Đề tài khoa học cấp trường thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
----

----

ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ PANEL ĐIỀU KHIỂN
THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG MINH

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Lưu Hoàng

Bà Rịa - Vũng Tàu 10/2014


NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

Thiết kế một panel điều khiển thiết bị điện tiện ích giá thành thấp.
Có thể điều khiển bằng màn hình cảm ứng hoặc điều khiển từ xa.
Hiển thị trạng thái của các thiết bị cũng như các cảm biến.

Tùy biến các nút nhấn trên màn hình cảm ứng.
Thiết bị có thể điều khiển được công suất bằng phương pháp điều khiển góc
kích.
Thiết bị có khả năng học lệnh để điều khiển thiết bị từ xa từ bất kỳ remote
thông dụng của các hãng khác nhau.
Thiết bị có thể điều khiển được 8 kênh, trong đó có 3 kênh có khả năng dimmer
(dimmer dùng để điều khiển độ sáng đèn sợi đốt hoặc điều khiển tố độ quạt).

Thiết bị có thể nhận tín hiệu từ 6 cảm biến như báo cháy, báo xì gas, báo

trộm, báo cửa mở ... để cảnh báo an ninh.
Thiết bị có sẵn các cảm biến đo nhiệt độ, đo cường độ sáng và đồng hồ thời
gian thực.
Có thể lắp rắp gọn gàng và đơn giản như một panel công tắc bình
thường. Có thể kết nối với nhau thành 1 hệ thống nhà thông minh.


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI ................................................. 1
1.1 Giới thiệu về thiết bị điện thông minh ........................................................ 1
1.2

Tính năng của một số thiết bị điện có trên thị trường ................................. 1

1.3

Phương án thiết kế ..................................................................................... 2

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THIẾT KẾ ................................................................... 3
2.1

Mạch điều khiển trung tâm ........................................................................ 3

2.1.1

Các yêu cầu với chip vi điều khiển ...................................................... 3

2.1.2

Chip vi điều khiển ATmega128 ...........................................................

2.2

3

Thiết kế bàn phím cảm ứng........................................................................ 4

2.2.1

Giới thiệu panel cảm ứng điện trở ....................................................... 4

2.2.2

Kết nối mạch và phương pháp điều khiển ............................................ 5

2.2.3

Chương trình điều khiển ...................................................................... 7

2.3

Thiết kế màn hình hiển thị ......................................................................... 8

2.3.1

Giới thiệu Graphic LCD 128x64 ......................................................... 8

2.3.2

Kết nối mạch và phương pháp điều khiển ............................................ 9

2.3.3

Chương trình điều khiển .................................................................... 10

2.4

Thiết kế phần học tín hiệu từ remote hồng ngoại ...................................... 11

2.4.1

Giới thiệu nguyên lý thu phát hồng ngoại .......................................... 11

2.4.2

Linh kiện thu phát hồng ngoại ........................................................... 13

2.4.3

Kết nối mạch và phương pháp điều khiển .......................................... 13

2.4.4

Chương trình điều khiển .................................................................... 14

2.5

Thiết kế khối dò pha để điều khiển dimmer ............................................. 14

2.5.1

Giới thiệu nguyên lý dò pha và dimmer ............................................. 14

2.5.2

Sơ đồ khối mạch dò pha .................................................................... 15

2.5.3

Chương trình điều khiển .................................................................... 15

2.6

Thiết kế khối điều khiển công suất ........................................................... 16

2.6.1

Giới thiệu khối công suất .................................................................. 16

2.6.2

Sơ đồ mạch công suất........................................................................ 16


2.6.3 Chương trình điều khiển ....................................................................17
CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH THỰC TẾ ....................................................................19
Board điều khiển......................................................................................19

3.1
3.1.1

Sơ đồ nguyên lý ................................................................................19

3.1.2

Sơ đồ mạch in ...................................................................................19

3.1.3

Sơ đồ bố trí linh kiện .........................................................................20

3.2

Board công suất .......................................................................................20

3.2.1

Sơ đồ nguyên lý ................................................................................20

3.2.2

Sơ đồ mạch in ...................................................................................21

3.2.3

Sơ đồ bố trí linh kiện .........................................................................21

3.3

Hình ảnh tổng quan của thiết bị ...............................................................22

3.4

Hướng dẫn sử dụng thiết bị ......................................................................23

3.4.1

Cài đặt ngày, giờ ...............................................................................23

3.4.2

Cài đặt Password ...............................................................................23

3.4.3

Cài đặt thời gian giảm độ sáng màn hình ...........................................23

3.4.4

Bật tắt âm thanh BEEP ......................................................................23

3.4.5

Cài đặt điều khiển bằng Remote ........................................................24

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN ...................................................................................27
4.1 Ưu khuyết điểm của đề tài đã thực hiện ...................................................27
4.1.1

Ưu điểm ............................................................................................27

4.1.2

Khuyết điểm......................................................................................27

4.2

Định hướng phát triển đề tài ....................................................................27


Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh

CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu về thiết bị điện thông minh
Hiện nay, với đà phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là trong lĩnh vực
điều khiển và tự động hóa, các thiết bị điện gia dụng không những ngày càng giúp
ích nhiều hơn mà chúng còn trở nên thông minh hơn. Làm cho chúng ta có cuộc
sống thoải mái hơn với những tiện ích mà chúng mang lại. Ví dụ một chiếc tủ
lạnh có thể đưa ra lựa chọn một số món ăn có thể nấu với những gì đang có
trong tủ, lò vi sóng có thể tự lên chương trình nấu khi nhận được mã vạch của
túi thực phẩm, máy hút bụi có thể tự làm sạch nhà và sau đó quay về vị trí tự
sạc điện mà không cần nhiều đến tác động của người sử dụng …Đó là một vài
tiện ích mà thiết bị điện thông minh mang lại. Ngoài ra, với sự phát triển của
internet, các thiết bị còn có thể giao tiếp được với người dùng ở mọi nơi thông
qua máy tính hoặc smartphone dẫn đến việc điều khiển các thiết bị điện thông
minh ngày càng thuận lợi và thoải mái hơn bao giờ hết. Vì thế thời đại của các
thiết bị điện sắp tới được gọi là “Internet Of Things” – internet của vạn vật.

Trong xu thế đó, các panel điều khiển thiết bị điện trong nhà như công tắc
đèn, quạt, dimmer cũng được thay thế từ điều khiển bằng các công tắc cơ qua điều
khiển bằng các panel cảm ứng. Điều này làm tăng tính thẩm mỹ, độ bền, độ an toàn
cũng như thuận lợi hơn cho người sử dụng. Một số hãng sản xuất còn thiết lập các
giao thức chung để các thiết bị của mình có thể giao tiếp với nhau giúp việc điều
khiển các thiết bị được thuận lợi và linh hoạt hơn. Với một hệ thống như vậy thì chỉ
cần ở một vị trí trong nhà có thể giám sát và điều khiển được mọi thiết bị trong hệ
thống thông qua một màn hình cảm ứng. Hoặc có thể điều khiển thiết bị ở mọi nơi
thông qua máy tính hoặc smartphone nếu như hệ thống có kết nối internet.

1.2 Tính năng của một số thiết bị điện có trên thị trường
Trên thị trường hiện có rất nhiều hãng sản xuất ra các thiết bị điều khiển thông
minh. Nhìn chung tất cả các thiết bị này đều có tính chất sau:
-

Mỗi nhà sản xuất đều xây dựng cho mình một hệ thống riêng nên thiết bị của
các hãng khác nhau ít có khả năng được dùng chung trong một hệ thống.

ThS. Lưu Hoàng

1

Khoa Điện – Điện tử


Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh

-

Các hệ thống thường sử dụng máy chủ để liên kết các thiết bị với nhau

dẫn đến chi phí cho một hệ thống rất cao, đặc biệt là lãng phí cho những
hệ thống nhỏ. Khi máy chủ gặp sự cố có thể dẫn đến việc toàn bộ hệ thống
không hoạt động được.

-

Các panel điều khiển thường có ít nút nhấn dẫn đến phải gắn nhiều panel
ở một vị trí làm tăng chi phí cho hệ thống.

-

Một số hệ thống còn tập trung phần công suất về tủ trung tâm nên tăng chi
phí dây dẫn cũng như khó đưa hệ thống về dạng cơ bản khi có sự cố
hỏng hóc.

-

Các panel hầu như không có điều khiển từ xa bằng remote hoặc nếu có thì
phải mua của hãng sản xuất với chi phí khá cao.

-

Hệ thống an ninh được tách biệt dẫn đến làm tăng chi phí cho toàn hệ thống.

1.3 Phương án thiết kế
Dựa vào các ưu, nhược điểm của các sản phẩm hiện có, đề tài này sẽ thiết
kế một panel điều khiển thiết bị điện thông minh với các đặc điểm sau:
-

Thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện thông minh với giá thành thấp.

-

Thiết bị phải được lắp đặt và kết nối đơn giản.

-

Thiết bị có khả năng làm việc độc lập khi có sự cố về kết nối.

-

Thiết bị có khả năng học lệnh để điều khiển thiết bị từ xa từ bất kỳ
remote thông dụng của các hãng khác nhau.

-

Thiết bị có thể điều khiển được 8 kênh thiết bị, trong đó có 3 kênh có
khả năng dimmer (dimmer dùng để điều khiển độ sáng đèn sợi đốt
hoặc điều khiển tố độ quạt).

-

Thiết bị có thể nhận tín hiệu từ 6 cảm biến như báo cháy, báo xì gas, báo
trộm, báo cửa mở ...

-

Thiết bị có sẵn các cảm biến đo nhiệt độ, đo cường độ sáng và đồng hồ
thời gian thực.

ThS. Lưu Hoàng

2

Khoa Điện – Điện tử


Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh

CHƯƠNG 2:

NỘI DUNG THIẾT KẾ

2.1 Mạch điều khiển trung tâm
Mạch điều khiển đóng vai trò điều khiển toàn bộ hoạt động của thiết bị thông
qua chương trình được xây dựng để đạt các yêu cầu đặt ra. Mạch điều khiển phải
đáp ứng được về tốc độ xử lý cũng như độ bền bỉ khi phải hoạt động liên tục.

Phần quan trọng nhất trong mạch điều khiển là chip vi điều khiển. Chip này
phải đáp ứng được các chức năng mà yêu cầu của đề tài đặt ra.
2.1.1 Các yêu cầu với chip vi điều khiển
-

Có 4 kênh ADC trở lên để giao tiếp với panel cảm ứng và cảm biến ánh
sáng.

-

Có 2 ngắt ngoài để dò pha và để đọc tín hiệu từ mắt thu hồng ngoại.

-

Có 3 bộ PWM điều chế độ rộng xung để thực hiện điều khiển dimmer cho
3 kênh.

-

Có bộ nhớ eeprom để lưu thông số cài đặt.

-

Có đủ số I/O để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi.

-

Có khả năng giao tiếp nối tiếp.

-

Có đủ bộ nhớ ram để cho hệ thống hoạt động.

2.1.2 Chip vi điều khiển ATmega128
Trong đề tài này chip vi điều khiển atmega128 được chọn vì nó đáp ứng được

yêu cầu đặt ra. Chip này có một số đặc điểm như sau:
-

Có 128 KB bộ nhớ flash để lưu chương trình điều khiển.

-

Có 4 KB bộ nhớ Ram.

-

4 KB Eeprom.

-

4 timer.

-

8 kênh ADC 10 bit.

-

6 kênh PWM.

-

2 USART.

-

53 I/O.

ThS. Lưu Hoàng

3

Khoa Điện – Điện tử


Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh

2.2 Thiết kế bàn phím cảm ứng
Bàn phím của thiết bị dùng để điều khiển cũng như cài đặt các chức năng
của thiết bị. Bàn phím có thể sử dụng phím cứng là nút nhấn cơ học hoặc sử dụng
phím cảm ứng để tăng tính thẩm mỹ.
Phím cảm ứng có thể sử dụng cảm ứng điện dung theo công nghệ Mtouch của
Microchip hoặc Qtouch của Atmel. Ưu điểm của 2 công nghệ này là độ hoạt
động bền bỉ cũng như dễ dàng thiết kế bề mặt của phím bằng kính để tăng độ
sang trọng của thiết bị.
Ngoài ra còn có thể sử dụng phím bằng panel cảm ứng điện trở. Ưu điểm của
panel điện trở là chi phí thấp, dễ thiết kế phím, dễ kết nối và điều khiển. Với tiêu
chí là thiết kế một thiết bị có giá thành thấp, kết cấu đơn giản nên panel cảm ứng
điện trở được lựa chọn trong đề tài này.
2.2.1 Giới thiệu panel cảm ứng điện trở
Panel cảm ứng điện trở là loại nhạy cảm với áp lực tác động lên bề mặt và có
thể được điều khiển bằng bút trâm, ngón tay hay bất kỳ vật nào có đầu nhọn. Panel
cảm ứng điện trở sử dụng kiếng hay nhựa acrylic gồm 2 lớp tương tác mỏng: lớp
chất dẫn điện và lớp điện trở - 2 lớp này được cách ly bởi những điểm và khoảng
trống mà mắt thường không thể nhìn thấy. Trên bề mặt mỗi lớp tương tác được phủ
một hợp chất gọi là ITO (oxít thiếc và Indi), trong khi đó dòng điện với mức điện
thế khác nhau sẽ được truyền qua 2 lớp này. Khi có một tác động lên bề mặt, 2 lớp
tương tác này "chạm" nhau và mạch điện sẽ được nối, cường độ dòng điện chạy
qua mỗi lớp cũng sẽ thay đổi. Lớp phía trên sẽ lấy điện thế từ lớp dưới và lớp
dưới sẽ lấy điện thế từ lớp trên, qua đó cho phép bộ điều khiển xác định tọa độ
X-Y của vị trí tiếp xúc. Panel điện trở thường có 2 loại kết nối 4 dây hoặc 5 dây. Loại

4 dây thường được sử dụng nhiều hơn do kết nối và điều khiển đơn giản.

Panel cảm ứng điện trở có cấu trúc như hình sau:

ThS. Lưu Hoàng

4

Khoa Điện – Điện tử


Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh

Hình ảnh thực tế của panel cảm ứng điện trở:

2.2.2 Kết nối mạch và phương pháp điều khiển
Panel cảm ứng được kết nối trực tiếp vào 4 chân ADC của vi điều khiển như
sau:

ThS. Lưu Hoàng

5

Khoa Điện – Điện tử


Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh

4 chân của vi điều khiển sẽ tương ứng với các chân X+, Y+, X-, Y- của panel
cảm ứng:

Để xác định được tọa độ của vị trí bị tác động trên panel cảm ứng, chương trình
xử lý phải xác định được tọa độ theo trục X và Y bằng phương pháp quét theo bả ng
sau:

Mode

X+

X-

Y+

Y-

Standby

Hi-Z

Hi-Z

Hi-Z

Hi-Z

X-Coordinate

Vcc

GND

ADC

Hi-Z

Y- Coordinate

ADC

Hi-Z

Vcc

GND

Khi ở chể độ nghỉ, các chân điều khiển được đặt ở chế độ Hi-Z để tiết
kiệm năng lượng.
Tọa độ X, Y của panel được quét liên tục theo tần số khoảng 100Hz. Ở mỗi
lần quét chương trình phải xác định vị trí của tác động.
Trước hết để xác định tọa độ theo trục X, điện áp được đặt lên 2 chân X+ và X-.
Lúc này dòng điện chạy qua trục X. Nếu panel được tác động thì một điểm trên

ThS. Lưu Hoàng

6

Khoa Điện – Điện tử


Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh

điện trở trục X sẽ được kết nối với trục Y và điện trở trên trục X sẽ trở thành
một cầu phân áp. Sau đó ta chỉ cần lấy ADC tại điểm này thông qua chân Y+ thì
có thể xác định được giá trị tương ứng với tọa độ của điểm tác động.
Tương tự, để xác định tọa độ theo trục Y, điện áp được đặt lên 2 chân Y+ và Y-

, sau đó lấy ADC thông qua chân X.
2.2.3 Chương trình điều khiển
Chương trình con quét và tạo mã phím:
void TouchScan(void){
unsigned char Key;
DDRF&=0XF0;DDRF|=(1<PORTF&=0XF0;PORTF|=(1<if(PINF.YN)return;
DDRF&=0XF0;DDRF|=(1<PORTF&=0XF0;PORTF|=(1<if(read_adc(XN)<20){if(KeySpeed)KeySpeed--;}
else if(KeySpeed==0){
DDRF&=0XF0;DDRF|=(1<PORTF&=0XF0;PORTF|=(1<X=read_adc(YN);
DDRF&=0XF0;DDRF|=(1<PORTF&=0XF0;PORTF|=(1<Y=read_adc(XN);
if(Yelse if(KeyPadType==0){
Y=(Y-Ymin)/Yscale;if(Y>4)Y=4;
if(X<300)X=3;
else if(X>310&X<525)X=1;
else if(X>535&X<755)X=2;

else if(X>760)X=4;

ThS. Lưu Hoàng

7

Khoa Điện – Điện tử


Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh

else return;
Key=2*Y+X+8*(X/3);
}
else{
Y=(Y-Ymin)/Yscale;if(Y>4)Y=4;
if(Y==4&X>760)X=8;
else if(X>290&X<448)X=1;
else if(X>458&X<601)X=2;
else if(X>611&X<770)X=3;
else return;
Key=X+Y*3;
}
IdleTime=0;DimDispLevel=255;
PutKey(Key);
KeySpeed=40;
}
}
2.3 Thiết kế màn hình hiển thị
Màn hình hiển thị đóng vai trò rất quan trọng, nó giúp hiển thị trạng thái của

các thiết bị cũng như cài đặt các chức năng khác cho hệ thống.
Ở các thiết bị trên thị trường, hầu như các panel điều khiển chỉ được hiển thì trạng
thái thiết bị thông qua đèn led. Điều này hạn chế thông tin tương tác cũng như

chức năng của thiết bị.
Trong đề tài này, tác giả lựa chọn hiển thị bằng graphic LCD đơn sắc với số
điểm ảnh 128x64. Với kích thước này thiết bị đủ để hiển thị được 8 thiết bị cũng
như một số thông tin cần thiết khác.
2.3.1 Giới thiệu Graphic LCD 128x64
Graphic LCD được gọi tắt là GLCD là một loại màn hình tinh thể lỏng dùng để
hiển thị chữ, số hoặc hình ảnh. GLCD 128x64 có 128 cột và 64 hàng tương ứng với

ThS. Lưu Hoàng

8

Khoa Điện – Điện tử


Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh

126x64=8192 điểm ảnh (dot). Mỗi điểm tương ứng với 1 bit dữ liệu. Như vậy
phải cần 8192 bit hoặc 1024 byte RAM để lưu dữ liệu hiển thị.
Tùy theo loại chip điều khiển, nguyên lý hoạt động của GLCD có thể khác
nhau. GLCD tùy loại có thể giao tiếp song song hoặc nối tiếp. Trong đề tài này
GLCD được sử dụng là loại giao tiếp song song 8 bit.
Hình ảnh thực tế của GLCD 128x64:

2.3.2 Kết nối mạch và phương pháp điều khiển
Các GLCD 128x64 thường có 20 chân gồm 18 chân để giao tiếp vi xử lý và 2

chân dùng để điều khiển led nền.
Sơ đồ chân của GLCD như sau:
Chức năng

STT chân

Tên

Mô tả

Mass

1

Vss (GND)

0V

Nguồn

2

Vdd (Vcc)

+5V

Tương phản

3

Vo

Điện áp input cho LCD

4

RS

Lựa chọn dữ liệu/lệnh

5

RW

Lựa chọn chế độ ghi/đọc

6

EN

Cho phép

7-14

D0–D7

8 bit dữ liệu

Điều khiển

Dữ liệu

ThS. Lưu Hoàng

9

Khoa Điện – Điện tử


Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh
Chọn chíp
điều khiển

15

CS1

16

CS2

CS1=1,CS2=0: nửa trái
CS1=0,CS2=1: nửa phải

Reset

17

RST

Reset tích cực mức thấp

Nguồn âm 9V

18

Vee

Do GLCD tạo

Sơ đồ kết nối GLCD với vi điều khiển:

2.3.3 Chương trình điều khiển
Chương trình ghi dữ liệu vào GLCD:
void GlcdWriteData(unsigned char data){
GlcdRS=1;
GlcdRW0;
GlcdData=data;
GlcdEN1;
delay_us(10);
GlcdEN0;
delay_us(5);
}
Chương trình đọc dữ liệu từ GLCD:

ThS. Lưu Hoàng

10

Khoa Điện – Điện tử


Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh

char GlcdReadData(char col,char row){
char data;
GlcdSetColRow(col,row);
GlcdRS=1;
GlcdRW1;
GlcdEN1;delay_us(10);GlcdEN0;
DDRC=0x00;PORTC=0xff;
GlcdEN1;
delay_us(10);
data=PINC;
DDRC=0xff;
GlcdEN0;
delay_us(5);
GlcdSetColRow(col,row);
return data;
}
2.4 Thiết kế phần học tín hiệu từ remote hồng ngoại
Trên thiết bị này có chức năng học tín hiệu từ remote hồng ngoại để điều
khiển thiết bị. Chức năng này rất hữu ích vì có thể tận dụng bất kỳ remote nào
để gán các nút cho các thiết bị cần điều khiển. Người sử dụng có thể giảm được
chi phí cũng như không phải cần thêm một remote riêng để điều khiển.
Phần mềm trên thiết bị sẽ tự tìm đặc trưng của mỗi loại remote để phân tích
và lưu lại các thông tin mã hóa, sau đó sẽ gán các nút trên remote với thiết bị mà
người sử dụng muốn.
2.4.1 Giới thiệu nguyên lý thu phát hồng ngoại

Tia hồng ngoại được phát ra từ các điều khiển từ xa là ánh sáng không nhìn thấy
được bằng mắt thường. Nó có bước sóng khoảng từ 0.86um đến 0.98um. Tia hồng
ngoại có vận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng. Nó được điều chế và truyền đi ở tần

ThS. Lưu Hoàng

11

Khoa Điện – Điện tử


Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh

số khoảng 30-60KHz. Sau đó tín hiệu này được thu lại và giải điều chế sang
tính hiệu số thông qua các mắt thu hồng ngoại.

Có 2 phương pháp thường dùng để mã hóa tín hiệu trong remote, mã hóa theo
khoảng cách giữa các lần phát xung hoặc theo độ rộng của mỗi lần phát xung.

+ Mã hóa theo khoảng cách giữa các lần phát xung: bit 0 và bit 1 được phân
biệt bởi thời gian khác nhau giữa các lần phát xung. Trong khi đó thời gian phát
xung là cố định.

+ Mã hóa theo độ rộng của mỗi lần phát xung: thời gian delay giữa các lần phát
xung là như nhau. Bit 0 và bit 1 được phân biệt bởi thời phát xung khác nhau.

Mỗi hãng sản xuất lại có cách mã hóa tín hiệu điều khiển khác nhau nhưng
thường bao gồm các thông tin sau:

ThS. Lưu Hoàng

12

Khoa Điện – Điện tử


Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh

-

Start Bit: là tín hiệu cho biết bắt đầu một fame dữ liệu.

-

Zero Bit: là tín hiệu của bit 0.

-

Mark Bit: là tín hiệu của bit 1.

-

Address: là số bit địa chỉ tương ứng với mỗi thiết bị do nhà sản xuất quy
định.

-

Command: là lệnh tương ứng với mỗi nút nhấn trên điều khiển từ xa.

Số bit của fame truyền trên mỗi loại remote thường khác nhau từ khoảng 8 bit

đến 64 bit.
2.4.2 Linh kiện thu phát hồng ngoại

Linh kiện phát hồng ngoại thường sử dụng diode phát hồng ngoại màu trắng.
Diode này cũng có 2 chân anode và cathode như một bóng đèn led thông thường.

Linh kiện thu thường dùng mắt thu hồng ngoại tích hợp sẵn mạch giải điều chế.

Linh kiện này gồm 2 chân nguồn cung cấp và 1 chân tín hiệu ra dạng xung vuông.
Khi không nhận được tín hiệu hồng ngoại, ngõ ra này thường ở mức cao.
2.4.3 Kết nối mạch và phương pháp điều khiển
Ngõ ra của mắt thu hồng ngoại được kết nối trực tiếp đến một ngõ vào ngắt của

vi điều khiển. Khi có tín hiệu hồng ngoại, chân này chuyển từ mức cao xuống
thấp tạo ngắt để chạy chương trình nhận dữ liệu từ remote.

ThS. Lưu Hoàng

13

Khoa Điện – Điện tử


Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh

2.4.4 Chương trình điều khiển
Chương trình ngắt nhận tín hiệu hồng ngoại:
interrupt [EXT_INT6] void ext_int6_isr(void){
unsigned char i;
#asm("sei")

IrBuffer[IrCount]=TCNT0;IrTimeout=20;
TCCR0=0x00;TCNT0=0x00;
if(IrSet){
if(IrCount==IrBitMax-1){IrAddKey=1;EIMSK&=0b10111111;}
else{TCCR0=0x06;IrCount++;}
}
else if(IrSpeed==0){
if(IrCount==IrBitMax-1){IrKeyPress=1;IrSpeed=50;}
else {TCCR0=0x06;IrCount++;}
if(IrCount==2){
for(i=0;i<16;i++){if(IrBuffer[1]==StartbitSample[i])break;}
if(i==16)IrCount=1;
}
}
}
2.5 Thiết kế khối dò pha để điều khiển dimmer
2.5.1 Giới thiệu nguyên lý dò pha và dimmer
Khối dò pha đóng vai trò tìm zero của nguồn điện lưới để từ đó đưa ra góc kích
tương ứng điều khiển các thiết bị có khả năng dimmer như đèn sợi đốt hoặc quạt.

ThS. Lưu Hoàng

14

Khoa Điện – Điện tử


Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh

Mạch dò pha có thể lấy mẫu điện áp lưới thông qua biến áp hoặc dò trực tiếp

từ điện áp lưới thông qua opto cách ly.
Điện áp mẫu sau đó được so sánh bằng opamp để xác định điểm zero.
2.5.2 Sơ đồ khối mạch dò pha
Mạch dò pha trong đề tài này được thiết kế như sau:

Điện áp AC 220V được đưa qua diode cầu để chỉnh lưu sau đó đưa vào
led của opto thông qua điện trở hạn dòng 220K.
Ngõ ra của opto được đưa vào mạch so sánh để dò điểm zero. Khi điện
AC lớn hơn 0, opto sẽ dẫn nên ngõ ra của opamp sẽ cho ra mức 5V. Khi điện áp
AC về điểm zero, opto sẽ ngưng dẫn nên ngõ ra của opto sẽ chuyển từ 5V về 0V
tạo cạnh xuống để kích ngắt cho vi điều khiển xử lý.
2.5.3 Chương trình điều khiển
Chương trình xử lý khi có ngắt từ mạch dò pha:
interrupt [TIM3_OVF] void timer3_ovf_isr(void)
{ TCCR3B=0x18;TCNT3L=0x00; //stop timer
dim=~dim;
if(dim){
if(OCR3AL!=DimmerLevel[0])
{ if(OCR3AL>DimmerLevel[0])OCR3AL--;else OCR3AL+
+;}
if(OCR3BL!=DimmerLevel[1])
{ if(OCR3BL>DimmerLevel[1])OCR3BL--;else OCR3BL+
+;}


ThS. Lưu Hoàng

15

Khoa Điện – Điện tử

Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh

if(OCR3CL!=DimmerLevel[2])
{ if(OCR3CL>DimmerLevel[2])OCR3CL--;else OCR3CL+
+;}
}
}
2.6 Thiết kế khối điều khiển công suất
2.6.1 Giới thiệu khối công suất
Khối công suất dùng để đóng cắt tải công suất như đèn, quạt …và được
điều khiển từ vi điều khiển.
Mạch công suất có thể sử dụng relay hoặc triac để đóng cắt nhưng relay có
hạn chế là không thể điều khiển góc kích được nên trong đề tài này sẽ sử dụng
triac kết hợp với opto để cách ly.
Trên mạch công suất có chứa mạch dò pha để kết hợp điều khiển góc kích cho
triac.
2.6.2 Sơ đồ mạch công suất
Mạch công suất được kết nối theo hình sau:

Hình trên là 2 kênh công suất trong tổng cộng 8 kênh của thiết bị. Mỗi kênh sử
dụng triac 6A có thể gánh tải tối đa khoảng 1KW.

ThS. Lưu Hoàng

16

Khoa Điện – Điện tử

Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh
Các kênh công suất được điều khiển qua opto cách ly với mạch điều khiển để an

toàn cho người sử dụng.
2.6.3 Chương trình điều khiển
Chương trình cập nhật các kênh ngõ ra:
void OutputUpdate(char channel){
bit on;
unsigned char i,level;
channel&=DeviceMask;
on=Output[channel].data&OnMask;
if(Output[channel].device==Fan){
level=DimmerFan[Output[channel].data&LevelMask];
if(on==0){
for(i=0;iif(Output[i].device==FanSwing&&(Output[i].data&OnMask)){
Output[i].data&=OffMask;
Beep(1);
DeviceStateUpdate(MyInfo.id,Output[i].device,Output[i].info,Output[i].data);
SentDeviceState(Broadcast,Output[i].device,Output[i].info);
if(channel<6)DimmerLevel[i]=DimmerData[0];
break;
}
}
}
}
else level=DimmerData[Output[channel].data&LevelMask];
if((Output[channel].device==FanSwing)&&(on>0)){
for(i=0;i

if((Output[i].device==Fan)&&((Output[i].data&OnMask)==0)){
Output[channel].data&=OffMask;

ThS. Lưu Hoàng

17

Khoa Điện – Điện tử


Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh

break;
}
}
}
if(on==0)level=DimmerData[0];
if((channel<3)&&(Output[channel].info&Dimable))DimmerLevel[channel]=level;
else if(channel==0)PORTE.3=~on;
else if(channel==1)PORTE.4=~on;
else if(channel==2)PORTE.5=~on;
else if(channel==3)PORTB.5=~on;
else if(channel==4)PORTB.6=~on;
else if(channel==5)PORTB.7=~on;
else if(channel==6){if(on)PORTG|=0x08;else PORTG&=0xf7;}
else {if(on){PORTG|=0x10;BeepCount=0;BeepPin=0;IdleTime=0;} else
{PORTG&=0xef;BeepPin=1;BeepCount=0;}}
if(Output[channel].info&Stored){if((Output[channel].data&OnMask)!=(OutputSet
[channel].data&OnMask))OutputSet[channel].data!=Output[channel].data;}
}

ThS. Lưu Hoàng

18

Khoa Điện – Điện tử


Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh
CHƯƠNG 3:

MÔ HÌNH THỰC TẾ

3.1 Board điều khiển
3.1.1 Sơ đồ nguyên lý

3.1.2 Sơ đồ mạch in

ThS. Lưu Hoàng

19

Khoa Điện – Điện tử


Thiết kế panel điều khiển thiết bị điện thông minh
3.1.3 Sơ đồ bố trí linh kiện

3.2 Board công suất
3.2.1 Sơ đồ nguyên lý

ThS. Lưu Hoàng

20

Khoa Điện – Điện tử