MẠCH CHỐNG TRỘM DÙNG PIR và dùng 89c51

ĐỒ ÁN 2

MẠCH CHỐNG TRỘM DÙNG PIR
VÀ 89C51

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU


CÁC TỪ VIẾT TẮT
-

PIR : Passive Infrared Sensor

-

Led: Light – emitting diode


ĐỒ ÁN 2

Trang 4 / 18

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Hiện nay có rất nhiều các loại vi điều khiển của các hãng khác nhau, ví dụ như
họ 8051, AVR của hãng Atmel, PIC của hãng Microchip...Trong các loại vi điều
khiển thì phổ biến nhất ở Việt Nam hiện nay là chip vi điều khiển thuộc họ 8051.

Do họ 8051 là một trong những chip vi điều khiển xuất hiện sớm nhất nên nó là nền
tảng cho sự phát triển của các họ vi điều khiển thế hệ sau. Hơn nữa nó được sử
dụng trong hầu hết các loại đồ điện tử dân dụng ở nước ta hiện nay cho nên lập
trình cho vi điều khiển đã được đưa vào chương trình học cho sinh viên.
Cuộc sống của chúng ta tồn tại cùng lúc với nhiều thực thể vật lý, những thứ
chúng ta nhận biết được như là các động cơ học, tác dụng của nhiệt, của ánh sáng,
của âm thanh, mùi vị... Nhằm mục đích con người nhận biết rõ hơn các vận động
trên cũng như nghiên cứu ra các loại cảm biến. Cảm biến là thết bị điện tử cảm nhận
những thay đổi từ môi trường bên ngoài và biến đổi thành các tín hiệu để điều khiển
các thiết bị khác. Ngày nay có rất nhiều loại cảm biến đã được tạo ra, như cảm biến
ánh sáng, cảm biến nhiệt độ, cảm biến siêu âm, cảm biến hồng ngoại... Trong đề tài
này, tôi dùng cảm biến để phát hiện các vật thể thân nhiệt có chuyển động qua lại
hay còn gọi là PIR. Ứng dụng là hiện nay ở nhiều khu vực xảy ra tình trạng mất
trộm rất nhiều cho nên ý tưởng của tôi là làm mạch chống trộm đơn giản có thể gắn
ở cửa ra vào, có chi phí thấp và để hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động và muốn
phát triển thêm về mô hình này, tôi đã chọn đề tài cho đồ án 2 là thiết kế mạch
chống trộm dùng PIR và 89C51.


ĐỒ ÁN 2

Trang 5 / 18

CHƯƠNG 2
LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
2.1

LINH KIỆN CHÍNH SỬ DỤNG TRONG MẠCH

2.1.1 Vi điều khiển 89C51

Đặc điểm và chức năng hoạt động của các IC 8951 là một họ IC vi điều khiển
do hãng Intel. Chúng có những đặc điểm chung như sau:
-

8 KB EPROM bên trong.

-

128 Bye RAM nội.

-

4 Port xuất/nhập I/O 8 bit.

-

Giao tiếp nối tiếp.

-

64 KB vùng nhớ mã ngoài và 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại.

-

210 vị trí nhớ có thể định vị bit.

Hình 2.1 Vi điều khiển 89C51[5]
Vi điều khiển 89C51 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập.
Trong đó có 24 chân có tác dụng kép (có nghĩa 1 chân có 2 chức năng), mỗi đường
có thể hoạt động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành

phần của các bus dữ liệu và bus địa chỉ.


ĐỒ ÁN 2

Trang 6 / 18

 Gồm 4 port
- Port 0 (P0.0 - P0.7) có số chân từ 32 - 39 gồm có 2 chức năng: port xuất
nhập xử liệu (P0.0 - P0.7) không sử dụng bộ nhớ ngoài. Bus địa chỉ byte
-

thấp và bus dữ liệu đa hợp (AD0 - AD7) có sử dụng bộ nhớ ngoài.
Port 1 (P1.0 - P1.7) có số chân từ 1 - 8 có chức năng là port xuất nhập dữ

-

liệu (P1.0- P1.7) sử dụng hoặc không sử dụng bộ nhớ ngoài.
Port 2 (P2.0 - P2.7) có số chân từ 21 - 28 có 2 chức năng: Port xuất nhập dữ
liệu (P2.0 - P2.7) không sử dụng bộ nhớ ngoài. Bus địa chỉ byte cao (A8 -

-

A15) có sử dụng bộ nhớ ngoài.
Port 3 (P3.0 - P3.7) có số chân 10 - 17 có hai chức năng: port xuất nhập dữ
liệu (P3.0 - P3.7) không sử dụng bộ nhớ ngoài hoặc các chức năng đặc biệt.
Các tín hiệu điều khiển có sử dụng bộ nhớ ngoài hoặc các chức năng đặc

-

biệt.
Chân PSEN: cho phép bộ nhớ chương trình, chân số 29, là tín hiệu cho phép
truy xuất (đọc) bộ nhớ chương trình ngoài, là tín hiệu xuất, tích cực mức

-

thấp.
Chân ALE: cho phép chốt địa chỉ, chân số 30, là tín hiệu cho phép chốt địa
chỉ để thực hiện việc giải đa hợp cho bus địa chỉ byte thấp và bus dữ liệu đa

-

hợp, là tín hiệu xuất, tích cực mức cao.
Chân EA: truy xuất ngoài, chân số 31, là tín hiệu cho phép truy xuất bộ nhớ

-

chương trình ngoài, là tín hiệu nhập, tích cực mức thấp.
Chân XTAL1, XTAL2: tinh thể thạch anh, chân số 18 - 19, dùng để nối với
thạch anh hoặc mạch dao động tạo xung clock bên ngoài, cung cấp tín hiệu
xung clock cho chip hoạt động. XTAL1: ngõ vào mạch tạo xung clock trong

-

chip. XTAL2: ngõ ra mạch tao xung clock trong chip.
Chân RST: thiết lập lại, chân số 9, là tín hiệu cho phép thiết bị lặp lại trạng

-

thái ban đầu cho hệ thống, tín hiệu nhập, tích cực mức cao.

Chân Vcc, GND: nguồn cấp điện, chân số 40 và 20.
-

 Hoạt động Timer của 89C51
Bộ định thời của Timer là một chuỗi các Flip Flop được chia làm 2, nó
nhận tín hiệu vào là một nguồn xung clock, xung clock được đưa vào Flip
Flop thứ nhất là xung clock của Flip Flop thứ hai mà cũng chia tần số
clock này cho 2 và cứ tiếp tục.


ĐỒ ÁN 2

Trang 7 / 18

-

Vì mỗi tầng kế tiếp chia cho 2, nên Timer n tầng phải chia tần số clock

-

này cho 2 và cứ tiếp tục.
Ngõ ra của tầng cuối cùng là clock của Flip Flop tràn Timer hoặc cờ mà
nó kiểm tra bởi phần mềm hoặc sinh ra ngắt. Giá trị nhị phân trong các
Flip Flop của bộ Timer có thể được nghĩ như đếm xung clock hoặc các sự

-

kiện quan trọng bởi vì Timer được khởi động .
Hoạt động của Timer đơn giản 3 bit được minh họa bởi hình sau:

Hình 2.2 Hoạt động của Timer 3 bit [3]
-

Trong hình trên mỗi tầng là một Flip Flop loại D phủ định tác động cạnh
xuống được hoạt động ở mode chia cho 2 (ngõ ra Q được nối vói D).
Tầng đầu đổi trạng thái ởtần số clock, tần số thứ hai đổi trạng thại ở tần số

-

tần số clock...
Các Timer được ứng dụng thực tế cho các hoạt động định hướng, 89C51
có hai bộ Timer 16 bit, mỗi Timer có 4 mode hoạt động, Các Timer dùng
để đếm giờ, đếm các sự kiện cần thiết và sự sinh ra tốc độ Baud bởi sự

-

gắn liền Port nối tiếp.
Trong các ứng dụng định thời, một Timer được lập trình để tràn ở một
khoảng thời gian đều dặn và được set cờ tràn Timer. Cờ được dùng để
đồng bộ chương trình để thực hiện một hoạt động như việc đưa tới 1 tầng


ĐỒ ÁN 2

Trang 8 / 18

các ngõ vào hoặc gởi dữ liệu đến ngỏ ra. Các ứng dụng khác có sử dụng
việc ghi giờ đều đều của Timer để đo thời gian đã trôi qua hai trạng thái.
Việc đếm một sự kiện được dùng để xác định số lần xuất hiện cúa sự kiện

-

đó, tức thời gian trôi qua giữa các sự kiện.
 Hoạt động port nối tiếp:
Vi điều khiển 89C51 có một port nối tiếp trong chip có thể hoạt động ở
nhiều chế độ trên một dãy tần số rộng. Chức năng chủ yếu là thực hiện
chuyển đổi song song sang nối tiếp với dữ liệu xuất và chuyển đổi nối tiếp

-

sang song song với dữ liệu nhập.
Port nối tiếp hoạt động song công và đệm thu cho phép một ký tự sẽ được
thu và được giữ trong khi ký tự thứ hai được nhận. Nếu CPU đọc ký tự
thứ nhất trước khi ký tự thứ hai được thu đầy đủ thì dữ liệu sẽ không bị

-

mất.
Hai thanh ghi có chức năng đặc biệt cho phép phần mềm truy xuất đến
port nối tiếp là: SBUF và SCON. Bộ đệm port nối tiếp (SBUF) ở địa chỉ
99H nhận dữ liệu để thu hoặc phát. Thanh ghi điều khiển port nối tiếp
(SCON) ở địa chỉ 98H là thanh ghi có địa chỉ bit chứa các bit trạng thái và
các bit điều khiển. Báo cáo kết thúc việc phát hoặc thu ký tự. Các bit
trạng thái có thể được kiểm tra bằng phần mềm hoặc có thể lập trình để

-

tạo ngắt.
Chế độ hoạt động của port nối tiếp được đặt bằng cách ghi vào thanh ghi
chế độ port nối tiếp (SCON) ở địa chỉ 98H. Sau đây là bảng tóm tắt thanh

ghi SCON và các chế độ của port nối tiếp.

Bit

Ký hiệu

Mô tả

SMO

Địa
chỉ
9FH

SCON.
7
SCON.
6
SCON.
5

SM1

9EH

Bit 1 của chế độ port nối tiếp.

SM3

9DH

REN

9CH

Bit 2 của chế độ port nối tiếp. Cho phép truyền
thông xử lý trong các chế độ 2 và 3, RI sẽ không bị
tác động nếu bit thứ 9 thu được là 0.
Cho phép bộ thu phải được đặt lên 1 để thu các ký

SCON.

Bit 0 của chế độ port nối tiếp.


ĐỒ ÁN 2

Trang 9 / 18

4
SCON.
3
SCON.
2
SCON.
1
SCON.
0

TB8

9BH

RB8

9AH

TI

99H

RI

98H

tự.
Bit 8 phát, bit thứ 9 được phát trong chế độ 2 và 3,
được đặt và xóa bằng phần mềm.
Bit 8 thu, bit thứ 9 thu được.
Cờ ngắt phát. Đặt lên 1 khi kết thúc phát ký tự, được
xóa bằng phần mềm.
Cờ ngắt thu. Đặt lên khi kết thúc thu ký tự, được
xóa bằng phần mềm.

Bảng 2.1 Tóm tắt thanh ghi SCON [3]
Tóm tắt thanh ghi chế độ port nối tiếp:
SM0

SM1

Chế độ

Mô tả

Tốc đọ Baud

0

0

0

Thanh ghi dịch

Cố định (Fosc/12)

0

1

1

UART 8 bit

Thay đổi(đặt bằng Timer)

1

0

2

UART 9 bit

Cố định (Fosc/12 hoặc Fosc/64)

1

1

3

UART 9 bit

Thay đổi (dặt bằng timer)

Bảng 2.2 Tóm tắt thanh ghi chế độ port nối tiếp[3]
2.1.2

PIR( Passive InfraRed sensor)

a. Tìm hiểu về cảm biến PIR

Hình 2.3 Cảm biến PIR [2]
-

Là bộ cảm biến thụ động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại mà tia
hồng ngoại chính là các tia nhiệt phát ra từ các vật thể nóng. Con người

ĐỒ ÁN 2

Trang 10 / 18

chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt hay còn gọi là các tia hồng ngoại, người
ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và
nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển
động. Cảm biến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát
mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn tha nhiệt đó là các thực thể khác như con
-

người hoặc con vật...
PIR có 3 chân ra, 1 chân nối masse, một chân nối với nguồn volt DC, mức áp
làm việc có thể từ 3 đến 15V.

b. Cấu tạo của cảm biến PIR

Hình 2.4 Chuyển động của các tia nhiệt [1]
Mọi vật thể đều được cấu tạo từ các phân tử nhỏ li ti và nhiệt độ là một dạng
năng lượng tạo ra từ các xao động của các phân tử, đó là các chuyển động hỗn loạn,
không trật tự. Từ các dao động này, nó phát ra các tia nhiệt, bằng cảm giác thông
thường của giác quan gọi đó là sức nóng. Ở mỗi con người nguồn thân nhiệt thường
ổn định ở mức 37độ C, chúng ta sẽ có thiết bị phát hiện ra các vật thể phát ra tia
nhiệt, đó chính là dùng thiết bị motion detector, điều khiển theo nguồn thân nhiệt
chuyển động.
Dùng vật liệu pyroelectric để làm cảm biến dò tia nhiệt, người ta kẹp vật liệu
pyroelectric giữa hai bản cực, khi có tác kích của các tia nhiệt, trên hai bản cực sẽ
xuất hiện tín hiệu điện và dùng tín hiệu điện này vào để tạo ra các ứng dụng do tín
hiệu yếu nên cần mạch khuếch đại tín hiệu.

ĐỒ ÁN 2

Trang 11 / 18

Hình 2.5 Vật liệu pyroelectric để cảm ứng với tia nhiệt [1]
 Tìm hiểu về module của pir
Module của cảm biến PIR này là một mạch điện được tích hợp bao gồm cảm
biến PIR các mạch chức năng như mạch khuếch đại, mạch so sánh và mạch đình
thời tất cả các khối mạch được thiết kế thành một mạch hoàn chỉnh. Mạch gồm 3
chân để kết nối gồm một chân nối nguồn, một chân nối mas và chân output tín hiệu
ngõ ra. Ngoài ra module PIR còn cần một thiết bị hội tụ tia nhiệt gọi là kính
Fresnel. Các tia nhiệt phát ra từ các vật thể sống rất yếu và rất phân tán, để tăng độ
rộng cho đầu dò cũng như hội tụ các tia nhiệt lại đúng vị trí của cảm biến PIR, nên
dùng kính Fresnel chụp lên đầu cảm biến PIR. Đồng thời cũng giúp cảm biến tránh
được các tia tử ngoại từ môi trường bên ngoài chiếu vào đầu cảm biến.


ĐỒ ÁN 2

Trang 12 / 18

Hình 2.6 Module của PIR [1]

-

Nguyên lý làm việc của loại đầu dò PIR:

Các nguồn nhiệt đều phát ra tia hồng ngoại, qua kính Fresnel, qua kính lọc
lấy tia hồng ngoại, nó được cho tiêu thụ trên 2 cảm biến hồng ngoại gắn

trong đầu dò và tạo ra điện áp được khuếch đại với transistor FET. Khi có
một vật nóng đi ngang qua, từ 2 cảm biến này sẽ cho xuất hiện 2 tín hiệu và
tín hiệu này sẽ được khuếch đại để có biên độ đủ cao và đưa vào mạch so áp
để tác động vào một thiết bị điều khiển hay báo động.

Hình 2.7 Bộ cảm biến dò các vật nóng chuyển động ngang [1]


Thiết bị hội tụ tia nhệt cho module cảm biến PIR

Các tia nhiệt phát ra từ các vật thể sống rất yếu và rất phân tán, để tăng độ
rộng cho đầu dò cũng như hội tụ các tia nhiệt lại đúng vào vị trí của cảm biến PIR,
người ta dùng kính Fresnel để chụp lên đầu cảm biến PIR. Đồng thời cũng giúp cho
cảm biến tránh được các tia từ ngoài môi trường bên ngoài chiếu vào đầu cảm biến.


ĐỒ ÁN 2

Trang 13 / 18

Hình 2.8 Kính Fresnel [1]
2.2 Những linh kiện phụ sử dụng trong mạch

Hình 2.9 Transistor A1015

Hình 2.11 Điện trở

Hình 2.10 Tụ gốm

Hình 2.12 Led

ĐỒ ÁN 2

Trang 14 / 18

Hình 2.13 Còi buzz

Hình 2.14Nút nhấn

Hình 2.14 Transistor C1815

CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ MẠCH TỔNG QUÁT
3.1 Sơ đồ khối của mạch


ĐỒ ÁN 2

Trang 15 / 18

Hình 3.1 Sơ đồ khối của mạch
-

 Chức năng của từng khối
Bộ nguồn: cung cấp cho toàn bộ mạch là sử dụng nguồn 1 chiều 5V.
Khối cảm biến: Chức năng của nó là cảm nhận được sự xuất hiện của các
thân nhiệt và xuất ra mức 0 hoặc mức 1 cho đầu vào 89C51. Khối cảm biến

-

gồm 1PIR, điện trở và 1 cổng not.
Khối xử lý: gồm một bộ vi điều khiển 89C51 làm trung tâm, bên cạnh đó là
một khối RESET, 1 khối tạo dao động. Có đầu vào nhận từ khối cảm biến,
nó sẽ xử lý tín hiệu vào để xét khi nào phát xung ra cho khối tạo âm thanh.
Mà khối tạo âm thanh gồm 1 bộ dao động thạch anh có tần số 12 Mhz, 2 tụ
có trị số 33pF. Bộ dao động này tự phát ra xung dao động có tần số 12MHz
để bộ vi điều khiển hoạt động và nó có đặc điểm là không cần cấp nguồn thì

-

nó vẫn có thể phát ra xung chính xác.
Khối tạo âm thanh: gồm 1 transistor loại PNP A1015, 1 điện trở, 1 led, 1 loa.
Khối này nhận xung từ vi điều khiển, tín hiệu từ chân ra của vi điều khiển sẽ
được khuếch đại dòng khi qua transisror A1015 và qua loa để đảm bảo loa sẽ
đủ dòng để hoạt động.

3.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ


ĐỒ ÁN 2

Trang 16 / 18

Hình 3.2 Mô hình mô phỏng bằng phần mềm protues
 Nguyên lý mạch chống trộm dùng pir và 89C51
Ở trạng thái thường trực khi chưa có tia nhiệt di chuyển vào đầu dò của cảm
biến thì tín hiệu đang ở mức 0 và mạch không hoạt động. Khi có một vật chuyển
động vào đầu dò nhiệt PIR thì các tia nhiệt từ vật thể đó phát ra sẽ đi qua thấu kính
Fresnel các tia nhiệt này sẽ hội tụ vào đầu dò PIR, khi mới vào vùng dò của cảm

biến thì các tia nhiệt này sẽ hội tụ vào cảm biến pyroelectric thứ 1, thì mức 0 của
cảm biến thứ nhất sẽ tăng lên 1, kế đến trong khoảng thời gian rất nhỏ vật sẽ di
chuyển ngang qua tới cảm biến pyroelectric thứ 2 cũng tương tự như cảm biến thứ


ĐỒ ÁN 2

Trang 17 / 18

nhất nó sẽ chuyển từ mức 0 lên mức 1 cả 2 tín hiệu này sẽ qua 1 bộ khuếch đại thứ
nhất là FET, kế đến là ngõ ra của cảm biến PIR ở chân 2 sẽ vào một mạch khuếch
đại nữa, mạch khuếch đại này sẽ khuếch đại tín hiệu này lên mức cần thiết theo thiết
kế sẵn của nhà sản xuất, kế đến tín hiệu này là đến một mạch so sánh đề xuất ra tín
hiệu chuẩn kỹ thuật số mức 1 là mức đang hoạt động, còn mức 0 là không hoạt
động.Trong thực tế vật phát ra tia hồng ngoại có thể di chuyển nhanh hay chậm
hoặc có thể đứng yên trong vùng quét của cảm ứng, vì thế ta cần mạch làm trễ tín
hiệu lâu hơn so với tín hiệu nhận được trong thực tế để ta có thể điều chỉnh thiết bị
hoạt động trong khoảng thời gian mong muốn, từ đây tín hiệu của module cảm biến
được đưa ra ngoài kết nối với vi điều khiển 89C51 và đưa ra thiết bị báo động.
3.3 PHẦN MỀM
ORG 00H
MAIN:
JB P2.0,HIGHX
MOV P3,#0
ACALL DELAY
MOV P3,#255
ACALL DELAY
SJMP MAIN
DELAY:
MOV R1,#1

LAP3:
NOP
NOP
NOP


ĐỒ ÁN 2

Trang 18 / 18

NOP
DJNZ R3,LAP3
RET
HIGHX:
MOV P3,#255
SJMP MAIN
END
3.4 SƠ ĐỒ MẠCH IN

Hình 3.3 Sơ đồ mạch in

CHƯƠNG 4
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC THI
4.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG


ĐỒ ÁN 2

Trang 19 / 18

Hình 4.1 Mô phỏng 3D
4.2 KẾT QUẢ THỰC THI

Hình 4.2 Mô phỏng thực tế

CHƯƠNG 5
KẾT LUẬN


ĐỒ ÁN 2

Trang 20 / 18

5.1 ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM

Ưu điểm: Mạch chống trộm dùng PIR và 89C51 gọn nhẹ, đơn giản, sử
dụng linh kiện rẻ tiền, hoạt động ổn định, chính xác, dễ lắp đặt và sửa
chữa. Mạch có giá trị thiết thực đối với cuộc sống hàng ngày.
- Nhược điểm: Mạch sử dụng rộng rãi tuy nhiên còn mang tính sơ sài và
-

mang tính chất mô phỏng. Qua đó, em rút kinh nghiệm làm mạch, cũng như
áp dụng lý thuyết vào thực hành.
5.2 ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN

Đồ án 2 là một bài tập lớn, một thử thách lớn đối với sinh viên, tuy vậy với
bài tập lớn này nó giúp cho sinh viên vận dụng một cách cụ thể kiến thức mà
sinh viên đã được học trong suốt quá trình học tập. Đây cũng là một cách học
theo phương pháp tự nghiên cứu tìm tòi và phát triển tư duy.
Mạch chống trộm dùng PIR và 89C51 được ứng dụng rộng trong đời sống,

giúp bảo vệ cuộc sống con người.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
-

[1] />

ĐỒ ÁN 2

Trang 21 / 18

-

[2] />
-

[3] />
-

[4] />
-

[5] Nguyễn Đình Phú – Trương Ngọc Anh, (Năm 2013), Giáo trình vi xử lý,
Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh.
4.85%