Thiết kế hệ thống điểu khiển cho ngôi nhà tự động
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.07 MB, 143 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
T
T
H
H
A
A
Ø
Ø
N
N
H
H
P
P
H
H
O
O
Á
Á
H
H
O
O
À
À
C
C
H
H
Í
Í
M
M
I
I
N
N
H
H
----- U -----
K
K
H
H
O
O
A
A
Đ
Đ
I
I
E
E
Ä
Ä
N
N
T
T
Ư
Ư
Û
Û
B
B
O
O
Ä
Ä
M
M
O
O
Â
Â
N
N
Đ
Đ
I
I
E
E
Ä
Ä
N
N
T
T
Ư
Ư
Û
Û
C
C
O
O
Â
Â
N
N
G
G
N
N
G
G
H
H
I
I
E
E
Ä
Ä
P
P
X
X
W
W
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
CHO NGÔI NHÀ TỰ ĐỘNG
GVHD : TRƯƠNG NGỌC ANH
SVTH : NGUYỄN TIẾN AN
MSSV : 00101006
LỚP : 001012
TP HỒ CHÍ MINH – 2/2005
Đồ án tốt nghiệp
Phần A Giới thiệu
PHẦN A
GIỚI THIỆU
Đồ án tốt nghiệp
Phần A Giới thiệu
Trương Ngọc Anh
Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghóa Việt Nam
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
Thành Phố Hồ Chí Minh
-----o0o----- -----o0o-----
K
K
H
H
O
O
A
A
Đ
Đ
I
I
E
E
Ä
Ä
N
N
T
T
Ư
Ư
Û
Û
B
B
O
O
Ä
Ä
M
M
O
O
Â
Â
N
N
Đ
Đ
I
I
E
E
Ä
Ä
N
N
T
T
Ư
Ư
Û
Û
C
C
O
O
Â
Â
N
N
G
G
N
N
G
G
H
H
I
I
E
E
Ä
Ä
P
P
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên : NGUYỄN TIẾN AN MSSV : 00101006
Lớp : 001012
Ngành : Điện tử
Khóa : 2000
1. Tên đề tài : Thiết kế hệ thống điều khiển cho ngôi nhà tự động
2. Cơ sở ban đầu :..........................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
3. Nội dung các phần thuyết minh: .............................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
4. Các bản vẽ:................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
5. Giáo viên hướng dẫn: TRƯƠNG NGỌC ANH
6. Ngày giao nhiệm vụ:
7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
Thông qua bộ môn
Ngày …… tháng …… năm 2005 Ngày …… tháng …… năm 2005
Giáo viên hướng dẫn Chủ nhiệm bộ môn
Trương Ngọc Anh
N
N
H
H
A
A
Ä
Ä
N
N
X
X
E
E
Ù
Ù
T
T
C
C
U
U
Û
Û
A
A
G
G
I
I
A
A
Ù
Ù
O
O
V
V
I
I
E
E
Â
Â
N
N
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
Ù
Ù
N
N
G
G
D
D
A
A
Ã
Ã
N
N
......................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
ĐHSPKT, Ngày ......... tháng ......... năm 2005
Giáo viên hướng dẫn
N
N
H
H
A
A
Ä
Ä
N
N
X
X
E
E
Ù
Ù
T
T
C
C
U
U
Û
Û
A
A
G
G
I
I
A
A
Ù
Ù
O
O
V
V
I
I
E
E
Â
Â
N
N
P
P
H
H
A
A
Û
Û
N
N
B
B
I
I
E
E
Ä
Ä
N
N
......................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
ĐHSPKT, Ngày ......... tháng ......... năm 2005
Giáo viên phản biện
Đồ án tốt nghiệp Trang -v-
Phần A Giới thiệu
L
L
Ơ
Ơ
Ø
Ø
I
I
M
M
Ơ
Ơ
Û
Û
Đ
Đ
A
A
À
À
U
U
Từ giữa những năm 80 đến nay công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn có
những phát triển đậm nét để hỗ trợ cho sự phát triển của công nghệ thông tin,
và sự tự động hóa trong công nghiệp … Với độ tích hợp ngày càng cao, công
suất tiêu tán bé hơn, thông minh hơn nó đã làm thay đổi hẳn cấu trúc của nền
công nghiệp hiện tại.
Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới
của chúng ta đã và đang một ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát
triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bò với các đặc điểm
nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ. Đó là những yếu tố rất
cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao.
Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp
ứng được những đòi hỏi không ngừng từ các lónh vực công–nông – lâm – ngư
nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày.
Một trong những ứng dụng rất quan trọng của công nghệ điện tử là kỹ
thuật tự động điều khiển từ xa. Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển
các thiết bò từ xa. Trong thời đại ngày nay, hệ thống thông tin liên lạc là một
trong những vấn đề quan trọng của loài người. Nhất là những ứng dụng của kỹ
thuật thông tin liên lạc vào lónh vực kinh tế, khoa học và đời sống. Chính vì nó
mà con người và xã hội loài người đã phát triển không ngừng. Đặc biệt trong
vài năm gần đây, mạng Internet đã phát triển mạnh mẽ, bên cạnh đó máy tính
ngày càng có giá thành vừa phải với mọi tầng lớp xã hội tạo ra bước ngoặc
quan trọng trong lónh vực thông tin để đáp ứng nhu cầu của con người.
Đối với hệ thống điều khiển xa bằng mạng điện thoại thì giới hạn về tính
trực quan và đi dây kết nối giữa thiết bò với nhau rất phức tạp, tốn kém. Đây là
yếu điểm của kỹ thuật này. Hiện nay, do nhu cầu sử dụng các hệ thống, thiết bò
tự động của người dân ngày càng tăng. Đồng thời, việc lắp đặt hệ thống lưới
điện ngày càng được phổ biến rộng rãi. Do đó, việc sử dụng mạng điện dân
dụng để truyền tín hiệu điều khiển các thiết bò là phương thức thuận tiện, tiết
kiệm nhiều thời gian cho công việc, vừa đảm bảo các tính năng an toàn cho các
thiết bò điện gia dụng vừa tiết kiệm được chi phí lắp đặt khi sử dụng.
Xuất phát từ những ý tưởng và tình hình thực tế như ở trên, tôi đã chọn
đề tài: "THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO NGÔI NHÀ TỰ ĐỘNG".
Với đề tài: "Thiết kế hệ thống điều khiển cho ngôi nhà tự động" gồm 3 phần:
PHẦN A GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
PHẦN B NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI
Đồ án tốt nghiệp Trang -vi-
Phần A Giới thiệu
PHẦN C PHỤ LỤC
L
L
ơ
ơ
ø
ø
i
i
c
c
a
a
û
û
m
m
t
t
a
a
ï
ï
Có lẽ không một ai có thể quên được những mái trường mà mình đã đi
qua trong một thời thơ ấu cho đến lúc trưởng thành. Cứ sau mỗi chặng đường
đi qua, chúng em lại thấy mình lớn lên, vững vàng hơn trong kiến thức và
năng lực. Chặng đường vừa đi qua là chặng đường với 5 năm dài đầy gay go
và thử thách dưới mái Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật. Nơi đây đã
không chỉ đơn giản cung cấp cho chúng em những kiến thức khoa học kỹ thuật
mà quý hơn cả là đã nhóm trong chúng em ngọn lửa yêu khoa học và rèn
luyện cho chúng em một nghò lực vững vàng để làm hành trang bước vào đời.
Xin cảm ơn những mái trường mà em đã đi qua suốt thời niên thiếu. Em
sẽ ghi nhớ mãi công ơn của tất cả thầy cô đã dìu dắt em từ những buổi học vở
lòng đến nay.
Kính lời cảm ơn khoa Điện cùng các thầy cô của khoa, đã dành nhiều
tình cảm tốt đẹp đối với chúng em và tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em
học tập tốt.
Gởi đến thầy Trương Ngọc Anh lời ghi ơn vô vàn, người đã trực tiếp
theo sát, tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án.
Bên cạnh đó gia đình còn là nguồn động lực to lớn về tinh thần lẫn vật
chất giúp cho chúng em bước đi trên con đường mà chúng em đã chọn. Xin
chân thành cám ơn Cha, Mẹ và chò Hai đã hết sức động viên và giúp đỡ em về
mọi mặt trong suốt quá trình học tập.
Sau cùng là lời cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ và những ý kiến đóng
góp của các bạn cùng lớp trong suốt quá trình làm đề tài.
TP.HCM _ Tháng 2 năm 2005
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Tiến An
Đồ án tốt nghiệp Trang -vii-
Phần A Giới thiệu
MỤC LỤC
Trang
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
Lời mở đầu ................................................................................................................v
Lời cảm tạ ................................................................................................................vi
Mục lục ....................................................................................................................vii
Liệt kê các bảng ......................................................................................................ix
Liệt kê các hình ........................................................................................................x
Phần B Nội dung....................................................................................................1
Chương 1 Dẫn nhập .................................................................................................2
1.1 Giới thiệu đề tài ...........................................................................................2
1.2 Tầm quan trọng của đề tài .........................................................................3
1.3 Giới hạn đề tài .............................................................................................3
1.4 Mục đích yêu cầu .........................................................................................4
Chương 2 Cơ sở lý luận............................................................................................5
2.1 Đề cương nghiên cứu chi tiết.......................................................................5
2.2 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................5
2.3 Phương tiện nghiên cứu ..............................................................................5
2.4 Kế hoạch thực hiện .....................................................................................6
Chương 3 Truyền dữ liệu và giao tiếp máy tính ...................................................7
3.1 Tổng quát hệ thống truyền dữ liệu ............................................................7
3.2 Kỹ thuật ghép nối và giao tiếp máy tính ................................................12
3.3 Lựa chọn phương án giao tiếp ..................................................................15
3.4 Sự phát triển của ngôi nhà tự động .........................................................18
3.5 Truyền dữ liệu qua đường dây điện .........................................................19
3.6 Truyền dữ liệu qua chuẩn RS – 485 ......................................................... 20
Chương 4 Thiết kế ................................................................................................ 29
4.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống ..........................................................29
4.2 Sơ đồ khối chi tiết từng module ...............................................................30
4.3 Sơ đồ nguyên lý từng module ...................................................................31
4.4 Nguyên lý hoạt động của mạch ................................................................ 48
Chương 5 Xây dựng phần mềm điều khiển ........................................................51
5.1 Xây dựng chương trình điều khiển trên các module .............................51
5.2 Xây dựng chương trình điều khiển trên máy tính .................................56
Đồ án tốt nghiệp Trang -viii-
Phần A Giới thiệu
Chương 6 Thi công ................................................................................................59
6.1 Thi công phần cứng ...................................................................................59
6.2 Thi công phần mềm điều khiển ...............................................................62
Chương 7 Kết luận ................................................................................................65
7.1 Tóm tắt .......................................................................................................65
7.2 Hướng phát triển đề tài ............................................................................66
Phần C Phụ lục ................................................................................................... 67
Tài liệu tham khảo ...............................................................................................122
Đồ án tốt nghiệp Trang -ix-
Phần A Giới thiệu
LIỆT KÊ CÁC BẢNG
Trang
Bảng 3.1: Bảng chức năng chân cổng LPT ........................................................ 14
Bảng 3.2: Bảng chức năng chân cổng COM ......................................................16
Bảng 4.1: Trở kháng của bộ cảm biến nhiệt theo nhiệt độ ...............................33
Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật chính của cảm biến nhiệt họ LM35 ....................33
Bảng 4.3: Bảng chọn ngõ vào tương tự ................................................................35
Bảng 4.4: Chức năng các chân PLM ...................................................................44
Bảng 1: Bảng sự thật của mạch chuyển đổi ........................................................74
Bảng 2: Chức năng port 3 của họ MSC-51 ..........................................................78
Bảng 3: Thanh ghi SCON ......................................................................................80
Bảng 4: Các chế độ của Port nối tiếp ................................................................. 81
Bảng 5: Tóm tắt một số chuẩn tốc độ baud thông dụng .................................. 84
Đồ án tốt nghiệp Trang -x-
Phần A Giới thiệu
LIỆT KÊ CÁC HÌNH
Trang
Hình 3.1: Hệ thống thông tin ..................................................................................7
Hình 3.2: Đường truyền cân bằng ........................................................................21
Hình 3.3: Đường truyền không cân bằng ............................................................ 21
Hình 3.4: Ngõ ra của bộ phát RS-485 ..................................................................22
Hình 3.5: Ngõ ra vi phân của bộ phát ..................................................................23
Hình 3.6: Kết nối song công nhiều điểm .............................................................24
Hình 3.7: Kết nối bán song công ..........................................................................25
Hình 3.8: Dạng kết nối tổng quát của mạng dùng chuẩn RS-485 ..................... 26
Hình 3.9: Kết nối tự động .....................................................................................27
Hình 3.10: Tín hiệu cho phép của bộ phát và 1 byte data được phát ...............28
Hình 4.1: Sơ đồ khối của hệ thống ......................................................................29
Hình 4.2 : Sơ đồ khối module đo nhiệt độ ............................................................30
Hình 4.3: Sơ đồ khối module Master ....................................................................30
Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý Module đo nhiệt độ ...................................................32
Hình 4.5: Biểu đồ thời gian của ADC 0809 .......................................................... 36
Hình 4.6: Mạch dao dộng tạo xung ......................................................................37
Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thò ...............................................................38
Hình 4.8:
Sơ đồ mạch nguồn .................................................................................39
Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý module Master ..........................................................40
Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp máy tính ...........................................41
Hình 4.11: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thò .............................................................42
Hình 4.12: Sơ đồ mạch nguồn ...............................................................................43
Hình 4.13: Sơ đồ chân PLM ..................................................................................44
Hình 4.14: Sơ đồ kết nối PLM với thiết bò ...........................................................44
Hình 4.15: Sơ đồ mạng RS-485 dùng IC555 điều khiển .....................................45
Hình 4.16: Sơ đồ mạch chuyển đổi TTL – RS485 dùng IC 555 .........................46
Hình 4.17: Sơ đồ mạch thu, phát dữ liệu dùng RS485 ........................................47
Hình 5.1: Lưu đồ điều khiển trên module master ..............................................51
Hình 5.2: Lưu đồ ngắt nối tiếp ..............................................................................52
Đồ án tốt nghiệp Trang -xi-
Phần A Giới thiệu
Hình 5.3: Lưu đồ điều khiển trên module đo nhiệt độ ......................................53
Hình 5.4: Lưu đồ ngắt nối tiếp ..............................................................................54
Hình 5.5: Lưu đồ nhận dữ liệu từ module master ..............................................55
Hình 5.6 Lưu đồ mở cổng truyền thông ...............................................................57
Hình 5.7 Lưu đồ hỏi vòng nhận sự kiện truyền thông từ module master ........58
Hình 6.1 : Sơ đồ bố trí linh kiện module master .................................................59
Hình 6.2 : Sơ đồ mạch in modlue master (mặt trên) ..........................................60
Hình 6.3 : Sơ đồ mạch in modlue master (mặt dưới) ..........................................60
Hình 6.4 :Sơ đồ bố trí linh kiện module đo nhiệt độ ..........................................61
Hình 6.5 : Sơ đồ mạch in modlue đo nhiệt độ (mặt trên) ..................................61
Hình 6.6 : Sơ đồ mạch in modlue đo nhiệt độ (mặt dưới) ..................................62
Hình 1: Sơ đồ khối tổng quát của mạïch ADC .....................................................70
Hình 2: Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi AD dùng phương pháp tích phân . 71
Hình 3: Sơ đồ khối chuyển đổi ADC dùng phương pháp xấp xỉ ........................72
Hình 4: Sơ đồ khối mạch chuyển đổi AD dùng phương pháp song song .........73
Hình 5: Sơ đồ chân 8951 ........................................................................................76
Hình 6: Sơ đồ khối 8951 .........................................................................................77
Hình 7: Sơ đồ khối Port nối tiếp ...........................................................................80
Đồ án tốt nghiệp Trang -xii-
Phần A Giới thiệu
Đồ án tốt nghiệp
Phần B Nội dung
PHẦN B
NỘI DUNG
Đồ án tốt nghiệp Trang- 2 -
Chương 1 Dẫn nhập
CHƯƠNG 1
DẪN NHẬP
1.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ
thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lónh
vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin….
do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp
phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự
phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng.
Xuất phát từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy và tham quan
các doanh nghiệp sản xuất, tôi đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa
trong quá trình sản xuất. Một ý tưởng về một ngôi nhà tự động được hình
thành.
Hầu hết các thiết bò trong nhà ngày nay đều hoạt động độc lập với nhau,
mỗi thiết bò có một quy trình sử dụng khác nhau tuỳ thuộc vào sự cài đặt của
người sử dụng. Đối với một ngôi nhà tự động thì các thiết bò trong nhà được tập
hợp thành những hệ thống và có thể liên hệ và trao đổi dữ liệu với nhau. Các
thiết bò bao gồm các thiết bò đơn giản như bóng đèn, quạt máy, lò sưởi đến các
thiết bò tinh vi, phức tạp như tivi, máy giặt, hệ thống báo động … Chúng có thể
liên hệ trao đổi dữ liệu qua lại với nhau thông qua một hệ thống điều khiển
trung tâm. Hệ thống điều khiển trung tâm có thể là một hệ thống máy vi tính
hoàn chỉnh hoặc một bộ vi xử lý đã được lập trình sẵn tất cả các chương trình
điều khiển.
Điển hình một ngôi nhà tự động bao gồm các thiết bò như : máy giặt, đèn
thắp sáng, cảm biến nhiệt độ, hệ thống dẫn khí, màn hình hiển thò thông tin,
điện thoại, hệ thống báo động, … tất cả được liên hệ với nhau thông qua một
đường dữ liệu và được đưa qua hệ thống điều khiển trung tâm. Nếu ngôi nhà tự
động phát hiện ra hỏa hoạn nhờ vào các cảm biến thì lập tức dữ liệu đó sẽ
được gởi đến hệ thống điều khiển trung tâm. Khi hệ thống trung tâm đã xử lý
xong dữ liệu thì nó sẽ lập tức ra lệnh điều khiển đóng tất cả các đường ống dẫn
khí và báo động cho mọi người trong nhà và có thể tự động gọi điện báo cho
lực lượng phòng cháy chữa cháy.
Nhờ vào một đường dây điện thoại thì hệ thống cũng cho phép chủ nhà có
thể điều khiển thiết bò từ bên ngoài ngôi nhà. Ví dụ ta có thể gọi điện thoại về
nhà và điều khiển mở máy điều hòa không khí để làm mát căn phòng vào một
thời gian nào đó.
Đồ án tốt nghiệp Trang- 3 -
Chương 1 Dẫn nhập
Từ những yêu cầu thực tế và hữu ích đó nên tôi đã chọn đề tài "Thiết kế
hệ thống điều khiển cho ngôi nhà tự động" để có thể đáp ứng được nhu cầu
ngày càng cao của con người và góp phần vào công cuộc tự động hóa.
1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI
Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các thiết bò điện tử
ra đời ngày càng nhiều về chủng loại cũng như tính năng sử dụng. Bên cạnh đó
nhu cầu sử dụng các thiết bò một cách tự động ngày càng cao, con người ngày
càng muốn có nhiều thiết bò giải trí cũng như các thiết bò sinh hoạt với kỹ thuật
và công nghệ ngày càng cao. Hiện nay, ở châu Âu đã ra đời một số mô hình về
ngôi nhà của tương lai. Bên trong ngôi nhà sẽ được trang bò những dụng cụ,
thiết bò để làm cho cuộc sống của chúng ta trở nên vui vẻ và dễ chòu hơn.
Những thiết bò sẽ được điều khiển bằng điện và có thể trao đổi các lệnh điều
khiển, hình ảnh, âm thanh với nhau thông qua dây điện hoặc không dây. Những
thiết bò này sẽ được quản lý bởi một hệ thống điều khiển trung tâm. Một thiết
bò sẽ hiển thò tất cả các thông tin có liên quan đến việc quản lý ngôi nhà như :
nhiệt độ, cài đặt hệ thống báo động...
Từ những nhu cầu thực tế đó, người thực hiện muốn đưa một phần những
kỹ thuật hiện đại của thế giới áp dụng vào điều kiện thực tế trong nước để có
thể tạo ra một hệ thống ngôi nhà tự động đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của
con người. Ngôi nhà tự động có thể tự động điều khiển các thiết hoạt động theo
một chương trình đã được cài đặt trước. Tất cả các thiết bò liên lạc, trao đổi dữ
liệu với nhau thông qua đường dây điện chính trong ngôi nhà. Việc này nhằm
tận dụng được đường dây điện hiện có để truyền dữ liệu, giảm bớt chi phí khi
lắp đặt hệ thống. Hệ thống còn được áp dụng cho những ngôi nhà có sẵn hoặc
những ngôi nhà chuẩn bò xây dựng.
1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Một hệ thống ngôi nhà tự động hoàn chỉnh bao gồm rất nhiều các thiết bò
hoạt động một cách tự động, có liên hệ chặt chẽ và trao đổi dữ liệu với nhau.
Ngôi nhà đó có thể tự động điều khiển hệ thống ống dẫn khí, tự động đo độ ẩm
của môi trường để có thể điều khiển hệ thống tưới cây xung quanh nhà hoặc có
thể tự động điều chỉnh nhiệt độ ở một nhiệt độ đã được cài đặt trước tùy theo
từng phòng ở hay tùy khu vực. Ngoài ra, nó còn có thể quản lý hệ thống báo
động, báo cháy và khi cần thiết nó có thể gọi điện thoại để thông báo cho chủ
nhà hoặc lực lượng phòng cháy và chữa cháy.
Từ các vấn đề nêu trên cho thấy một hệ thống ngôi nhà tự động hoàn
chỉnh đòi hỏi phải gồm có rất nhiều các thiết bò hoạt động một cách tự động,
có liên hệ chặt chẽ và có thể trao đổi thông tin giữa các thiết bò với nhau và
trao đổi thông tin với người sử dụng. Để đáp ứng được tất cả các yêu cầu trên
Đồ án tốt nghiệp Trang- 4 -
Chương 1 Dẫn nhập
thì cần phải có một khoảng thời gian và một lượng kiến thức nào đó. Với lượng
kiến thức và thời gian cho phép, trong đề tài này người thực hiện chỉ thiết kế
và thi công một phần trong hệ thống điều khiển ngôi nhà tự động đó là đo và
khống chế nhiệt độ ở từng phòng và từng khu vực.
Để hệ thống có thể truyền dữ liệu được với nhau thì có nhiều cách thực
hiện, có thể truyền vô tuyến hoặc hữu tuyến. Khi sử dụng môi trường truyền
vô tuyến thì có ưu điểm là không cần lắp đặt thêm đường truyền, hệ thống có
tính di động cao hơn nhưng phần thiết kế và thi công phần cứng lại trở nên
phức tạp. Nếu ta sử dụng tín hiệu truyền là sóng hồng ngoại thì lại gặp vấn đề
giới hạn về khoảng cách giữa phần phát và phần thu. Sử dụng sóng vô tuyến
thì lại khắc phục được nhược điểm giới hạn về khoảng cách nhưng sóng vô
tuyến thì không có lợi cho con người nhất là sóng vô tuyến có tần số cao.
Khi sử dụng môi trường truyền hữu tuyến thì có thể khắc phục được tác
hại do sóng vô tuyến gây ra nhưng cần lắp đặt thêm hệ thống đường truyền lại
gây ra tốn kém về mặt kinh tế. Để khắc phục được những nhược điểm trên
trong đề tài này người thực hiện sẽ sử dụng phương pháp truyền hữu tuyến
thông qua mạng điện dân dụng sẵn có trong từng gia đình nhằm giảm bớt chi
phí lắp đặt đường truyền khi sử dụng.
Những vấn đề còn tồn tại:
- Chỉ ứng dụng việc đo nhiệt độ ở 2 phòng khác nhau, việc truyền nhận
qua đường dây điện được thực hiện trên module có sẵn, như vậy phần kết nối
giữa các phòng với máy tính cần phải thống nhất về phương pháp truyền nhận
và xử lý ở chế độ đa nhiệm (vi điều khiển + máy vi tính). Đây chính là vấn đề
chính của đề tài cần giải quyết, đòi hỏi các thiết bò phải đồng nhất về tốc độ và
cách thức truy cập lẫn nhau theo phương pháp chủ tớ.
- Hệ thống chỉ thực hiện việc đo và điều khiển nhiệt độ trong từng khu
vực khác nhau trong ngôi nhà.
1.4. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU
Dựa vào những kiến thức đã học và các yêu cầu từ thực tế đặt ra, người
thực hiện muốn thiết kế một phần trong hệ thống điều khiển để củng cố những
kiến thức đã được học và tạo ra một sản phẩm làm cho hệ thống ngày càng
hoàn thiện để có thể phục vụ nhu cầu ngày càng cao của con người.
Với đề tài này người thực hiện muốn tạo ra một hệ thống nhỏ bao gồm
các module đo nhiệt độ và nó có thể gởi dữ liệu về bộ xử lý trung tâm để cho
người sử dụng có thể quan sát một cách trực quan. Từ những dữ liệu thu nhận
được thì bộ xử lý trung tâm xử lý để đưa ra các lệnh điều khiển các thiết bò
một cách thích hợp.
Hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ bao gồm:
Đồ án tốt nghiệp Trang- 5 -
Chương 1 Dẫn nhập
ª Hai module đo nhiệt dộ
ª Một board điều khiển trung tâm dùng để giao tiếp với hai module
đo nhiệt độ và máy tính.
ª Các khối vào ra để lấy thông số nhiệt độ và điều khiển các thiết
bò.
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ LUẬN
2
2
.
.
1
1
Đ
Đ
E
E
À
À
C
C
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G
G
N
N
G
G
H
H
I
I
E
E
Â
Â
N
N
C
C
Ư
Ư
Ù
Ù
U
U
C
C
H
H
I
I
T
T
I
I
E
E
Á
Á
T
T
Đ
Đ
e
e
à
à
t
t
a
a
ø
ø
i
i
n
n
a
a
ø
ø
y
y
đ
đ
ư
ư
ơ
ơ
ï
ï
c
c
t
t
h
h
ư
ư
ï
ï
c
c
h
h
i
i
e
e
ä
ä
n
n
g
g
o
o
à
à
m
m
4
4
p
p
h
h
a
a
à
à
n
n
:
:
P
P
h
h
a
a
à
à
n
n
A
A
:
:
G
G
I
I
Ơ
Ơ
Ù
Ù
I
I
T
T
H
H
I
I
E
E
Ä
Ä
U
U
,
,
g
g
i
i
ơ
ơ
ù
ù
i
i
t
t
h
h
i
i
e
e
ä
ä
u
u
m
m
o
o
ä
ä
t
t
c
c
a
a
ù
ù
c
c
h
h
k
k
h
h
a
a
ù
ù
i
i
q
q
u
u
a
a
ù
ù
t
t
v
v
e
e
à
à
đ
đ
e
e
à
à
t
t
a
a
ø
ø
i
i
P
P
h
h
a
a
à
à
n
n
B
B
:
:
N
N
O
O
Ä
Ä
I
I
D
D
U
U
N
N
G
G
,
,
g
g
o
o
à
à
m
m
5
5
c
c
h
h
ư
ư
ơ
ơ
n
n
g
g
Chương I: Dẫn nhập, nêu lên những vấn đề hiện nay có liên quan đến đề
tài, tầm quan trọng của vấn đề và hướng giải quyết vấn đề đó.
Chương II: Cơ sở lý luận, trình bày tổng quát đề cương nghiên cứu, các
phương pháp, cách thức nghiên cứu và kế hoạch để thực hiện đề tài.
Chương III: Truyền dữ liệu và giao tiếp máy tính, giới thiệu tổng quát hệ
thống truyền dữ liệu và các kỹ thuật ghép nối và giao tiếp máy tính.
Chương IV: Thiết kế và thi công, trình bày chi tiết từng khối của hệ
thống.
Chương V: Xây dựng phần mềm điều khiển, giải thuật và các chương
trình điều khiển.
Phần C: PHỤ LỤC
2
2
.
.
2
2
P
P
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G
G
P
P
H
H
A
A
Ù
Ù
P
P
N
N
G
G
H
H
I
I
E
E
Â
Â
N
N
C
C
Ư
Ư
Ù
Ù
U
U
Trong đề tài này người thực hiện đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp tham khảo tài liệu bằng cách thu thập thông tin từ
sách, tạp chí về điện tử và truy cập từ mạng internet.
- Phương pháp quan sát: khảo sát một số mạch điện thực tế đang có
trên thò trường và tham khảo thêm một số dạng mạch từ mạng Internet.
- Phương pháp thực nghiệm: từ những ý tưởng và kiến thức vốn có
của mình kết hợp với sự hướng dẫn của giáo viên, người thực hiện đã lắp
ráp thử nghiệm nhiều dạng mạch khác nhau để từ đó chọn lọc những
mạch điện tối ưu.
Đồ án tốt nghiệp Trang- 6 -
Chương 2 Cơ sở lý luận
2
2
.
.
3
3
P
P
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G
G
T
T
I
I
E
E
Ä
Ä
N
N
N
N
G
G
H
H
I
I
E
E
Â
Â
N
N
C
C
Ư
Ư
Ù
Ù
U
U
Với đề tài này, người thực hiện dựa vào sách giáo khoa và những kiến
thức được trang bò trong quá trình học tập cùng với sự trợ giúp của máy tính và
những thông tin trên mạng. Ngoài ra, còn có những thiết bò trợ giúp trong quá
trình thiết kế mạch do người thực hiện tự trang bò.
2
2
.
.
4
4
K
K
E
E
Á
Á
H
H
O
O
A
A
Ï
Ï
C
C
H
H
T
T
H
H
Ư
Ư
Ï
Ï
C
C
H
H
I
I
E
E
Ä
Ä
N
N
- Tuần 1 : Chọn đề tài, chính xác hóa đề tài, thu thập thông tin và tìm
kiếm tài liệu có liên quan.
- Tuần 2 : Tìm ra thuật giải để giải quyết vấn đề.
- Tuần 3 : Kiểm tra thực tế bằng việc ráp thử.
- Tuần 4 : Thi công.
- Tuần 5 : Đánh máy, in ấn.
- Tuần 6 : Kiểm tra và hoàn thiện đề tài.
Đồ án tốt nghiệp Trang- 7 -
Chương 3 Truyền dữ liệu và giao tiếp máy tính
CHƯƠNG 3
TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ GIAO TIẾP MÁY TÍNH
3.1 TỔNG QUÁT HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU
Không giống với việc truyền thông tin bằng cách phát và thu tín hiệu
tương tự như âm thanh và hình ảnh, việc truyền dữ liệu được thực hiện bằng
cách phát tuần tự (liên tiếp) các mã nhò phân lên đường truyền. Các mã này
được tạo ra, lưu trữ và xử lí bởi các máy tính và các ngoại vi.
Đường truyền dùng để truyền dữ liệu là các đường truyền số (digital)
nghóa là tín hiệu chỉ có thể ở một trong hai trạng thái khác biệt được biểu thò
bằng mức logic 0 hoặc 1. Trong khi đó tín hiệu tương tự có thể chiếm một trạng
thái bất kì trên một dải liên tục.
3.1.1 Cấu trúc một hệ thống thông tin
Sơ lược các khối trong hệ thống:
¾ Nguồn tín hiệu:
Là tín hiệu cần truyền đi, có thể là tín hiệu không điện hoặc tín hiệu
điện. Do vậy, cần phải có một bộ chuyển đổi các tín hiệu không điện thành tín
hiệu điện trước khi đưa lên đường truyền.
Thông thường dùng các cảm biến để dò lấy tín hiệu này và thực hiện
quá trình chuyển đổi thành tín hiệu điện.
¾ Khối truyền tin:
Nhận tín hiệu điện từ nguồn tín hiệu đưa đến sau đó thực hiện sự
biến đổi cho phù hợp với đường truyền trước khi phát lên đó.
Khối này thường gồm: mạch điều chế tín hiệu, một bộ dồn kênh, bộ
phát tín hiệu.
Tín hiệu điện
Tín hiệu điện
Nguồn
tín
hiệu
Truyền
tin
Nhận
tin
Cơ
cấu
chấp
hành
Đường truyền
Hình 3.1: Hệ thống thông tin
Đồ án tốt nghiệp Trang- 8 -
Chương 3 Truyền dữ liệu và giao tiếp máy tính
¾ Đường truyền:
Có nhiều dạng như đường truyền hữu tuyến, vô tuyến, tương tự, số…
Bản chất của đường truyền có ảnh hưởng rất nhiều khối khác trong
sơ đồ.
¾ Khối nhận tin:
Nhận lấy tín hiệu từ đường truyền gửi xuống và thực hiện việc
chuyển đổi nhằm lấy lại thông tin ban đầu.
Khối nhận tin thường gồm: một bộ giải điều chế tín hiệu (tách sóng
mang), một bộ phân kênh tín hiệu.
¾ Cơ cấu chấp hành:
Nhận tín hiệu từ khối nhận tin đưa đến sau đó biến đổi đại lượng điện
đầu vào thành đại lượng đồng dạng với đại lượng vào của nguồn tín hiệu.
Cơ cấu chấp hành có thể là một màn hình hiển thò hoặc loa, rờle dể
đóng ngắt thiết bò …
3.1.2 Phân loại các hệ thống thông tin
3.1.2.1 Phân loại theo đường truyền
♦ Đường truyền hữu tuyến.
♦ Đường truyền vô tuyến.
3.1.2.2 Phân loại dựa theo tín hiệu trên đường truyền
♦ Tín hiệu tương tự.
♦ Tín hiệu số.
3.1.2.3 Phân loại số bit trên một đường dây
♦ Mỗi bit chiếm lấy một đường truyền (song song):
Dữ liệu gồm nhiều bit sẽ xuất đồng thời trên đường truyền.
♦ Nhiều bit trên một đường truyền (nối tiếp):
Các bit sẽ nối tiếp nhau xuất hiện trên một đường truyền duy
nhất.
3.1.2.4 Dựa vào xung nhòp đồng hồ Ck của bộ phát và bộ thu
♦ Truyền đồng bộ: khi xung nhòp nơi phát và nơi thu như nhau và cùng
góc pha.
Ưu điểm của cách truyền này là tốc độ truyền rất cao nhưng độ
an toàn về thông tin khá thấp (sai vài bit). Việc chi phí cho thiết kế
đường truyền khá cao.
Đồ án tốt nghiệp Trang- 9 -
Chương 3 Truyền dữ liệu và giao tiếp máy tính
♦ Truyền bất đồng bộ: khi xung nhòp nơi phát và thu không cần giống
nhau.
Theo phương pháp này, dữ liệu được truyền đi với tốc độ chậm hơn
nhưng độ an toàn cao, đặc biệt chi phí cho việc thiết kế đường truyền tương
đối thấp, thích hợp cho truyền xa.
3.1.2.5 Chiều tín hiệu trên đường truyền:
♦ Loại đơn công: tín hiệu chỉ truyền theo một chiều duy nhất mà không
có chiều ngược lại.
♦ Loại song công: tín hiệu có thể truyền theo cả hai chiều một cách
đồng thời.
♦ Loại bán song công: tín hiệu có thể truyền theo hai chiều nhưng
không cùng lúc, tức là phải thay đổi luân phiên.
3.1.3 Giao tiếp song song bất đồng bộ
3.1.3.1 Sơ đồ khối:
Khi truyền dữ liệu với tốc độ từ thấp đến trung bình trên khoảng cách
ngắn người ta có thể dùng đường truyền song song bất đồng bộ.
Ví dụ, như việc kết nối một máy tính với một thiết bò ngoại vi như máy in.
Hệ thống giao tiếp song song bất đồng bộ này có đặc điểm là: mỗi bit
chiếm lấy một đường truyền và xung đồng bộ nơi phát không nhất thiết phải
bằng xung đồng bộ của nơi thu. Do đó, ngoài các đường dây cho các bit còn cần
thêm các đường tín hiệu để thực hiện việc bắt tay giữa phần phát và phần thu.
Giả sử thực hiện việc truyền song song 8 bit thì ít nhất có 9 đường dây
(một đường mass giữa phần phát và phần thu).
THU
PHÁ
Đồ án tốt nghiệp Trang- 10 -
Chương 3 Truyền dữ liệu và giao tiếp máy tính
Để nơi phát và thu có thể truyền và thu được chính xác dữ liệu thì nhất
thiết phải cần đến các tín hiệu bắt tay: Strobe, Ack và Busy\ .
D
O
÷ D
7
: là các đường dữ liệu (data bus).
Strobe, Ack, Busy\: là các đường tín hiệu bắt tay nhằm phối hợp giữa
phần phát và phần thu.
Strobe : do máy phát gửi ra nhằm báo cho máy thu biết rằng đã có dữ
liệu gửi ra trên đường truyền D
O
÷ D
7
.
ACK : do phần phát đưa ra nhằm báo cho phần phát biết rằng phần thu
đã thu xong một kí tự.
Busy : là tín hiệu do phần thu đưa ra nhằm báo cho phần phát biết rằng
phần thu đang bận với một tác vụ nào đó nên chưa thể thu được kí tự tiếp theo.
Ví dụ một quá trình truyền dữ liệu giữa máy tính và máy in:
♦ CPU chờ cho tới khi đường tín hiệu Busy\ lên mức cao tức là máy in đã
sẵn sàng nhận dữ liệu.
♦ CPU xuất mã của kí tự kế tiếp ra port song song.
♦ Sau đó, CPU đưa xung Strobe lên 1. Tín hiệu này báo cho máy in biết
rằng đã có dữ liệu mới trên đường truyền.
♦ Máy in tiến hành nhận dữ liệu và khi đã hoàn tất công việc liên quan
đến kí tự cuối cùng nó sẽ trả Busy\ về mức cao. Máy in đưa xung ACK
lên cao để báo cho CPU biết nó đang sẵn sàng nhận kí tự tiếp theo.
3.1.3.2 Hoạt động của hệ thống:
Phần phát:
♦ Đọc giá trò của đường Busy\ cho đến khi Busy\ = 1 tức là phần thu
không bận.
♦ Sau đó phần phát gửi data ra bus dữ liệu.
♦ Cho chân Strobe =1 để báo cho phần thu biết kí tự đã sẵn sàng.
♦ Đọc chân ACK cho đến khi chân này lên 1 tức là phần thu đã thu xong
kí tự.
♦ Cho chân Strobe = 0 để tránh trường hợp phần thu thu thêm một lần
nữa.
♦ Chuẩn bò dữ liệu kế tiếp theo để xuất đi nếu như chưa truyền hết.
Phần thu:
♦ Khi cần thu một dữ liệu nó phải đưa chân Busy\ lên 1 để báo cho phần
phát biết rằng nó không bò bận và sẵn sàng nhận kí tự.
♦ Sau đó phần thu đọc giá trò của tín hiệu Strobe cho đến khi chân này lên
1 tức là phần phát đã gửi dữ liệu ra đường truyền.
Đồ án tốt nghiệp Trang- 11 -
Chương 3 Truyền dữ liệu và giao tiếp máy tính
♦ Cho chân Busy\ = 0 để phần phát tạm thời ngưng lại và cho chân ACK =
0 để khoan thay đổi data.
♦ Xử lí data (cất vào vùng nhớ đệm).
♦ Cho chân Busy\ =1.
3.1.4 Giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ
¾ Cấu trúc :
Giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ là giao tiếp mà xung đồng hồ của bộ phát
và bộ thu được tạo ra một cách riêng rẽ và không cần phải bằng nhau.
Các bit lần lượt chiếm lấy đường truyền, việc giao tiếp cần phải thêm các
bit khung (thông tin khung) bao gồm:
• Bit khởi động (start).
• Bit dừng (stop).
• Bit chẵn lẻ (parity).
¾ Thành phần chính của hệ thống là các thanh ghi dòch.
¾ Tại phần phát, thanh ghi dòch là thanh ghi vào song song ra nối tiếp.
¾ Tại phần thu, thanh ghi dòch là thanh ghi vào nối tiếp ra song song.
3.1.4.1 Phát dữ liệu nối tiếp:
Khi cần phát dữ liệu, CPU phần phát sẽ gửi data tới thanh ghi phát bằng
cách đưa dữ liệu đến các ngõ vào song song của thanh ghi dòch sau đó tác động
mức 1 lên chân LD để cho thanh ghi nạp lấy giá trò này.
Dữ liệu vào song song
THANH GHIPHÁT
Dữ liệu ra song song
THANH GHI THU
Ck phát
Ck thu
Điềukhiển
LD RD
