Đồ án Thiết kế và thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong nhà bằng sóng RF

CHƯƠNG I TỔNG QUAN Lý do chọn đề tài Khách quan Khái niệm ngôi nhà số thông minh vốn khá phổ biến ở các nước công nghệ cao và du nhập sang các quốc gia có cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin đang phát triển. Một ngôi nhà thông minh hay còn gọi là ngôi nhà số là một giải pháp điều khiển tích hợp cho các căn hộ cao cấp, tích hợp các thiết bị điện tử, nghe nhìn, truyền thông thành một hệ hoàn chỉnh và thống nhất, có thể tự vận hành tất cả các hệ thống một cách tự động theo chương trình đã cài đặt hoặc theo  điều khiển từ xa của người dùng. Các hệ thống như chiếu sáng, máy lạnh, an ninh bảo vệ, âm thanh nghe nhìn, chuông hình, cửa tự động hay cả rèm cửa sẽ được phối hợp vận hành thành một hệ thống đồng nhất. Mỗi chức năng của ngôi nhà thông minh đều có khả năng tự vận hành hoặc dưới sự điều khiển của người dùng, thông qua điện thoại di động sử dụng mạng 3G hay Internet, cung cấp nhiều chế độ sử dụng. Người dùng có thể truy cập từ xa vào hệ thống quản lý tại nhà để xem cửa ngõ qua video, tắt hệ thống đèn nếu lỡ quên khi ra khỏi nhà, tắt bớt các hệ thống đèn không cần thiết trong các khu vực trong nhà để tiết kiệm điện năng... Theo ABI Research, chức năng quan trọng trong ngôi nhà thông minh được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là cảnh báo an ninh. Vì thế hiện nay nhà thông minh là một trong những đề tài công nghệ ứng dụng đang tạo nên một cơn sốt trong thị trường địa ốc. Các hãng đầu tư công nghệ ở nước ngoài đã và đang phát triển giải pháp nhà thông minh với rất nhiều tính năng vượt trội.
Giao diện quản lý của ngôi nhà thông minh. Nguồn Internet. Tại Việt Nam, hiện nay đã có một số nhà đầu tư cho các công trình nhà thông minh nhưng chủ yếu là phân phối các sản phẩm nhập của nước ngoài. Chủ quan Theo xu hướng phát triển của thế giới, nhận thấy giải pháp cho ngôi nhà thông minh thực sự rất thiết yếu và là một hướng đề tài ứng dụng rất hay. Nhóm đồ án môn học Điều khiển truyền động điện đã kế thừa, tìm hiểu và thi công một mô hình điều khiển thiết bị điện gia dụng thông qua sóng RF tích hợp vi điều khine63 Atmega8. Mục tiêu – Nhiệm vụ nghiên cứu Mục tiêu Trước mắt,chúng ta sẽ thi công 1 thiết bi điện cho ngôi nhà thông minh, từ đó có kế hoạch phát triển và thi công những thiết bị khác cho ngôi nhà thông minh. Trong tương lai, chúng ta sẽ mở rộng và phát triển được những thiết bị này bằng cách mở rông khả năng giao tiếp của thiết bị, như qua Internet hay mạng điện thoại di động. Nhiệm vụ Chúng ta cần tìm hiểu nguyên lý hoạt động của nhà thông minh là như thế nào và ứng dụng công nghệ vào thực tiễn. Chúng ta có nhìn tổng quan hơn về cấu trúc của thiết bị trong ngôi nhà thông minh,từ đó ta sẽ định hướng được khả năng phát triển của đồ án. Tương lai có thể hoàn thiện được những yêu cầu mà một ngôi nhà thông minh cần có. Đối tượng làm đề tài Sóng RF (Radio Frequency) còn gọi là Tần số sóng Radio hiện nay đang được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điều khiển từ xa do khả năng truyền nhận tốt rong các môi trường cũng như khả năng thi công dễ dàng. Hơn nữa bộ phát và thu sóng RF cũng đang có mặt rộng rãi trên thị trường, giá thành dễ chấp nhận và tiện sử dụng. Thiết bị được lựa chọn để điều khiển trong mô hình của đề tài này là thiết bị điện gia dụng trong mạng lưới diện 220V. Vi điều khiển Atmega8, tính năng ưu việt của dòng AVR là ngôn ngữ lập trình thân thiện, khả năng xử lý thông tin không thua kém các dòng khác, ngoài ra chúng ta cũng có thể điều chỉnh hoạt động của thiết bị như mong muốn. Kế hoạch thực hiện Tuần 1 Tìm hiểu lý thuyết vi điều khiển AVR. Ứng dụng một số ví dụ nhỏ về led, button trên Atmega8. Tuần 2 Tìm hiểu modul bộ phát – thu sóng RF, chủ yếu về nguyên lý hoạt động và cách ứng dụng vào đề tài. Tìm hiểu nguyên lý hoạt động modul công suất dùng triac BT306 do giáo viên hướng dẫn cung cấp. Tuần 3 Vẽ mạch Orcad và thi công mạch công suất cho phù hợp với yêu cầu của đề tài. Tuần 4 Lắp ráp mạch, test mạch, điều khiển mạch thông qua sóng RF. Tuần 5 Báo cáo tiến trình và kết quả tạm thời với giáo viên hướng dẫn. Nhận thêm yêu cầu mới từ giáo viên. Tuần 6 Thiết kế và thi công mạch Atmega8 nhận tín hiệu điện thông qua remote RF. Tuần 7 Tham khảo tài liệu AVR và bạn bè, tiến hành viết code cho Atmega8. Tuần 8 Lắp mạch hoàn chỉnh và thiết kế mô hình với kiểu dáng nhỏ gọn. Test mạch hoàn chỉnh, báo cáo kết quả với giáo viên hướng dẫn. Tuần 9 + 10 Tham khảo tài liệu, viết báo cáo. CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC TIỄN Cơ sở lý thuyết Hiện nay có nhiều phương pháp để lựa chọn thiết bị điều khiển từ xa như: sóng hồng ngoại, đường truyền ADSL, mạng điện thoại, sóng RF... Nhưng chúng em nhận thấy phạm vi đề tài còn nhỏ hẹp, kiến thức còn phải trang bị nhiều và tính chất chủ yếu của đề tài là khả năng ứng dụng cao và thân thiện với người dùng nên thiết bị được chọn là bộ phát - thu sóng RF hoạt động trên tính năng sử dụng của cặp IC PT2262 / PT2272. Tầm hoạt động cho phép của remote từ 50-100m với tần số 315MHz, cho phép điều khiển 4 kênh. Dựa vào đặc tính kích dẫn của triac BTA06 cho phép dòng tối đa là 6V, điện áp 600 – 800VAC, đòng điện chân kích 5mA phù hợp với yêu cầu thiết kế mạch công suất với điện áp ngõ vào 5VDC, điện áp ngõ ra 220VAC.
Để có được dòng điện đủ lớn để kích triac dẫn, ngõ vào 5VDC được nối qua BJT A1015 để khuyếch đại dòng. Kết hợp sử dụng vi điều khiển dòng AVR Atmega8 vì yêu cầu thi công chỉ với 4 ngõ vào và 4 ngõ ra nên Atmega8 là lựa chọn thích hợp, tiết kiệm tài nguyên. Cơ sở thực tiễn Dựa trên một số sản phẩm dành cho ngôi nhà thông minh đang bày bán trên thị trường. CHƯƠNG III THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ BẰNG SÓNG RF Bộ phát – thu RF Cấu tạo Bộ phát RF
Bộ thu RF
Nguyên lý hoạt động Bộ phát: Sử dụng Chip PT2262 Tần số tín hiệu: 315MHz Tầm phát 50-100m Bộ thu: Điện áp sử dụng: 5V Dòng điện tiêu thụ2.5mA Tầm thu: 50-150m Modul phát tín hiệu RF gồm 4 nút nhấn. Khi nhấn nút, 1 sóng được phát ra tại 1 thời điểm. Modul nhận tín hiệu RF là một bộ thu chỉ nhận được duy nhất 1 tín hiệu tại 1 thời điểm. Do đó không thể xuất các ngõ ra đồng thời hay on/off 1 ngõ ra trên cùng 1 nút nhấn. Vì vậy giải pháp cho vấn đề này là dùng vi điều khiển Atmega8. Sử dụng vi điều khiển Atmega8 xử lý tín hiệu Giới thiệu
Chip Atmega8 28pin, gồm 3 PORT B, C, D, sử dụng lập trình C trên CodeVisionAVR Sơ đồ nguyên lý
Nguyên lý hoạt động Tín hiệu từ bộ thu RF truyền qua Atmega8, khi nhấn nút (có tín hiệu vào) thì ngõ ra lên mức 1, nhấn lần 2 ngõ ra xuống mức 0. Tương ứng với từng nút nhấn Mạch thi công
Code AVR /***************************************************** Chip type : ATmega8 Clock frequency : 1.000000 MHz *****************************************************/ #include #define A PINC.0 #define B PINC.1 #define C PINC.2 #define D PINC.3 #define VT PINC.4 #define DA PORTB.0 #define DB PORTB.1 #define DC PORTB.2 #define DD PORTB.3 // Declare your global variables here unsigned char nut; void nhan(void) { switch (PINC & 0x0F) { case 0x01: nut=1; break; case 0x02: nut=2; break; case 0x04: nut=3; break; case 0x08: nut=4; break; default : break; } } void dk(void) { nhan(); switch (nut) { case 1: DA = DA ^ A; break; //led A tat neu nhu nut A duoc bam tiep case 2: DB = DB ^ B; break; case 3: DC = DC ^ C; break; case 4: DD = DD ^ D; break; default: break; } } void main(void) { PORTB=0x0F; DDRB=0x0F; PORTC=0x1F; DDRC=0x00; while (1) { while(VT==0); while(VT==1); dk(); }; } Mạch công suất Sơ đồ nguyên lý
Hình minh họa 2 triac, cặp triac còn lại kết nối tương tự Nguyên lý hoạt động Khi có mức thấp tác động vào transistor A1015, lúc đó transistor dẫn tạo ra dòng led sáng làm triac quang dẫn tạo dòng kích vào triac BTA06, và triac này dẫn, lúc đó tải hoạt động. Mức cao ngõ vào của transistor sẽ làm tải ngưng hoạt động. Mạch thi công
Mạch chuyển đổi trực tiếp điện áp 220V thành 5VDC
Mô hình hoàn chỉnh Nguyên lý hoạt động Bật công tắc nguồn on/off để cấp điện áp 220V cho mạch công suất và điện áp 5V cho mạch điều khiển. Tác động vào các nút nhấn trên remote để điều khiển trạng thái on/off của thiết bị điện. Hình ảnh minh họa
Remote và mạch thi công đã lắp hoàn chỉnh
Các mạch được sắp đặt bên trong hộp CHƯƠNG IV KẾT LUẬN Nhận xét Mạch thiết kế đơn giản, nhỏ gọn, tín hiệu thu phát tốt. Tích hợp được ứng dụng vi điều khiển trong mạch. Giá thành rẻ, nguyên vật liệu sẳn có trên thị trường, có tính công nghệ. Hướng phát triển đề tài Vì mạch sử dụng điều khiển thông qua vi điều khiển nên trong tương lai có thể phát triển thêm nhiều tính năng như: bật tắt đèn theo thời gian quy định, bật tắt khi có người hoặc không có người bước vào khu vực, ngắt điện tức thời khi xảy ra sự cố, phát âm thanh báo hiệu trạng thái hoạt động. Ngoài ra ta còn có thể phát triển nhiều phương thức giao tiếp hơn chẳng hạn: giao tiếp bằng giọng nói, màn hình cảm biến hay qua điện thoại. Không chỉ dừng lại ở hệ thống đèn, tương lai có thể phát triển thêm một số thiết bị trong nhà khác như tivi, máy điều hòa, quạt... Mục tiêu là tạo ra những sản phẩm có khả năng ứng dung vào cuộc sống, chát lượng nhưng giá thành rẻ, phù hợp với nhu cầu sinh hoạt và tiêu dùng của người Việt Nam. TÀI LIỆU THAM KHẢO