BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ, THI CÔNG HỘP ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ GVHD: ThS. PHAN VÂN HOÀN SVTH: PHẠM VĂN NHẨN MSSV: 11141151 SVTH: BÙI QUANG THỌ MSSV: 11141423 SKL 0 0 4 2 0 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 do an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG NGHỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, THI CÔNG HỘP ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ GVHD: ThS.
Phan Vân Hoàn SVTH: Phạm Văn Nhẩn MSSV: 11141151 SVTH: BÙI QUANG THỌ MSSV: 11141423 Tp. Hồ Chí Minh – 1/2016 do an LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chúng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 01 năm 2016 (Ký tên và ghi rõ họ tên) i do an LỜI CẢM ƠN Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô khoa Điện – Điện tử đã giảng dạy em trong suốt bốn năm học và tạo điều kiện thuận lợi để em thực hiện tốt đề tài.
Cảm ơn gia đình, cha mẹ đã là nguồn động viên to lớn về vật chất và tinh thần trong suốt thời gian học hành, để em có đƣợc tƣơng lai, theo đuổi ƣớc mơ và sự nghiệp. Đặc biệt cảm ơn thầy Phan Vân Hoàn đã tạo điều kiện và hƣớng dẫn em cách học tập cũng nhƣ nghiên cứu để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp. Cuối cùng xin chúc gia đình, bạn bè và quý thầy, cô nhiều sức khỏe và thành công trong công việc. Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực hiện đề tài ii do an TÓM TẮT Ngày nay, dƣới sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã làm cho cuộc sống con ngƣời ngày cảng tốt hơn, tiện nghi hơn, trong đó phải kể đến vai trò của các bộ điều khiển thông minh, chúng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống và trong công nghiệp.
Đã có nhiều dự án về ngôi nhà thông minh ứng dụng các bộ điều khiển loại này. Tuy nhiên, chúng khó đƣợc triển khai do mắc phải một số nhƣợc điểm chính nhƣ chi phí lắp đặt cao, chƣa tiết kiệm kinh phí điều khiển và giao diện điều khiển chƣa thân thiện với ngƣời dùng. Do đó, để khắc phục những nhƣợc điểm trên mà vẫn đảm bảo hạ giá thành sản phẩm nhóm quyết định thiết kế, thi công hộp điều khiển các thiết bị điện trong nhà, trong đó sử dụng vi xử lý trung tâm là ARM STM32F103VET6, ngoài ra còn có thể điều khiển thiết bị bằng điện thoại sử dụng hệ điều hành Android, phát nhạc mp3 phục vụ nhu cầu giải trí. Sản phẩm là một hộp điều khiển các thiết bị điện dân dụng, bên trong gồm mạch điều khiển, mạch công suất và màn hình LCD 7” cảm ứng điện dung.
iii do an ABSTRACT The rapid development of science and technology has a great positive impact on the people‟s lives nowadays. As a matter of fact, we experience this effect in our daily lives. It makes our living standards getting much higher and lead us to a more comfortable living conditions. One of the advancements ofscience and technology is intelligent controller.
They are widely applied in many aspects of life and industry. There are many plans of intelligent houses used this kind of intelligent controll. However, they are difficult to be implemented because of three main disadvantages: high cost of installation, uneconomical running cost, and not a user-friendly interface. Therefore, in order to fix these disadvantages as well as decreasing the cost, we decided to desin, construct a control box for home appliances by using ARM STM32F103VET6 central microprocessors.
Besides, we can manipulate the equipment by using the cell phone with Android operating system to play mp3 music in the demand for entertainment. The product is an electrical appliances control box including control board, capacity board and 7” LCD capacitive touch screen. iv do an MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. iv MỤC LỤC.
v DANH SÁCH HÌNH. vii DANH SÁCH BẢNG. x Chƣơng 1: TỔNG QUAN .1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VƢ̣C NGHIÊN CƢ́U.2MỤC ĐÍCH VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI .1 Mục Đích Của Đề Tài .2Giới Ha ̣n Đề Tài .3 NỘI DUNG THƢ̣C HIÊ ̣N. 4 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 VI ĐIỀU KHIỂN.1 Bô ̣ vi xƣ̉ lý ARM CORTEX – M3 .2 Vi điề u khiể n STM32F103 .2 MODULE LCD TFT.3 GIAO TIẾP SDCARD .5 PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA.6 TÌM HIỂU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID.1 Khái niệm Android .2 Kiến trúc hệ điều hành Android.3 Sơ lƣợc về lập trình ứng dụng cho android .4 Các thành phần cơ bản của một ứng dụng android.
34 Chƣơng 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG .1THIẾT KẾ HỆ THỐNG .1 Sơ đồ khối hệ thống .2 Thiết kế khối mạch công suất.3 Khối Điều Khiển .4 Hiển Thị Giao Tiếp Với Ngƣời Dùng.5 Khối giao tiếp giải mã âm thanh.6 Khối giao tiếp SDcard.7 Module bluetooth HC-05.8 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11.2 LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT CHƢƠNG TRÌNH.1 Lƣu đồ giải thuật trên mạch điều khiển.2 Lƣu đồ thuật toán chƣơng trình trên Android. 59 Chƣơng 4: KẾT QUẢ .1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC PHẦN LÝ THUYẾT.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC PHẦN THỰC HÀNH.1 Thiết kế mạch in.2 Thi công mạch thực tế.3 Giao diện giao tiếp ngƣời dùng .4 Giao diện điều khiển trên điện thoại. 72 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN. 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO.
76 vi do an DANH SÁCH HÌ NH Hình 2. Cấ u trúc vi điề u khiể n Cortex- M3. Cấ u trúc hệ thống. Nguồn xung từ bên ngoài.
Sơ đồ khối của TIMER. Chế đô ̣ capture/compare kênh 1. Dạng sóng Edge-alibned PWM. Dạng sóng Center-aligned PWM.
Phƣơng thƣ́c truyề n I2C. Bộ ADC STM32. Màn hình LCD TFT. Thẻ SD,mini SD, micro SD.
Dạng sóng truyền dữ liều khi giao tiếp Sdcard. Đọc một khối dữ liệu trên Sdcard. Đọc nhiều khối dữ liệu trên Sdcard. Dạng sóng điện áp trong phƣơng pháp điều chỉnh điện áp xoay chiều.
Mạch điều chỉnh độ sáng cơ bản dùng vi xử lý. Kiến trúc hệ điều hành Android. Vòng đời của activity. Sử dụng Intent để trao đổi thông tin giữa hai chƣơng trình.
Vòng đời của service. Sơ đồ khối của hệ thống. Module nguồn xung 12V-2A. Mạch nguồn 5V sử dụng LM2576.
Mạch phát hiện điểm 0. Mạch opto triac. 41 vii do an Hình 3. Mạch PWM 0-12VDC.
Sơ đồ kết nối vi điều khiển. Sơ đồ kết nối chân GLCD và Touch với vi điều khiển. Biểu đồ hiệu suất của ngõ ra LEFT, RIGHT của VS1003B. Phổ ngõ ra tại chân LEFT hoặc RIGHT với trở ngõ ra là 30 Ω.
Cấu hình để đọc dữu liệu từ VS1003B. Cấu hình chân để ghi dữ liệu vào VS1003B. Sơ đồ thứ tự giải mã dữ liệu của VS1003B. Sơ đồ nguyên lý giao tiếp Sdcard.
Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11. Sơ đồ kết nối DHT11 với vi xử lý. Quá trình giao tiếp tổng quát. Lƣu đồ chƣơng trình chính.
Lớp Top PCB mạch điều khiển. Lớp Bottom PCB mạch điều khiển. Lớp Top PCB mạch công suất. Lớp Bottom PCB mạch công suất.
Mạch điều khiển thực tế. Mạch công suất thực tế. 66 viii do an Hình 4. Thi công hộp.
Giao diện điều khiển chính. Thêm một thiết bị. Đặt tên thiết bị. Chỉnh độ sáng đèn.
Chức năng hẹn giờ. Điều khiển đèn sợi tóc. Điều khiển đèn huỳnh quang. Giao diện chính.
Bảng tùy chọn. Thêm thiết bị…. 72 ix do an DANH SÁCH BẢNG Bảng 2. Cấ u hiǹ h GPIO.
Chƣ́c năng chân SDcard. Mô tả các bít truyền dữ liệu SDcard. Bảng mã lệnh khi giao tiếp SDcard. Thông số MOSFET IRF640.
42 x do an ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP Chƣơng 1 TỔNG QUAN Chƣơng 1: Tổng quan 2 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP 1.1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VƢ̣C NGHIÊN CƢ́U Hiện nay trên thế giới vấn đề nghiên cứu các bộ điều khiển thông minh đang phát triển rất mạnh mẽ, chúng không chỉ đƣợc ứng dụng trong công nghiệp mà còn đƣợc ứng dụng rộng rãi trong đời sống. Nó góp phần không nhỏ vào việc nâng cao tính tiện nghi và chất lƣợng cuộc sống cho con ngƣời. Do đó, việc phát triển các bộ điều khiển thông minh là vô cùng quan trọng và cấp thiết. Ở Việt Nam, trong những năm gần đây thì các bộ điều khiển các thiết bị điện dân dụng trong nhà đang dần đƣợc chú ý, đã có những dự án về “ngôi nhà thông minh” (smart house) hay các đề tài về điều khiển thiết bị điện trong nhà.
Tuy nhiên, chúng khó đƣợc triển khai do mắc phải một số nhƣợc điểm chính là giá cả cao, chƣa tiết kiệm kinh phí điều khiển và giao diện điều khiển chƣa thân thiện với ngƣời dùng. Nhìn chung các năm trƣớc, đề tài về điều khiển thông minh đƣợc các sinh viên thực hiện xoay quanh các nội dung nhƣ: điều khiển qua tin nhắn điện thoại và điều khiển bằng tần số vô tuyến, sử dụng chủ yếu các loại cảm biến thông dụng nhƣ cảm biến nhiệt độ, cảm biến khói, cảm biến khí gas, ứng dụng công nghệ RFID, lập trình trên hệ điều hành android và sử dụng vi điều khiển PIC, ARM. Với sƣ̣ phát triể n không ngƣ̀ng của ngành công nghiê ̣p điê ̣n tƣ̉ với sƣ̣ ra đời nhiề u dòng vi xử lý của nhiều hãng điện tử nổi tiếng nhƣ STMicroelectronics , Microchip, Atmel, Intel…ra đời nhiề u dòng vi xƣ̉ 8 bit, 16 bit, 32 bit đƣơ ̣c ƣ́ng du ̣ng rô ̣ng raĩ trong công nghiê ̣p và đời số ng. Hãng STMicroelectronics đƣa ra thi ̣trƣờng nhiề u vi điề u khiể n 32 bit trên nề n bô ̣ xƣ̉ lý cortex -M3 hiê ̣u suấ t cao dễ dàng sƣ̉ du ̣ng và phát triể n ƣ́ng du ̣ng mô ̣t cách nhanh chóng, giảm chi phí phát triể n và năng lƣơ ̣ng tiêu thu .̣ Thấ y đƣơ ̣c nhƣ̃ng ƣu điể m của dòng vi xƣ̉ lý arm cortex -M3 nên nhóm cho ̣n đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG H ỘP ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ ” sƣ̉ du ̣ng vi điề u khiể n ARM STM32F103VET6.2 MỤC ĐÍCH VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Mục đích của đề tài Nhóm sinh viên thiết kế và thi công hộp điều khiển trong đó bao gồm mạch điều khiển và mạch công suất kèm theo một màn hình cảm ứng điện dung 7”.
Mạch điều khiển nhận, xử lý tín hiệu từ các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, màn hình cảm ứng và điện thoại, Chƣơng 1: Tổng quan 3 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP điều khiển màn hình GLCD.