sakurahimarawa
New Member
Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2012
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển từ xa thiết bị điện qua mạng internet. Tìm hiểu cảm biến đo dòng điện sử dụng hiệu ứng Hall. Mô tả vi điều khiển PIC16F877A. Nghiên cứu khối giao tiếp và truyền dữ liệu E2U (Ethernet to UART). Các phương pháp đo dòng điện xoay chiều. Tiến hành thực nghiệm: các bước thực hiện và kết quả
CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MẠNG INTERNET ................................................................4
1.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống............................................................4
1.2. Nguyên lý làm việc của module điều khiển...............................................5
1.3. Phân tích chức năng phản hồi của hệ thống ................................................5
CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU VÀ TÌM HIỂU CẢM BIẾN ĐO DÒNG ĐIỆN SỬ
DỤNG HIỆU ỨNG HALL ..........................................................................................7
2.1. Lý thuyết về hiệu ứng Hall .......................................................................7
2.2. Giới thiệu vi mạch Hall cảm biến dòng ACS712.......................................8
2.2.1. Dạng đóng gói và sơ đồ khối..............................................................8
2.2.2. Đặc điểm kỹ thuật của cảm biến ACS712 ..........................................9
2.2.3. Mô tả chi tiết về cảm biến ACS712..................................................10
2.2.4. Các đặc tính vận hành......................................................................10
CHƢƠNG 3: VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A............................................................12
3.1. Đặc điểm tổng quát của vi điều khiển PIC16F877A................................12
3.2. Sơ đồ khối, sơ đồ chân, chức năng của các chân .....................................14
3.2.1. Sơ đồ khối .......................................................................................14
3.2.2. Sơ đồ chân .......................................................................................15
3.2.3. Bảng mô tả chức năng của chân .......................................................16
3.3. Các cổng vào ra ......................................................................................17
3.4. Các module giao tiếp ..............................................................................21
3.4.1. Module UART.................................................................................21
3.4.2. SPI...................................................................................................23
3.5. Tổ chức bộ nhớ.......................................................................................26
3.5.1. Không gian địa chỉ chƣơng trình ......................................................26
3.5.2. Không gian địa chỉ dữ liệu ...............................................................27
3.5.3. Ngăn xếp phần mềm ........................................................................28
3.6. Cấu hình dao động của PIC16F877A......................................................29
CHƢƠNG 4: KHỐI GIAO TIẾP INTERNET VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU( ETHERNET
TO UART ) ...............................................................................................................31
4.1. Đầu nối RJ45 HR911105A .....................................................................31
4.2. Vi điều khiển PIC18F67J60-I/PT............................................................32
CHƢƠNG 5: CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU...................34
5.1. Phân loại các phƣơng pháp đo dòng điện xoay chiều ..............................34
5.2. Thuật toán đo dòng điện xoay chiều hiệu dụng .......................................35
CHƢƠNG 6: CÁC BƢỚC THỰC HIỆN VÀ KẾT QUẢ ..........................................39
6.1. Thiết kế chế tạo phần cứng hệ thống.......................................................39
6.1.1. Khối nguồn nuôi ..............................................................................40
6.1.2. Module E2U ( Ethernet to Uart )......................................................41
6.1.3. Khối rơle và cảm biến......................................................................41
6.1.4. Khối xử lý dữ liệu và điều khiển công suất PaC (Processing and
Control) .............................................................................................................43
6.1.5. Mạch in PCB ...................................................................................44
6.1.6. Đóng gói thiết bị ..............................................................................45
6.2. Thuật toán cho phần mềm điều khiển......................................................48
6.3. Phần mềm giao diện điều khiển trên máy tính PC ...................................49
6.3.1. Giao diện chƣơng trình ....................................................................49
6.3.2. Giao diện chƣơng trình khi hoạt động ..............................................49
CHƢƠNG 7: NHỮNG VẤN ĐỀ ĐÃ GIẢI QUYẾT VÀ NGHIÊN CỨU ĐƢỢC QUA
LUẬN VĂN ..............................................................................................................54
7.1. Về phần cứng: ........................................................................................54
7.2. Về phần mềm: ........................................................................................54
7.3. Những vấn đề còn tồn tại của đề tài và hƣớng giải quyết. .......................54
7.4. Hƣớng phát triển của bài luận văn ..........................................................55 Giới thiệu mô hình tổng quan của đề tài
Ngày nay, Internet phát triển mở ra những khả năng ứng dụng mới, Internet và
các ứng dụng của nó đã và đang thay đổi cách làm việc, cách giải trí và cách sống của
chúng ta. Internet không chỉ cho phép tìm kiếm thông tin, mà còn cho phép truy cập
đến lĩnh vực rộng lớn của số liệu và các dịch vụ đa phƣơng tiện. Nhiều ứng dụng mới
đã đƣợc triển khai và ngƣời sử dụng có thể bắt đầu chạy nhiều ứng dụng âm thanh và
hình ảnh từ Internet, cũng nhƣ thƣởng thức một thế giới mới của các ứng dụng tƣơng
tác ba chiều. Gần đây, vấn đề đặc biệt đƣợc quan tâm là các hệ thống thời gian thực
trên nền mạng Internet. Qua hệ thống thời gian thực này mà con ngƣời có thể điều
khiển chính xác những thiết bị vật lý. Hệ thống thông tin thời gian thực ngày nay đƣợc
ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực nhƣ: trong ngành công nghiệp sản xuất, kiểm soát
tiến trình trong nhà máy, hay trong các lò phản ứng hạt nhân, trong hệ thống hàng
không, thông qua các hệ thống dẫn đƣờng tích hợp trên máy bay, vệ tinh và gần gũi
nhất với chính cuộc sống con ngƣời là điều khiển thiết bị trong tòa nhà thông minh.
,
. Ngƣời dùng, với một chiếc máy tính ở bất kỳ đâu đƣợc nối mạng Internet, có thể
điều khiển các thiết bị ở trong nhà của mình nhƣ bật nồi cơm điện, bật điều hòa, vận
hành máy giặt, kiểm tra tình trạng an ninh... Phƣơng pháp điều khiển này mạng lại
những ƣu điểm nổi bật sau:
- , việc triển khai
các bộ điều khiển sẽ không yêu cầu phải lắp đặt mới đƣờng truyền hay phần
cứng phức tạp.
- Hệ thống cho phép đi
- Khối điều khiển đƣợc thiết kế dựa trên các vi điều khiển nhỏ gọn, rẻ tiển, không
đòi hỏi phải có máy tính PC hay máy chủ server.
- Hệ thống hoạt động 24/24 đảm bảo cho các thiết bị thông minh có thể đƣợc
điều khiển “mọi lúc, mọi nơi”.
Với các ƣu điểm tr
. Từ những lý do kể trên, tui chọn đề tài luận văn với mục tiêu nghiên cứu thiết kế
lắp ráp một hệ thống “Điều khiển các thiết bị điện từ xa qua mạng Internet”. Luận văn
đƣợc bố cục thành 3 phần : Tìm hiểu tổng quan lý thuyết, báo cáo quá trình thiết kế,
lắp đặt và kết quả thử nghiệm, cuối cùng là phần kết luận. CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
TỪ XA THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MẠNG INTERNET
hoạt động, cấu
trúc phần cứng và chƣơng trình phần mềm nhƣ sau.
1.0. Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Dƣới đây là hình 1 trình bày sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển
đóng ngắt thiết bị tòa nhà qua mạng Internet.
Internet
Router
Ngƣời dùng
Ngƣời dùng
Ngƣời dùng
Tƣờng lửa
Mạng Ethernet Căn hộ – Port 1024
HW
Căn hộ – Port 1028
TV
Lò vi sóng Đèn
Tủ lạnh Máy giặt
Module điều
khiển
IP: 203.113.130.218
TV
Tủ lạnh Máy giặt
Module điều
khiển
HW
Căn hộ – Port 1026
TV
Lò vi sóng Đèn
Tủ lạnh Máy giặt
Module điều
khiển
Hình 1.1: Sơ đồ hoạt động của hệ thống điều khiển thiết bị qua mạng Internet
Trong sơ đồ này, các thiết bị trong mỗi căn hộ của tòa nhà nhƣ bóng đèn, máy
giặt, tivi, tủ lạnh, lò vi sóng... sẽ đƣợc kết nối đến các đầu vào/ra của bộ điều khiển. Bộ
điều khiển này sau đó đƣợc kết nối tới bộ định tuyến (Router) của tòa nhà thông qua
mạng Ethernet LAN rồi từ đó kết nối với Internet. Mỗi bộ điều khiển trong tòa nhà đƣợc xác định bởi cặp địa chỉ IP-Port của router, do đó các máy tính bất kỳ trên mạng
Internet có thể kết nối chính xác tới mỗi bộ điều khiển này. Ngƣời dùng, với phần
mềm đƣợc cài trên máy tính, khi kết nối với Internet có thể truy cập vào hệ thống và
tƣơng tác điều khiển các thiết bị một cách dễ dàng. Việc điều khiển ở đây là hai chiều,
trong đó, ngƣời dùn
.
1.1. Nguyên lý làm việc của module điều khiển
Mô đun điều khiển từ xa qua mạng Internet đƣợc trình bày trong hình 1.2.
RJ45
HR911105A
Vi điều khiển
PIC18F67J60-I/PT
Vi điều khiển
PIC16F887A
Tầng công suất
Thiết bị cần
điều khiển
Khổi E2U Khối PaC
Ethernet
Khối phản hồi
Hình 1.2: Sơ đồ chức năng bộ điều khiển qua mạng Internet
Theo sơ đồ, bộ điều khiển bao gồm 2 khối: khối E2U (Ethernet to UART) giao
tiếp với mạng internet và truyền dữ liệu đầu ra theo chuẩn RS232, và khối PaC
(Process and Control) thực hiện việc xử lý dữ liệu rồi xuất tín hiệu điều khiển thiết bị
qua tầng công suất, khối phản hồi sử dụng vi xử lý ACS712.
Hệ thống đƣợc mô tả nhƣ sau:
Module Ethernet làm nhiệm vụ chuyển các ký tự nhận đƣợc từ Ethenet
(đúng IP và Port) ra cổng UART của module và ngƣợc lại.
PIC 16F887A sẽ nhận các ký tự từ module Ethernet, phân tích các ký tự
và đƣa ra quyết định đóng mở rơ le tƣơng ứng.
IC ULN2003 làm nhiệm vụ đệm dòng điều khiển rơ le
Module phản hồi dùng cảm biến ACS712 làm nhiệm vụ nhận biết dòng
điện đi vào thiết bị, đƣa tín hiệu về hệ thống.
1.2. Phân tích chức năng phản hồi của hệ thống
Hệ thống yêu cầu thiết bị phải có phản hồi trạng thái đầu ra về trung tâm bằng
cách cảm nhận dòng điện tiêu thụ tại lối ra.
Để thực hiện việc việc cảm nhận dòng điện có 3 loại cảm biến thông dụng: biến
dòng, shunt dòng và cảm biến Hall tích hợp.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2012
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển từ xa thiết bị điện qua mạng internet. Tìm hiểu cảm biến đo dòng điện sử dụng hiệu ứng Hall. Mô tả vi điều khiển PIC16F877A. Nghiên cứu khối giao tiếp và truyền dữ liệu E2U (Ethernet to UART). Các phương pháp đo dòng điện xoay chiều. Tiến hành thực nghiệm: các bước thực hiện và kết quả
CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MẠNG INTERNET ................................................................4
1.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống............................................................4
1.2. Nguyên lý làm việc của module điều khiển...............................................5
1.3. Phân tích chức năng phản hồi của hệ thống ................................................5
CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU VÀ TÌM HIỂU CẢM BIẾN ĐO DÒNG ĐIỆN SỬ
DỤNG HIỆU ỨNG HALL ..........................................................................................7
2.1. Lý thuyết về hiệu ứng Hall .......................................................................7
2.2. Giới thiệu vi mạch Hall cảm biến dòng ACS712.......................................8
2.2.1. Dạng đóng gói và sơ đồ khối..............................................................8
2.2.2. Đặc điểm kỹ thuật của cảm biến ACS712 ..........................................9
2.2.3. Mô tả chi tiết về cảm biến ACS712..................................................10
2.2.4. Các đặc tính vận hành......................................................................10
CHƢƠNG 3: VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A............................................................12
3.1. Đặc điểm tổng quát của vi điều khiển PIC16F877A................................12
3.2. Sơ đồ khối, sơ đồ chân, chức năng của các chân .....................................14
3.2.1. Sơ đồ khối .......................................................................................14
3.2.2. Sơ đồ chân .......................................................................................15
3.2.3. Bảng mô tả chức năng của chân .......................................................16
3.3. Các cổng vào ra ......................................................................................17
3.4. Các module giao tiếp ..............................................................................21
3.4.1. Module UART.................................................................................21
3.4.2. SPI...................................................................................................23
3.5. Tổ chức bộ nhớ.......................................................................................26
3.5.1. Không gian địa chỉ chƣơng trình ......................................................26
3.5.2. Không gian địa chỉ dữ liệu ...............................................................27
3.5.3. Ngăn xếp phần mềm ........................................................................28
3.6. Cấu hình dao động của PIC16F877A......................................................29
CHƢƠNG 4: KHỐI GIAO TIẾP INTERNET VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU( ETHERNET
TO UART ) ...............................................................................................................31
4.1. Đầu nối RJ45 HR911105A .....................................................................31
4.2. Vi điều khiển PIC18F67J60-I/PT............................................................32
CHƢƠNG 5: CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU...................34
5.1. Phân loại các phƣơng pháp đo dòng điện xoay chiều ..............................34
5.2. Thuật toán đo dòng điện xoay chiều hiệu dụng .......................................35
CHƢƠNG 6: CÁC BƢỚC THỰC HIỆN VÀ KẾT QUẢ ..........................................39
6.1. Thiết kế chế tạo phần cứng hệ thống.......................................................39
6.1.1. Khối nguồn nuôi ..............................................................................40
6.1.2. Module E2U ( Ethernet to Uart )......................................................41
6.1.3. Khối rơle và cảm biến......................................................................41
6.1.4. Khối xử lý dữ liệu và điều khiển công suất PaC (Processing and
Control) .............................................................................................................43
6.1.5. Mạch in PCB ...................................................................................44
6.1.6. Đóng gói thiết bị ..............................................................................45
6.2. Thuật toán cho phần mềm điều khiển......................................................48
6.3. Phần mềm giao diện điều khiển trên máy tính PC ...................................49
6.3.1. Giao diện chƣơng trình ....................................................................49
6.3.2. Giao diện chƣơng trình khi hoạt động ..............................................49
CHƢƠNG 7: NHỮNG VẤN ĐỀ ĐÃ GIẢI QUYẾT VÀ NGHIÊN CỨU ĐƢỢC QUA
LUẬN VĂN ..............................................................................................................54
7.1. Về phần cứng: ........................................................................................54
7.2. Về phần mềm: ........................................................................................54
7.3. Những vấn đề còn tồn tại của đề tài và hƣớng giải quyết. .......................54
7.4. Hƣớng phát triển của bài luận văn ..........................................................55 Giới thiệu mô hình tổng quan của đề tài
Ngày nay, Internet phát triển mở ra những khả năng ứng dụng mới, Internet và
các ứng dụng của nó đã và đang thay đổi cách làm việc, cách giải trí và cách sống của
chúng ta. Internet không chỉ cho phép tìm kiếm thông tin, mà còn cho phép truy cập
đến lĩnh vực rộng lớn của số liệu và các dịch vụ đa phƣơng tiện. Nhiều ứng dụng mới
đã đƣợc triển khai và ngƣời sử dụng có thể bắt đầu chạy nhiều ứng dụng âm thanh và
hình ảnh từ Internet, cũng nhƣ thƣởng thức một thế giới mới của các ứng dụng tƣơng
tác ba chiều. Gần đây, vấn đề đặc biệt đƣợc quan tâm là các hệ thống thời gian thực
trên nền mạng Internet. Qua hệ thống thời gian thực này mà con ngƣời có thể điều
khiển chính xác những thiết bị vật lý. Hệ thống thông tin thời gian thực ngày nay đƣợc
ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực nhƣ: trong ngành công nghiệp sản xuất, kiểm soát
tiến trình trong nhà máy, hay trong các lò phản ứng hạt nhân, trong hệ thống hàng
không, thông qua các hệ thống dẫn đƣờng tích hợp trên máy bay, vệ tinh và gần gũi
nhất với chính cuộc sống con ngƣời là điều khiển thiết bị trong tòa nhà thông minh.
,
. Ngƣời dùng, với một chiếc máy tính ở bất kỳ đâu đƣợc nối mạng Internet, có thể
điều khiển các thiết bị ở trong nhà của mình nhƣ bật nồi cơm điện, bật điều hòa, vận
hành máy giặt, kiểm tra tình trạng an ninh... Phƣơng pháp điều khiển này mạng lại
những ƣu điểm nổi bật sau:
- , việc triển khai
các bộ điều khiển sẽ không yêu cầu phải lắp đặt mới đƣờng truyền hay phần
cứng phức tạp.
- Hệ thống cho phép đi
- Khối điều khiển đƣợc thiết kế dựa trên các vi điều khiển nhỏ gọn, rẻ tiển, không
đòi hỏi phải có máy tính PC hay máy chủ server.
- Hệ thống hoạt động 24/24 đảm bảo cho các thiết bị thông minh có thể đƣợc
điều khiển “mọi lúc, mọi nơi”.
Với các ƣu điểm tr
. Từ những lý do kể trên, tui chọn đề tài luận văn với mục tiêu nghiên cứu thiết kế
lắp ráp một hệ thống “Điều khiển các thiết bị điện từ xa qua mạng Internet”. Luận văn
đƣợc bố cục thành 3 phần : Tìm hiểu tổng quan lý thuyết, báo cáo quá trình thiết kế,
lắp đặt và kết quả thử nghiệm, cuối cùng là phần kết luận. CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
TỪ XA THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MẠNG INTERNET
hoạt động, cấu
trúc phần cứng và chƣơng trình phần mềm nhƣ sau.
1.0. Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Dƣới đây là hình 1 trình bày sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển
đóng ngắt thiết bị tòa nhà qua mạng Internet.
Internet
Router
Ngƣời dùng
Ngƣời dùng
Ngƣời dùng
Tƣờng lửa
Mạng Ethernet Căn hộ – Port 1024
HW
Căn hộ – Port 1028
TV
Lò vi sóng Đèn
Tủ lạnh Máy giặt
Module điều
khiển
IP: 203.113.130.218
TV
Tủ lạnh Máy giặt
Module điều
khiển
HW
Căn hộ – Port 1026
TV
Lò vi sóng Đèn
Tủ lạnh Máy giặt
Module điều
khiển
Hình 1.1: Sơ đồ hoạt động của hệ thống điều khiển thiết bị qua mạng Internet
Trong sơ đồ này, các thiết bị trong mỗi căn hộ của tòa nhà nhƣ bóng đèn, máy
giặt, tivi, tủ lạnh, lò vi sóng... sẽ đƣợc kết nối đến các đầu vào/ra của bộ điều khiển. Bộ
điều khiển này sau đó đƣợc kết nối tới bộ định tuyến (Router) của tòa nhà thông qua
mạng Ethernet LAN rồi từ đó kết nối với Internet. Mỗi bộ điều khiển trong tòa nhà đƣợc xác định bởi cặp địa chỉ IP-Port của router, do đó các máy tính bất kỳ trên mạng
Internet có thể kết nối chính xác tới mỗi bộ điều khiển này. Ngƣời dùng, với phần
mềm đƣợc cài trên máy tính, khi kết nối với Internet có thể truy cập vào hệ thống và
tƣơng tác điều khiển các thiết bị một cách dễ dàng. Việc điều khiển ở đây là hai chiều,
trong đó, ngƣời dùn
.
1.1. Nguyên lý làm việc của module điều khiển
Mô đun điều khiển từ xa qua mạng Internet đƣợc trình bày trong hình 1.2.
RJ45
HR911105A
Vi điều khiển
PIC18F67J60-I/PT
Vi điều khiển
PIC16F887A
Tầng công suất
Thiết bị cần
điều khiển
Khổi E2U Khối PaC
Ethernet
Khối phản hồi
Hình 1.2: Sơ đồ chức năng bộ điều khiển qua mạng Internet
Theo sơ đồ, bộ điều khiển bao gồm 2 khối: khối E2U (Ethernet to UART) giao
tiếp với mạng internet và truyền dữ liệu đầu ra theo chuẩn RS232, và khối PaC
(Process and Control) thực hiện việc xử lý dữ liệu rồi xuất tín hiệu điều khiển thiết bị
qua tầng công suất, khối phản hồi sử dụng vi xử lý ACS712.
Hệ thống đƣợc mô tả nhƣ sau:
Module Ethernet làm nhiệm vụ chuyển các ký tự nhận đƣợc từ Ethenet
(đúng IP và Port) ra cổng UART của module và ngƣợc lại.
PIC 16F887A sẽ nhận các ký tự từ module Ethernet, phân tích các ký tự
và đƣa ra quyết định đóng mở rơ le tƣơng ứng.
IC ULN2003 làm nhiệm vụ đệm dòng điều khiển rơ le
Module phản hồi dùng cảm biến ACS712 làm nhiệm vụ nhận biết dòng
điện đi vào thiết bị, đƣa tín hiệu về hệ thống.
1.2. Phân tích chức năng phản hồi của hệ thống
Hệ thống yêu cầu thiết bị phải có phản hồi trạng thái đầu ra về trung tâm bằng
cách cảm nhận dòng điện tiêu thụ tại lối ra.
Để thực hiện việc việc cảm nhận dòng điện có 3 loại cảm biến thông dụng: biến
dòng, shunt dòng và cảm biến Hall tích hợp.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links