Thư viện tri thức trực tuyến
Kho tài liệu với 50,000+ tài liệu học thuật
© 2023 Siêu thị PDF - Kho tài liệu học thuật hàng đầu Việt Nam
Hệ thống chống trộm gia đình bằng cảm biến hồng ngoại dùng vi điều khiển msp430g2553.
Nội dung xem thử
Mô tả chi tiết
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
1
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA VẬT LÝ
ñó
Đề tài:
HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM GIA ĐÌNH
BẰNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI DÙNG
VI ĐIỀU KHIỂN MSP430G2553
Đà Nẵng, 05/2014
GVHD : PHẠM XUÂN TRUNG
SVTH : LÊ THỊ HỒNG CÁC
NGUYỄN THỊ TRƯỜNG
Lớp : 10CVL
Khoá : 2010 - 2014
Ngành : VẬT LÝ HỌC
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
2
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt 4 năm học (2010 - 2014) tại Trường Đại học Sư Phạm - Đại Học Đà
Nẵng, với sự giúp đỡ của qúy thầy cô và giáo viên hướng dẫn về mọi mặt từ nhiều
phía và nhất là trong thời gian thực hiện đề tài, nên đề tài đã được hoàn thành đúng
thời gian qui định.
Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong khoa Vật lý,
trường Đại học Sư Phạm - Đại Học Đà Nẵng đã quan tâm giúp đỡ, tạo điều kiện cho
chúng em thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp này.
Chúng em gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Phạm Xuân Trung - khoa Điện Tử
Viễn Thông - Đại Học Bách Khoa đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng chuyên môn,
quan tâm giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong quá trình thực
hiện luận văn. Nhờ đó chúng em đã tiếp thu được ý kiến đóng góp và nhận xét quý
báu của thầy.
Trên hết chúng em xin bày tỏ lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc đến gia
đình đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để chúng em có thể hoàn thành tốt mọi công việc
trong quá trình thực hiện luận văn. Chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô
trong khoa đã tận tình giảng dạy, trang bị cho chúng em những kiến thức quý báu
trong những năm học vừa qua. Bên cạnh đó, chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn của
mình tới bạn bè và các anh trong Công ty TNHH Thiết kế & Giải pháp Điện tử
Vnelektronics đã giúp đỡ trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Mặc dù chúng em đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng
cho phép nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót.
Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn.
Xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện.
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
3
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
LỜI MỞ ĐẦU
TÓM TẮT
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN MSP430G2553 ..................13
1.1 Tổng quan về MSP430........................................................................................13
1.2 Vi điều khiển MSP430G2553 .............................................................................15
1.2.1 Sơ đồ chân:.....................................................................................................15
1.2.2 Cấu trúc xuất nhập ...........................................................................................21
1.2.3 Hoạt động xuất nhập ........................................................................................22
1.2.4 Mô tả các khối chức năng ................................................................................22
1.2.5 Khối xử lý trung tâm (CPU).............................................................................22
1.2.6 Tổ chức bộ nhớ.................................................................................................24
1.2.7 Các thanh ghi....................................................................................................25
1.2.7.1 Thanh ghi Input PxIN....................................................................................25
1.2.7.2 Thanh ghi đầu ra PxOUT..............................................................................25
1.2.7.3 Thanh ghi định hướng PxDIR.......................................................................26
1.2.7.4 Thanh ghi lựa chọn chức năng PxSEL và PxSEL2 ......................................26
1.2.7.5 Các ngắt P1 và P2 .........................................................................................26
1.2.8 Bộ định thời......................................................................................................27
1.2.8.1 Các đặc tính chính của Timer_A bao gồm:...................................................27
1.2.8.2 Các chức năng cụ thể của Timer A như sau..................................................28
1.2.9 Ngắt và tái khởi động.......................................................................................30
1.2.9.1 Ngắt (Interrupts)............................................................................................30
1.2.9.2 Tái khởi động (Resets)..................................................................................30
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
4
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI...........................32
2.1. Giới thiệu về tia hồng ngoại...............................................................................32
2.1.1. Khái niệm........................................................................................................32
2.1.2. Tính chất..........................................................................................................32
2.1.3 Nguồn phát sóng hồng ngoại và phổ của hồng ngoại ......................................33
2.2 Giới thiệu về tia nhiệt..........................................................................................34
2.3 Linh kiện thu sóng hồng ngoại............................................................................34
2.4 Cảm biến thu phát hồng ngoại ............................................................................35
2.4.1 Giới thiệu..........................................................................................................35
2.4.2 Led phát hồng ngoại.........................................................................................35
2.4.2.1 Cấu tạo và ký hiệu.........................................................................................35
2.4.2.2 Nguyên lý làm việc .......................................................................................36
2.4.3 Led thu hồng ngoại (Photodiode).....................................................................37
2.4.3.1 Khái quát .......................................................................................................37
2.4.3.2 Nguyên lý hoạt động .....................................................................................38
2.5 Cảm biến hồng ngoại PIR ...................................................................................40
2.5.1 Giới thiệu..........................................................................................................40
2.5.2 Cấu tạo của cảm biến PIR...............................................................................41
2.5.3 Thiết bị hội tụ tia nhiệt cho module cảm biến PIR ..........................................42
2.5.4 Nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR...........................................................43
2.5.4.1 Môi trường hoạt động của cảm biến PIR......................................................43
2.5.4.2 Nguyên tắc hoạt động của module cảm biến PIR.........................................43
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH CHỐNG TRỘM ............................................47
3.1 Thiết kế mạch......................................................................................................47
3.2 Sơ đồ khối hệ thống ............................................................................................47
3.3 Một số linh kiện điện tử sử dụng trong mạch .....................................................48
3.3.1 LED ..................................................................................................................48
3.3.2 LCD..................................................................................................................50
3.3.2.1 Giới thiệu.......................................................................................................50
3.3.2.2 Chức năng các chân ......................................................................................51
3.3.2.3 Các chân điều khiển LCD .............................................................................52
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
5
3.3.2.4 Tập lệnh của LCD .........................................................................................53
3.3.2.5 Giao tiếp 4 bit……………………………………………………………...44
3.3.2.6 Vi điều khiển và Text LCD...........................................................................56
3.3.3 LM 358.............................................................................................................58
3.4 Thiết kế mạch nguyên lý.....................................................................................58
3.4.1 Sơ đồ mạch nguyên lý......................................................................................58
3.4.2 Nguyên lý hoạt động ........................................................................................60
3.4.3 Tính toán và chọn linh kiện..............................................................................60
3.4.3.1 Led đơn .........................................................................................................60
3.4.3.2 Led 7 màu......................................................................................................61
3.4.3.3 LM 358 và Led thu phát hồng ngoại.............................................................62
3.5 Lưu đồ thuật toán ................................................................................................64
3.5.1 Chương trình chính ..........................................................................................64
3.5.2 Chương trình giao tiếp MSP430G2553 với LCD ............................................67
3.6 Thi công mô hình ................................................................................................68
3.6.1 Sơ đồ Layout ....................................................................................................68
3.6.2 Sản phẩm hoàn chỉnh .......................................................................................69
3.6.3 Kết quả kiểm tra thực tế ...................................................................................71
3.7 Đánh giá hệ thống ..............................................................................................72
3.7.1 Kết quả đạt được .............................................................................................72
3.7.2 Khuyết điểm và hướng khắc phục....................................................................72
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI..............................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................75
PHỤ LỤC
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
6
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Chức năng của các chân vi điều khiển MSP430G2553. ..........................16
Bảng 1.2: Chức năng của các port xuất nhập hoặc chức năng đặc biệt. ...................26
Bảng 3.1: Bảng sắp xếp các chân Text LCD ............................................................39
Bảng 3.2: Tóm tắt các lệnh có thể ghi vào LCD......................................................41
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
7
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Vi điều khiển MSP430G2553...................................................................13
Hình 1.2: Cấu trúc chung của MSP430.....................................................................13
Hình 1.3: Một số phiên bản họ vi điều khiển MSP430.............................................15
Hình 1.4: Sơ đồ chân của MSP430G2553 ................................................................15
Hình 1.5: Sơ đồ khối vi điều khiển MSP430G2553 .................................................22
Hình 1.6: CPU Block Diagram .................................................................................23
Hình 1.7: Tổ chức bộ nhớ .........................................................................................25
Hình 1.8: Sơ đồ khối của TimerA.............................................................................27
Hình 1.9: Up Mode. ..................................................................................................28
Hình 1.10: Continous Mode......................................................................................28
Hình 1.11: Up/Down Mode.......................................................................................29
Hình 1.12: Output Example – Timer in up mode .....................................................30
Hình 2.1: Quang phổ của các nguồn sáng.................................................................33
Hình 2.2: Tia nhiệt ....................................................................................................34
Hình 2.3: Led phát hồng ngoại..................................................................................35
Hình 2.4: Ký hiệu led phát hồng ngoại .....................................................................36
Hình 2.5: Led thu hồng ngoại ...................................................................................37
Hình 2.6: Photodiode làm việc với điện thế ngược...................................................38
Hình 2.7: Chuyển tiếp P – N và hàng rào thế của nó................................................39
Hình 2.8: Hiệu ứng quang điện trong vùng nghèo của chuyển tiếp P – N ...............40
Hình 2.9: Cảm biến PIR............................................................................................41
Hình 2.10: Vật liệu pyroelectric trong cảm biến dò tia nhiệt....................................41
Hình 2.11: Cấu tạo cảm biến PIR. ............................................................................42
Hình 2.12: Dùng kính Fresnel để chụp lên cảm biến PIR. .......................................42
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
8
Hình 2.13: Kính Fresnel hội tụ các tia nhiệt vào vị trí của cảm biến PIR ................43
Hình 2.14: Khi chưa có vật di chuyển vào vùng phát hiện tín hiệu..........................44
Hình 2.15: Vật thể di chuyển vào vùng ảnh hưởng 1 tín hiệu bắt đầu xuất hiện......45
Hình 2.16: Vật thể đi vào vùng ảnh hưởng thứ 2......................................................45
Hình 2.17: Vật thể đi qua khỏi vùng ảnh hưởng 2....................................................46
Hình 2.18: Trạng thái thường trực ............................................................................46
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống ..................................................................................48
Hình 3.2: Các mẫu đèn Led thường gặp ...................................................................48
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý led đơn ...........................................................................49
Hình 3.4: Hình LCD 16x2.........................................................................................50
Hình 3.5: sơ đồ chân LCD ........................................................................................51
Hình 3.6: Hoạt động của chân RS.............................................................................52
Hình 3.7: Trình tự giao tiếp với LCD .......................................................................57
Hình 3.8: LM358.......................................................................................................58
Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý ........................................................................................59
Hình 3.10: Khối Led đơn ..........................................................................................60
Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý Led báo nguồn .............................................................61
Hình 3.12: Sơ đồ chân LM 358.................................................................................62
Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý khối thu phát hồng ngoại .............................................62
Hình 3.14: Lưu đồ thuật toán chương trình chính.....................................................64
Hình 3.15: Lưu đồ thuật toán chương trình Ngắt ngoại vi PORT 2 .........................65
Hình 3.16: Lưu đồ thuật toán chương trình ngắt TimerA0.......................................66
Hình 3.17: Lưu đồ thuật toán chương trình giao tiếp MSP430G2553 với LCD ......67
Hình 3.18: Sơ đồ layout mặt trước............................................................................68
Hình 3.19: Sơ đồ layout mặt sau...............................................................................68
Hình 3.20: Mặt trước.................................................................................................69
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
9
Hình 3.21: Mặt sau....................................................................................................69
Hình 3.22: Mạch hoàn chỉnh.....................................................................................70
Hình 3.23: Mô hình hoàn chỉnh……………………………………………………59