CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống:
WEB
SWITCH
KHỐI GIAO TIẾP MẠNG (ENC 28J60)
KHỐI NGUỒN (IC 7805, AMS 1117)
CẢM BIẾN NHIỆT (LM35) KHỐI VI XỬ LÝ (PIC 18F4680)
KHỐI CÔNG SUẤT (CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN)
KHỐI
HIỂN THỊ LCD
Hình 3.1: Xây dựng sơ đồ tổng quát của hệ thống
SVTH: NGUYỄN THANH VINH-VĂN MINH HÙNG
Trang 46
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG LAN
GVHD: HUỲNH NGUYỄN ĐĂNG KHOA
Trong đó : - Khối hiển thị : dữ liệu và các yêu cầu ứng dụng sẽ được hiển thị lên máy tính điều khiển va Lcd . - Khối xử lý :là vi điều khiển Pic18f460. - Switch là bộ chia cổng mạng . - Khối cảm biến :sử dụng cảm biến LM35 để đo nhiệt độ môi trường . - Khối ENC28J60 :là khối giao tiếp mạng . - Khối nguồn : dùng để cấp nguồn cho Pic ,ENC va khối công suất . - Khối công suất : thực hiện các yêu cầu điều khiển như bật tắt đèn ,quạt, còi và các thiết bị khác cho việc ứng dụng cao hơn. - Web :được ứng dụng cho việc điều khiển . Với sự liên kết trên ta sẽ bước đầu hình dung ra cách thức hoạt động của các thành phần điều khiển và ứng dụng . 3.2 Thi công phần cứng: 3.2.1 Mạch nguồn: Sơ đồ mạch :
- Do mạch cung cấp không đòi hỏi về công suất quá cao nên ta chọn nguồn được lấy từ adaptor với ngõ vào input là 220V/240V, 50/60Hz và output là 12V 1000mA sau đó điều chỉnh thành nguồn 5V và 3.3V như mong muốn. - Nguồn 5V được sử dụng để cung cấp cho hầu hết các linh kiện của mạch điện: Là nguồn nuôi cho bộ vi xử lý, mạch công suất. Nguồn 3.3V dùng để cấp nguồn cho khối giao tiếp với mạng. V CC=12V
V CC=5V
1A
AD APTO R 220V AC _12V D C
IC 1 7 8 0 5
+
1
IN
IC 2 O U T
3
1
G N D
-
1000mF
0 .1 m F
O U T
3
R7 220
2
330
2
C1
A SM1117
IN
R22 C3
C2
Jac k D C 12V _5m m
V C C = .3 .3 V
G N D
C A U D IO D E
0 .1 m F D11 L ED X A N H
C4 10uF
D5 LED V A N G
Hình 3.2: Sơ đồ mạch nguồn ổn áp 5V và 3.3 V
SVTH: NGUYỄN THANH VINH-VĂN MINH HÙNG
Trang 47
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG LAN
GVHD: HUỲNH NGUYỄN ĐĂNG KHOA
Thiết kế:
Ta chọn IC 7805 với các thông số tương đối phù hợp: - Điện áp ngõ vào chịu có thể chịu được: VIN = 35 → 40V . - Công suất tiêu thụ tương đối vừa phải : PD = 20.8W . - Tầm nhiệt độ chịu được khi kéo tải: T = −30 → 150 0 C . - Để hoạt động trong việc có tải dòng ra đạt: I 0 = 100mA . - Để phục vụ cho khối công suất ta chọn IC ASM1117 với những tính chất như 7805: - Điện áp ngõ vào có thể chịu được: VIN = 5 → 12V . - Dòng ra khoảng 10mA. - Điện áp ngõ vào của LM7805 và AMS1117 tối thiểu phải cao hơn điện áp ngõ ra 2V để mạch hoạt động tốt. Trong đó C1, C2 dùng để lọc (nguồn DC chưa ổn định) để ổn định điện áp ngõ vào, C3 dùng để lọc nhiễu, C4 làm cho áp được phẳng hơn. 3.2.2 Khối xử lý trung tâm:
J2 6 5 4 3 2 1
2 3 4 5 6 7 C 8
13 20M
J14 7 6 5 4 3 2 1 PO R T B
A A A A A A
0 1 2 3 4 5
/A N /A N
/A N /A N /T O /A N
0 1 2 3 C 4
/C V R E F /V R E F /V R E F + KI /S S /H L V D IN
33pF
PO R T A
C 9
R R R R R R
R A 6 /C L K O /O S C 2
Y 2 33pF
IN T O
14 33 34 35 36 37 38 39 40
R A 7 /C L K I/O S C 1 R R R R R R R R
B B B
B B B B B
0 1 2 3 4 5 6 7
VC C =5V 32 11 31 12
VD D VD D VSS VSS
/IN T O /F L T O /A N 1 0 /IN T 1 /A N 8 /IN T 2 /C A N T X /C A N R X
/K B IO /A N 9 /K B I1 /B G M /K B I2 /P G C /K B I3 /P G D
R C 0 /T 1 O S O /T 1 3 C K I R C 1/T1 O S I R C 2 /C C P 1 R C 3 /S C K /S C L R C 4 /S D I/S D A R C 5 /S D O R C 6 /TX/C K R C 7 /R X/D T R D O /P S P O /C 1 IN + R D 1 /P S P 1 /C 1 IN R D 2 /P S P 2 /C 2 IN + R D 3 /P S P 3 /C 2 IN R D 4 /P S P 4 /E C C P 1 /P 1 A R D 5 /P S P 5 /P 1 B R D 6 /P S P 6 /P 1 C R D 7 /P S P 7 /P 1 D
1 1 1 1 2 2 2 2
5
6 7 8 3 4 5 6
1 2 2 2 2 2 2 3
9 0 1 2 7 8 9 0
1 2 3 R C 3 /S C K
R C 4 /S D I R C 5 /S D O
1 2
R ESET EN C C S R R R R
D D D D
1 2
4 5 6 7
J11 R E 0 /R D /A N 5 R E 1 /W R /A N 6 /C 1 O U T R E 2 /C S /A N 7 /C 2 O U T
8 9 10
VC C =5V
1 2 3 R 4 4 .7 K
PO R T E
R E 3 /V P P /M C L R
PO R T C
1 SW 1
P IC 1 8 F 4 6 8 0
C 5 10uF
R ESET
Hình 3.3: Khối xử lý Pic 18F4680
SVTH: NGUYỄN THANH VINH-VĂN MINH HÙNG
Trang 48
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG LAN
GVHD: HUỲNH NGUYỄN ĐĂNG KHOA
- Khối xử lý sử dụng Pic để điều khiển. Pic 18F4680 có nhiệm vụ nhận dữ liệu từ khối Ethenet sau đó xử lý dữ liệu ,truyền đến cơ cấu chấp hành thực hiện . - Chân 1 của Pic nối đến mạch Reset. Khi tín hiệu này được đưa lên mức cao tối thiểu hai chu kì máy thì các thanh ghi trong PIC 18F4680 được tải các giá trị để khởi động hệ thống. Chân Reset được thiết kế Reset bằng tay qua một nút nhấn. Để Reset hệ thống, chân Reset phải ở mức cao tối thiểu hai chu kì máy (T= 2 µ s) và VRST phải áp cực tiểu là 2.5V. Chọn VRST = 3V ⇒ RRST = 10k Ω . T = 40 ms
⇒ C = (40.103)/ [8.2.103.ln(5/3) ] = 9.6x10-6 (F) chọn C = 10 µ F.
- Mạch dao động dùng thạch anh 20MHz, tụ C11 và C12 lấy theo giá trị chuẩn là 33pF ± 10%. 3.2.3 Khối công suất: - Chọn Relay 1 ,Relay 2 , Relay 3, Relay 4 là Relay 5V, dòng đóng ngắt Relay khoảng 100mA~150mA. - Dòng ra chân Pic khoảng 5mA – 25mA, điện trở R7, R8,R9 và R10 dùng để hạn dòng vào cực B của Q1, Q2 và Q3,Q4. Chọn Q1, Q2 và Q3 ,Q4 là transistor
PNP A1015 làm việc ở chế độ bão hòa với k = 4, β = 80 , dòng ra từ chân Pic tối thiểu 5mA để tính toán. - Ta có : IB = k
IC β
⇒ IC =
β .I B 80.5mA = = 100mA k 4
IC = 100mA đủ để kích relay. RB =
V B − V BE 5V − 0,8V = = 0,84 KΩ IB 5mA
Chọn RB = R7 = R8=R9 = R10 = 1K
SVTH: NGUYỄN THANH VINH-VĂN MINH HÙNG
Trang 49
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG LAN
GVHD: HUỲNH NGUYỄN ĐĂNG KHOA
1 2 1 2
R 3 220
Nguon DC
R ELAY 1 2
V CC=5V
5 1 4
VD D
LED D O
2
J2 1 2
1
1
D 8
D 6 1N 4148
R ELAY 5V
LM35
R 7 2
G N D
VO U T
D A U N O I T H IE T B I D IE N
Q 1 A1015
3
1K
R 3 220
R ELAY 2
J2
2 1 2 3 4 5
N R R R R
D L1 L2 L3 L4
D 8
5
1N 4148
1 4
LED D O
2
1 2
1
J2
D 6
D A U N O I T H IE T B I D IE N
R ELAY 5V R 8
Q 2 A1015
1K
R 3 220
R ELAY 3
J2
2
5
1N 4148
1 4
LED D O
2
1 2
1
D 8
D 6
D A U N O I T H IE T B I D IE N
R ELAY 5V R 9
Q 3 A1015
1K
R 3 220
R ELAY 4
J2
2
5
1N 4148
1 4
LED D O
2
R ELAY 5V R 10
1 2
1
D 8
D 6
D A U N O I TH IE T B I D IE N
Q 4 A1015
1K
Hình 3.4: Khối công suất
SVTH: NGUYỄN THANH VINH-VĂN MINH HÙNG
Trang 50
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG LAN
GVHD: HUỲNH NGUYỄN ĐĂNG KHOA
Hình 3.5: Hình thực tế của khối công suất 3.2.4 Khối hiển thị LCD: L C D 1 6 x2
VC C =5V
K
1 16
D D D D
4 5 6 7
G N D
11 12 13 14
0
1 2 3 D D D D 7 8 9 10
R S R W E
VEE
A
3
15
Character LCD
VD D
4 5
6
2
2 10K
1
R R R R
3 2 1
D D D D
4 5 6 7
3
J11
Hình 3.6: Khối hiển thị LCD Các chân 11,12,13,14 của LCD được nối với các chân D4, D5, D6, D7 của Pic. Chân số 3 của Lcd được nối với một biến trở . SVTH: NGUYỄN THANH VINH-VĂN MINH HÙNG
Trang 51
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG LAN
GVHD: HUỲNH NGUYỄN ĐĂNG KHOA
Chân 4,5,6 được nối với E2,E1,E0 của vi điều khiển Pic. Chân 1,16 được nối với mass, chân 2,15 được nối với nguồn . 3.2.5 Khối giao tiếp mạng : R C 3 /S C K R C 5 /S D O SO C S IN T R E SET_EN C LED A LED B C LK O U T
8 7 6
9 4 10 27 26 3
SC K VD D O SC SI O SC 2 SO O SC 1 C S VSSO SC IN T VD D R X R E S E T TP IN T + LED A TP IN LED B VSSR X C LKO U T V D D TX TP O U T+ TP O U TV SS TX VD D PLL VSSPLL R B IA S VC AP
2
2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1
C 3 EN C
5 4 3 2 9 3 2 1 5 7 6 8
0 1 4
V D D = .3 .3 V O SC 2_EN C O SC 1_EN C G N D V D D = 3 .3 V T P IN T + T P IN T G N D V D D = 3 .3 V TP O U T+ TP O U TG N D V D D = 3 .3 V G N D
O SC 1_EN C
33
25M X1
C 2 EN C
O SC 2_EN C 33
IC 7 4 0 8
1 SO
3
2
R C 4/S D O
IC 7 4 0 8
E N C 28J60 C 1 104
R 6 2 .7 K
4 IN T
6
5
IN T O
TPO U T_
V C C = 3 .3 V
TPO U T+
C 6 104
C 2 EN C 1 104 R 9 51
R 8 51
T P IN T +
T P IN T _ R 10
51
R 11
51
C 10 104
R 5
220
LED A
1 2 3 4 5 6 7 8 R J 45
LED B 220
R 1
Hình 3.7: Khối giao tiếp mạng
SVTH: NGUYỄN THANH VINH-VĂN MINH HÙNG
Trang 52
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG LAN
GVHD: HUỲNH NGUYỄN ĐĂNG KHOA
Hình 3.8 : Hình thực tế của khối nguồn,khối giao tiếp mạng, khối điều khiển.
SVTH: NGUYỄN THANH VINH-VĂN MINH HÙNG
Trang 53
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG LAN
GVHD: HUỲNH NGUYỄN ĐĂNG KHOA
3.3 Lưu đồ thuật toán và giao diện điều khiển: 3.3.1 Mô hình của hệ thống: - Trong mô hình, bộ điều khiển được đặt trong một mạng LAN (và coi như một phần tử trong mạng) trong mạng gồm 1 SWITCH, 1 DHCP Server và bao gồm nhiều máy trạm (các máy PC) có cài chương trình duyệt WEB, các phần mềm duyệt web phổ biến là IE (Internet Explorer), FireFox, .. - Bộ điều khiển này đóng vai trò như một Mini Web Server, tất cả các máy trong mạng có yêu cầu Web đến địa chỉ IP của bộ điều khiển đều được trả về dưới dạng 1 trang WEB. Như vậy, tất cả các máy trong mạng, dù bất kỳ ở đâu cũng đều nhận được thông tin và điều khiển được nhờ một trình duyệt web sẵn có.
Hình 3.9: Mô hình hệ thống điều khiển thông qua mạng LAN.
SVTH: NGUYỄN THANH VINH-VĂN MINH HÙNG
Trang 54
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG LAN
GVHD: HUỲNH NGUYỄN ĐĂNG KHOA
Hình 3.10: Sản phẩm hoàn thành
SVTH: NGUYỄN THANH VINH-VĂN MINH HÙNG
Trang 55
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG LAN
GVHD: HUỲNH NGUYỄN ĐĂNG KHOA
3.3.2 Giao diện điều khiển:
Hình 3.11: Giao diện đăng nhập
Hình 3.12: Giao diện điều khiển chính SVTH: NGUYỄN THANH VINH-VĂN MINH HÙNG
Trang 56
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG LAN
GVHD: HUỲNH NGUYỄN ĐĂNG KHOA
3.3.3 Lưu đồ giải thuật: BẮT ĐẦU
ĐỌC CẤU HÌNH TỪ FLASH
IP TỰ ĐỘNG
S KHỞI ĐỘNG VỚI CẤU HÌNH CŨ
Đ YÊU CẦU IP TỪ DHCP
KHỞI TẠO WED,ĐỌC ADC
LM 35
TRUYỀN NHIỆT ĐỘ,TRẠNG THÁI THIẾT BỊ LÊN WEB
YÊU CẦU NGƯỜI DÙNG
Đ
BẬT TẮT THIẾT BỊ
S SO SÁNH NHIỆT ĐỘ ĐỌC VỀ VỚI NHIỆT ĐỘ CẢNH BÁO
Đ
HIỂN THỊ CẢNH BÁO BẬT THIẾT BỊ
S HIỂN THỊ CẢNH BÁO TẮT THIẾT BỊ
END SVTH: NGUYỄN THANH VINH-VĂN MINH HÙNG
Hình 3.13: Lưu đồ giải thuật Trang 57
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG LAN
GVHD: HUỲNH NGUYỄN ĐĂNG KHOA
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Sau 1 thời gian tìm hiểu và thực hiện với sự hướng dẫn của cô Lê Thị Kiều Nga. Đề tài: “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MẠNG LAN” đã hoàn thành đúng thời gian quy định. Đề tài đã thỏa mãn được các yêu cầu đạt ra như sau : - Điều khiển tắt ,mở và giám sát các thiết bị như: Đèn, Quạt …. - Giám sát nhiệt độ, đọc nhiệt độ và hiển thị lên Web máy tính và LCD. Mặc dù đã đạt được những kết quả nhất định, tuy nhiên do kiến thức có hạn và thời gian tìm hiểu ngắn nên không tránh khỏi những thiếu xót, mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn để đề tài ngày càng hoàn thiện và đạt được nhiều thành công hơn nữa. Hạn chế của đề tài: - Việc sử dụng và làm chủ chưa được hoàn toàn. - Ứng dụng của đồ án mới dừng lại ở mức đơn giản về thiết kế do điều kiện thời gian và cơ sở vật chất còn hạn chế. Hướng phát triển đề tài : - Mở rộng quy mô điều khiển để có thể điều khiển được nhiều thiết bị hơn nữa. - Cải tiến cách điều khiển : từ việc điều khiển tắt/mở thiết bị đến việc điều khiển thiết bị làm việc với nhiều mức độ công suất khác nhau. - Việc tiếp tục phát triển đồ án với những ứng dụng lớn hơn là rất cần thiết như ứng dụng vào phòng điều khiển giám sát tốc độ động cơ, Camera của phòng điều khiển… Một lần nữa nhóm xin chân thành cảm ơn nhà trường, quý thầy cô và các bạn đã tạo điều kiện và giúp đỡ cho nhóm hoàn thành đề tài này đúng thời gian quy định.
SVTH: NGUYỄN THANH VINH-VĂN MINH HÙNG
Trang 58
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG LAN
GVHD: HUỲNH NGUYỄN ĐĂNG KHOA
PHỤ LỤC 1 - Chương trình điều khiển được viết bởi phần mềm CCS - Một số thư viện ,hàm phục vụ cho việc lập trình được lấy từ trang Wed chính thức của hãng Microchip. Để xem bộ thư viện xin hãy tham khảo bản soft copy trên đĩa CD kèm theo. - Chương trình có sử dụng một số mã nguồn được lấy từ Internet. #define STACK_USE_CCS_PICENS
#include "ccshelperui.c" const char HTML_INDEX_PAGE[]= "<html><title>DO AN TOT NGHIEP</title> <head> <script type=\"text/javascript\"> function varify(){ var youracct = \"admin\"; //define your username here var yourpw = \"123\"; //define your password here if(document.getElementById(\"acct\").value
file_loc=label_address(HTML_MAIN_PAGE); else if (stricmp(file_str,about2)==0) file_loc=label_address(HTML_ABOUT_PAGE); return(file_loc); } int http_format_char_checked(int8 flag, char *str) { int len=0; if (flag) {
{ sprintf(new_str,"<B>Nhiet do qua cao</B>"); } else { if(nd<25) sprintf(new_str,"<B>Nhiet do qua thap</B>"); else sprintf(new_str,"<B>Nhiet do o muc</B>"); } len=strlen(new_str); break; case 'W': if(nd>32) { sprintf(new_str,"<B>, quat nen bat</B>"); } else { if (nd<25) { sprintf(new_str,"<B>, quat nen tat</B>"); } else sprintf(new_str,"<B> trung binh</B>"); } len=strlen(new_str); break; case '4': strncpy(new_str, g_HTTPLCDMessage, sizeof(new_str));
SVTH: NGUYỄN THANH VINH-VĂN MINH HÙNG
Trang 65
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG LAN
GVHD: HUỲNH NGUYỄN ĐĂNG KHOA
new_str[sizeof(new_str)-1] = 0; len = strlen(new_str); break; case '5': len = http_format_char_checked(g_LEDState[0], new_str); break; case '6': len = http_format_char_checked(!g_LEDState[0], new_str); break; case '7': len = http_format_char_checked(g_LEDState[1], new_str); break; case '8': len = http_format_char_checked(!g_LEDState[1], new_str); break; case 'F': strncpy(new_str, g_HTTPMessageStack, sizeof(new_str)); new_str[sizeof(new_str)-1] = 0; len = strlen(new_str); g_HTTPMessageStack[0] = 0; break;
CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP...................................................................................1 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.....................................................................2 Hình 2.1: Sơ đồ khối của họ PIC 18Fxxx.............................................................2 Hình 2.2 : Sơ đồ chân PIC....................................................................................3 Hình 2.3 : Sơ đồ chân PIC....................................................................................4 Hình 2.4: Sơ đồ khối của PIC 18F4680................................................................5 Hình 2.5: Sơ đồ tạo dao động...............................................................................6 Hình 2.6: Lựa chọn tụ theo thach anh dao động...................................................6 Hình 2.7: Chế độ dao động RC.............................................................................6 Hình 2.8: Sơ đồ chế độ Reset của PIC 18f4680....................................................8 Hình 2.9: Sơ đồ logic của tất cả các ngắt trong vi điều khiển Pic 18F4680........10 Hình 2.10: Bộ nhớ chương trình của PIC 18F4680.............................................11 Hình 2.11: Bộ nhớ dữ liệu Pic 18F4680.............................................................12 Hình 2.12: Chức năng của các chân Port A.........................................................16 Hình 2.13: Chức năng của các chân Port B.........................................................17 Hình 2.14: Chức năng của các chân Port C.........................................................18 Hình 2.15: Chức năng của các chân Port D........................................................19 Hình 2.16: Chức năng của các chân Port E.........................................................20 Hình 2.17: Sơ đồ khối của bộ chuyển đổi ADC..................................................21 Hình 2.18: Cảm biến nhiệt độ LM35..................................................................22 Hình 2.19: ENC28J60.........................................................................................23 Hình 2.20 : Giao diện cơ bản ENC28J60............................................................23
Hình 2.21: Các vùng nhớ của ENC28J600.........................................................24 Hình 2.22: Vùng đệm truyền nhận của ENC28J60.............................................25 Hình 2.23: Giao diện cơ bản của giao tiếp SPI...................................................28 Hình 2.24: Sơ đồ nguyên lý của khối SPI tích hợp trong Vi Điều Khiển PIC.....30 Hình 2.25: Thứ tự chân của IC họ 78xx..............................................................31 Hình 2.26: Hình dáng loại LCD thông dụng.......................................................31 Hình 2.27: Tên chân và chức năng LCD.............................................................32 SVTH: NGUYỄN THANH VINH-VĂN MINH HÙNG