ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TOÀ NHÀ BẰNG VI XỬ LÝ 89C51

PHẦN I
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Chương I
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TOÀ NHÀ
BẰNG VI XỬ LÝ 89C51
I. Yêu cầu của đề tài:
Trong cuộc sống hiện tại, khoa học kỹ thuật phát triển rất nhanh, những
công cụ ra đời sẽ giúp giải phóng sự lao động trí óc: nghiên cứu, cải tiến,
sáng tạo. Chỉ tiêu của khoa học kỹ thuật là làm sao nâng cao được chất
lượng và hiệu suất công việc, hầu như công nghệ tự động ra đời là đáp ứng
nhu cầu đó. Cho nên, em đã nghiên cứu về đề tài “ Điều khiển giám sát nhà
cao tầng dùng vi xử lý 89C51 qua mạng RS-485. Các kít vi xử lý này có thể
hoạt động hoàn toàn độc lập theo một chương trình lập sẵn. Bên cạnh đó,
chúng còn có thể được giám sát và điều khiển các thiết bị trong từng phòng
thông qua gởi lệnh đến đúng kít vi xử lý cần điều khiển để thi hành lệnh đó.
Ngoài việc điều khiển các thiết bị dùng điện trong phòng, ta còn có thể đảm
bảo an ninh cho từng phòng bằng hệ thống phát hiện cháy, phát hiện trộm
bằng cảm biến quang.
Một chuyên gia về công nghệ nhà thông minh ( Home Automation ) –
Kenne P.Wacks – đã viết một bài báo giới thiệu về ngôi nhà thông minh như
sau:
“ Hơn 6 năm qua, một công nghệ mới gọi là công nghệ nhà thông minh
đã được nghiên cứu và phát triển. Công nghệ này sẽ tạo nên một thế hệ mới
của các thiết bị cung cấp cho người dùng chúng. Những công nghệ trước đó
cùng với khái niệm ngôi nhà thông minh sau này sẽ tạo nên những sản phẩm
và loại hình dịch vụ mới mẻ trong tương lai. Một số ít các công ty đang giới
thiệu về ngôi nhà tự động. Một vài công ty lớn và các viện nghiện cứu đang
thăm dò công nghệ mới nhưng đầy tiềm năng này.
Mạng truyền thông trong nhà sẽ cung cấp những cơ sở hạ tầng để liên
kết các thiết bị cảm biến, bộ điều khiển và bảng điều khiển trong nhà. Điều
này sẽ trở nên khả thi bằng cách tạo ra sự phát triển công nghệ truyền thông

trong những ngôi nhà tự động.
Trong ngôi nhà thông minh từ “thiết bị” không chỉ đề cập đến các dụng
cụ trong nhà bếp, thiết bị video/audio, các hệ thống có thể dịch chuyển , các
thiết bị chiếu sáng, thiết bị sưởi ấm, làm lạnh, hệ thống an ninh Công nghệ
này sẽ bật đèn xanh cho các công ty nghiên cứu cho ra đời những sản phẩm
và hình thức dịch vụ mới. Các sản phẩm này sẽ có chung điểm tương đồng
nào đó hay là những thuộc tính tương tự nhau. Các thuộc tính đó là:
 Vai trò của các thiết bị trong nhà thông minh: hầu hết các thiết bị
trong nhà đều có vỏ bằng nhựa hay kim loại. Một vài thiết bị vận hành độc lập
với các thiết bị khác. Tuy nhiên cũng có những dụng cụ cần có một thiết bị
khác điều khiển nó. Các thiết bị trong ngôi nhà thông minh đều có thể truyền
dữ liệu. Ta sẽ nhóm các thiết bị này lại chung một nhóm. Ví dụ: hệ thống an
ninh, hệ thống Audio/Video. Trong tương lai các hệ thống này có thể cho
phép máy giặt hay máy rửa chén yêu cầu bộ phận nung nóng nước, chuẩn bị
nước nóng khi chúng cần đến.
 Sự hợp nhất các chuẩn truyền thông: các thiết bị trong tương lai
đều có một chuẩn truyền thông chung, có cùng dây nối đặc biệt. Tiêu chuẩn
của ngôi nhà thông minh là sẽ làm nhẹ bớt đi công việc của các nhà sản xuất
về việc phải sáng chế ra giao thức truyền thông và cung cấp các đường dây
dẫn dữ liệu.
 Yêu cầu của đề tài mà em được giao:
 Thiết kế phần cứng mạch báo cháy tự động.
 Mạch động lực điều khiển thiết bị dùng điện bằng vi xử lý.
 Mạch phát hiện trộm bằng cảm biến: dùng LED hồng ngoại.
 Mạch giao tiếp máy tính của từng vi xử lý.
 Lập trình giao tiếp bằng ngôn ngữ visual basic.
II. Hướng thực hiện đề tài
Để thực hiện được phần cứng đảm bảo yêu cầu như trên, em đã thiết
kế mạch mô phỏng cảm biến quang phát hiện trộm và cảm biến quang đếm
người ra vào phòng. Do mạch cảm biến cháy có giá trị rất cao nên em đã

dùng một IC đo nhiệt độ để mô phỏng. Đó là IC nhiệt LM 335. Dùng vi xử lý
89C51 để điều khiển mạch động lực đóng tắt các thiết bị.
Chuẩn truyền thông nối tiếp thông dụng hiện nay là RS-232C, tuy nhiên
chuẩn truyền thông này chỉ dùng truyền số liệu trên khoảng cách ngắn (15m).
Nên để có thể truyền dữ liệu từ kit vi xử lý về máy tính ở khoảng cách xa hơn
ta dùng chuẩn RS-485. Để chuyển đổi từ chuẩn RS-232C sang chuẩn RS-
485 ta cần phải có một mạch điện chuyển đổi.
Sơ đồ khối mạch chuyển đổi như sau:
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 2
PC
3
7
2
TXD
RTS
RXD
Max
232
75176
Kit vi xử lí
I
Kit vi xử lí
II
Sơ đồ khối mạch kết nối giữa máy tính và các kit vi xử lí
Kit vi xử lý em thiết kế có những chức năng sau:
 Đo nhiệt độ hiện tại trong phòng hiển thị lên LED 7 đoạn, ngoài chức
năng đo nhiệt độ, mạch này còn thay thế cho cảm biến cháy. Khi nhiệt độ trên
IC LM335 tăng lên, tùy theo từng mức được lập sẵn trong chương trình mà
nó sẽ báo chuông, hay sẽ gởi dữ liệu về máy tính để cho biết trạng thái hiện

tại trong phòng theo giao thức truyền dữ liệu theo kiểu hỏi vòng.
 Ngoài ra, mạch còn có chức năng đếm số người đi ra hay vào
phòng. Trong phòng để đảm bảo tính tự động hoàn toàn sẽ không có công
tắc điện của những thiết bị mà vi xử lý có thể điều khiển. Nếu số người trong
phòng lớn hơn hay bằng 1 thì vi xử lý sẽ gởi một tín hiệu đến mạch động lực
kích đóng các thiết bị như quạt, máy lạnh, đèn. Nếu người trong phòng là
không thì vi xử lý sẽ gởi một tín hiệu đến mạch động lực tắt các thiết bị trong
phòng. Tuy nhiên, trên mạch có hai nút nhấn hay một số nút nhấn để người
trong phòng có thể điều khiển có tín hiệu hồi tiếp về cho nên vi xử lý sẽ nhận
biết các thiết bị đó đang đóng hay mở. Khi người dùng nhấn nút tương ứng
thì tùy vào trạng thái của thiết bị mà vi xử lý sẽ kích đóng hay ngắt thiết bị đó.
Phần này sẽ làm cho mạch được linh động, không tuân theo chương trình
phần mềm cài sẵn một cách cứng ngắt.
 Giả sử khi nhiệt độ ngoài trời giảm xuống khoảng 15
o
C thì cũng
không cần bật máy lạnh làm gì . Tuy nhiên, vi xử lý cứ nhận thấy có người
trong phòng là nó sẽ đóng nguồn cho máy lạnh hoạt động. Người trong phòng
có thể tắt máy lạnh bằng nút nhấn trên mạch vi xử lý. Ta có thể khắc phục
được nhược điểm này bằng cách viết chương trình cho vi xử lý so sánh nhiệt
độ hiện tại trong phòng với nhiệt độ chuẩn ( 15
o
C chẳng hạn ). Nếu nhiệt độ
đo được bé hơn 15
o
C thì sẽ tắt máy lạnh đi. Do mạch sử dụng ADC 0809 sai
số tương đối không nhiều, tuy nhiên do mạch gia công tín hiệu ra của IC nhiệt
LM335 cho nên nhiệt độ càng thấp thì áp ra càng nhỏ và ADC sẽ đổi ra sai số
tương đối cao. Sai số này là do mạch gia công gây ra đồng thời cộng thêm
sai số của chính bản thân ADC 0809. Cho nên không đảm bảo rằng mạch

hoạt động đúng như thiết kế ở nhiệt độ nhỏ hơn 15
o
C.
 Mạch cảm biến quang dùng để phát hiện trộm đặt ở những thiết bị
hay dụng cụ cần gìn giữ.
III. Vấn đề kết nối mạng
Thuật ngữ mạng đã trở nên rất quen thuộc khi mạng thông tin Internet
ngày càng trở nên rất gần gũi với con người chúng ta. Nếu quản lý thiết bị
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 3
trong phòng theo phương pháp thông thường sẽ không kinh tế và tiết kiệm.
Ta cần phải làm sao để tiết kiệm cho được càng nhiều càng tốt. Cho nên để
tránh lãng phí ta nên điều khiển các thiết bị bằng máy tính. Chỉ cần một nhân
viên cũng có thể tắt hay mở thiết bị trong từng phòng. Nếu ta tắt các thiết bị
bằng tay thì sẽ không kinh tế, khi khách ra khỏi phòng mà quên tắt các thiết bị
thì sẽ lãng phí rất nhiều năng lượng điện. Tiết kiệm được phần năng lượng
hao phí đó ta sẽ giúp cho việc giảm giá thành khi kinh doanh cho thuê phòng
chẳng hạn.
Máy tính có khả năng đóng tắt các thiết bị thông qua vi xử lý, đồng lưu
trữ trạng thái các thiết bị trước đó.
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 4
PC
Khối chuyển đổi
RS-485 sang R-232
B A
RXD TXD
RTS
Khối chuyển đổi
mức TTL sang RS-

485
Khối chuyển đổi
mức TTL sang RS-
485
Khối chuyển đổi
mức TTL sang RS-
485
A B A A B B
Kit vi xử lí phòng 1 Kit vi xử lí phòng 3Kit vi xử lí phòng 2
TXD
TXD TXD
RXD
RXD
RXD
Điều
khiển
Điều
khiển
Điều
khiển
Sơ đồ khối mạch kết nối giữa máy tính và các kit vi
xử lí
Chương II
GIỚI THIỆU VỀ CÁC MẠCH BÁO CHÁY
Cảm biến dựa vào các đặc tính vật lý của vật liệu, các hiện tượng vật lý
để chuyển đổi các đại lượng phi điện thành các tín hiệu điện để đơn giản
trong quá trình đo lường và tính toán.
Mô tả toán học của các cảm biến là một hàm truyền được ký hiệu là H.
Phương trình mô tả cảm biến được biểu diễn như sau:
Đại lượng ra (điện)=H x đại lượng vào (phi điện)

· Các đặc tính chuẩn của cảm biến:
_ Độ nhạy.
- _ Độ ổn định
_ Nhiễu (có khả năng hoạt động trong mọi trường có tín
hiệu gây nhiễu hay nhiễu do chính cảm biến sinh ra trong quá
trình hoạt động).
_ Tầm đo .
_ Độ tuyến tính (cảm biến có độ tuyến tính càng cao càng
tốt).
· Hệ thống báo cháy thường gồm 3 loại mạch báo cháy thông
dụng:
_ Mạch báo cháy nhiệt.
_ Mạch báo cháy khói.
_ Mạch báo cháy lửa.
Hầu hết các linh kiện điện tử đều có đặc tính nhiệt thay đổi theo nhiệt
độ. Nhưng để làm cảm biến ta chỉ chọn vật liệu có độ nhạy cao và hàm truyền
tốt mà thôi.
Đây là loại cảm biến tương đối phức tạp và tinh vi, sử dụng các linh
kiện điện tử chuyên dụng. Các linh kiện điện tử này có khá nhiều trên thị
trường linh, kiện ở Việt Nam hiện nay. Nó sử dung nguyên tắc dòng hay áp
trên các linh, kiện này sẽ thay đổi khi nhiệt độ tại nơi đặt thiết bị thay đổi. Tùy
theo loại mà có thể sẽ tăng hay giảm các đại lượng điện theo nhiệt độ. Loại
cảm biến này rất nhạy nhưng nó sẽ rất gây ra tình trạng báo động nhầm khi
có một nguồn nhiệt để gần cảm biến. Ví dụ như thân nhiệt con người chẳng
hạn.
I. Chuyển đổi nhiệt điện :
Chuyển đổi nhiệt điện là những chuyển đổi dựa trên các quá trình nhiệt
như đốt nóng, làm lạnh, trao đổi nhiệt… Thực tế khi đo lường các đại lượng
không điện theo phương pháp điện thường dùng hai hiện tượng, đó ( là hiệu
ứng nhiệt điện và hiệu ứng thay đổi nhiệt trở của dây dẫn hay chất bán dẫn

khi nhiệt độ thay đổi.
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 5
Tương ứng với hai hiện tượng trên, người ta phân thành hai loại:
chuyển đổi cặp nhiệt điện và chuyển đổi nhiệt điện trở.
1. Chuyển đổi cặp nhiệt điện:
a. Nguyên lý làm việc của cặp nhiệt điện : chủ yếu dựa trên
hai hiện tượng sau:
Nếu hai dây dẫn khác nhau nối với nhau tại hai điểm 1 và 2, và một
trong hai điểm đó ( ví dụ ta lấy tại điểm 1) được đốt nóng thì trong mạch sẽ
xuất hiện một dòng điện gây bởi sức điện động gọi là sức điện động nhiệt
điện, là hiệu số các hàm số nhiệt độ
ET = f(t
1
)- f(t
2
)
Mạch điện như còn gọi là cặp nhiệt điện hay cặp điện ngẫu.
Điểm được đốt nóng gọi là đầu công tắc ( điểm 1 ), điểm còn lại gọi là
đầu tự do( điểm thứ 2 ) là hằng số f(t
2
)=const thì:
ET = f(t
1
) – C
Biểu thức trên là cơ sở của phép đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện.
Theo phương pháp này, việc đo nhiệt độ t
1
sẽ dẫn đến việc đo sức điện động
của cặp nhiệt điện khi giữ cố định nhiệt độ đầu tự do của nó.

Vật liệu dùng để chế tạo cặp nhiệt điện ngẫu cần đảm bảo các yêu cầu
sau: quan hệ giữa sức điện động nhiệt điện với nhiệt độ là một hàm đơn trị,
tính chất nhiệt điện không thay đổi, độ bền hóa học và cơ học phải cao, dẫn
nhiệt tốt, có trị số suất điện động nhiệt lớn.
Cặp nhiệt điện được nối với nhau bằng phương pháp hàn đặc biệt và
đặt trong thiết bị bảo vệ nhằm tránh bị ăn mòn hóa học, thiết bị này được chế
tạo từ vật liệu bền cơ học, không thấm khí, không bị ăn mòn.
Thiết bị trên thường là các ống được chế tạo bằng thép đặc biệt. Đối
với cặp nhiệt điện quí , ống bảo vệ chế tạo bằng thạch anh và gốm. Để cách
điện người ta dùng Amian (300
0
C ), ống thạch anh ( với 1000
0
C ) hoặc ống
sứ đến 140
0
C.
β. Những nguyên nhân gây sai số và hiệu chỉnh cho đúng:
Ta biết rằng phương trình biến đổi của cặp nhiệt điện trong trường hợp
chung, một cách gần đúng có thể biểu diễn dưới dạng :
ET =A.t+B.t
2
+C.t
3
ET : là sức điện động nhiệt .
T: hiệu nhiệt độ giữa đầu công tắc và đầu tự do.
A, B, C :các hằng số phụ thuộc vào vật liệu của dây làm cặp
nhiệt điện.
Và độ nhạy của nó được tính như sau:
S

T
» A+2Bt +3Ct
Độ nhạy không phải là hằng số mà phụ thuộc vào nhiệt độ.
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 6
Do vậy các cặp nhiệt điện công nghiệp thường cho trước một bảng sức
điện động ứng với các nhiệt độ khác nhau trong khoảng 1
0
C với đầu tự do ở
0
0
C.
c. Chuyển đổi nhiệt điện trở:
Nhiệt điện trở là chuyển đổi có điện trở thay đổi theo sự thay đổi nhiệt
độ của nó.
Tùy theo tác dụng nhiệt của dòng điện cung cấp chạy qua chuyển đổi
người ta phân ra: nhiệt điện trở đốt nóng và nhiệt điện trở không đốt nóng.
Trong nhiệt điện trở không đốt nóng dòng điện chạy qua rất nhỏ không
làm tăng nhiệt độ của điện trở và nhiệt độ của nó bằng nhiệt độ môi trường.
Nhiệt điện trở loại này dùng để đo nhiệt độ và các đại lượng cơ học như đo
sự dịch chuyển.
Nhiệt điện trở đốt nóng, dòng điện chạy qua rất lớn làm nhiệt độ của nó
tăng lên cao hơn nhiệt độ môi trường , nên có sự tỏa nhiệt ra môi trường
xung quanh. Nhiệt điện trở loại này được dùng trong việc đo lưu lượng, lưu
tốc của dòng chảy, phân tích các chất hóa học… Nhiệt điện trở được chế tạo
bằng dây hoặc chất bán dẫn. Yêu cầu đối với vật liệu chế tạo là có hệ số
nhiệt độ lớn, bền hóa học, điện trở suất rất lớn, khó nóng chảy…
Để giảm tổn hao nhiệt dẫn, chiều dài của nhiệt điện trở cần phải lớn
hơn đường kính dây gấp nhiều lần .
2. Các loại cảm biến nhiệt:

a. Thermocouples:
Thermocouples biến đổi đại lượng nhiệt độ thành dòng điện hay điện
áp DC nhỏ. Nó gồm có hai dây kim loại khác nhau nối với nhau tại hai đầu
mối nối. Khi các mối nối được đặt tại các vị trí khác nhau, trong dây dẫn xuất
hiện sức điện động. Sức điện động này tỉ lệ với chênh lệch nhiệt độ giữa hai
đầu mối nối. Thermocouples có hệ số nhiệt dương.
b. Thermistor:
Thermistor là điện trở có độ nhạy nhiệt rất cao nhưng phi tuyến vả có
hệ số nhiệt âm. Điện trở giảm phi tuyến đối với sự tăng nhiệt độ vì Thermistor
là điện trở nên dòng điện qua nó sinh ra nhiệt gây nên sai số rất lớn. Do đó
phải hạn chế dòng qua nó rất nhỏ.
c. Điện trở dò nhiệt (RTDs):
Cảm biến loại này dựa vào đặc tính trở phụ thuộc nhiệt độ của vật liệu.
Nó có hệ số nhiệt dương nhỏ, nhưng đo rất chính xác.
d. IC cảm biến nhiệt độ bán dẫn:
IC cảm biến bán dẫn kết hợp với mạch gia công bên trong. Nhờ đó IC
có thể tạo tín hiệu điện áp ra tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối, với độ nhạy nhiệt và
độ chính xác cao. IC loại này khá phổ biến trên thị trường hiện nay. Với IC
thông dụng hiện nay là LM335.
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 7
ΙΙ. Mạch phát hiện khói ( dùng cảm biến quang hay cảm biến
ion ):
1. Mạch phát hiện khói dùng phương pháp quang ( cảm biến
quang):
Loại này được sử dụng linh kiện thu phát quang . Người ta sử dụng linh
kiện phát quang ( LED hồng ngoại ) chiếu một tia sáng qua vùng cần bảo vệ
và một linh kiện thu quang ( Photodiode, Phototransistor, quang trở…). Khi có
khói bay lên vùng cần bảo vệ sẽ che chắn hay làm yếu đi cường độ ánh
sáng chiếu vào linh kiện thu. Khi cường độ ánh sáng thay đổi đến một giá trị

nào đó thì bộ cảm biến sẽ nhận dạng được và phát ra tín hiệu báo động.
a. Điện trở quang:
Điện trở quang là một linh kiện bán dẫn thụ động không có lớp chuyển
tiếp PN. Vật liệu để chế tạo điện trở quang là Cds (Cadmiun Sulfid) , CdSe
(Cadmiun Selenid ), ZnS ( Zine Sulfid ) hoặc các tinh thể khác.
Khi bị chiếu ánh sáng, độ dẫn điện ( điện dẫn suất ) của vật liệu bán
dẫn gia tăng do các hạt mang điện tích được gia tăng ra thêm.
s=e(nm
n
+ pm
p
)
n và p : là mật độ electron và lỗ trống
m
n
, m
p
: là độ di động của electron và lổ trống
Với phương trình trên đô dẫn điện có thể gia tăng nhờ hai cách:
_ Gia tăng mật độ các hạt mang điện tích.
_ Gia tăng độ di động hiệu dụng.
 Các đặc tính quan trọng của một điện trở quang : Điện trở
quang có ba đặc tính quan trọng:
Ÿ Độ dẫn suất ( s
phot
):
Là hàm số của mật độ năng lượng u với độ dài sóng không thay đổi
của ánh sáng :
s
phot

(u); l=const.
Ÿ Độ nhạy của quang trở đối với quang phổ:
Đó chính là sự thay đổi dẫn suất s
phot
hàm số của l khi
mật độ năng lượng không thay đổi :
u= const
 Vận tốc làm việc:
Vận tốc làm việc là thời gian hồi đáp ( Reponse times) của một quang
trở khi có sự thay đổi từ sáng sang tối hay từ tối sang sáng (rise ). Thời gian
lên được xác định là thời gian cần thiết để quang trở đạt 65 % trị số cuối
cùng khi được chiếu sáng từ 0 lux sang 10 lux.
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 8
S
rel
(λ)=
σ
phot
(λ)
σ
phot
max
Thời gian trễ được xác định là khoảng thời gian cần thiết để một quang
trở thay đổi còn 35% giá trị của nó (so với lúc được chiếu sáng – khoảng 10
lux trong 1 s) khi không còn được chiếu sáng.
Với cường độ ánh sáng mạnh, quang trở làm việc nhanh hơn. Quang
trở có khuynh hướng làm việc chậm đi khi trời lạnh. Quang trở làm việc chậm
hơn nếu được cất giữ trong bóng tối và làm việc nhanh hơn nếu được cất giữ
ngoài ánh sáng.

 Các đặc tính quan trọng khác của điện trở quang:
 Tiếng ồn –NEP.
 Hệ số nhiệt độ của quang trở
 Điện trở tối ( Dark Reasistance )
 Đặc tính độ dốc
 Điện thế hoạt động
 Công suất tiêu tán cao nhất
 Độ nhạy R[VW
-1
)
 Điện trở quang với sự gia tăng độ di động m
n,p
 Điện trở quang với vật liệu không pha tạp chất
1. Mạch phát hiện khói dùng nguyên lý ion (cảm biến ion):
Dưới tác dụng của các tia phóng xạ và tia Rơnghen, chất khí (khói ) sẽ
bị ion hoá. Nếu bình ion hoá được đặt một điện áp thì các điện tử và ion sẽ
chuyển động có hướng và khi đó sẽ tạo thành dòng điện ion. Khi có dòng
điện sẽ kích hoạt tín hiệu báo động.
Dòng ion phụ thuộc vào điện áp đặt lên bình, tính chất của tác nhân
ion, môi trường ion hóa, vật liệu của thành bình và các vật thể khác nằm trên
đường đi của các tác nhân ion hóa. Các tác nhân ion hóa là các tia phóng xạ
như tia a, tia b, tia g, tia Ronghen.
Chuyển đổi ion hóa có thể nhiều loại khác nhau, song bất kỳ loại nào
cũng cần có nguồn phóng xạ và thiết bị thu các suất phẩm của quá trình ion
hóa để tạo thành dòng điện. Thiết bị đó gọi là bộ thu bức xạ.
Bộ thu bức xạ có nhiệm vụ biến đổi năng lượng bức xạ hạt nhân thành
điện năng. Bộ thu bức xạ dựa vào hiện tượng ion hóa các tia phóng xạ đi
qua nó hoặc dựa vào hiện tượng ion hóa chất khí khi cho tia phóng xạ đi qua
nó hoặc dựa vào hiện tượng phát quang của một số chất dưới tác dụng của
năng lượng bức xạ hạt nhân.

Có ba loại bình thu bức xạ:
 Bình ion hóa .
 Máy đếm phóng điện trong chất khí.
 Máy đếm nhấp nháy.
Trong hình đặc tính Volt Ampere của bình ion hóa và cấu tạo của một
bình ion hóa bằng tia a. Dòng quang điện thường rất nhỏ( 10
-3
_10
-7
)mA.
Điện áp đặt lên điện cực cao áp ( vỏ bình) cỡ hàng nghìn Volt, dòng điện ion
lấy qua cực lưới được khuếch đại bằng các bộ khuếch đại đo lường.
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 9
Để tránh dòng điện rò, cách điện giữa các cực lưới và vỏ (cực cao áp)
phải đạt tới (10
8
– 10
13
) MW, vì thế điện cực lưới được bọc bởi cực bảo vệ
nối đất với mạch đo lường để thu dòng điện rò từ cực cao áp.
Người ta sử dụng một lượng nhỏ chất phóng xạ để ion hóa không khí
trong hộp cảm biến. Không khí bị ion hóa sẽ dẫn điện và tạo thành một dòng
điện chạy giữa hai điện cực đã được nạp điện. Khi các phần tử khói lọt vào
trong vùng cảm nhận được ion hóa sẽ làm tăng điện trở trong vùng cảm nhận
và làm giảm luồng điện giữa hai điện cực. Khi luồng điện giảm xuống tới một
giá trị nào đó thì bộ cảm biến sẽ phát điện và phát tín hiệu báo động.
Nói chung thì loại cảm biến phát hiện khói kiểu ion hóa nhạy hơn và
hiệu quả hơn loại dùng các linh kiện quang điện tử, nhưng linh kiện và vật
liệu rất khó kiếm. Loại phát hiện khói dùng quang dù ít nhạy hơn nhưng linh

kiện rất dễ tìm và lắp đặt tương đối dễ dàng. Tuy nhiên cả hai loại này có thể
báo động nhằm do bụi hay khói lan vào. Cho nên khi thiết kế cần phải xem
xét và qui định nồng độ khói nhất định để thiết bị hoạt động chính xác.
III. Mạch phát hiện cháy :
Dưới tác động của các dòng ánh sáng với bước sóng thích hợp chiếu
vào Catot, điện tử đi từ Catot bị bắn ra, tạo thành dòng điện. Chuyển đổi
quang điện được phân chia thành ba loại:
1. Tế bào quang điện:
Là phần tử quang điện sử dụng hiệu ứng quang điện ngoài. Đó là một
đèn chân không hay có khí mà Catot của nó sẽ phát ra các điện tử dưới tác
dụng của dòng ánh sáng.
2. Quang điện trở:
Là loại chuyển đổi quang điện dựa vào hiệu ứng quang điện. Điện trở
của một vài chất bán dẫn thay đổi dưới tác dụng của dòng ánh sáng. Các
chất có hiệu ứng quang điện trong mạch đó là muối Sunfil Cadmi,…
3. Photo diode:
Là chuyển đổi quang điện, dưới tác dụng của ánh sáng, lớp khóa của
một số mặt ghép các chất bán dẫn sẽ trở thành nguồn dòng điện.
Với hiệu ứng quang điện, ta có thể phát sinh một điện áp ở lớp chuyển
tiếp pn, khi lớp chuyển tiếp này được chiếu sáng. Tùy theo chức năng và cấu
trúc, có thể phân Photodiode thành nhiều loại:
 Diode quang pn.
 Diode quang pin.
 Diode quang loại Schockley.
 Diode quang với các hiệu ứng khác.
Photodiode được dùng với mạch khuếch đại có tổng trở cao:
 Rất tuyến tính.
 Ít nhiễu.
 Dãi tần rộng.
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng

Trang 10
 Nhẹ và có sức bền cơ học.
 Tuổi thọ cao.
IV. Đo nhiệt độ bằng thạch anh:
Một ứng dụng cổ điển của thạch anh là thực hiện bộ dao động có độ
vững lớn, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Với tinh thể thạch anh có phương tinh
thể xác định trước nó đặc trưng cho sự thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng tần số
dao động.
Ngược lại, khi dùng làm cảm biến đo nhiệt độ, thạch anh có phương tinh thể
làm sao cho tần số dao động gần như tuyến tính với nhiệt độ tinh thể của
thạch anh. Cảm biến này rất chính xác và nhạy, mặt khác việc xác định nhiệt
độ dẫn đến việc đếm tần số có hai điều lợi:
_ Việc đo rất chính xác.
_ Việc chuyển đổi ra dạng số rất dễ dàng với thông tin liên quan
đến tần số.
1. Cộng hưởng cơ của thạch anh:
Trong tinh thể thạch anh được cắt theo dạng tiết diện vuông, tam giác
hoặc tròn, các đặc tính phụ thuộc vào dạng hình học, và kích thước của
chúng cũng như phương tinh thể. Thạch anh là một chất áp điện. Trong
trường hợp mặt phẳng thu điện tích thẳng góc với trục điện sẽ xuất hiện các
điện tích trái dấu trên mặt phẳng. Đó là hiệu ứng áp điện trực tiếp.
_ Một sự thay đổi bề dày của bản thạch anh, nén lại hoặc bè ra
tùy thuộc theo dấu của điện áp khi đưa vào các bề mặt, đó là hiệu ứng áp
điện ngược.
_ Một bản thạch anh có thể xảy ra các dao động cơ liên quan
đến các loại biến dạng khác nhau: sự kéo dài ra, uốn cong, cắt. Tần số dao
động được xác định bởi dạng thức hình học, kích thước và phương của tinh
thể và có thể diễn tả bởi công thức sau:
ρ
c

l
n
f =
c: Độ lớn đàn hồi, phụ thuộc vào phương tinh thể.
r: Trọng lượng riêng của thạch anh.
l: Kích thước của bản thạch anh theo phương truyền động.
n: Số nguyên ; 1<n <5.
Khi áp vào hai mặt của bản thạch anh 1 điện áp xoay chiều tần số bằng
với tần số dao động có thể, hiệu ứng áp điện ngược xảy ra kéo theo sự dao
động của bản thạch anh. Như thế có thể xây dựng một hiện tượng dao động
cơ điện với sự biến đổi tuần hoàn năng lượng cơ ra năng lượng điện và
ngược lại, và năng lượng mất mát rất bé. Hệ số phẩm chất Q đặc trưng cho
hiện tượng cộng hưởng có được:
π
2=Q
x
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 11
Năng lượng cơ hoặc điện cực đại
Năng lượng tiêu tán tuần hoàn
Đối với bản thạch anh, Q có giá trị rất cao, thường từ 10
4
đến 10
5
.
Phương của dao động thạch anh so với trục của tinh thể xác định lực cắt. Thí
dụ:
_ Lực cắt X gọi là mẫu Curie: 2 bản cực thẳng góc với trục X.
một điện áp xoay chiều được áp vào 2 mặt đối diện, bản dao động có thể dao
động theo chiều dài và 2 tần số cộng hưởng quan trọng là:

f
1
e
2860
=
va f
2
l
2860
=
; f tính bằng KHz.
e và l : Bề dày và bề rộng của bản tính bằng mm
_ Lực cắt At, hai mặt bản cực quay chung quanh trục X và tạo
thành một góc gần bằng 35
0
so với trục Z, bản dao động có thể dao động
theo lực cắt bề dày và tần số dao động có trị giá:
e
nf
1675
.=
; f:KHz
n: số nguyên ≤ 5
_ Với những lực cắt khác được sử dụng : Tần số dao động cơ
luôn luôn tỉ lệ nghịch vơi1 trong những kích thước của chúng.
Các điện cực cho phép đặt một điện áp vào bản dao động, nó được
cấu tạo bởi thanh kim loại đặt tiếp xúc với bản dao động.
Chung quanh tần số cộng hưởng cơ, về phương diện điện bản thân
thạch anh có thể được biểu thị bằng một lưỡng cực cấu tạo bởi hai nhánh
song song.

CL
C0
R
Một nhánh L, R, C. Các phần tử này có giá trị được xác định bởi đặc
tính hình học, cơ khí và tinh thể của bản dao động và có độ lớn:
L: Từ vài H đến 10
4
H
C: Từ 10
-2
pF đến 10
-1
pF
R: Từ vài KW đến vài chục KW.
_ Một nhánh gồm điện dung C
0
đó là điện dung được hình thành
bởi các điện cực kim loại có giá trị khoảng: 1 đến 100 pF, tỉ số C/C
0
có giá trị
tổng quát từ 10
-2
đến 10
-3
.
Lưỡng cực này có thể có hai tần số cộng hưởng điện:
_ Cộng hưởng nối tiếp của nhánh L,R ,C tần số f
s
:
f

s
=
LC
π
2
1
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 12
_ Cộng hưởng song song, giữa C
0
và nhánh L, C, R tần số f
p
:
f
p
=
)0/1(
1
.2
1
CC
CL
+
π
Các tần số này rất gần nhau: (f
p
-f
s
)/f
s

= C/2C
0
2. Độ nhạy nhiệt:
Tất cả sự thay đổi nhiệt độ kéo theo 1 sự thay đổi kích thước của bản
dao động, trong lượng riêng và hệ số đàn hồi, kết quả:
_ Một sự thay đổi tần số cộng hưởng cơ:
ρ
c
l
n
f =
_ Một sự thay đổi các giá trị thành phần L,C, R đặc trưng của bản
dao động, về phương diện điện .
Một cách tổng quát: f(T)=f
0
(1+ aT+bT
2
+ cT
3
);T:
0
C
⇒
`
f
∆
/f
0
= aT+ bT
2

+cT
3
;với
∆
f=f(T)-f
0
Các hệ số a, b, c tùy thuộc lực cắt bản dao động.
Với lực cắt LC ( tuyến tính ) về nguyên tắc các hệ số b và c bằng 0. Độ nhạy
nhiệt của tần số cộng hưởng là một hằng số:
T
f
S
∆
∆
=
=a.f
0
Với a=35,45.10
-6
/
0
C và f
0
= 28,208 MHz thì: S=1000Hz/
0
C
Lực cắt LC thường dùng đối với bản thạch anh dùng làm cảm biến đo nhiệt
độ.
3. Cách thực hiện nhiệt kế và đo:
Nhiệt kế được thực hiện bằng cách đặt bản thạch anh bên trong hộp

thép chứa Helium mục đích làm tăng sự dẫn nhiệt thạch anh và hộp. Thạch
anh được nối với các phần tử tác động nhờ dây cáp và sẽ tạo nên dao động
với tín hiệu đo e
m
:
e
m
=E
m
cosW
m
t với W
m
= 2
π
f
m
f
m
=f
0
+
∆
f và
∆
f=S(T-T
0
)=ST khi T
0
=0

0
C
Với mạch dao động chuẩn bằng thạch anh, tạo nên tín hiệu chuẩn e
r
tần số f
0
độc lập với môi trường.
e
r
=E
r
cosW
0
t(W
0
=2
π
f
0
)
Các tín hiệu e
m
, e
r
được đưa vào mạch thay đổi tần số, mạch nhân chẳng
hạn, sẽ tạo nên tín hiệu V’
0
:
V’
0

=Ke
m
e
r
=E’
0
[ cos(W
m
-W
0
)t+cos (W
m
+W
0
)t]
Với một mạch lọc thông thấp qua nó giới hạn tần số cao ở đầu ra:
V
0
=E
0
cos(W
m
-W
r
)t=E
0
cos 2.
π
.
∆

f.t
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 13
Một bộ đệm tần số cho phép xác định tần số
∆
f và với S biết được, sẽ
biết T=
∆
f/S.
Đặc tính đo lường của tinh thể thạch anh :
_ Khoảng đo:-80 đến 250
0
C.
_ Khoảng cách tuyến tính:
±
0,05% khoảng đo.
_ Độ nhạy : 1000Hz/
0
C.
_ Khả năng đo:0,0001
0
C.
_ Độ nhanh: hằng số thời gian nhiệt 2,5 giây trong nước có vận
tốc 2m/giây.
PHẦN II
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT NHÀ CAO TẦNG
DÙNG VI XỬ LÝ 89C51
A. Thiết kế mạch :
I. Tổng quan về đề tài:
1. Sơ lược về đề tài:

Trên cơ sở thiết kế một thiết bị bằng cơ điện tử để có thể tạo thành
ngôi nhà thông minh khi gắn thiết bị này vào. Nhờ vào bộ xử lý trung tâm mà
thiết bị này có thể hoạt động một cách chính xác theo chương trình đã lập
sẵn. Trong ngôi nhà càng có nhiều thiết bị thông minh thì càng làm cho cuộc
sống tiện nghi hơn. Do tính mềm dẻo của bộ xử lý trung tâm nên ta có thể
nạp lại chương trình điều khiển cho nó tùy theo từng nhu cầu ứng dụng riêng
biệt, cũng như có thể cho phép 1 hay nhiều thiết bị cùng hoạt động khi đến
giờ định sẵn.
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 14
Đèn, quạt gió và máy lạnh sẽ tự động bật lên khi có người vào phòng.
Máy đun nước nóng, máy giặt sẽ tự động hoạt động khi đến giờ quy định. Hệ
thống tưới cây trong vườn cũng được điều khiển từ thiết bị này. Cửa gara sẽ
tự mở ra khi xe vừa đến trước cổng và cũng tự đóng lại khi xe ra khỏi gara.
Do sự hạn chế về thời gian cho nên em chỉ thiết kế mạch có một số
tính năng nêu trên:
_ Đèn và quạt gió bật lên khi có người vào nhà.
_ Đèn và quạt gió tắt khi người trong nhà đi ra ngoài hết.
_ Phát hiện nguy cơ gây ra hỏa hoạn và phát tín hiệu chuông báo động.
_ Đo nhiệt độ hiện tại trong phòng và hiển thị lên panel.
_ Có khả năng phát hiện trộm xâm nhập và phát tín hiệu chuông báo
động.
Như theo yêu cầu của đề tài: tất cả các kit vi xử lý sẽ được giám sát và
có thể ra lệnh từ máy tính. Máy tính truyền lệnh cần vi xử lý thi hành đến
đúng kit vi xử lý mà nó cần tác động. Có thể là lệnh yêu cầu tắt đèn , quạt,
hay là yêu cầu gởi dữ liệu từ phòng, nhiệt độ, đèn tắt hay mở, bao nhiêu
người trong phòng. Theo lý thuyết, thì các thành viên trong một hệ thống
mạng đều có thể liên kết dữ liệu với nhau bằng cách thông qua Master là PC.
Nhưng do mạng trong đề tài em thiết kế không cần tốc độ cao và cũng không
có nhu cầu trao đổi dữ liệu giữa các kit vi xử lý riêng lẻ, cho nên em dùng

phương pháp hỏi vòng từ PC. Qua đó, PC sẽ lần lượt hỏi vòng tuần tự qua
từng kit vi xử lý. Dữ liệu từ PC gửi về kit vi xử lý gồm có các byte yêu cầu
cộng thêm hai byte thêm vào: một byte đầu tiên xác định địa chỉ nơi đến, byte
tiếp theo sẽ xác định nội dung giao tiếp giữa vi xử lý và PC, chẳng hạn gởi
nhiệt độ, số người trong phòng…Chương trình giao diện và điều khiển truyền
số liệu dùng ngôn ngữ lập trình Visual Basic 6.0
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 15
P
C
KIT VI XỬ
LÝ
PHÒNG 1
KIT VI XỬ
LÝ
PHÒNG 2
RS-485
RS-485
RS-485
BUS
Sơ đồ khối toàn bộ hệ thống điều khiển và giám sát ngôi nhà
Kit vi xử lý trong phòng 1 và phòng có cùng sơ đồ khối như sau
2.
Chức năng của từng khối:
a. Vi xử lý 89C51:
Đây là bộ xứ lý trung tâm của mạch đặt tại từng phòng trong ngôi nhà.
89C51 là loại IC có khả xử lý và điều khiển theo một chương trình đã lập sẵn
và có khả năng thực hiện các yêu cầu gởi đến từ máy tính. Vi xử lý 89C51
trong mạch thiết kế có thể thực hiện các chức năng như sau:
_ Phát tín hiệu báo động bằng chuông khi phát hiện có trộm xâm nhập.

_ Đo nhiệt độ trong phòng và hiển thị lên một panel đặt trong phòng, khi
nhiệt độ trong phòng khá cao thì nó sẽ ra lệnh bật máy điều hòa nhiệt độ hay
quạt gió hoạt động.
_ Khi phát hiện có nguy cơ hỏa hoạn nó sẽ báo động bằng chuông, sau
đó nó sẽ ngắt CB của nguồn điện.
_ Bật đèn lên khi có người vào phòng.
_ Tắt đèn khi người trong phòng ra ngoài hết.
b. Khối cảm biến quang:
Dùng đề tạo một tín hiệu đưa về vi xử lý, tùy theo mức của tín hiệu này
mà thiết bị sẽ biết được có trômg xâm nhập hay không.
c. Khối hiển thị nhiệt độ:
Khối này có dạng một panel hình chữ nhật được gắn trên từng phòng,
nhiệt độ trong phòng sẽ được hiển thị trên panel này.
d. Mạch động lực:
Dùng để đóng các thiết bị, nhận tín hiệu kích đóng từ vi xử lý.
ε. Mạch hồi tiếp trạng thái các thiết bị:
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 16
Vi xử lí
Atmel
89C51
Mạch động lực
đóng cắt các
thiết bị
Mạch hồi tiếp
trạng thái thiết bị
Mạch gia công
tín hiệu đo
Mạch hiển thị
nhiệt độ

Cảm biến quang
IC đo nhiệt độ
Mạch nguồn
Sơ đồ khối kit vi xử lý
Dựa vào mức của tín hiệu hồi tiếp về mà vi xử lý sẽ biết đươc thiết bị
nào đang bật, thiết bị nào đang tắt.
II. Thiết kế phần cứng
1. Mạch cảm biến quang:
Sơ đồ mạch như sau:
Bình thường không có gì che chắn giữa LED phát và LED thu thì áp ra
sẽ là 5V. Khi có vật che chắn giữa LED phát và LED thu thì mạch sẽ cho ra
áp là 0V.
Do khi LED thu dẫn thì áp rơi trên R4, chỉ từ 1V – 1,5V nên ta phải đệm
thêm mạch khuếch đại dùng OPAMP. Tùy theo đặc tính của từng con LED
phát và LED thu mà áp đặt trên trở 100 ohm sẽ khác nhau. Bình thường áp
đặt trên điện trở 100 ohm là 1V, dùng mạch khuếch đại OPAMP để áp đủ 5V
đưa vào vi xử lý.
Để đảm bảo rằng áp đưa trở về vi xử lí sẽ không lớn hơn 5V( tránh hư
vi xử lí khi ta đặt áp vào lớn hơn áp hoạt động cuả nó), ta mắc thêm một
Diode Zenner ổn áp 5.1V vào ngõ ra của mạch khuếch đại.
Tính toán mạch khuếch đại:
Dòng qua LED: 10 mA – 20 mA để giúp cho LED hoạt động được lâu
dài. Dòng cực đại mà ta có thể đưa vào chạy qua LED là 20 mA. Thông
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 17
R6
1k
INT0
+
-

U1
AD741
3
2
6
LED PHAT
VCC
R3
330
R5
220
R7
1k
LED T HU
R4
10 0
Z ENER
5.1V
thường trong tính toán mạch để đơn giản ta cứ cho dòng chạy qua LED là 15
mA.
Khi LED dẫn, áp trên LED sẽ nằm trong khoảng từ 1,7-2V. Cho nên
dòng qua LED:
I
LED
=
330
25 −
= 9 mA
Khi LED thu dẫn, dòng qua LED
I

LEDTHU
=
320
25 −
=9mA
Ap đưa vào mạch khuếch đại LM741:
V
in
= I
LED thu
x100 = 1 V

Để áp ra LM 741 đúng 5V khi LED thu dẫn ta chọn hệ số khuếch đại
như sau:

A
V
=1+ R
I
/R
F
=6
⇒
R
I
/R
F
=5
Chọn R
f

= 2.2 kW
Þ R
I
= 5*2.2 = 11 kW
Khi mạch chạy bão hòa thì áp ra trên Diode Zenner 5V là:
V
out
= V
in
x A
v

=

1 x 5 = 5V
Ta dùng Zenner 5.1V để ổn áp ngõ ra ổn định ở mức 5V.
Bình thường, LED phát phátliên tục, khi không có vật che chắn giữa
LED phát và LED thu thì áp ra mạch khuếch đại sẽ đúng 5 V. Vi xử lý sẽ nhận
biết đây là trạng thái mức cao (tích cực). Nếu có vật che chắn giữa LED phát
và LED thu thì áp ra sẽ không phải chính xác là 0 V, mà có thể từ 0 V – 2V.
Nằm trong tầm điện áp này thì vi xử lý sẽ phát hiện ra đây là mức không tích
cực (mức thấp ). Tín hiệu này đưa vào chân INT0 của vi xử lý. Ta sẽ thiết lập
chế độ hoạt động ngắt ở cạnh xuống. Nghĩa là có sự chuyển đổi từ 5V sang
0V thì mạch sẽ xãy ra 1 ngắt.
Để thiết lập chế độ này ta dùng lệnh sau gán cho vi xử lý:
SETB IT0
Lệnh này sẽ cho phép vi xử lí đáp ứng ngắt theo cạnh xuống của tín
hiệu áp đưa vào chân INT0.
2. Mạch mô phỏng cảm biến quang phát hiện người:
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng

Trang 18
Thông thường để phát hiện người đi vào hay đi ra ta dùng một cảm
biến quang.
Cách này thông dụng dễ lắp đặt nhưng nó không phân biệt được
người vào người ra. Nó chỉ có thể nhận biết có người thông qua sự thay đổi
trạng thái đầu vào là mức cao hay mức thấp. Bên cạnh đó, còn có một nhược
điểm nữa là sẽ gây cho chương trình chạy sai khi có người vô hình đứng
chắn ngang cảm biến quang trong khoảng thời gian tương đối lâu. Lúc đó vi
xử lý sẽ hiểu rằng có rất nhiều người ra vào nó sẽ bị đếm lầm . Để khắc phục
tình trạng này ta dùng cùng lúc hai cảm biến quang đặt cách nhau ở một
khoảng cách xác định. Dựa vào sự thay đổi trạng thái của cảm biến quang
nào trước, cảm biến quang nào sau ta sẽ nhận biết được người ra hay vào
phòng. Phương pháp này rất hiệu quả, nhưng cũng có thể không nhận ra số
người một cách chính xác như ta mong muốn. Giả sử khi có hai người cùng
sóng bước thì cảm biến quang chỉ phát hiện ra một người mà thôi. Ta cũng
có thể khắc phục tình trạng này bằng cách thiết kế cửa sao cho chỉ cho một
người qua lọt mà thôi.
Chức năng mạch đếm người được em thiết kế như sau: khi có một
cảm biến quang tác động sẽ làm cho áp trên chân INT1 chuyển từ 1 sang 0.
Vi xử lý sẽ nhảy đến chương trình ngắt kiểm tra giữa hai chân P1.0 và P1.1
xem chân nào xuống mức 0 trước: Nếu P 1.0 tác động trước, P1.1 tác động
sau thì ta sẽ nhận biết có người vào. Nếu P1.1 tác động trước thì ta nhận
biết có người ra.
Bình thường khi không nhấn các SW1 và SW2 thì INT1 ở trạng thái tích
cực. Khi một trong hai nút nhấn SW1 và SW2 được nhấn tức là có một chân
đưa vào IC 7408 xuống mức 0. Cho nên áp sau khi qua 7408 sẽ là mức 0
(do IC 7408 là IC thực hiện chức năng logic AND). Tùy thuộc vào ta nhấn nút
nhấn nào trước, nút nhấn nào sau, vi xử lý sẽ phát hiện người ra hay vào
mà xử lý chương trình điều khiển.
3. Mạch động lực đóng cắt thiết bị:

( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 19
U2A
740 8
1
2
3
VCC
P1.0
R1
4.7K
INT1
SW1
CAM BIEN QUANG 1
SW2
CAM BIEN QUANG 2
P1.1
R2
4.7K
Sơ đồ nguyên lý mạch động lực như sau:
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 20
D4
1 2
5.1V
VCC
R4
1k
+
-

U2
AD741
3
2
6
Q1
1
23
D1
1 2
P1.3
JP1
DIEU KHIEN DEN
1
2
110 o hm,3W
12
R2
2.2K
R5
22k
Q2 1
23
R1
330
U1
4N26
16
2
5

4
K2
4
3
1
2
+ 12V
R3
1k
D2
12
D5
1 2
R6
22k
D3
1 2
U1
4N26
1 6
2
5
4
Nguyên lý hoạt động của mạch như sau:
Khi cần đóng đèn thì vi xử lý sẽ đặt chân điều khiển đèn lên mức tích
cực. Khi đó Opto sẽ dẫn làm cho Phototransistor dẫn bão hòa, áp V
C1
»
0.2V, sẽ kéo theo Q1 dẫn. Khi Q1 dẫn sẽ cho phép rơ le đóng. Khi Relay
đóng thì đèn sẽ được cấp nguồn: đèn sáng. Do mạch thiết kế dựa trên

nguyên tắc kiểm tra áp trên đèn sẽ biết đèn đóng hay mở. Khi đèn được đóng
bằng Relay điện trở công suất RW sẽ chia áp trên đèn, do điện trở công suất
mắc nối tiếp đèn nên đèn sáng thì trên điện trở công suất sẽ có áp. Ap này
sau khi qua cầu Diode chỉnh lưu sẽ được đưa trở về vi xử lý.
Tính toán mạnh như sau:
R1 = 330 W : đảm bảo dòng qua Opto đủ nhỏ để Opto hoạt động
tốt.
R2 = 2.2 k để giảm dòng giúp cho Phototransistor được hoạt
động bình thường, không rơi vào tình trạng quá dòng.
Diode D5 dùng để xả dòng điện cảm ứng trong cuộn dây Relay
khi ta kick ngắt Relay.
Điện trở công suất RW, do đèn dùng để thiết kế cho mạch có các
thông số định mức như sau:
U = 220 V
P = 10 W
Þ I = 0.046 A
Ta cần lấy áp ra trong khoảng 5 V, nên chọn RW như sau:
RW x I = 5 V
Þ RW = 5/0.046 =110 W
Chọn RW = 120 W, 5 W
Sau khi qua cầu chỉnh lưu, áp này sẽ thành áp DC, nếu cần ta
dùng tụ 1000m để cho áp ra được thẳng. Qua bộ đệm LM741 để cho áp ra ổn
định thì tín hiệu nối tiếp về được đưa vào một chân của vi xử lý.
Nguyên nhân tại sao khi thiết kế mạch động lực đóng ngắt nguồn ta
dùng nguồn +12V riêng và dùng Opto để kích. Do khi relay đóng ngắt sẽ gây
ra nhiễu điện từ, nhiễu này sẽ ảnh hưởng trực tiếp lên nguồn cung cấp cho vi
xử lý. Nó sẽ làm cho áp cấp cho vi xử lý có dạng gai áp. Nếu không truyền số
liệu về máy tính thì điều này không quan trọng. Nhưng ta thiết kế mạch có
truyền dữ liệu nên cần phải dùng nguồn riêng và Opto để tránh gây nhiễu sẽ
ảnh hưởng đến việc truyền dữ liệu. Đồng thời Opto cũng thực hiện việc cách

ly mạch giữa 2 kit cho nên mạch sẽ hoạt động tốt hơn.
Mạch khuếch đại Opamp dùng để ổn định áp hồi tiếp về khi có nhiều
thiết bị mắc trên cùng đường dây. Khi đó dòng sẽ giảm và áp đặt vào điện trở
công suất cũng giảm theo. Để đảm bảo mạch hoạt động tốt ta dùng mạch
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 21
khuếch đại áp sau đó dùng Diode Zenner để ổn áp ở mức +5V đưa vào vi xử
lý.
4. Mạch nguồn cung cấp:
Mạch nguồn thiết kế trên nguyên tắc tạo ra nguồn đôi: +/-12V, +/-5V.
Để có thể được như vậy ta dùng biến áp loại 6 đầu ra: 0V, 6V, 9V, 15V, 18V
và 24V. Ta sẽ dùng điểm chuẩn 12V là mass. Cho điện xoay chiều đi qua 2
cầu Diode chỉnh lưu.
Sơ đồ khối nguồn cung cấp cho các kit vi xử lý
Mạch dùng áp lưới chỉnh lưu thành dòng một chiều biến áp chọn loại
3A. Cầu Diode sẽ chỉnh lưu áp xoay chiều thành dòng một chiều. Bộ phận
nắm dòng là tụ 220 mF (25V), nó sẽ làm cho dòng DC được thẳng hơn.
Lọc áp giúp giảm đi các gợn sóng cao tần.
IC ổn áp là các họ IC: 7805 ( ổn áp +5V), 7905 (ổn áp –5), 7912 (ổn áp
–12V), và 7812 ( ổn áp +12).
Do mạch không dùng đến công suất lớn nên không cần dùng đến
transistor bổ trợ dòng cho mạch. Với các Diode chỉnh lưu chọn loại 3A, thì
các IC ổn áp sẽ hoạt động tốt. Ta nên gắng thêm tấm tỏa nhiệt cho 4 IC ổn áp
này. Vì khi IC càng nóng thì áp ra sẽ không ổn định và có nguy cơ chết IC.
5. Mạch hiển thị nhiệt độ bằng LED 7 đoạn:
Để hiển thị nhiệt độ đo được ta dùng các LED 7 đoạn để hiển thị. Dùng
IC 74247 để giải mã sang LED 7 đoạn. Mạch hiển thị được nối với Port 2 của
vi xử lý. 4 bit thấp của Port2 dùng cho giải mã LED, 4 bit dùng để tạo tín hiệu
chọn LED. Ta dùng phương pháp quét để hiển thị LED. Thời gian giữa hai lần
quét cách nhau 1ms để đảm bảo cho LED đủ sáng. LED được chọn để dùng

LED Anode chung.Sơ đồ mạch kích như sau:
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 22
Nắn
dòng
Lọc
áp
IC ổn
áp
Lọc bỏ
Các gợn
Sóng
5 V
-5V
+12 V
-12V
220V
A10 15
3
2
1
R2
1k
7SEG
7
6
4
2
1
9

10
5
3
8
a
b
c
d
e
f
g
.
3
8
R1
10 k
T IN HIEU CHON LED
IC giải
mã
LED
74247
Khi tín hiệu chọn LED = 0, Transistor Q1sẽ dẫn đến V
C
» Vcc =5V,
tương ứng với áp để LED sáng. Tín hiệu chọn LED =1 (+5 V) thì transistor sẽ
ngưng dẫn, các LED sẽ tắt vì không có áp.
6. Công tắc đóng ngắt thiết bị theo yêu cầu:
Mạch này mô phỏng chức năng của 1 công
tắc đóng ngắt thiết bị. Khi SW3 không được
nhấn thì P2.7 ở mức cao. Vi xử lý sẽ kiểm

tra chân P2.7=0 nghĩa là ta đã nhấn nút SW
thì nó sẽ thực hiện một chương trình con có
nhiệm vụ đóng đèn khi đèn đang tắt, và tắt
đèn khi đèn đang đóng. Đây là phần thiết
kế thêm giúp cho mạch phần cứng và ngay
cả chương trình phần mềm điều khiển một
cách linh động không quá cứng. Nếu để cho vi xử lý làm nhiệm vụ đếm người
và đóng mở đèn hay thiết bị khác thì người dùng không thể can thiệp và cũng
không thể thay đổi gì được chương trình điều khiển đã lập trình sẵn trong
ROM vi xử lý.
Mạch phần cứng thiết kế có phần hồi tiếp trạng thái của các thiết bị.
Cho nên chương trình điều khiển cũng không có gì gây ra phức tạm lắm.
Thiết bị đóng, tín hiệu hồi tiếp về mức 1 (+5V), thiết bị ngắt tín hiệu hồi tiếp về
là mức 0(0V). Nếu ta nhấn nút SW3, và tín hiệu hồi tiếp về đang là mức 0 thì
vi xử lý hiểu rằng đó là yêu cầu đóng thiết bị. Nó sẽ xuất tín hiệu đóng Relay
cấp nguồn cho thiết bị. Ngược lại, nếu tín hiệu hồi tiếp về đang là mức 1 thì vi
xử lý sẽ hiểu là yêu cầu ngắt thiết bị và nó sẽ kích ngắt relay.
Ta cũng có thể thiết kế phần cứng để thực hiện phần này để cho vi xử
lý thực hiện ít công việc nó phải làm. Nếu chỉ dùng một nút nhấn để yêu cầu
đóng hay ngắt thiết bị thì vi xử lý sẽ phải xử lý chương trình. Ta thiết kế hai
nút nhấn tương tự như thế và quy định nút nào nhấn là đóng, ngắt thiết bị.
7. Mạch chuông
Chuông dùng để phát tín hiệu báo động khi có sự cố: cảm biến nhiệt
phát hiện xảy ra hỏa hoạn hay có trộm chẳng hạn. Tùy theo từng sự kiện mà
vi xử lý sẽ kích chuông kêu dài ngắn khác nhau:
 Phát hiện trộm: reo liên tục.
 Nếu nhiệt độ lên gần 100
o
C: chuông reo 3 hồi, mỗi hồi 5 giây
và cách nhau giữa 2 lần là 1 giây.

 Nhiệt độ nằm trong tầm báo động 2: chuông reo 2 hồi, mỗi lần
cách nhau 1 giây và dài 5 giây mỗi hồi.
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 23
P2.7
VCC
SW3
DIEU KHIEN DEN
R3
4.7K
Do mạch chuông tiêu thụ dòng khá lớn, nên ta phải dùng một relay để
kích đóng ngắt mạch chuông. Dòng lớn sẽ gây chết transistor khi ta dùng
transistor để lái mạch chuông mà không phải dùng relay.
8. Mạch giao tiếp máy tính qua mạng RS-485
Thông thường các họ vi xử lý có ngõ truyền thông theo mức
TTL. Và các thiết bị đầu cuối khác (DTE ) có cổng truyền thông là RS_232.
Để có thể nối mạng các thiết bị này ta phải chuyển từ TTL ,RS_232 sang
RS_485. Để thực hiện việc chuyển đổi này có rất nhiều vi mạch trên thị
trường , nhưng họ vi mạch của hãng MAXIM là phổ biến nhất hiện nay. Đó
là MAX 481 , MAX 483, MAX 485 , MAX 487 ,MAX 488, MAX 489 , MAX
490, MAX 1487. Tiêu biểu là vi mạch MAX 485 , nó chuyển từ mức TTL
sang RS_485 , truyền theo phương pháp Half_Duplex.
Bên trong mỗi vi mạch chứa một bộ phát (Driver) và một bộ thu.
 Đặc điểm :
RS _485 là chuẩn giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ cân bằng, sự truyền
thông tin trên dây xoắn đôi bán song công ( Half _ duplex) , nghĩa là tại một
thời điểm bất kì trên dây truyền chỉ có thể là một thiết bị hoặc là truyền
hoặc là nhận.
 RS_485 cho phép 32 bộ truyền trên bus.
 RS_485 có ngõ ra 3 trạng thái.

 RS_485 cho phép tốc độ truyền tối đa là 2.5Mbps.

Sơ đồ chân của MAX_485:
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 24
Chân
DIP/SO mMAX
Tên Chức năng
1 3 RO Ngõ ra bộ thu :
Nếu A > B là200mV, RO là cao.
Nếu A < B là 200mV , RO là thấp.
2 4 /RE Cho phép ngõ ra bộ thu :
RO được cho phéo khi /RE là thấp.
RO là trở kháng cao khi /RE là cao.
3 5 DE Cho phép ngõ ra lái :
Các ngõ ra lái A và B được cho phép khi DE
cao.
Các ngõ ra lái A và B là trở kháng cao khi DE
thấp.
Nếu những ngõ ra lái được cho phép thì từng
ngõ có chức năng như làcác đường lái.
Khi chúng là trở kháng cao , chức năng của
chúng như là các đường thu của bộ thu nếu
/RE là thấp.
4 6 DI Ngõ vào bộ lái :
DI thấp thì A thấp và B cao
DI cao thì Acao và B thấp.
5 7 GND Nối mass.
6 8 A Ngõ vào vộ thu và ngõ ra bộ lái đều không
đảo.

7 1 B Ngõ vào bộ thu và ngõ ra bộ lái đều đảo.
8 2 Vcc Nguồn cung cấp dương 4.75V
5.25V Vcc ≤≤
 Chức năng của các đường điều khiển :
 Truyền :
Tín hiệu vào Tín hiệu ra
/RE DE DI B A
X 1 1 0 1
X 1 0 1 0
0 0 X High Z High Z
1 0 X High Z High Z
 Nhận
Tín hiệu vào Tín hiệu ra
( Word Converter - Unregistered ) SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 25