CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM NHÀ THÔNG MINH 1.1 Khái niệm ngôi nhà thông minh: 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.2 Tại sao lại là nhà thông minh? Nhà thông minh là 1 khái niệm mới,nó có thể hoạt động một cách độc lập nhờ các thiết bị điều khiển tự động hoặc bán tự động Tại sao lại là nhà thông minh mà không phải là cái khác? Những lý do để bạn trang bị một hệ thống nhà thông minh : 1. Tăng cường an ninh - an toàn : * Bạn không bao giờ phải đi trong bóng tối. * Ngôi nhà của bạn có thể tự động xử lý các tình huống xảy ra và thông báo được tới bạn. * Hệ thống tự động bật đèn để xua đuổi kẻ xấu xâm nhập trái phép.
Tiết kiệm năng lượng : * Bạn tiết kiệm được tiền điện hàng tháng do sử dụng hợp lý, hiệu quả nguồn năng lượng. * Hệ thống nhà thông minh quản lý năng lượng dựa trên các cảm biến hiện diện và thời gian thực làm tăng hiệu quả sử dụng năng lượng lên rất nhiều. * Điều khiển các thiết bị như bình nóng lạnh, điều hòa không khí theo các thông số cảm biến nhiệt độ và các thông số cài đặt. * Phối hợp hoạt động các hệ thống một cách hoàn hảo và dễ dàng sử dụng.
Tăng tính tiện nghi của ngôi nhà : * Hệ thống nhà thông minh cũng giống như một hệ thống giải trí. Hệ thống sẽ đem đến cho bạn những trải nghiệm thú vị mới lạ và cũng rất dễ sử dụng. * Luôn kiểm tra được ngôi nhà của bạn trong những chuyến đi xa nhà. * Tăng tính thẩm mỹ cho ngôi nhà bạn.3 Các công ghệ nhà thông minh trên thế giới: Hiện nay tại các nước phát triển trên thế giới khái niệm nhà thông minh không còn xa lạ.Tại Singapore Hệ thống lắp đặt tòa nhà thông minh của ABB — ABB i-bus đã giúp một số tòa nhà lớn ở Singapore cắt giảm năng lượng tiêu thụ và giành được những giải thưởng công nghiệp về hiệu suất năng lượng và ít tác động đến môi trường.
ABB i-bus là hệ thống lắp đặt tòa nhà được sử dụng phổ biến nhất tại Singapore. Nó có nền tảng lắp đặt lớn nhất, từ văn phòng, nhà máy, khách sạn, nhà nghỉ, trường đại học, các căn hộ, biệt thự và nhà gỗ một tầng. Một số công trình lắp đặt này gần đây đã giành được những giải thưởng lớn về hiệu suất năng lượng và thân thiện với môi trường từ chính quyền Singapore và ASEAN. Những tòa nhà giành giải thưởng bao gồm trụ sở Xilinx ở châu Á Thái Bình Dương, nhà cung cấp các giải pháp logic lập trình số hàng đầu thế giới; trụ sở Applied Materials Inc., ở khu vực Đông Nam Á – nhà 6 cung cấp thiết bị sản xuất tấm đệm cho ngành công nghiệp bán dẫn lớn nhất thế giới và tòa nhà Thư viện quốc gia Singapore.
Nổi bật nhất trong số những tính năng của ABB i-bus là cảm biến ánh sáng tự động tắt đèn trong phòng và những khu vực khác sau một giai đoạn kém hoạt động và cảm biến siêu ánh sáng có khả năng làm sáng hay làm mờ độ sáng theo lượng ánh sáng tự nhiên trong tòa nhà. Các giải pháp của ABB được thiết kế với khả năng tự hoạt động và hầu như không cần sự can thiệp của con người. Nhân viên bảo dưỡng có thể giám sát, điều khiển và sửa chữa toàn bộ hệ thống từ một vị trí duy nhất. Cảm biến và phần mềm sẽ tiên đoán khi nào cần thay thế hàng nghìn bóng đèn của tòa nhà.
ABB i-bus dựa trên tiêu chuẩn quốc tế về điều khiển các tòa nhà thông minh sử dụng giao thức KNX. Nó kết hợp trong một hệ thống đơn phạm vi ứng dụng hoàn chỉnh bao gồm điều khiển chiếu sáng và lá chắn sáng, nhiệt, thông gió và điều hòa nhiệt độ, an ninh, giám sát và quản lý năng lượng. Tòa nhà Thư viện quốc gia Singapore: 7 8 CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG 1.4 Vi điều khiển Pic: 1.1 Pic là gì? PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là “máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument đặt tên cho vi điều khiển đầu tiên của họ: PIC1650 được thiết kế để dùng làm các thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600. Vi điều khiển này sau đó được nghiên cứu phát triển thêm và từ đó hình thành nên dòng vi điều khiển PIC ngày nay.2 Tại sao la Pic mà không là các họ vi điều khiển khác? Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như 8051, Motorola 68HC, AVR, ARM,.
Ngoài họ 8051 được hướng dẫn một cách căn bản ở môi trường đại học, bản thân người viết đã chọn họ vi điều khiển PIC để mở rộng vốn kiến thức và phát triển các ứng dụng trên công cụ này vì các nguyên nhân sau: Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng tại thị trường Việt Nam. Giá thành không quá đắt. Có đầy đủ các tính năng của một vi điều khiển khi hoạt động độc lập. Là một sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như về ứng dụng cho họ vi điều khiển mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051.
Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC. Hiện nay tại Việt Nam cũng như trên thế giới, họ vi điều khiển này được sử dụng khá rộng rãi. Điều này tạo nhiều thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụng như: số lượng tài liệu, số lượng các ứng dụng mở đã được phát triển thành công, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm được sự chỉ dẫn khi gặp khó khăn,… Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch, các công cụ lập trình, nạp chương trình từ đơn giản đến phức tạp,… Các tính năng đa dạng của vi điều khiển PIC, và các tính năng này 9 không ngừng được phát triển.3 Kiến trúc Pic: Cấu trúc phần cứng của một vi điều khiển được thiết kế theo hai dạng kiến trúc: kiến trúc Von Neuman và kiến trúc Havard.1 kiến trúc Von-Neuman và kiến trúc Havard Tổ chức phần cứng của PIC được thiết kế theo kiến trúc Havard. Điểm khác biệt giữa kiến trúc Havard và kiến trúc Von-Neuman là cấu trúc bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình.
Đối với kiến trúc Von-Neuman, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình nằm chung trong một bộ nhớ, do đó ta có thể tổ chức, cân đối một cách linh hoạt bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu. Tuy nhiên điều này chỉ có ý nghĩa khi tốc độ xử lí của CPU phải rất cao, vì với cấu trúc đó, trong cùng một thời điểm CPU chỉ có thể tương tác với bộ nhớ dữ liệu hoặc bộ nhớ chương trình. Như vậy có thể nói kiến trúc Von-Neuman không thích hợp với cấu trúc của một vi điều khiển. Đối với kiến trúc Havard, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình tách ra thành hai bộ nhớ riêng biệt.
Do đó trong cùng một thời điểm CPU có thể tương tác với cả hai bộ nhớ, như vậy tốc độ xử lí của vi điều khiển được cải thiện đáng kể. Một điểm cần chú ý nữa là tập lệnh trong kiến trúc Havard có thể được tối ưu tùy theo yêu cầu kiến trúc của vi điều khiển mà không phụ thuộc vào cấu 10 trúc dữ liệu. Ví dụ, đối với vi điều khiển dòng 16F, độ dài lệnh luôn là 14 bit (trong khi dữ liệu được tổ chức thành từng byte), còn đối với kiến trúc Von- Neuman, độ dài lệnh luôn là bội số của 1 byte (do dữ liệu được tổ chức thành từng byte).4 Các dòng Pic và cách lựa chọn vi điều khiển Pic: Các kí hiệu của vi điều khiển PIC: PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit C: PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có 16C84 là EEPROM) F: PIC có bộ nhớ flash LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp LV: tương tự như LF, đây là kí hiệu cũ Bên cạnh đó một số vi điệu khiển có kí hiệu xxFxxx là EEPROM, nếu có thêm chữ Aở cuối là flash (ví dụ PIC16F877 là EEPROM, còn PIC16F877A là flash). Ngoài ra còn có thêm một dòng vi điều khiển PIC mới là dsPIC.
Ở Việt Nam phổ biến nhất là các họ vi điều khiển PIC do hãng Microchip sản xuất. Cách lựa chọn một vi điều khiển PIC phù hợp: Trước hết cần chú ý đến số chân của vi điều khiển cần thiết cho ứng dụng. Có nhiều vi điều khiển PIC với số lượng chân khác nhau, thậm chí có vi điều khiển chỉ có 8 chân,ngoài ra còn có các vi điều khiển 28, 40, 44, … chân. Cần chọn vi điều khiển PIC có bộ nhớ flash để có thể nạp xóa chương trình được nhiều lần hơn.Tiếp theo cần chú ý đến các khối chức năng được tích hợp sẵn trong vi điều khiển,các chuẩn giao tiếp bên trong.Sau cùng cần chú ý đến bộ nhớ chương trình mà vi điều khiển cho phép.Ngoài ra mọi thông tin về cách lựa chọn vi điều khiển PIC có thể được tìm thấy trong cuốn sách “Select PIC guide” do nhà sản xuất Microchip cung cấp.5 Ngôn ngữ lập trình cho Pic: Ngôn ngữ lập trình cho PIC rất đa dạng.
Ngôn ngữ lập trình cấp thấp có MPLAB (được cung cấp miễn phí bởi nhà sản xuất Microchip), các ngôn ngữ lập trình cấp cao hơn bao gồm C,Basic, Pascal, … Ngoài ra còn có một số ngôn ngữ lập trình được phát triển dành riêng cho PIC như PICBasic, MikroBasic,… 12 1.6 Sơ đồ chân vi điều khiển Pic 16F877A: Hình 1.