Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (smart fan)

Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)

NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN
Trưởng nhóm :Đỗ Văn Tân –SHSV 20092332
Đặng Trung Kiên –SHSV 20091500
Nguyễn Hữu Toàn – SHSV 20092764
Đặng Thị Hằng – SHSV 20091009
Giảng Viên hướng dẫn:Tiến sĩ PHẠM NGỌC NAM
LỜI NÓI ĐẦU
Lời đầu tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Phạm
Ngọc Nam cùng anh Vũ Hữu Tiệp – SV lớp KSTN DTVT–K52 đã
hướng dẫn chúng em hoàn thành đề tài này.
Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện nay,các hệ
thống máy móc ngày càng phải hoạt động với công suất lớn và
thời gian vận hành dài, điều này làm nảy sinh ra ý tưởng về một
hệ thống làm mát có tác dụng giúp hệ thống chính tránh xa được
những mối nguy hại do nhiệt độ cao tạo nên.
Từ những kiến thức được giảng dạy ,sự mày mò tìm hiểu cùng
với sự giúp đỡ nhiệt tình từ phía thầy giáo ,chúng em đã đi sâu
vào thực hiện đề tài “Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển
quạt thông minh” (Smart Fan),mặc dù đây chỉ là một đề tài nhỏ
nhưng là nó cũng là tiền thân cho các hệ thống làm mát hiện đại
được sử dụng hiện nay và trong tương lai .
Trong quá trình thực hiện đề tài,dù đã cố gắng hết sức song
không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định.Rất mong nhận
được sự đóng góp chân thành từ phía thầy cô giáo và các bạn để
sản phẩm của chúng em có thể được hoàn thành 1 cách xuất sắc
nhất.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.

Page 1

Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)

CHƯƠNG 1. MÔ TẢ TỔNG QUAN HỆ THỐNG SMART FAN
1.1. Giới thiệu chung
‘Quạt thông minh’ được thiết kế với mục đích làm mát cho các
hệ thống làm việc với cường độ cao,lâu dài .Trong thực tế ‘Quạt
thông minh’ ứng dụng khá rộng rãi có thể áp dụng cho các hệ
thống như :
•Hệ thống máy móc trong công nghiệp
•Hệ thống máy tính
•Động cơ ô tô
•Các lò phản ứng hạt nhân
•Hệ thống làm mát các tòa nhà cao tầng
…………
Hệ thống cần đảm bảo một số yêu cầu các chức năng điều
khiển quạt cơ bản, tốc độ của quạt phụ thuộc vào nhiệt độ môi
trường, có chức năng đặt thời gian biểu cho quạt hoạt động.
1.2.

Các yêu cầu thực hiện
1.2.1 Yêu cầu chức năng

1.2.1.1 Điều khiển quạt
- Hệ thống sẽ có chức năng đo nhiệt độ và đặt lịch làm việc
.Khi nhiệt độ của hệ thống cao hơn mức cho phép (mức cho phép
trong khoảng từ 40 đến 60) hoặc đến giờ hoạt động theo thời
gian biểu , mạch điều khiển sẽ điều khiển bật quạt .
- Tốc độ quạt của hệ thống sẽ quay nhanh hay chậm tùy thuộc

vào môi trường xung quanh.Quạt sẽ quay càng nhanh nếu nhiệt
độ càng tăng, cụ thể: quạt sẽ hoạt động theo 3 mức ( từ thấp đến
cao):
• Mức 1: Khi quạt bắt đầu quay
• Mức 2: Khi nhiệt độ của hệ thống lớn hơn nhiệt độ cho phép
15 (ví dụ khi mức cho phép trong khoảng 40 đến 60 thì khi nhiệt
độ là 75 thì quạt bắt đầu chạy ở mức 2)

Page 2


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)
• Mức 3: Khi nhiệt độ của hệ thống lớn hơn nhiệt độ cho phép
25
Sau khi hệ thống đã đạt được nhiệt độ lý tưởng (nhiệt độ lúc này
vào khoảng 50, quạt sẽ tự động ngắt .
- Khi mất điện, các thông số điều khiển sẽ vẫn được lưu để khi
có điện, hệ thống vẫn hoạt động bình thường.
1.2.1.2 Đo nhiệt độ của hệ thống:
- Smart fan sẽ có khả năng đo được nhiệt độ của hệ
thống.Nhiệt độ của hệ thống được đo trong khoảng 0 đến 99 với
sai số không quá 5 .
1.2.1.3 Hiển thị
- Hệ thống cần 1 LCD 16 để hiển thị các thông tin để người
dùng có thể thay đổi các thông số
- Nhiệt độ được hiển thị trên 2 led 7 thanh có giá trị trong
khoảng từ 00 đến 99 để người dùng có thể quan sát hệ thống từ
xa
- Khi hệ thống ở trạng thái nhiệt độ vượt mức cho phép , mạch
điều khiển sẽ bật led báo hiệu và lúc này quạt bắt đầu chạy.

1.2.1.4 Điều chỉnh các thông số của hệ thống
- Giao diện trên LCD được điều chỉnh qua 5 nút bấm : mode,
up, ok, set,
reset. Thông số đang điều chỉnh sẽ được hiển thị trên màn hình
LCD dưới dạng text đồng thời màn hình LCD cũng phát sáng.
- Trong quá trình hoạt động, màn hình LCD sẽ phát sáng, để
chọn thông số cần điều chỉnh ta ấn mode để chuyển đến thông số
liền kề nó. Các thông số được sắp xếp lần lượt:
Giây=>Phút=>Giờ=>Ngày=>Tháng=>Năm .
Khi ta muốn điều chỉnh thông số nào đó thì ta dừng màn hình ở
thông số đó rồi dùng nút up thay đổi các thông số theo mong
muốn. Khi đã điều chỉnh xong thông số này,ta bấm nút ok để lưu
thông số. Bên cạnh đó,cũng có thể bấm nút reset để thay đổi giá
trị của thông số về giá trị mặc định ban đầu.
- Các thông số điều chỉnh theo kiểu quay vòng: mỗi thông số
có khoảng nhất định từ nhỏ nhất đến cao nhất, khi chỉnh đến giá
Page 3


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)
trị cao nhất mà người dùng nhấn nút up một lần nữa thì thông số
quay về giá trị nhỏ nhất.
Các khoảng giá trị thông số:
• Khoảng điều chỉnh giờ:00 đến 23
• Khoảng điều chỉnh phút:00 đến 59
• Khoảng điều chỉnh giây:00 đến 59
• Khoảng điều chỉnh ngày :00 đến 31
• Khoảng điều chỉnh tháng:00 đến 12
• Khoản điều chỉnh năm:00 đến 99
1.2.2 Các yêu cầu phi chức năng:

- Sản phẩm được thiết kế có chi phí không được vượt quá 600
000 VND.
- Thời gian trễ để hiển thị nhiệt độ không được vượt quá 2 giây.
- Thời gian hoàn thành sản phẩm: chậm nhất là tuần 15
- Kích thước của mạch không vượt quá 1
- Công suất tiêu thụ của quạt không vượt quá 40W
- Yêu cầu về phần mềm:
• Chương trình biên dịch dùng trong đề tài: MPLAB IDE v8.10
trở lên của Microchip, hoặc CCS C Compilers v4.1 của CCS.
• Phần mềm nạp đi kèm mạch nạp: Pickit2 cho mạch nạp
USB, WinPic cho các mạch nạp qua cổng com.
• Chương trình mô phỏng dùng trong đề tài: Proteus v7.6 trở
lên.
• Chương trình vẽ mạch và layout dùng trong đề tài: Orcad
v9.2.
- Yêu cầu về phần cứng :
• Vi điều khiển dùng cho đề tài là vi điều khiển PIC16F877A,
dùng thạch anh có tần số 20Mhz.
• LCD dùng trong đề tài là loại LCD 1602 có đèn màn hình.
• LED đơn dùng trong đề tài là loại 3.5 mm trong suốt.
• LED 7 thanh dùng trong đề tài là loại có chiều cao 0.56.
• Mạch nguồn và mạch điều khiển được thiết kế trên cùng
một bo mạch. Đầu vào mạch nguồn dùng connector 6.5mm dành
cho Adapter thông dụng. Trên mạch nguồn cần có led báo có điện
và chuyển mạch đóng ngắt điện.
• Adapter dùng cấp điện loại 12V DC- 1.5A. Có vỏ nhựa bảo
vệ bên ngoài.

Page 4

Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)
1.3. Sơ đồ khối tổng quan

4. Kế hoạch thực hiện:
• Tuần 1: Nhóm sẽ xây dựng sơ đồ tổng quan của hệ thống bao
gồm các đặc tả về chức năng hoạt động của hệ thống,ước lượng
vể chi phí thực hiện ,thời gian hoàn thành và các rủi ro có thể xảy
ra
• Tuần 2,3,4,5:Nghiên cứu datasheet của pic 16f877a,học cách
sử dụng các phần mềm như proteus,orcad,pic C complier thông
qua các bài tập cá nhân được giao
• Tuần 6,7 :Tìm hiểu về cách hiển thị nhiệt độ từ cảm biến trên
các led 7 thanh,cách hiển thị thời gian thực trên LCD 1602 và điều
chỉnh thời gian sử dụng nút bấm
• Tuần 8: Vẽ schemactic trên orcad các khối thực thi để phục vụ
cho việc vẽ layout
• Tuần 9: Lựa chọn các linh kiện tối ưu đồng thời sửa lại sơ đồ
khối nếu có phát sinh thay đổi
Page 5


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)
• Tuần 10:Vẽ layout hoàn chỉnh của sản phẩm để phục vụ cho
việc đặt mạch in
• Tuần 11: Đi đặt mạch theo layout đã vẽ ở công ty Đức Việt
Hà,kiểm tra lại các đường đi dây sau khi nhận lại mạch
• Tuần 12:Mua linh kiện đồng thời tiến hành lắp ráp thử trên bo
mạch trắng,
tập hàn linh kiện trước khi gắn vào mạch thật

• Tuần 13:Tiến hành hàn linh kiện trên mạch thật,theo dõi và
kiểm tra lỗi
CHƯƠNG 2. CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG
2.1 Sơ đồ khối tổng quan

5V

3
8

VBAT
VCC

1
2

3

1

5V

4

0

C1

C2

C3

C4

104

104

U 5 LM 35

LED

5V

1

VS+

R1
1k

ADC

2

VOUT

0

2

0

D2

GND

4
J1

GND

SCL

D1

R3
4 .7 k

-

BT1
3V

7

3

VO

4 7 u F /5 0 V

6

SDA

5

SDA
S Q W /O U T

5V

LM 7805

VI

2

X1
X2

U1

1 0 0 0 u F /5 0 V

SCL

1
2

1

D S1307

+

R4
4 .7 k

U4

GND

Y 2 3 2 .7 6 8 k

3

5V

0

THOI GIAN THUC

CAM BIEN
NHIET DO

NGUON

5V

VSS
VDD
VEE
RS
RW
E
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
A
K

LCD

C0
C1
CCP1
SCL
SDA
OK
IN C
MOD

1

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

5V

0

D
D
D
D

VEE

4
5
6

7

5V
VEE
RS
RW
E

R6

R5
330

0

C 6 33p

5V

15
16
17
18
23
24
25
26
13

M C L R */V P P

R
R
R
R
R
R

A
A
A
A
A
A

0 /A N 0
1 /A N 1
2 /A N 2 /V R E F -/C V R E F
3 /A N 3 /V R E F +
4 /T 0 C K I/C 1 O U T
5 /A N 4 /S S * /C 2 O U T

R
R
R
R
R
R
R
R

C
C
C
C
C
C
C
C

0 /T 1 O S O /T 1 C K I
1 /T 1 O S I/C C P 2
2 /C C P 1
3 /S C K /S C L
4 /S D I/S D A
5 /S D O
6 /T X/C K
7 /R X/D T

O S C 1 /C L K IN

C 7 33p

LCD

14
12
31

O S C 2 /C L K O U T

5V

5V

MODE

IN C

OK

DEC

RESET

MOD

IN C

OK

B7

RESET

R8
4 .7 k

R7
4 .7 k

0

0

R9
4 .7 k

0

NUT BAM

0

0
1
2
3
4
5
6
7

19
20
21
22
27
28
29
30

E
RS
RW
D4
D5
D6
D7

8
9
10

E0
E1
E2

11
32

C0

R 13

Q2

560

2N 3904

C1

R 14

Q1

560

2N 3904

R 11
330

B
B
B
B
B
B
B

0
1
2
3
4
5
6

U 11

7
6 a
4 b
2 c
1 d
9 e
10 f
5 g
p

R 12
330

B
B
B
B
B
B
B

0
1
2
3
4
5
6

U 12

7
6 a
4 b
2 c
1 d
9 e
10 f
5 g
p

LED 7SEG

LED 7SEG

LED 7 THANH

5V

LED BAO
HIEU

Page 6

2

LED

R 17
560

0

M O TO R D C

D5

LE D

R 15
560

0

E2
D4

LED

0

P
P
P
P
P
P
P
P

E1

D3

R 10
4 .7 k

S
S
S
S
S
S
S
S

VDD
VDD

5V

R2
4 .7 k

0/P
1/P
2/P
3/P
4/P
5/P
6/P
7/P

0
1
2
3
4
5
6
7

P IC 1 6 F 8 7 7 A

E0
5V

D
D
D
D
D
D
D
D

VSS
VSS

0

5V

R
R
R
R
R
R
R
R

R E 0 /R D */A N 5
R E 1 /W R */A N 6
R E 2 /C S * /A N 7

Y 1

0

R B 0 /IN T
RB1
RB2
R B 3 /P G M
RB4
RB5
R B 6 /P G C
R B 7 /P G D

B
B
B

B
B
B
B
B

3
8

2
3
4
5
6
7

33
34
35
36
37
38
39
40

A*
ANODE

ADC

U3

3
8

LC D

1

A*
ANODE

U 10

RESET

R 18
560

1

J3

Q3

CCP1

IR F 6 1 0

R 16

10k

1
2

nguon cho
dong co

0
0

DONG CO


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)
Hệ thống quạt được thiết kế gồm có 10 khối chính :
• Khối 1: khối điều khiển chính
• Khối 2: khối nguồn
• Khối 3: khối cảm biến nhiệt độ
• Khối 4: khối đồng hồ thời gian thực
• Khối 5: khối hiện thị nhiệt độ trên led 7 thanh
• Khối 6: khối hiển thị thời gian thực trên LCD
• Khối 7: khối nút bấm điều khiển chức năng
• Khối 8: led báo hiệu
• Khối 9: khối động cơ
• Khối 10:khối mạch nạp
2.2 . Phân tích từng khối
2.2.1. Khối điều khiển chính
2.2.1.2. Sơ đồ nguyên lý

Page 7


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)

C 6

R ESET

1

AD C

2
3
4
5
6
7

C 0
C 1
C C P1
SC L
SD A
O K
IN C
MO D

15

16
17
18
23
24
25
26

33p

13

U 3
M C L R * /V P P
R
R
R
R
R
R

A
A
A
A
A
A

0
1

2
3
4
5

R
R
R
R
R
R
R
R

C
C
C
C
C
C
C
C

0 /T1 O S O /T1 C K I
1 /T 1 O S I/C C P 2
2 /C C P 1
3 /S C K /S C L
4 /S D I/S D A
5 /S D O
6 /T X /C K

7 /R X/D T

/A N 0
/A N 1
/A N 2 /V R E F -/C V R E F
/A N 3 /V R E F +
/T 0 C K I/C 1 O U T
/A N 4 /S S * /C 2 O U T

0

33p

14
12
31

R
R
R
R
R
R
R
R

D
D
D
D

D
D
D
D

0
1
2
3
4
5
6
7

/P
/P
/P
/P
/P
/P
/P
/P

S
S
S
S
S
S
S

S

P
P
P
P
P
P
P
P

0
1
2
3
4
5
6
7

O S C 1 /C L K IN

Y 1
C 7

R B 0 /IN T
R B1
R B2
R B 3 /P G M
R B4

R B5
R B 6 /P G C
R B 7 /P G D

O S C 2 /C L K O U T

R E 0 /R D * /A N 5
R E 1 /W R */A N 6
R E 2 /C S */A N 7

VSS
VSS

VD D
VD D

33
34
35
36
37
38
39
40

B
B
B
B
B

B
B
B

19
20
21
22
27
28
29
30

E
R S
R W
D
D
D
D

8
9
10

E0
E1
E2

11

32

0
1
2
3
4
5
6
7

4
5
6
7

5V

P IC 1 6 F 8 7 7 A

-Vi điều khiển được chọn là pic16f877a do đây là loại pic
khá phổ biến và dễ tiếp cận đối với người mới học pic,hơn nữa
loại pic này nằm trong yêu cầu bắt buộc của đề tài
2.2.1.2. Cấu tạo:
- PIC 16F877A là dòng PIC phổ biến nhất hiện nay (đủ mạnh về
tính năng, 40 chân, bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông
thường). Cấu trúc tổng quát của PIC 16F877A như sau:
- 8 K Flash ROM.
- 368 Bytes RAM.
- 256 Bytes EEPROM.

- 5 ports (A, B, C, D, E) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập.
- 2 bộ định thời 8 bits (Timer 0 và Timer 2).
- Một bộ định thời 16 bits (Timer 1) có thể hoạt động trong chế độ
tiết kiệm năng lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock ngoài.
- 2 bô CCP( Capture / Compare/ PWM).
- 1 bộ biến đổi AD 10 bits, 8 ngõ vào.
- 2 bộ so sánh tương tự (Compartor).
- 1 bộ định thời giám sát (WatchDog Timer).
- Một cổng song song 8 bits với các tín hiệu điều khiển.
Page 8


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)
- Một cổng nối tiếp.
- 15 nguồn ngắt.
- Có chế độ tiết kiệm năng lượng.
- Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP(In-Circuit Serial
Programming)
- Được chế tạo bằng công nghệ CMOS
- 35 tập lệnh có độ dài 14 bits.
- Tần số hoạt động tối đa 20MHz.
2.2.1.3. Chức năng:
- Điều khiển tất cả các hoạt động của hệ thống

2.2.2 Khối nguồn
2.2.2.1. Sơ đồ nguyên lý
U 1

LM 7805

VI

VO

5V
3

4

G N D

1

D 2

1
2

3

1

C 2

2

C 1

104

C 3

C 4
104

LED

R 1
1k

2

-

1 0 0 0 u F /5 0 V

J1

4 7 u F /5 0 V

+

D 1

0

NGUON
- Để đảm bảo điện áp cấp cho pic là 5v, ta sẽ sử dụng
một mạch nguồn
12v-5v

2.2.2.2 Cấu tạo
Page 9


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)
Gồm 4 khối nhỏ:
• Mạch chỉnh lưu cầu:Có tác dụng chỉnh lưu dòng xoay chiều thành
dòng 1 chiều
• Mạch lọc nguồn:giúp cho điện áp được lọc tương đối phẳng
• Ổn áp LM7805:Tạo điện áp cố định 5V ở đầu ra
• Mạch bảo vệ

2.2.2.3 Chức năng:
- Cấp nguồn 1 chiều 5v cho pic 16F877A,đầu ra của khối
này được nối vào chân VDD của PIC
2.2.3 Khối cảm biến nhiệt
2.2.3.1 Sơ đồ nguyên lý

1

V S +

V O U T

2

A D C

3

5V

LM 35
G N D

U 5

0

CAM BIEN
NHIET DO
-

Cảm biến được chọn ở đây là cảm biến LM35 do :

• Giá thành rẻ,dễ chế tạo,tính chống nhiễu tốt,mạch xử lý đơn
giản.
• Có thể đo nhiệt độ với thang đo nhiệt bách phân
• Khả năng đo nhiệt độ trong khoảng -55 đến 150 độ C
Page 10


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)
• Nguồn áp hoạt động từ 4V – 30V
• Điện áp đầu ra từ -1V đến 6V phù hợp với PIC
2.2.3.3 Cấu tạo
- LM35 là 1 họ IC sản xuất theo công nghệ bán dẫn dựa trên các
bán dẫn dễ bị tác động bới sự thay đổi của nhiệt độ.LM35 có 3
chân:2 chân cấp nguồn và 1 chân xuất điện áp ra tỉ lệ với nhiệt độ
mà nó được đặt trong môi trường cần đo,cứ khi nào nhiệt độ tăng

1C thì điện áp xuất ra ở chân out của LM35 tăng 10mV

2.2.3.2 Chức năng
- Cung cấp tín hiệu điện áp vào chân ADC của pic,sau đó bộ ADC
của pic sẽ thực hiện chuyển đổi tương tự thành tín hiệu số để đưa
ra led 7 đoạn

2.2.4 Khối đồng hồ thời gian thực
5V
3 2 .7 6 8 k

U 4
1
2

SC L

6
5V

3
8

SD A
S Q W /O U T

SC L
VBAT
VC C

5

SD A

7

R 3
4 .7 k

5V

4

BT1
3V

D S1307

X1
X2

G N D

Y 2
R 4
4 .7 k

0

0

THOI GIAN THUC
- Chip được sử dụng là loại DS1307 khá phổ biến và
giá thành rẻ
2.2.4.1 Cấu tạo

Page 11


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)
-Chip này có 7 thanh ghi là:giây ,phút,giờ,ngày
,tháng,năm.Ngoài ra DS1307 còn có 1 thanh ghi điều khiển ngõ ra
phụ và 56 thanh ghi trống có thể dùng như Ram.DS1307 được đọc
và ghi thông qua giao diện nối tiếp I2C
-Các chân của DS1307 được mô tả như sau:
• X1 và X2 là 2 ngõ kết nối với một thạch anh 32.768k làm
xung dao động cho chip
• Vbat :Cực dương của một nguồn 3V nuôi chip
• GND:chân Mass chung cho cả pin 3V và VCC
• VCC:nguồn cho giao diện I2C,thường là 5V và dùng chung
với vi điều khiển
• SQW/OUT:1 ngõ tạo xung vuông
• SCL và SDA là 2 đường giao xung nhịp và dữ liệu của giao
diện I2C được nối với 2 chân tương ứng của PIC
- DS1307 là 1 IC thời gian thực với nguồn cung cấp nhỏ,dùng để
cập nhật thời gian và ngày tháng với 56 bytes RAM.Địa chỉ và dữ
liệu được truyền nối tiếp qua 2 đường bus 2 chiều.Nó cung cấp
thông tin về giờ,phút ,giây,thứ,ngày ,tháng,năm.Ngày cuối tháng
sẽ được điều chỉnh với các tháng nhỏ hơn 31 ngày,bao gồm cả
việc tự động nhảy năm.Đồng hồ có thể hoạt động ở dạng 24h và

12h với chỉ thị AM/PM.DS1307 có 1 mạch cảm biến điện áp có thể
tự động đo điện áp lỗi và tự động ngắt với nguồn cung cấp
- DS1307 hoạt động với vai trò slave trên đường bus nối tiếp.Việc
truy cập được thi hành với chỉ thị START và một mã thiết bị nhất
định được cung cấp bởi địa chỉ các thanh ghi, tiếp theo đó các
thanh ghi.Tiếp theo đó các thanh ghi sẽ được truy cập liên tục đến
khi chỉ thị STOP được thực thi.
SƠ ĐỒ KHỐI DS1307

Page 12


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)

Sơ đồ địa chỉ RAM và RTC:

• Thông tin về thời gian và ngày tháng được lấy ra bằng
cách đọc các byte thanh ghi thích hợp,thời gian và ngày
Page 13


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)
tháng được thiết lập cũng thông qua các byte thanh ghi này
bằng cách viết vào đó những giá trị thích hợp,nội dung của
các thanh ghi dưới dạng mã BCD.Bit 7 của thanh ghi seconds
là bit clock halt(CH),khi bit này được thiết lập 1 thì dao động
disable,khi nó được xóa về 0 thì dao động được enable.Chú ý
là phải enable trong suốt quá trình cấu hình thiết lập
(CH=0).Thanh ghi thời gian thực được mô tả như sau

• DS1307 có thể chạy ở chế độ 24h cũng như 12h.Bit thứ 6
của thanh ghi hours là bit chọn chế độ 12h hoặc 24h.Khi bit
này ở mức cao thì chế độ 12h được chọn.Ở chế độ 12h thì bit
5 là bit AM/PM với mức cao là PM.Ở chế độ 24h thì bit 5 là bit
chỉ 20h(từ 20h đến 23h).
• Trong quá trình truy nhập dữ liệu,khi chỉ thị start được thực
thi thì dòng thời gian được truyển đến một thanh ghi thứ
2,trong khi thời gian sẽ được đọc từ thanh ghi thứ cấp này,
trong khi đó đồng hồ vẫn tiếp tục chạy

Page 14


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)
-

Trong DS1307 có một thanh ghi điều khiển để điều khiển
hoạt động của chân SQW/OUT

• OUT(output control):bit này điều khiển mức ra của chân
SQL/OUT khi đầu ra xung vuông là disable.Nếu SQWE = 0 thì
mức logic ở chân SQW/OUT sẽ là 1 nếu OUT =1 và bằng 0
nếu OUT = 0
• SQWE(square wave enable):bit này được thiết lập 1 sẽ
enable đầu ra của bộ tạo dao động.Tần số của đầu ra sóng xung
vuông phụ thuộc vào giá trị của RS1 và RS0

2.2.4.2 Chức năng
- Cung cấp tín hiệu về thời gian hiện tại cho pic xử lý
để hiển thị trên LCD

2.2.5 Khối hiển thị nhiệt độ trên LED 7 thanh

Page 15


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)
5V
Q 2

560

2N 3904

C 1

R 14

Q 1

560

2N 3904

U 11
0 7
a
1 6
b
2 4
c

3 2
d
4 1
e
5 9
f
6 10
g
5
p

A*
AN O D E

B
B
B
B
B
B
B

R 12
330

3
8

R 11
330

B
B
B
B
B
B
B

0
1
2
3
4
5
6 1

LED 7SEG

U 12
7
a
6
b
4
c
2
d
1
e

9
f
0
g
5
p

3
8

R 13

A*
AN O D E

C 0

LED 7SEG

HIEN THI NHIET DO
-Led đơn được lựa chọn là loại 3.5mm loại trong suốt theo yêu cầu
của đề tài
2.2.5.1 Cấu tạo

Page 16


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)
- Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp
theo hình và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu

chấm tròn ở góc dưới, bên phải của led 7 đoạn.

- 8 led đơn trên led 7 đoạn có Anode(cực +) được nối chung với
nhau vào một điểm, được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch
điện. 8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng,
cũng được đưa ra ngoài để kết nối với mạch điện. Led 7 đoạn có
Anode(cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, các chân
còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led
chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 0. Các điện trở
330Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng điện
qua led nếu led 7 đoạn được nối với nguồn 5V.

Page 17


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)
- Chân nhận tín hiệu a điều khiển led a sáng tắt, ngõ vào b để
điều khiển led b. Tương tự với các chân và các led còn lại.Ngõ
nhận tín hiệu điều khiển của led 7 đoạn có 8 đường, vì vậy có thể
dùng 1 Port nào đó của Vi điều khiển để điều khiển led 7 đoạn(ở
đây ta dùng port B của Pic).Do trong quá trình thiết kế,nhiệt độ
được hiển thị chỉ cần ở dạng số nguyên nên led thứ 8(led p) sẽ
không cần dùng đến
Bảng mã hiển thị led 7 đoạn dành cho led 7 đoạn có Anode chung
(các led đơn sáng ở mức 0):

Page 18


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)

Số hiển thị trên Mã hiển thị led 7 đoạn Mã hiển thị led 7 đoạn
led 7 đoạn
dạng nhị phân
dạng thập lục phân
hgfedcba
0

11000000

C0

1

11111001

F9

2

10100100

A4

3

10110000

B0

4

10011001

99

5

10010010

92

6

11000010

82

7

11111000

F8

8

10000000

80

9

10010000

90

A

10001000

88

B

10000011

83

C

11000110

C6

D

10100001

A1

Page 19


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)

E

10000110

86

F

10001110

8E

-

10111111

BF

2.2.5.2 Phương pháp thực hiện
-Nếu kết nối mỗi một Port của Vi điều khiển với 1 led 7 đoạn thì tối
đa kết nối được 3 led 7 đoạn. Mặt khác nếu kết nối như trên sẽ
hạn chế khả năng thực hiện các công việc khác của Vi điều khiển.
Cho nên cần phải kết nối, điều khiển nhiều led 7 đoạn với số
lượng chân điều khiển từ Vi điều khiển càng ít càng tốt. Có hai giải
pháp: một là sử dụng các IC chuyên dụng cho việc hiện thị led 7

đoạn, hai là kết nối nhiều led 7 đoạn vào cùng một đường xuất tín
hiệu hiển thị. Nội phần này sẽ đề cập đến cách kết nối nhiều led 7
đoạn theo giải pháp thứ 2
-Mắt người có đặc điểm sinh lí là chỉ thu nhận 24 hình/giây để
tổng hợp các hình ảnh về thế giới xung quanh. Nếu một tín hiệu
ánh sáng có chu kì sáng tắt hơn 24 lần trong 1 giây, mắt người
luôn cảm nhận đó là một nguồn sáng liên tục
-Để kết nối nhiều led 7 đoạn vào vi điều khiển thực hiện như sau:
nối tất cả các chân nhận tín hiệu của tất cả các led 7 đoạn (chân
abcdefgh) cần sử dụng vào cùng 1 Port, trong trường hợp này, 2
led 7 đoạn có các chân nhận tín hiệu cùng được được nối với Port
B. Dùng các ngõ ra C0,C1 để điều khiển on/off cho led 7 đoạn,
mỗi ngõ ra điều khiển ON/OFF cho 1 led 7 đoạn,(ON: led 7 đoạn
được cấp nguồn để hiển thị, OFF: led 7 đoạn bị ngắt nguồn nên
không hiển thị được).
-Trong sơ đồ trên, led 7 đoạn được sử dụng là loại có Anode
chung, với tất cả các chân nhận tín hiệu được kết nối đã qua điện
trở hạn dòng. Để điều khiển
ON/OFF cho các led 7 đoạn, sử dụng transitor loại PNP, transitor
này nhận dòng điều khiển từ một ngõ ra của Vi điều khiển, led 7
đoạn sẽ được ON khi tín hiệu từ vi điều khiển đến transitor ở mức
0. Có thể sử transitor loại A564 hoặc 2N3905 hoặc một transitor
PNP khác có thông số phù hợp,trong trường hợp này ta chọn
transitor 2N3905. Các điện trở 4.7K và điện trở treo 4.7K đảm bảo
Page 20


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)
transitor luôn hoạt động ở chế độ ngắt/dẫn(đảm bảo khi led 7
đoạn đang ở trạng thái OFF sẽ bị tắt hoàn toàn, không bị sáng mờ

mờ)
- Tại mỗi thời điểm, chỉ nên cho Vi điều khiển điều khiển cho 1 led
7 đoạn hoạt động, do đó tại mỗi thời điểm chỉ nên có 1 ngõ ra duy
nhất nối với transitor ở mức 0. Tại mỗi thời điểm chỉ có một led 7
đoạn được ON nên sẽ không xảy ra tình trạng quá tải cho tải và
quá tải cho vi điều khiển khi điều khiển nhiều led 7 đoạn
- Trong sơ đồ kết nối trên, chẳng hạn cần hiển thị số 45, qui ước
thứ tự các led 7 được đếm từ trái sang phải,như vậy cần làm cho
led 7 đoạn thứ nhất hiển thị số 4, led 7 đoạn thứ hai hiện thị số 5.
Xuất mã hiển thị led 7 đoạn để hiển thị số 4, ON led 7 đoạn thứ
nhất, lúc này dòng điện chỉ đi qua led 7 đoạn thứ nhất, làm cho
led 7 đoạn thứ nhất hiển thị số 4, thời gian ON trong khoảng vài
chục µs(1µs=1/10-6s). Kế tiếp xuất mã hiển thị led 7 đoạn hiển
thị số 5, OFF led 7 đoạn thứ nhất và đồng thời ON led 7 đoạn thứ
2, lúc này chỉ có led 7 đoạn thứ hai hiển thị và hiển thị số 5.Cứ thế
lặp lại quá trình trên liên tục, thời gian
ON/OFF chỉ trong khoảng vài chục µs, và tại mỗi thời điểm chỉ có
mỗi một led 7 đoạn hiện thị số của chính nó, vì vậy mắt người
thấy 2 led 7 đoạn không sáng đứt quãng, mà sáng liên tục, mỗi
led hiển thị 1 số riêng của nó. Ta có thể thực hiện tương tự để mở
rộng số lượng led 7 đoạn cần sử dụng.
2.2.5.3 Chức năng
- Hiển thị nhiệt độ đo được từ môi trường do vi xử lý xử lý từ dữ
liệu của LM35
2.6 Khối hiển thị thời gian thực LCD

Page 21


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)

U 10

LC D

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

V
V
V
R
R
E
D
D
D

D
D
D
D
D
A
K

5V

0
1
2
3
4
5
6
7

SS
D D
EE
S
W

LCD

4
5
6

7

0

D
D
D
D

VEE

5V
VEE
R S
R W
E

R 6

R 5
330

0

5V

0

LCD
-Sử dụng LCD 16.2 theo yêu cầu của đề tài

2.6.1 Cấu tạo
-LCD là loại có 2 dòng và hiển thị tối đa 16 ký tự
- VSS nối đất,VDD nối nguồn 5V,VEE nối với một biến trở có nguồn
để điều khiển độ tương phản trên LCD
- Chân chọn thanh ghi RS(Register Select):Có 2 thanh ghi trong
LCD,chân RS được dùng để chọn thanh ghi,như sau:
• Nếu RS = 0 ở chế độ ghi lệnh như xóa màn hình,bật tắt con
trỏ …
• Nếu RS = 1 ở chế độ ghi dữ liệu như hiển thị kí tự,chữ số lên
màn hình.
- Chân đọc/ghi (R/W) :Đầu vào đọc/ghi cho phép người dùng ghi
thông tin lên LCD khi R/W =0 hoặc đọc thông tin khi R/W = 1
- Chân cho phép E(Enable):Chân cho phép E được sử dụng bởi
LCD để chốt dữ liệu.Khi dữ liệu được đến chân dữ liệu thì cần phải
có 1 xung từ mức cao xuống mức thấp ở chân này để LCD chốt dữ
liệu,xung này phải có độ rộng xung tối thiểu là 450ns
- 2 chân led nền A và K lần lượt được nối với nguồn 5V và đất giúp
LCD có thể sang trong bong tối
- Các chân D0,D1,D2,D3 không được sử dụng đến,dữ liệu được
hiển thị từ chân D4,D5,D6,D7 của PIC,để hiển thị các chữ cái và
các con số chúng ta gửi các mã ASCII của các chữ cái và các con
số tương ứng đến các chân này khi bật RS =1
Bảng mã lệnh trong LCD 16X2
Page 22


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)

2.6.2 Chức năng
-Hiển thị thời gian đưa vào dữ liệu từ đồng hồ thời gian thực được

xử lý tại PIC
2.7 Khối nút bấm

Page 23


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)

5V
R 2
4 .7 k

5V

5V

MO D E

R ESET

MO D

R ESET

5V

IN C

O K

D EC

IN C

O K

B7

R 8
4 .7 k

R 7
4 .7 k

0

5V

0

R 9
4 .7 k

0

R 10
4 .7 k

0

0

DIEU KHIEN
2.7.1 Cấu tạo:
Gồm 5 nút bấm có 1 đầu được nối với nguồn 5V nối tiếp qua 1
điện trở 4.7k, 1 đầu được nối với đất,mỗi nút bấm được nối với
chân của vi điều khiển tương ứng
2.7.2 Chức năng
Nút Mode:chọn thông số cần thay đổi
Nút INC:Tăng trị số của thông số đã chọn lên 1 đơn vị
Nút DEC:Giảm trị số của thông số đã chọn đi 1 đơn vị
Nút OK: thiết lập trạng thái vừa thay đổi
Nút Reset: Đưa màn hình của LCD trở về trạng thái khi chưa thay
đổi thông số
2.8 Khối led báo hiệu
E0

E1
D 3

D 4

LED

D 5

LED

R 15
560

0

E2

LED

R 17
560

0

R 18
560

0

LED BAO
2.8.1 Cấu tạo
Gồm có led báo hiệu , các led 1 đầu được lần lượt nối với các
chân RE0,RE1,RE2 của vi điều khiển,đầu còn laị được nối với đất
2.8.2 Chức năng
- Led 1 báo hiệu vi xử lý đang đọc dữ liệu
- Led 2 báo hiệu vi xử lý đang ghi dữ liệu
- Led 3 là tín hiệu thông báo vi xử lý đang hoạt động
Page 24


Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển quạt thông minh (Smart Fan)

Page 25