Luận Văn 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:
ã 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.
ã 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.
ã 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:

Kit vi xử lý em thiết kế có những chức năng sau:
ã 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.
ã 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.
ã Giả sử khi nhiệt độ ngoài trời giảm xuống khoảng 15oC 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 ( 15oC chẳng hạn ). Nếu nhiệt độ đo được bé hơn 15oC 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 15oC.
ã 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 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.