ĐỀ tÀi khoa hỌc cẤp trƯỜng - thư viện số

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU --------

ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ PANEL ĐIỀU KHIỂN

THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG MINH

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Lưu Hoàng

Bà Rịa - Vũng Tàu 10/2014

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

Thiết kế một panel điều khiển thiết bị điện tiện ích giá thành thấp.

Có thể điều khiển bằng màn hình cảm ứng hoặc điều khiển từ xa.

Hiển thị trạng thái của các thiết bị cũng như các cảm biến.

Tùy biến các nút nhấn trên màn hình cảm ứng.

Thiết bị có thể điều khiển được công suất bằng phương pháp điều khiển góc

kích.

Thiết bị có khả năng học lệnh để điều khiển thiết bị từ xa từ bất kỳ remote thông

dụng của các hãng khác nhau.

Thiết bị có thể điều khiển được 8 kênh, trong đó có 3 kênh có khả năng dimmer

(dimmer dùng để điều khiển độ sáng đèn sợi đốt hoặc điều khiển tố độ quạt).

Thiết bị có thể nhận tín hiệu từ 6 cảm biến như báo cháy, báo xì gas, báo trộm,

báo cửa mở ... để cảnh báo an ninh.

Thiết bị có sẵn các cảm biến đo nhiệt độ, đo cường độ sáng và đồng hồ thời gian

thực.

Có thể lắp rắp gọn gàng và đơn giản như một panel công tắc bình thường.

Có thể kết nối với nhau thành 1 hệ thống nhà thông minh.

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI ................................................. 1

1.1 Giới thiệu về thiết bị điện thông minh ........................................................ 1

1.2 Tính năng của một số thiết bị điện có trên thị trường ................................. 1

1.3 Phương án thiết kế ..................................................................................... 2

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THIẾT KẾ ................................................................... 3

2.1 Mạch điều khiển trung tâm ........................................................................ 3

Các yêu cầu với chip vi điều khiển ...................................................... 3 2.1.1

Chip vi điều khiển ATmega128 ........................................................... 3 2.1.2

2.2 Thiết kế bàn phím cảm ứng ........................................................................ 4

Giới thiệu panel cảm ứng điện trở ....................................................... 4 2.2.1

Kết nối mạch và phương pháp điều khiển ............................................ 5 2.2.2

Chương trình điều khiển ...................................................................... 7 2.2.3

2.3 Thiết kế màn hình hiển thị ......................................................................... 8

Giới thiệu Graphic LCD 128x64 ......................................................... 8 2.3.1

Kết nối mạch và phương pháp điều khiển ............................................ 9 2.3.2

Chương trình điều khiển .................................................................... 10 2.3.3

2.4 Thiết kế phần học tín hiệu từ remote hồng ngoại ...................................... 11

Giới thiệu nguyên lý thu phát hồng ngoại .......................................... 11 2.4.1

Linh kiện thu phát hồng ngoại ........................................................... 13 2.4.2

Kết nối mạch và phương pháp điều khiển .......................................... 13 2.4.3


2.5 Thiết kế khối dò pha để điều khiển dimmer ............................................. 14

Giới thiệu nguyên lý dò pha và dimmer ............................................. 14 2.5.1

Sơ đồ khối mạch dò pha .................................................................... 15 2.5.2


2.6 Thiết kế khối điều khiển công suất ........................................................... 16

Giới thiệu khối công suất .................................................................. 16 2.6.1

Sơ đồ mạch công suất........................................................................ 16 2.6.2


CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH THỰC TẾ .................................................................... 19

3.1 Board điều khiển...................................................................................... 19

Sơ đồ nguyên lý ................................................................................ 19 3.1.1

Sơ đồ mạch in ................................................................................... 19 3.1.2

Sơ đồ bố trí linh kiện ......................................................................... 20 3.1.3

3.2 Board công suất ....................................................................................... 20

Sơ đồ nguyên lý ................................................................................ 20 3.2.1

Sơ đồ mạch in ................................................................................... 21 3.2.2

Sơ đồ bố trí linh kiện ......................................................................... 21 3.2.3

3.3 Hình ảnh tổng quan của thiết bị ............................................................... 22

3.4 Hướng dẫn sử dụng thiết bị ...................................................................... 23

Cài đặt ngày, giờ ............................................................................... 23 3.4.1

Cài đặt Password ............................................................................... 23 3.4.2

Cài đặt thời gian giảm độ sáng màn hình ........................................... 23 3.4.3

Bật tắt âm thanh BEEP ...................................................................... 23 3.4.4

Cài đặt điều khiển bằng Remote ........................................................ 24 3.4.5

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN ................................................................................... 27

4.1 Ưu khuyết điểm của đề tài đã thực hiện ................................................... 27

Ưu điểm ............................................................................................ 27 4.1.1

Khuyết điểm...................................................................................... 27 4.1.2

4.2 Định hướng phát triển đề tài .................................................................... 27

Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh

ThS. Lưu Hoàng 1 Khoa Điện – Điện tử

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu về thiết bị điện thông minh

Hiện nay, với đà phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là trong lĩnh vực điều

khiển và tự động hóa, các thiết bị điện gia dụng không những ngày càng giúp ích

nhiều hơn mà chúng còn trở nên thông minh hơn. Làm cho chúng ta có cuộc sống

thoải mái hơn với những tiện ích mà chúng mang lại. Ví dụ một chiếc tủ lạnh có thể

đưa ra lựa chọn một số món ăn có thể nấu với những gì đang có trong tủ, lò vi sóng

có thể tự lên chương trình nấu khi nhận được mã vạch của túi thực phẩm, máy hút

bụi có thể tự làm sạch nhà và sau đó quay về vị trí tự sạc điện mà không cần nhiều

đến tác động của người sử dụng …Đó là một vài tiện ích mà thiết bị điện thông

minh mang lại. Ngoài ra, với sự phát triển của internet, các thiết bị còn có thể giao

tiếp được với người dùng ở mọi nơi thông qua máy tính hoặc smartphone dẫn đến

việc điều khiển các thiết bị điện thông minh ngày càng thuận lợi và thoải mái hơn

bao giờ hết. Vì thế thời đại của các thiết bị điện sắp tới được gọi là “Internet Of

Things” – internet của vạn vật.

Trong xu thế đó, các panel điều khiển thiết bị điện trong nhà như công tắc đèn,

quạt, dimmer cũng được thay thế từ điều khiển bằng các công tắc cơ qua điều khiển

bằng các panel cảm ứng. Điều này làm tăng tính thẩm mỹ, độ bền, độ an toàn cũng

như thuận lợi hơn cho người sử dụng. Một số hãng sản xuất còn thiết lập các giao

thức chung để các thiết bị của mình có thể giao tiếp với nhau giúp việc điều khiển

các thiết bị được thuận lợi và linh hoạt hơn. Với một hệ thống như vậy thì chỉ cần ở

một vị trí trong nhà có thể giám sát và điều khiển được mọi thiết bị trong hệ thống

thông qua một màn hình cảm ứng. Hoặc có thể điều khiển thiết bị ở mọi nơi thông

qua máy tính hoặc smartphone nếu như hệ thống có kết nối internet.

1.2 Tính năng của một số thiết bị điện có trên thị trường

Trên thị trường hiện có rất nhiều hãng sản xuất ra các thiết bị điều khiển thông

minh. Nhìn chung tất cả các thiết bị này đều có tính chất sau:

- Mỗi nhà sản xuất đều xây dựng cho mình một hệ thống riêng nên thiết bị của

các hãng khác nhau ít có khả năng được dùng chung trong một hệ thống.



- Các hệ thống thường sử dụng máy chủ để liên kết các thiết bị với nhau dẫn

đến chi phí cho một hệ thống rất cao, đặc biệt là lãng phí cho những hệ

thống nhỏ. Khi máy chủ gặp sự cố có thể dẫn đến việc toàn bộ hệ thống

không hoạt động được.

- Các panel điều khiển thường có ít nút nhấn dẫn đến phải gắn nhiều panel ở

một vị trí làm tăng chi phí cho hệ thống.

- Một số hệ thống còn tập trung phần công suất về tủ trung tâm nên tăng chi

phí dây dẫn cũng như khó đưa hệ thống về dạng cơ bản khi có sự cố hỏng

hóc.

- Các panel hầu như không có điều khiển từ xa bằng remote hoặc nếu có thì

phải mua của hãng sản xuất với chi phí khá cao.

- Hệ thống an ninh được tách biệt dẫn đến làm tăng chi phí cho toàn hệ thống.

1.3 Phương án thiết kế

Dựa vào các ưu, nhược điểm của các sản phẩm hiện có, đề tài này sẽ thiết kế

một panel điều khiển thiết bị điện thông minh với các đặc điểm sau:

- Thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện thông minh với giá thành thấp.

- Thiết bị phải được lắp đặt và kết nối đơn giản.

- Thiết bị có khả năng làm việc độc lập khi có sự cố về kết nối.

- Thiết bị có khả năng học lệnh để điều khiển thiết bị từ xa từ bất kỳ remote

thông dụng của các hãng khác nhau.

- Thiết bị có thể điều khiển được 8 kênh thiết bị, trong đó có 3 kênh có khả

năng dimmer (dimmer dùng để điều khiển độ sáng đèn sợi đốt hoặc điều

khiển tố độ quạt).

- Thiết bị có thể nhận tín hiệu từ 6 cảm biến như báo cháy, báo xì gas, báo

trộm, báo cửa mở ...

- Thiết bị có sẵn các cảm biến đo nhiệt độ, đo cường độ sáng và đồng hồ thời

gian thực.



CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THIẾT KẾ

2.1 Mạch điều khiển trung tâm

Mạch điều khiển đóng vai trò điều khiển toàn bộ hoạt động của thiết bị thông

qua chương trình được xây dựng để đạt các yêu cầu đặt ra. Mạch điều khiển phải

đáp ứng được về tốc độ xử lý cũng như độ bền bỉ khi phải hoạt động liên tục.

Phần quan trọng nhất trong mạch điều khiển là chip vi điều khiển. Chip này

phải đáp ứng được các chức năng mà yêu cầu của đề tài đặt ra.

Các yêu cầu với chip vi điều khiển 2.1.1

- Có 4 kênh ADC trở lên để giao tiếp với panel cảm ứng và cảm biến ánh

sáng.

- Có 2 ngắt ngoài để dò pha và để đọc tín hiệu từ mắt thu hồng ngoại.

- Có 3 bộ PWM điều chế độ rộng xung để thực hiện điều khiển dimmer cho 3

kênh.

- Có bộ nhớ eeprom để lưu thông số cài đặt.

- Có đủ số I/O để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi.

- Có khả năng giao tiếp nối tiếp.

- Có đủ bộ nhớ ram để cho hệ thống hoạt động.

Chip vi điều khiển ATmega128 2.1.2

Trong đề tài này chip vi điều khiển atmega128 được chọn vì nó đáp ứng được

yêu cầu đặt ra. Chip này có một số đặc điểm như sau:

- Có 128 KB bộ nhớ flash để lưu chương trình điều khiển.

- Có 4 KB bộ nhớ Ram.

- 4 KB Eeprom.

- 4 timer.

- 8 kênh ADC 10 bit.

- 6 kênh PWM.

- 2 USART.

- 53 I/O.



2.2 Thiết kế bàn phím cảm ứng

Bàn phím của thiết bị dùng để điều khiển cũng như cài đặt các chức năng của

thiết bị. Bàn phím có thể sử dụng phím cứng là nút nhấn cơ học hoặc sử dụng phím

cảm ứng để tăng tính thẩm mỹ.

Phím cảm ứng có thể sử dụng cảm ứng điện dung theo công nghệ Mtouch của

Microchip hoặc Qtouch của Atmel. Ưu điểm của 2 công nghệ này là độ hoạt động

bền bỉ cũng như dễ dàng thiết kế bề mặt của phím bằng kính để tăng độ sang trọng

của thiết bị.

Ngoài ra còn có thể sử dụng phím bằng panel cảm ứng điện trở. Ưu điểm của

panel điện trở là chi phí thấp, dễ thiết kế phím, dễ kết nối và điều khiển. Với tiêu

chí là thiết kế một thiết bị có giá thành thấp, kết cấu đơn giản nên panel cảm ứng

điện trở được lựa chọn trong đề tài này.

Giới thiệu panel cảm ứng điện trở 2.2.1

Panel cảm ứng điện trở là loại nhạy cảm với áp lực tác động lên bề mặt và có

thể được điều khiển bằng bút trâm, ngón tay hay bất kỳ vật nào có đầu nhọn. Panel

cảm ứng điện trở sử dụng kiếng hay nhựa acrylic gồm 2 lớp tương tác mỏng: lớp

chất dẫn điện và lớp điện trở - 2 lớp này được cách ly bởi những điểm và khoảng

trống mà mắt thường không thể nhìn thấy. Trên bề mặt mỗi lớp tương tác được phủ

một hợp chất gọi là ITO (oxít thiếc và Indi), trong khi đó dòng điện với mức điện

thế khác nhau sẽ được truyền qua 2 lớp này. Khi có một tác động lên bề mặt, 2 lớp

tương tác này "chạm" nhau và mạch điện sẽ được nối, cường độ dòng điện chạy

qua mỗi lớp cũng sẽ thay đổi. Lớp phía trên sẽ lấy điện thế từ lớp dưới và lớp dưới

sẽ lấy điện thế từ lớp trên, qua đó cho phép bộ điều khiển xác định tọa độ X-Y của

vị trí tiếp xúc. Panel điện trở thường có 2 loại kết nối 4 dây hoặc 5 dây. Loại 4 dây

thường được sử dụng nhiều hơn do kết nối và điều khiển đơn giản.

Panel cảm ứng điện trở có cấu trúc như hình sau:



Hình ảnh thực tế của panel cảm ứng điện trở:

Kết nối mạch và phương pháp điều khiển 2.2.2

Panel cảm ứng được kết nối trực tiếp vào 4 chân ADC của vi điều khiển như

sau:



4 chân của vi điều khiển sẽ tương ứng với các chân X+, Y+, X-, Y- của panel

cảm ứng:

Để xác định được tọa độ của vị trí bị tác động trên panel cảm ứng, chương trình

xử lý phải xác định được tọa độ theo trục X và Y bằng phương pháp quét theo bảng

sau:

Mode X+ X- Y+ Y-

Standby Hi-Z Hi-Z Hi-Z Hi-Z

X-Coordinate Vcc GND ADC Hi-Z

Y- Coordinate ADC Hi-Z Vcc GND

Khi ở chể độ nghỉ, các chân điều khiển được đặt ở chế độ Hi-Z để tiết kiệm

năng lượng.

Tọa độ X, Y của panel được quét liên tục theo tần số khoảng 100Hz. Ở mỗi lần

quét chương trình phải xác định vị trí của tác động.

Trước hết để xác định tọa độ theo trục X, điện áp được đặt lên 2 chân X+ và X-.

Lúc này dòng điện chạy qua trục X. Nếu panel được tác động thì một điểm trên



điện trở trục X sẽ được kết nối với trục Y và điện trở trên trục X sẽ trở thành một

cầu phân áp. Sau đó ta chỉ cần lấy ADC tại điểm này thông qua chân Y+ thì có thể

xác định được giá trị tương ứng với tọa độ của điểm tác động.

Tương tự, để xác định tọa độ theo trục Y, điện áp được đặt lên 2 chân Y+ và Y-

, sau đó lấy ADC thông qua chân X.

Chương trình điều khiển 2.2.3

Chương trình con quét và tạo mã phím:

void TouchScan(void){

unsigned char Key;

DDRF&=0XF0;DDRF|=(1<<YP);

PORTF&=0XF0;PORTF|=(1<<YN);

if(PINF.YN)return;

DDRF&=0XF0;DDRF|=(1<<YP)|(1<<XP);

PORTF&=0XF0;PORTF|=(1<<YP);

if(read_adc(XN)<20){if(KeySpeed)KeySpeed--;}

else if(KeySpeed==0){

DDRF&=0XF0;DDRF|=(1<<XP)|(1<<XN);

PORTF&=0XF0;PORTF|=(1<<XP);

X=read_adc(YN);

DDRF&=0XF0;DDRF|=(1<<YP)|(1<<YN);

PORTF&=0XF0;PORTF|=(1<<YP);

Y=read_adc(XN);

if(Y<Ymin){Key=21;}

else if(KeyPadType==0){

Y=(Y-Ymin)/Yscale;if(Y>4)Y=4;

if(X<300)X=3;

else if(X>310&X<525)X=1;

else if(X>535&X<755)X=2;

else if(X>760)X=4;



else return;

Key=2*Y+X+8*(X/3);

}

else{

Y=(Y-Ymin)/Yscale;if(Y>4)Y=4;

if(Y==4&X>760)X=8;

else if(X>290&X<448)X=1;

else if(X>458&X<601)X=2;

else if(X>611&X<770)X=3;

else return;

Key=X+Y*3;

}

IdleTime=0;DimDispLevel=255;

PutKey(Key);

KeySpeed=40;

}

}

2.3 Thiết kế màn hình hiển thị

Màn hình hiển thị đóng vai trò rất quan trọng, nó giúp hiển thị trạng thái của các

thiết bị cũng như cài đặt các chức năng khác cho hệ thống.

Ở các thiết bị trên thị trường, hầu như các panel điều khiển chỉ được hiển thì

trạng thái thiết bị thông qua đèn led. Điều này hạn chế thông tin tương tác cũng như

chức năng của thiết bị.

Trong đề tài này, tác giả lựa chọn hiển thị bằng graphic LCD đơn sắc với số

điểm ảnh 128x64. Với kích thước này thiết bị đủ để hiển thị được 8 thiết bị cũng

như một số thông tin cần thiết khác.

Giới thiệu Graphic LCD 128x64 2.3.1

Graphic LCD được gọi tắt là GLCD là một loại màn hình tinh thể lỏng dùng để

hiển thị chữ, số hoặc hình ảnh. GLCD 128x64 có 128 cột và 64 hàng tương ứng với



126x64=8192 điểm ảnh (dot). Mỗi điểm tương ứng với 1 bit dữ liệu. Như vậy phải

cần 8192 bit hoặc 1024 byte RAM để lưu dữ liệu hiển thị.

Tùy theo loại chip điều khiển, nguyên lý hoạt động của GLCD có thể khác

nhau. GLCD tùy loại có thể giao tiếp song song hoặc nối tiếp. Trong đề tài này

GLCD được sử dụng là loại giao tiếp song song 8 bit.

Hình ảnh thực tế của GLCD 128x64:


Các GLCD 128x64 thường có 20 chân gồm 18 chân để giao tiếp vi xử lý và 2

chân dùng để điều khiển led nền.

Sơ đồ chân của GLCD như sau:

Chức năng STT chân Tên Mô tả

Mass 1 Vss (GND) 0V

Nguồn 2 Vdd (Vcc) +5V

Tương phản 3 Vo Điện áp input cho LCD

Điều khiển

4 RS Lựa chọn dữ liệu/lệnh

5 RW Lựa chọn chế độ ghi/đọc

6 EN Cho phép

Dữ liệu 7-14 D0 – D7 8 bit dữ liệu



Chọn chíp

điều khiển

15 CS1 CS1=1,CS2=0: nửa trái

CS1=0,CS2=1: nửa phải 16 CS2

Reset 17 RST Reset tích cực mức thấp

Nguồn âm 9V 18 Vee Do GLCD tạo

Sơ đồ kết nối GLCD với vi điều khiển:


Chương trình ghi dữ liệu vào GLCD:

void GlcdWriteData(unsigned char data){

GlcdRS=1;

GlcdRW0;

GlcdData=data;

GlcdEN1;

delay_us(10);

GlcdEN0;

delay_us(5);

}

Chương trình đọc dữ liệu từ GLCD:



char GlcdReadData(char col,char row){

char data;

GlcdSetColRow(col,row);

GlcdRS=1;

GlcdRW1;

GlcdEN1;delay_us(10);GlcdEN0;

DDRC=0x00;PORTC=0xff;

GlcdEN1;

delay_us(10);

data=PINC;

DDRC=0xff;

GlcdEN0;

delay_us(5);

GlcdSetColRow(col,row);

return data;

}

2.4 Thiết kế phần học tín hiệu từ remote hồng ngoại

Trên thiết bị này có chức năng học tín hiệu từ remote hồng ngoại để điều khiển

thiết bị. Chức năng này rất hữu ích vì có thể tận dụng bất kỳ remote nào để gán các

nút cho các thiết bị cần điều khiển. Người sử dụng có thể giảm được chi phí cũng

như không phải cần thêm một remote riêng để điều khiển.

Phần mềm trên thiết bị sẽ tự tìm đặc trưng của mỗi loại remote để phân tích và

lưu lại các thông tin mã hóa, sau đó sẽ gán các nút trên remote với thiết bị mà

người sử dụng muốn.

Giới thiệu nguyên lý thu phát hồng ngoại 2.4.1

Tia hồng ngoại được phát ra từ các điều khiển từ xa là ánh sáng không nhìn thấy

được bằng mắt thường. Nó có bước sóng khoảng từ 0.86um đến 0.98um. Tia hồng

ngoại có vận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng. Nó được điều chế và truyền đi ở tần



số khoảng 30-60KHz. Sau đó tín hiệu này được thu lại và giải điều chế sang tính

hiệu số thông qua các mắt thu hồng ngoại.

Có 2 phương pháp thường dùng để mã hóa tín hiệu trong remote, mã hóa theo

khoảng cách giữa các lần phát xung hoặc theo độ rộng của mỗi lần phát xung.

+ Mã hóa theo khoảng cách giữa các lần phát xung: bit 0 và bit 1 được phân biệt

bởi thời gian khác nhau giữa các lần phát xung. Trong khi đó thời gian phát xung là

cố định.

+ Mã hóa theo độ rộng của mỗi lần phát xung: thời gian delay giữa các lần

phát xung là như nhau. Bit 0 và bit 1 được phân biệt bởi thời phát xung khác nhau.

Mỗi hãng sản xuất lại có cách mã hóa tín hiệu điều khiển khác nhau nhưng

thường bao gồm các thông tin sau:



- Start Bit: là tín hiệu cho biết bắt đầu một fame dữ liệu.

- Zero Bit: là tín hiệu của bit 0.

- Mark Bit: là tín hiệu của bit 1.

- Address: là số bit địa chỉ tương ứng với mỗi thiết bị do nhà sản xuất quy

định.

- Command: là lệnh tương ứng với mỗi nút nhấn trên điều khiển từ xa.

Số bit của fame truyền trên mỗi loại remote thường khác nhau từ khoảng 8 bit

đến 64 bit.

Linh kiện thu phát hồng ngoại 2.4.2

Linh kiện phát hồng ngoại thường sử dụng diode phát hồng ngoại màu trắng.

Diode này cũng có 2 chân anode và cathode như một bóng đèn led thông thường.

Linh kiện thu thường dùng mắt thu hồng ngoại tích hợp sẵn mạch giải điều chế.

Linh kiện này gồm 2 chân nguồn cung cấp và 1 chân tín hiệu ra dạng xung vuông.

Khi không nhận được tín hiệu hồng ngoại, ngõ ra này thường ở mức cao.


Ngõ ra của mắt thu hồng ngoại được kết nối trực tiếp đến một ngõ vào ngắt của

vi điều khiển. Khi có tín hiệu hồng ngoại, chân này chuyển từ mức cao xuống thấp

tạo ngắt để chạy chương trình nhận dữ liệu từ remote.




Chương trình ngắt nhận tín hiệu hồng ngoại:

interrupt [EXT_INT6] void ext_int6_isr(void){

unsigned char i;

#asm("sei")

IrBuffer[IrCount]=TCNT0;IrTimeout=20;

TCCR0=0x00;TCNT0=0x00;

if(IrSet){

if(IrCount==IrBitMax-1){IrAddKey=1;EIMSK&=0b10111111;}

else{TCCR0=0x06;IrCount++;}

}

else if(IrSpeed==0){

if(IrCount==IrBitMax-1){IrKeyPress=1;IrSpeed=50;}

else {TCCR0=0x06;IrCount++;}

if(IrCount==2){

for(i=0;i<16;i++){if(IrBuffer[1]==StartbitSample[i])break;}

if(i==16)IrCount=1;

}

}

}

2.5 Thiết kế khối dò pha để điều khiển dimmer

Giới thiệu nguyên lý dò pha và dimmer 2.5.1

Khối dò pha đóng vai trò tìm zero của nguồn điện lưới để từ đó đưa ra góc kích

tương ứng điều khiển các thiết bị có khả năng dimmer như đèn sợi đốt hoặc quạt.



Mạch dò pha có thể lấy mẫu điện áp lưới thông qua biến áp hoặc dò trực tiếp từ

điện áp lưới thông qua opto cách ly.

Điện áp mẫu sau đó được so sánh bằng opamp để xác định điểm zero.

Sơ đồ khối mạch dò pha 2.5.2

Mạch dò pha trong đề tài này được thiết kế như sau:

Điện áp AC 220V được đưa qua diode cầu để chỉnh lưu sau đó đưa vào led của

opto thông qua điện trở hạn dòng 220K.

Ngõ ra của opto được đưa vào mạch so sánh để dò điểm zero. Khi điện AC lớn

hơn 0, opto sẽ dẫn nên ngõ ra của opamp sẽ cho ra mức 5V. Khi điện áp AC về

điểm zero, opto sẽ ngưng dẫn nên ngõ ra của opto sẽ chuyển từ 5V về 0V tạo cạnh

xuống để kích ngắt cho vi điều khiển xử lý.


Chương trình xử lý khi có ngắt từ mạch dò pha:

interrupt [TIM3_OVF] void timer3_ovf_isr(void){

TCCR3B=0x18;TCNT3L=0x00; //stop timer

dim=~dim;

if(dim){

if(OCR3AL!=DimmerLevel[0]){

if(OCR3AL>DimmerLevel[0])OCR3AL--;else OCR3AL++;}

if(OCR3BL!=DimmerLevel[1]){

if(OCR3BL>DimmerLevel[1])OCR3BL--;else OCR3BL++;}



if(OCR3CL!=DimmerLevel[2]){

if(OCR3CL>DimmerLevel[2])OCR3CL--;else OCR3CL++;}

}

}

2.6 Thiết kế khối điều khiển công suất

Giới thiệu khối công suất 2.6.1

Khối công suất dùng để đóng cắt tải công suất như đèn, quạt …và được điều

khiển từ vi điều khiển.

Mạch công suất có thể sử dụng relay hoặc triac để đóng cắt nhưng relay có hạn

chế là không thể điều khiển góc kích được nên trong đề tài này sẽ sử dụng triac kết

hợp với opto để cách ly.

Trên mạch công suất có chứa mạch dò pha để kết hợp điều khiển góc kích cho

triac.

Sơ đồ mạch công suất 2.6.2

Mạch công suất được kết nối theo hình sau:

Hình trên là 2 kênh công suất trong tổng cộng 8 kênh của thiết bị. Mỗi kênh sử

dụng triac 6A có thể gánh tải tối đa khoảng 1KW.



Các kênh công suất được điều khiển qua opto cách ly với mạch điều khiển để an

toàn cho người sử dụng.


Chương trình cập nhật các kênh ngõ ra:

void OutputUpdate(char channel){

bit on;

unsigned char i,level;

channel&=DeviceMask;

on=Output[channel].data&OnMask;

if(Output[channel].device==Fan){

level=DimmerFan[Output[channel].data&LevelMask];

if(on==0){

for(i=0;i<OutputMax;i++){

if(Output[i].device==FanSwing&&(Output[i].data&OnMask)){

Output[i].data&=OffMask;

Beep(1);

DeviceStateUpdate(MyInfo.id,Output[i].device,Output[i].info,Output[i].data);

SentDeviceState(Broadcast,Output[i].device,Output[i].info);

if(channel<6)DimmerLevel[i]=DimmerData[0];

break;

}

}

}

}

else level=DimmerData[Output[channel].data&LevelMask];

if((Output[channel].device==FanSwing)&&(on>0)){

for(i=0;i<OutputMax;i++){

if((Output[i].device==Fan)&&((Output[i].data&OnMask)==0)){

Output[channel].data&=OffMask;



break;

}

}

}

if(on==0)level=DimmerData[0];

if((channel<3)&&(Output[channel].info&Dimable))DimmerLevel[channel]=level;

else if(channel==0)PORTE.3=~on;



else if(channel==3)PORTB.5=~on;



else if(channel==6){if(on)PORTG|=0x08;else PORTG&=0xf7;}

else {if(on){PORTG|=0x10;BeepCount=0;BeepPin=0;IdleTime=0;} else

{PORTG&=0xef;BeepPin=1;BeepCount=0;}}

if(Output[channel].info&Stored){if((Output[channel].data&OnMask)!=(OutputSet

[channel].data&OnMask))OutputSet[channel].data!=Output[channel].data;}

}



CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH THỰC TẾ

3.1 Board điều khiển

Sơ đồ nguyên lý 3.1.1

Sơ đồ mạch in 3.1.2



Sơ đồ bố trí linh kiện 3.1.3

3.2 Board công suất

Sơ đồ nguyên lý 3.2.1



Sơ đồ mạch in 3.2.2

Sơ đồ bố trí linh kiện 3.2.3



3.3 Hình ảnh tổng quan của thiết bị

- Phím liệt kê các module: dùng để liệt kê tất cả các module có trong hệ thống

và truy cập đến trang điều khiển của module bất kỳ bằng các chọn tên

module tương ứng.

- Vùng hiển thị các phím ảo dùng để hiển thị cũng như điều khiển tương tác

với các thiết bị được hiển thị trên màn hình cảm ứng.

- Các phím cứng từ 1 đến 8: dùng để cài đặt truy cập nhanh đến các

module hoặc cài đặt điều khiển các thiết bị mà không cần hiển thị trạng thái.

Thông thường phím 8 được cài đặt dùng để tắt hết các thiết bị trong một

phòng.

- Phím MENU: dùng để vào menu cài đặt của hệ thống. Khi chưa nắm

được hoàn toàn cách cài đặt thiết bị, người sử dụng không nên vào phần này

để tránh làm sai các dữ liệu đã được cài đặt trước đó. Menu có thể được

khóa bằng Password để tránh người ngoài thay đổi dữ liệu.

- Phím BACK: dùng để quay lại menu trước đó hoặc quay lại màn hình chính

của thiết bị.

- Phím chức năng: 2 phím này sẽ thay đổi chức năng tương ứng với các ký

hiệu được hiển thị ngay phía trên.



- Các cảm biến: là các cửa sổ nhỏ để các tín hiệu bên ngoài được đưa vào cảm

biến như: ánh sáng, nhiệt độ hay tín hiệu remote.

3.4 Hướng dẫn sử dụng thiết bị

Cài đặt ngày, giờ 3.4.1

Toàn hệ thống sẽ hiện thị cùng thời gian như nhau. Do đó chỉ cần thiết lập ở tại

một module thì thời gian sẽ được thay đổi trên toàn hệ thống.

- Để cài đặt vào MENU, chọn GENERAL, chọn SET TIME.

- Dùng 2 phím SELECT để chọn, dùng 2 phím +/- để tăng giảm để thay đổi dữ

liệu.

- Sau khi cài đặt xong, bấm BACK và chọn YES để lưu hoặc NO để hủy cài đặt.

Cài đặt Password 3.4.2

Password dùng để ngăn không cho tự ý vào menu SETTING. Mặc định

password là “0000”.

- Để thay đổi password, vào MENU, chọn GENERAL, chọn PASSWORD.

- Trên màn hình hiển thị INPUT PASS, nhập vào 4 số password cũ (mặc định là

0000). Sau đó ở màn hình NEW PASS, nhập vào 4 số password mới muốn cài đặt.

- Chọn YES để lưu cài đặt hoặc NO để hủy và thoát ra.

Cài đặt thời gian giảm độ sáng màn hình 3.4.3

Để tăng tuổi thọ của màn hình, màn hình sẽ tự giảm độ sáng sau một khoảng

thời gian không sử dụng. Khoảng thời gian này có thể được thay đổi tùy vào nhu

cầu của người sử dụng.

- Để thay đổi thời gian, vào MENU, chọn GENERAL.

- Ở mục DIM DISPLAY, bấm bên trái để giảm thời gian và bên phải để tăng.

Thời gian delay tối đa là 60 giây.

Bật tắt âm thanh BEEP 3.4.4

Khi người sử dụng tác động vào các phím nhấn, thiết bị sẽ phản hồi lại bằng các

tiếng beep.

- Khi bật một thiết bị sẽ có 2 tiếng beep.

- Tắt thiết bị: một tiếng beep.



- Tắt hết thiết bị: một tiếng beep dài.

- Thực hiện một Script: 3 tiếng beep.

Để tránh bị làm phiền, người sử dụng có thể tắt âm thanh này bằng cách vào

MENU, chọn GENERAL, nhấn vào nút BEEP ON hoặc BEEP OFF để thay đổi

trạng thái.

Cài đặt điều khiển bằng Remote 3.4.5

Thiết bị này có khả năng điều khiển các thiết bị thông qua remote, điều này

làm tăng sự tiện nghi và thoải mái cho người sử dụng. Điều đặc biệt là thiết

bị có thể học lệnh từ bất kỳ remote nào mà không cần phải sử dụng remote riêng

kèm theo hệ thống như một số sản phẩm khác. Ưu điểm của chức năng này là

người sử dụng không phải tốn thêm tiền đầu tư mua remote mà chỉ tận dụng những

phím không sử dụng trên remote có sẵn như: TV, DVD, VCR… để sử dụng.

Điều này có thêm một lợi ích là giảm số lượng remote có trong nhà vì đã có quá

nhiều remote cho mỗi thiết bị. Mỗi module có thể cài đặt được tối đa là 99 phím

nhấn.

Các bước cài đặt remote như sau:

- Vào MENU, chọn IR REMOTE. Lúc này sẽ hiện ra cửa sổ SELECT

ID. Cửa sổ này để chọn module mình sẽ cài đặt remote (vì từ 1 module có thể cài

đặt cho các module khác). Để đơn giản, chọn mục đầu tiên chính là module mình

đang sử dụng.

- Sau đó màn hình sẽ chuyển sang cửa sổ IR REMOTE gồm 4 mục:

+ NEW KEY: để cài đặt một phím mới.

+ EDIT KEY: để điều chỉnh các phím đã cài đặt.

+ FIND KEY: để tìm một phím xem đã cài đặt hay chưa.

+ DELETE ALL: để xóa tất cả các phím đã cài đặt trước đó.

- Ví dụ bây giờ cần cài phím số 1 trên remote để bật tắt đèn ở kênh output 1 ta

làm như sau:



+ Bước 1: ở cửa sổ IR REMOTE chọn NEW KEY. Lúc này sẽ xuất hiện cửa

sổ NEW IR KEY và dòng đầu tiên hiện thị “Press a Key” để yêu cầu bấm phím cần

cài đặt trên remote.

+ Bước 2: quay remote vào thiết bị và nhấn phím cần cài đặt trên remote (ví dụ

là phím 1). Lúc này trên màn hình sẽ hiển thị mã của phím vừa nhấn, đồng thời

xuất hiện dòng thứ 2 “Set Module” để yêu cầu cho biết đối tượng cần điều khiển ở

module nào.

+ Bước 3: nhấn vào mục SET MODULE để chọn module có đối tượng cần

điều khiển. (ví dụ đối tượng cần điều khiển ở chính module đang cài đặt thì chọn

dòng đầu tiên). Lúc này ở dòng thứ 3 sẽ xuất hiện mục “Funtion”.

+ Bước 4: nhấn vào mục FUNTION để chọn chức năng điều khiển bao gồm:

_ ON: dùng để bật một thiết bị.

_ OFF: dùng để tắt một thiết bị.

_ DOWN: dùng để giảm cho các thiết bị có khả năng dimmer.

_ UP: dùng để tăng cho các thiết bị có khả năng dimmer.

_ ON/OFF: dùng để bật tắt thiết bị trên cùng 1 nút nhấn.

_ TURN OFF ALL: dùng để tắt hết thiết bị trong cùng module. Ví dụ ta chọn

ON/OFF để bật tắt thiết bị.

+ Bước 5: nhấn vào mục SET DEVICE để chọn thiết bị cần điều khiển. Ví dụ

chọn thiết bị là output 1.

+ Bước 6: nhấn SAVE để lưu hoặc nhấn BACK để hủy.

- Lặp lại từ bước 2 đến bước 6 để cài đặt các phím khác.

- Thoát ra màn hình chính để thử kiểm tra các nút vừa cài đặt.

Lưu ý:

+ Ở lần cài đặt đầu tiên, nên chọn DELETE ALL để xóa tất các những

dữ liệu trước đó mà người sử dụng không biết.

+ Trước khi cài đặt phải biết trước đối tượng cần điều khiển đang được

kết nối với module nào.



+ Một đối tượng điều khiển (ví dụ là bóng đèn) có thể được điều khiển từ nhiều

remote khác nhau miễn là có cài đặt như các bước trên.



CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

4.1 Ưu khuyết điểm của đề tài đã thực hiện

Ưu điểm 4.1.1

- Thiết bị đã hoàn thành đáp ứng được yêu cầu đặt ra với kích thước nhỏ gọn,

có thể đặt vừa trong một hộp âm đôi dân dụng.

- Thiết bị có thể kết nối điều khiển đến nhiều module khác nên thuận lợi cho

người sử dụng.

- Có thể điều khiển từ xa bằng cách học lệnh từ một remote bất kỳ bằng

những thao tác đơn giản.

- Có thể điều khiển dimmer quạt, đèn một cách đơn giản.

- Bàn phím cảm ứng nhiều nút nhấn nên có thể điều khiển nhiều thiết bị.

- Khối công suất nhỏ gọn có thể kết nối đến 8 thiết bị.

- Có thể kết nối đến 8 cảm biến để hỗ trợ hệ thống an ninh hoặc điều khiển tự

động.

Khuyết điểm 4.1.2

- Phần thiết kế bên ngoài còn thực hiện thủ công nên chưa đạt được độ thẩm

mỹ nhằm đáp ứng được nhu cầu làm đẹp trong nội thất.

- Do sử dụng bàn phím cảm ứng cơ học nên khi thiết bị được sử dụng với tần

suất cao có thể bị giảm tuổi thọ.

4.2 Định hướng phát triển đề tài

- Khắc phục những nhược điểm ở trên để sản phẩm được hoàn thiện hơn.

- Thiết kế thêm module anh ninh để giám sát cho một hệ thống.

- Thiết kế module để giám sát điều khiển qua mạng internet.

- Kết nối hệ thống camera anh ninh, chuông cửa.

- Xây dựng phần mềm điều khiển trên android, ios.

- Xây dựng thành một hệ thống nhà thông minh hoàn chỉnh.

ĐỀ tÀi khoa hỌc cẤp trƯỜng - thư viện số

Documents