. Nên em ứng dụng điều khiển thiết bị điện qua Bluetooth bằng điện thoại android sử dụng kit Arduino Mega2560. ix
14. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, dưới sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã làm cho cuộc sống con người ngày cảng tốt hơn, tiện nghi hơn, trong đó phải kể đến vai trò của các bộ điều khiển thông minh, chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống và trong công nghiệp. Hãng Atmel đưa ra thị trường nhiều vi điều khiển trên nền bộ xử lý ATMEGA2560 hiệu suất cao dễ dàng sử dụng và phát triển ứng dụng một cách nhanh chóng, giảm chi phí phát triển và năng lượng tiêu thụ. Nên em ứng dụng điều khiển thiết bị điện qua Bluetooth bằng điện thoại android sử dụng kit Arduino Mega2560. Được sự hướng dẫn của thầy ThS. NGUYỄN TRƯỜNG DUY, nhóm sinh viên chúng em lên kế hoạch thiết kế và thi công mô hình “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ TRONG NHÀ”. 1.2 MỤC TIÊU Thiết kế đo nhiệt độ và độ ẩm hiển thị LCD. Thiết kế cảnh báo cháy bằng chuông. Thiết kế thời gian thực hiển thị LCD. Thiết kế điều khiển và giám sát ánh sáng (bóng đèn). Thiết kế điều khiển và giám sát động cơ (quạt). Thiết kế điều khiển và giám sát hệ thống nước. Thiết kế giao diện kết nối kit Arduino Mega2560 với điện thoại qua Bluetooth. Sử dụng kit Arduino Mega2560, LCD, cảm biến đo nhiệt độ độ ẩm, cảm biến khí gas, điều khiển thiết bị điện qua Bluetooth bằng điện thoại sử dụng hệ điều hành android. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1
15. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU NỘI DUNG 1: Thiết kế thi công mạch kit Arduino giao tiếp cảm biến khí gas, cảm biến đo nhiệt độ, cảm biến đo tốc độ động cơ, cảm biến ánh sáng, cảm biến lưu lượng nước, LCD, thiết bị điện. NỘI DUNG 2: Thiết kế thi công và lập trình khối đo nhiệt đô độ ẩm. NỘI DUNG 3: Thiết kế thi công và lập trình khối thời gian thực. NỘI DUNG 4: Thiết kế thi công và lập trình khối giao diện kết nối Bluetooth. NỘI DUNG 5: Thiết kế thi công và lập trình khối nút nhấn. NỘI DUNG 6: Lắp ráp khối điều khiển và mô hình. NỘI DUNG 7: Chạy thử nghiệm hệ thống. NỘI DUNG 8: Chỉnh sửa các lỗi điều khiển, lỗi lập trình và lỗi của các thiết bị. NỘI DUNG 9: Viết luận văn. NỘI DUNG 10: Báo cáo đề tài tốt nghiệp. 1.4 GIỚI HẠN Sử dụng kit Arduino Mega2560 điều khiển cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến đo tốc độ động cơ, cảm biến ánh sáng, cảm biến lưu lượng nước, LCD, cảm biến khí gas, thiết bị điện, thời gian thực. Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm, chế độ thiết bị điện và thời gian thực trên LCD. Điều khiển thiết bị qua nút nhấn và qua Bluetooth. Hệ thống chỉ sử dụng trong nhà. 1.5 BỐ CỤC Chương 1: Tổng Quan Chương này trình bày và đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương này trình bày quy trình hoạt động, giới thiệu phần cứng, lựa chọn linh kiện, thiết bị cần điều khiển, các loại cảm biến, giới thiệu các chuẩn giao tiếp. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 2
16. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 3: Tính toán và thiết kế Chương này tính toán thiết kế hệ thống, thiết kế sơ đồ khối, chức năng từng khối, tính toán thiết kế mạch, các khối trong sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của từ khối. Chương 4: Thi công hệ thống Chương này thi công hệ thống, thi công board mạch, lắp ráp và kiểm tra, đóng gói và thi công mô hình, lưu đồ giải thuật, phần mềm lập trình cho vi điều khiển, giao diện cho điện thoại Android . Chương 5: Kết quả - Nhận xét – Đánh giá Chương này nêu kết quả đã đạt được, nhận xét đánh giá về hệ thống, về các khối cảm biến, bộ vi điều khiển, kết quả mô phỏng, kết quả thống kê, kết nối Bluetooth. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Chương này trình bày các kết quả đã đạt được và chưa đạt được so với mục tiêu ban đầu, nêu hướng phát triển của đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3
17. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 QUY TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ 2.1.1 Mô tả quy trình điều khiển thiết bị Quy trình hoạt động của hệ thống là một quy trình khép kín. Hệ thống hoạt động bao gồm việc điều khiển các thiết bị như đèn, quạt, bơm (những thiết bị chính cho 1 ngôi nhà cần có) và quan sát nó hoạt động hay không. Các thiết bị trên sẽ được điều khiển thông qua nút nhấn giao tiếp trực tiếp với kit Adruino Mega2560 hay điện thoại Android giao tiếp thông qua module Bluetooth kết nối với kit Arduino Mega2560. 2.1.2 Mô tả quy trình giám sát thiết bị điện Việc quan sát sẽ được hiển thị cả trên màn hình LCD và điện thoại cho ta khả năng giám sát cao. Ngoài ra hệ thống trên còn hiển thị thời gian thực (điều chỉnh được), báo nhiệt độ và độ ẩm liên tục. Việc thực hiện báo động bằng chuông kêu khi có khí gas sẽ giúp nâng cao an toàn trong bảo vệ tài sản. 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG Thiết bị đầu vào: Nút nhấn, module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11, module cảm biến khí gas MQ2, module cảm biến ánh sáng, module cảm biến tốc độ, module cảm biến lưu lượng S201, module thời gian thực RTC, module bluetooth HC-05. Thiết bị đầu ra: Màn hình hiển thị LCD16x2, mạch công suất điều khiển đèn, quạt, động cơ bơm nước, chuông báo động. Thiết bị điều khiển trung tâm: Là kit Arduino Mega2560. Các chuẩn truyền dữ liệu: UART, I2C, Bluetooth. Thiết bị lưu trữ: Bộ nhớ RAM, ROM. Thiết bị thời gian thực: IC đồng hồ thời gian thực. Thiết bị giao diện điều khiển: Điện thoại android. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4
18. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2.1 Giới thiệu về kit Arduino mega 2560 Arduino Mega2560 là một boarb mạch thiết kế với bộ xử lý trung tâm là vi điều khiển họ AVR Atmega2560: Hình 2.1. Kit Arduino Mega2560. Đi cùng với Board Arduino là một phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp: IDE (Integrated Development Environment) cho phép người dùng viết các chương trình cho Arduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++. Cấu tạo chính của Arduino Mega2560 bao gồm các phần sau: Cổng USB: Đây là loại cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điều khiển. Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính. Vi điều khiển AVR: Đây là bộ xử lí trung tâm của toàn board mạch. Với mỗi mẫu Arduino khác nhau thì con chip là khác nhau. Ở Arduino Mega2560 này thì sử dụng ATMega2560. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5
19. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Các bộ vi điều khiển Mega2560 có 16 đầu vào tương tự, mỗi ngõ vào tương tự đều có độ phân giải 10 bit (tức là 1024 giá trị khác nhau). Theo mặc định đo từ 0 đến 5 volts, mặc dù là nó có thể thay đổi phần trên của phạm vi bằng cách sử dụng chân Aref và chức năng analog Reference. Các bộ vi điều khiển Atmega2560 có 256 KB bộ nhớ flash để lưu trữ mã (trong đó có 8 KB được sử dụng cho bộ nạp khởi động), 8 KB SRAM và 4 KB của EEPROM. Hình 2.2. Sơ đồ chân kit Arduino Mega2560. Bảng 2.1: Bảng số chân, tên chân, tên chân trên board của Arduino Mega2560. Pin Number Pin Name Mapped Pin Name 1 PG5 ( OC0B ) Digital pin 4 (PWM) 2 PE0 ( RXD0/PCINT8 ) Digital pin 0 (RX0) 3 PE1 ( TXD0 ) Digital pin 1 (TX0) 4 PE2 ( XCK0/AIN0 ) 5 PE3 ( OC3A/AIN1 ) Digital pin 5 (PWM) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6
20. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 PE4 ( OC3B/INT4 ) Digital pin 2 (PWM) 7 PE5 ( OC3C/INT5 ) Digital pin 3 (PWM) 8 PE6 ( T3/INT6 ) 9 PE7 ( CLKO/ICP3/INT7 ) 10 VCC VCC 11 GND GND 12 PH0 ( RXD2 ) Digital pin 17 (RX2) 13 PH1 ( TXD2 ) Digital pin 16 (TX2) 14 PH2 ( XCK2 ) 15 PH3 ( OC4A ) Digital pin 6 (PWM) 16 PH4 ( OC4B ) Digital pin 7 (PWM) 17 PH5 ( OC4C ) Digital pin 8 (PWM) 18 PH6 ( OC2B ) Digital pin 9 (PWM) 19 PB0 ( SS/PCINT0 ) Digital pin 53 (SS) 20 PB1 ( SCK/PCINT1 ) Digital pin 52 (SCK) 21 PB2 ( MOSI/PCINT2 ) Digital pin 51 (MOSI) 22 PB3 ( MISO/PCINT3 ) Digital pin 50 (MISO) 23 PB4 ( OC2A/PCINT4 ) Digital pin 10 (PWM) 24 PB5 ( OC1A/PCINT5 ) Digital pin 11 (PWM) 25 PB6 ( OC1B/PCINT6 ) Digital pin 12 (PWM) 26 PB7 ( OC0A/OC1C/PCINT7 ) Digital pin 13 (PWM) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 7
21. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 27 PH7 ( T4 ) 28 PG3 ( TOSC2 ) 29 PG4 ( TOSC1 ) 30 RESET RESET 31 VCC VCC 32 GND GND 33 XTAL2 XTAL2 34 XTAL1 XTAL1 35 PL0 ( ICP4 ) Digital pin 49 36 PL1 ( ICP5 ) Digital pin 48 37 PL2 ( T5 ) Digital pin 47 38 PL3 ( OC5A ) Digital pin 46 (PWM) 39 PL4 ( OC5B ) Digital pin 45 (PWM) 40 PL5 ( OC5C ) Digital pin 44 (PWM) 41 PL6 Digital pin 43 42 PL7 Digital pin 42 43 PD0 ( SCL/INT0 ) Digital pin 21 (SCL) 44 PD1 ( SDA/INT1 ) Digital pin 20 (SDA) 45 PD2 ( RXDI/INT2 ) Digital pin 19 (RX1) 46 PD3 ( TXD1/INT3 ) Digital pin 18 (TX1) 47 PD4 ( ICP1 ) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 8
22. S K L 0 0 2 1 5 4