ĐIỀU KHIỂN tự ĐỘNG bật tắt đèn BẰNG cảm BIẾN HỒNG NGOẠI DÙNG PIC (có code và sơ đồ mạch)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.59 MB, 28 trang )
ĐỒ ÁN 1
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BẬT TẮT ĐÈN
BẰNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI DÙNG
PIC
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ASM
IC
PIC
RISC
Assembly Language
Intergrated Circuit
Programmable Intelligent Computer
Reduced Instructions Set Computer
ĐỒ ÁN 1
Trang 5/24
CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Giới thiệu đề tài
Mục tiêu đặt ra của đề tài là xây dựng một căn phòng có khả năng tự động bật đèn
khi có người bước vào phòng và tắt đèn khi số người trong phòng đi ra hết. Đề tài
được xây dựng dựa trên sử dụng vi điều khiển PIC và cảm biến hồng ngoại.
-
1.2 Phương án thực hiện
Sử dụng datasheet để hiểu được cấu tạo và nguyên lí hoạt động của : vi điều
khiển PIC, cảm biến hồng ngoại, LED 7 đoạn,…
-
Nghiên cứu và sử dụng các phần mềm viết code cho vi điều khiển PIC (PIC
C Compiler, MikroC for PIC,…)
-
Thực hiện chạy thử trên testboard.
1.3 Kết quả thực hiện
Thi công hoàn chỉnh board mạch đúng theo yêu cầu đặt ra ban đầu và hoạt động
chính xác, ổn định.
-
1.4 Yêu cầu ban đầu
Sử dụng vi điều khiển PIC, cảm biến hồng ngoại.
-
Khi có người đi vào thì bật đèn và khi người trong phòng đi ra hết thì tắt đèn.
-
Chỉ có 1 người ra hoặc vào phòng trong 1 lượt.
-
Số lượng người trong phòng không quá 99.
CHƯƠNG 2.
NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
1.5 Sơ đồ khối
1.1.1 Sơ đồ khối mạch
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 6/24
Khối nguồn
Khối chấp hành
Khối cảm biến
Khối xử lý
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùngKhối
PIChiển thị
ĐỒ ÁN 1
Trang 7/24
Hình 2-1: Sơ đồ khối
Giải thích: Sau khi cấp nguồn, khối cảm biến sẽ đưa tín hiệu vào khối xử lý khi có
người đi vào ra. Khối xử lý sẽ thực hiện so sánh các điều kiện đã được đặt ra trong
code và đưa tín hiệu điều khiển đến các khối chấp hành lệnh, khối hiển thị.
1.1.2 Chức năng từng khối
• Khối nguồn: cung cấp nguồn 1 chiều 5V cho mạch. Trong khối nguồn sử
dụng: 1 biến áp 1A, 1 cầu diode chỉnh lưu, 1 IC ổn áp 7805, tụ lọc nhiễu.
• Khối cảm biến: ban đầu khi chưa có người đi vào LED phát truyền tới
photodiode với tín hiệu mức cao. Khi có người đi qua chắn tín hiệu truyền
tín đến photodiode tín hiệu mức thấp sẽ nhận được ở đầu ra photodiode.
• Khối xử lý: PIC nhận được tín hiệu từ cảm biến sau đó thực hiện chương
trình ngắt. Nếu là quá trình đi vào sẽ thực hiện tăng biến số đếm người sau
đó truyền tín hiệu đến khối hiển thị và khối chấp hành. Ngược lại, nếu là quá
trình đi ra sẽ thực hiện giảm biến đếm số người sau đó truyền tín hiệu đến
khối hiển thị và khối chấp hành.
• Khối chấp hành: thực hiện bật tắt đèn khi nhận được tín hiệu từ khối xử lý.
• Khối hiển thị: hiển thị số người ra vào phòng thông qua LED 7 đoạn.
1.6 Nguyên lí hoạt động
Khi có người đi vào và qua 2 cảm biến hồng ngoại, tín hiệu được đưa từ photodiode
về vi điều khiển. Vi điều khiển thực hiện ngắt khi có sự thay đổi từ tín hiệu mức cao
sang mức thấp ở port B. Trong quá trình đi vào tăng biến đếm số người thêm 1 đơn
vị, xuất ra LED 7 đoạn và bật đèn. Tương tự trong quá trình đi ra, khi có người đi ra
và qua 2 cảm biến hồng ngoại, tín hiệu được đưa từ photodiode về vi điều khiển. Vi
điều khiển thực hiện chương trình ngắt. Sau đó, vi điều khiển thực hiện giảm biến
đếm số người. Nếu số người trong phòng vẫn còn thì không tắt đèn. Trong trường
hợp, người đó là người cuối cùng thì sẽ thực hiện tắt đèn.
1.7 Sơ đồ mạch mô phỏng
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 8/24
Hình 2-2: Sơ đồ mạch mô phỏng
Giải thích mạch mô phỏng:
-
Tín hiệu của 2 cảm biến được nối với chân RB4 và RB5.
-
7 chân của port C nối với 7 chân dữ liệu vào LED 7 đoạn.
-
2 chân RD0 và RD1 nối với các cực B của transistor để thực hiện điều khiển
tín hiệu vào LED 7 đoạn.
-
Tín hiệu điều khiển đèn được cho ra chân RA0 và vào chân B của transistor
để điều khiển rơle bật tắt đèn.
1.8 Sơ đồ mạch nguyên lí
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 9/24
Hình 2-3: Sơ đồ mạch nguyên lí
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 10/24
CHƯƠNG 3.
GIỚI THIỆU LINH KIỆN
1.9 Vi điều khiển PIC 16F877A
PIC là một vi điều khiển được xây dựng trên kiến trúc RISC thực thi một lệnh với
một chu kì máy (một chu kì máy bằng bốn chu kì của bộ dao động thạch anh). PIC
có thể lập trình được với ngôn ngữ C hoặc ASM. Ngôn ngữ C được hỗ trợ rất dễ
dàng để tiếp cận cho việc lập trình hoạt động của vi điều khiển.
Sơ đồ chân PIC 16F877A:
Hình 3-1: Sơ đồ chân PIC 16F877A [2]
Chức năng của từng chân:
-
Chân OSC1/CLK1(13): ngõ vào kết nối với dao động thạch anh hoặc ngõ
vào nhận xung dao động clock từ bên ngoài.
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 11/24
-
Chân OSC2/CLK1(14): ngõ ra dao động thạch anh hoặc ngõ ra cấp xung dao
động clock.
-
Chân VSS(12,31) và chân VDD(11,32): là các chân nguồn của PIC (cấp
nguồn hoạt động khoảng 2V ~ 5V).
-
Chân MCLR/Vpp(1) mang 2 chức năng: ngõ vào reset tích cực mức thấp và
ngõ vào nhận điện áp lập trình cho PIC.
-
Chân RA0/AN0(2), RA0/AN1(3) có 2 chức năng: xuất nhập tín hiệu số và
ngõ vào tín hiệu tương tự của kênh thứ 0, 1.
-
Chân RA2/AN2/VREF-/CVREF(4) có 4 chức năng: xuất nhập tín hiệu số,
ngõ vào tín hiệu tương tự ở kênh thứ 2, ngõ vào điện áp chuẩn thấp của bộ
A/D, ngõ ra điện áp chuẩn của bộ so sánh.
-
Chân RA3/AN3/VREF+(5) có 3 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, ngõ vào
tín hiệu tương tự ở kênh thứ 3, ngõ vào điện áp chuẩn cao của bộ A/D.
-
Chân RA4/T0CKI/C1OUT(6) có 3 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, ngõ vào
xung clock bên ngoài cho Timer 0, ngõ ra bộ so sánh 1.
-
Chân RA5/AN4/SS/C1OUT(7) có 4 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, ngõ
vào tín hiệu tương tự ở kênh thứ 4, ngõ vào chọn lựa SP1 phụ, ngõ ra bộ so
sánh 2.
-
Chân RB0/INT(33) có 2 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, ngõ vào tín hiệu
ngắt ngoài.
-
Chân RB1(34),RB2(35): xuất nhập tín hiệu số.
-
Chân RB3/PGM(36) có 2 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, cho phép lập
trình điện áp thấp ICSP.
-
Chân RB4(37),RB5(38): xuất nhập tín hiệu số.
-
Chân RB6/PGC(39) có 2 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, mạch gỡ rối và
xung clock lập trình ICSP.
-
Chân RB7/PGD(40) có 2 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, mạch gỡ rối và
dữ liệu lập trình ICSP.
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 12/24
-
Chân RC0/T1OCO/T1CK1(15) có 3 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, ngõ ra
bộ dao động Timer 1, ngõ vào xung clock bên ngoài cho Timer 1.
-
Chân RC1/T1OSI/T1CCP2(16) có 3 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, ngõ
vào bộ dao động Timer 1, ngõ vào Capture 2, ngõ ra Camparator 2, ngõ ra
PWM 2.
-
Chân RC2/CCP1(17) có 2 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, ngõ vào Capture
1, ngõ ra Camparator 1, ngõ ra PWM 1.
-
Chân RC3/SCK/SCL(18) có 3 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, ngõ vào
xung clock nối tiếp đồng bộ, ngõ ra chế độ SPL, ngõ ra chế độ I2C.
-
Chân RC4/SDI/SDA(23) có 3 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, dữ liệu vào
SPL, xuất dữ liệu I2C.
-
Chân RC5/SD0(24) có 2 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, dữ liệu ra SPI.
-
Chân RC6/TX/CK(25) có 3 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, truyền bất
đồng bộ USART, xung đồng bộ USART.
-
Chân RC7/RX/DT(26) có 3 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, nhận dữ liệu
bất đồng bộ USART, dữ liệu đồng bộ USART.
-
Chân RD0-7/PSP0-7(19-30) có 2 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, dữ liệu
port song song.
-
Chân RE0/RD/AN5(8) có 3 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, điều khiển đọc
cho port song song ,ngõ vào tín hiệu tương tự kênh thứ 5.
-
Chân RE1/WD/AN6(9) có 3 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, điều khiển ghi
cho port song song, ngõ vào tín hiệu tương tự kênh thứ 6.
-
Chân RE0/CS/AN7(10) có 3 chức năng: xuất nhập tín hiệu số, lựa chọn điều
khiển đọc cho port song song,ngõ vào tín hiệu tương tự kênh thứ 7.
Ngắt được sử dụng trong mach là: Ngắt ở port B. Ngắt ở port B được thực hiện khi
có sự thay đổi trang thái của các chân RB4 đến RB7.
1.10 IC ổn áp 7805
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 13/24
Hình 3-2: Sơ đồ chân IC 7805 [1]
Nguồn có điện áp trong một mạch điện có thể dao động dẫn đến điện áp đầu ra
không ổn định. IC 7805 có chức năng ổn định điện áp đầu ra không thay đổi với
mức điện áp khoảng 5V.
Thông số kỹ thuật:
-
Khoảng điện áp đầu vào: 7V ~ 35V (nguồn 1 chiều)
-
Khoảng nhiệt độ hoạt động: -200C ~ 1500C
-
Dòng điện đầu ra: 1A
-
Khoảng điện áp đầu ra: 4.8V ~ 5.2V
1.11
LED 7 đoạn
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 14/24
Hình 3-3: LED 7 đoạn [1]
LED 7 đoạn là linh kiện dùng để hiển thị các thông số dưới dạng các số hoặc các
trạng thái làm việc.
Cấu tạo: LED 7 đoạn được cấu tạo bởi 8 LED đơn ghép lại với nhau trong đó có
1 LED đơn dùng để hiển thi dấu chấm. LED 7 đoạn được phân chia thành 2 loại:
-
Chân Anode chung (chân dương của các LED đơn được nối nhau).
-
Chân Cathode chung (chân âm của các LED đơn được nối nhau).
Nguyên lý hoạt động: các LED đơn phải được phân cực thuận để sáng lên. Để
hình thành một số nào đó ta phải cho các LED đơn tương ứng sáng lên.
Thông số kĩ thuật:
-
Điện áp hoạt động 5V hoặc 3V3 (nguồn 1 chiều).
-
Dòng hoạt động 20mA.
1.12 Cảm biến hồng ngoại
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 15/24
Hình 3-4: Cảm biến hồng ngoại dùng IC LM358
Cảm biến hồng ngoại có cấu tạo 1 LED phát tia hồng ngoại và 1 photodiode. Tia
hồng ngoại được phát ra từ LED phát với 1 tần số nhất định, khi phát hiện có vật
cản thì tín hiệu đến Photodiode sẽ là tín hiệu thấp.
Để tăng khoảng cách thu tín hiệu cần phải tăng công suất đầu phát.
Thông số kĩ thuật:
-
Điện áp hoạt động 3V3 hoặc 5V (nguồn 1 chiều).
-
Dòng hoạt động 20mA.
-
Khoảng cách làm việc hiệu quả 2 đến 5 cm.
1.13 IC Op-amp LM358
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 16/24
Hình 3-5: Sơ đồ chân IC Op-amp LM358 [2]
Op-Amp LM358 là bộ khuếch đại thuật toán kép công suất thấp. Bên trong IC có 2
bộ khuếch đại có độ lợi cao, tương thích với nhiều mạch logic. Trong mạch này, IC
được sử dụng như 1 bộ so sánh điện áp.
IC có 8 chân:
-
Chân 1: ngõ ra của bộ khuếch đại 1.
-
Chân 2: ngõ vào đảo của bộ khuếch đại 1.
-
Chân 3: ngõ vào không đảo của bộ khuếch đại 1.
-
Chân 4: chân nối cực âm của nguồn.
-
Chân 5: ngõ vào không đảo của bộ khuếch đại 2.
-
Chân 6: ngõ vào đảo của bộ khuếch đại 2.
-
Chân 7: ngõ ra của bộ khuếch đại 2.
-
Chân 8: chân nối cực dương của nguồn.
Thông số kỹ thuật:
-
Khoảng điện áp hoạt động: 3V ~ 30V (nguồn 1 chiều)
-
Khoảng nhiệt độ hoạt động: 0 ~ 700C.
-
Điện áp ngõ ra 0V đến VCC (+) – 1.5V
CHƯƠNG 4.
KẾT QUẢ THI CÔNG MẠCH
1.14 Sơ đồ mạch in
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 17/24
Hình 4-1: Sơ đồ mạch in
1.15 Mạch thực tế
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 18/24
Hình 4-2: Mạch thực tế
1.1.3 Kết quả thu được trên mạch thực tế
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 19/24
Hình 4-3: Mạch thực tế khi cấp nguồn
Khi cấp nguồn cho mạch đèn LED 7 đoạn sáng lên. Phần đèn hiển thị ở khối chấp
hành không sáng.
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 20/24
Hình 4-4: Mạch thực tế khi có người đầu tiên đi vào
Khi có người đi vào đèn hiển thị ở khối chấp hành sáng lên và LED 7 đoạn hiển thị
có 1 người đi vào.
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 21/24
Hình 4-5: Mạch thực tế khi có người thứ 2 đi vào
Khi có người thứ 2 đi vào đèn hiển thị ở khối chấp hành vẫn sáng và LED 7 đoạn
hiển thị có 2 người đi vào.
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 22/24
Hình 4-6: Mạch thực tế khi có người đầu tiên đi ra
Khi có người đầu tiên đi ra đèn hiển thị ở khối chấp hành vẫn sáng và LED 7 đoạn
hiển thị trong phòng chỉ còn 1 người.
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 23/24
Hình 4-7: Mạch thực tế khi có người thứ 2 đi ra
Khi người cuối cùng trong phòng đi ra đèn hiển thị phần điều khiển ở RA1 tắt và
đèn LED 7 đoạn đưa về giá trị ban đầu.
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 24/24
CHƯƠNG 5.
NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN
-
1.16 Ưu điểm
Mạch đơn giản dễ dàng thực hiện.
-
Hiện thị đúng số người khi đi ra hoặc vào phòng.
-
Thực thi đúng yêu cầu đề bài đặt ra.
-
1.17 Nhược điểm
Mạch còn bị ảnh hưởng từ tác động bên ngoài.
-
Khoảng cách của cảm biến còn bị hạn chế.
1.18 Kết luận
Mạch sau khi hoàn thiện hoạt động ổn định. Trong quá trình đi vào hoặc đi ra phòng
đèn được điều khiển đúng yêu cầu. Khối hiển thị làm việc đúng theo yêu cầu đặt ra
từ đầu. Mạch đã sử dụng đúng vi điều khiển PIC đặt ra từ ban đầu. Cảm biến hoạt
động ổn định nhưng vẫn còn bị chịu ảnh hưởng từ ánh sáng tự nhiên. Cảm biến có
khoảng cách đặt không được xa ảnh hưởng đến thiết kế trong thực tế.
-
1.19 Hướng phát triển
Mở rộng thiết bị được điều khiển.
-
Có thể kiểm soát từ xa thông qua sóng RF, Wifi, …
-
Thay thế cảm biến hồng ngoại bằng laser và quang trở để khắc phục khoảng
cách đặt của cảm biến.
-
Thiết kế thêm phần hiển thị điện năng tiêu thụ để có thể so sánh được hiệu
năng sử dụng.
-
Điều khiển mức độ hoạt động của thiết bị theo nhiệt độ phòng, cường độ ánh
sáng tự nhiên.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
[1]
Điện tử cơ bản tại trang web
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
ĐỒ ÁN 1
Trang 25/24
[2]
[3]
Thông tin về linh kiện tại trang web .
Phan Đình Duy, Vũ Đức Lung, Lê Quang Minh, (2016) Giáo trình Vi điều
khiển, Trường đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh
Điều khiển tự động bật tắt đèn bằng cảm biến hồng ngoại dùng PIC
