TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
KHOA ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: KỸ THUẬT MÁY TÍNH
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
MÔN HỌC
HỆ THỐNG NHÚNG
Nhóm sinh viên : Nguyễn Thị Hòa
Nguyễn Văn Hợp
Tống Quang Long
Lớp : K43DDK .
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Huy
Thái Nguyên – 2011
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 2011
Giáo Viên hướng dẫn
(Ký ghi rõ họ tên)
Nhận xét của giáo viên chấm Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 2011
Giáo Viên hướng dẫn
(Ký ghi rõ họ tên)
MỤC LỤC

Nguyễn Thị Hòa
Nguyễn Văn Hợp
Tống Quang Long
CHUƠNG 1: PHÂN TÍCH BÀI TOÁN
1.1. Khảo sát và phân tích bài toán
Hiện nay hầu hết việc giám sát và điều khiển chiếu sáng trong các phòng
công cộng được điều khiển bằng tay thông qua đóng mở các công tắc, các
aptomat, cầu dao Điều này khá thuận lợi và đơn giản vì ta có thể bật tắt đèn
theo nhu cầu sử dụng. Tuy nhiên, do là phòng công cộng nên việc bật tắt đèn hầu
như do người trực khu nhà đó làm. Vì thế họ không biết được chính xác khi nào
thì có người tới và khi nào thì mọi người đã ra hết khỏi phòng hoặc họ biết
nhưng vì phải quản lý nhiều phòng nên họ vẫn cứ để điện đến hết ca trực, điều
này gây lãng phí điện rất lớn, đặc biệt trong hoàn cảnh nước ta đang thiếu điện
một cách trầm trọng như hiện nay.
Trên thị trường hiện nay đã có một số thiết bị bật tắt đèn thông minh, như
SmartLight do Hàn Quốc sản xuất: Được tích hợp sensor cảm ứng hồng ngoại
thân nhiệt, đèn sẽ tự động được bật khi có người đi vào vùng cảm ứng và tắt khi
không có người.
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
4
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
Hình 1.1: Đèn thông minh Smartlight
SmartLight phù hợp với mọi nhu cầu chiếu sáng thông minh của bạn tại sân
cổng, phòng khách, phòng ngủ, phòng vệ sinh, cầu thang, văn phòng giúp bạn
bật tắt đèn hoàn toàn tự động, mang lại sự an toàn, tiện nghi và tiết kiệm điện
Tuy nhiên thiết bị này tích hợp luôn bộ điều khiển với đèn trong 1 sản phẩm. Do
đó giá thành cao và không thích hợp cho các phòng cần lượng chiếu sáng lớn,
không thay đổi được loại bóng đèn theo yêu cầu.
Hệ thống giám sát điều khiển chiếu sáng sử dụng camera kết nối với máy
tính để kiểm soát số người trong phòng, qua đó phát lệnh đóng mở các công tắc

điều khiển đèn thông minh cho các phòng họp: điều khiển bật tắt đèn qua việc
kiểm soát lượng người ra vào phòng. Thu nhận tín hiệu rồi xử lý tín hiệu, khi có
người vào phòng, nếu đèn đang bật thì vẫn bật, đèn chưa bật thì bật đèn lên; khi
mọi người ra hết khỏi phòng thì tắt đèn đi. Trong quá trình làm việc hệ thống
luôn hiển thị số người còn đang ở trong phòng để tiện cho việc kiểm tra, theo
dõi.
1.2.2 Giải pháp thiết kế
• Để phát hiện người ra ta dùng 2 bộ thu phát hồng ngoại mắc gần nhau đặt
ở cửa ra vào.
• Xử lý, điều khiển dùng vi điều khiển Pic: lập trình để Pic nhận tín hiệu
vào từ 2 bộ Led hồng ngoại, tính toán xử lý để đưa ra lệnh bật tắt đèn.
• Để hiển thị ta dùng Led 7 thanh: lấy tín hiệu ra từ Pic để thông báo xem
trong phòng có bao nhiêu người
• Điều khiển tắt/mở bóng đèn nhờ transistor cấp dòng cho rơ le.
1.2.3 Các yêu cầu
• Hệ thống điều khiển đèn thông minh này áp dụng cho các phòng họp:
 Số lượng người trong phòng tối đa không quá 99 người.
 Phòng chỉ có một cửa ra vào.
 Ở một thời điểm chỉ có 1 người qua cửa.
 Cửa cao 2.5m, rộng 2m.
• Có người đi vào thì bật đèn và đi ra hết thì tắt đèn.
• Hệ thống có 2 chế độ làm việc tự động và bằng tay.
• Làm việc với điện áp 220V/50Hz.
• Sensor và công nghệ tùy chọn.
• Có khả năng nâng cấp, cải tiến.
1.2.4 Giới hạn hạn định
• Làm việc cả ban ngày lẫn ban đêm.
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
7
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy

biến
Khối nguồn
8
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
• Khối Hiển thị: Lấy tín hiệu ra từ chân Pic để hiển thị số lượng người hiện
đang ở trong phòng trên Led 7 thanh.Khối Chấp hành: Nhận tín hiệu từ
khối xử lý để thực hiện đóng cắt tiếp điểm mạch động lực.
2.2. Sơ đồ Callgraph
Hình 2.2: Sơ đồ Callgraph của hệ thống bật tắt đèn thông minh
2.3. Sơ đồ đặc tả
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Chương trình
điều khiển
chính
Module
Xử lý
Cảm biến
Module
Xử lý
Chương
trình
Cảm biến Chấp hành Hiển thị
9
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
Hình 2.3: Sơ đồ đặc tả của hệ thống bật tắt đèn thông minh
2.4. Các module trong hệ thống
2.4.1. Module khối nguồn
Module này tạo ra điện áp một chiều từ nguồn xoay chiều 220V để cung
cấp cho các linh kiện trong hệ thống. Sử dụng biến áp để biến điện áp xoay chiều
220V thành điện áp xoay chiều 12V, dùng chỉnh lưu từ 12V xoay chiều sang

Phân lượng
người
trong
phòng
Bật
đèn
Hiển thị
Số
người
Tắt đèn
Người ra
Người vào
Có người
Không người
10
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
Bộ phận cảm biến của hệ thống sử dụng mạch thu phát hồng ngoại. Led
phát hồng ngoại nối với nguồn 1 chiều qua điện trở R1, R2: phát ra ánh sáng
hồng ngoại truyền tới Led thu. Led thu hồng ngoại có 3 chân: chân 3 và 1 nối với
nguồn qua R3, R4 và đất, chân 2 lấy tín hiệu ra đưa vào chân Vi xử lý. Ở trạng
thái bình thường, tín hiệu hồng ngoại truyền từ khối phát được Led thu thu nhận,
trên đầu ra 2 tín hiệu ở mức cao (mức 1); khi có người đi cắt qua khiến Led thu
mất tín hiệu, đầu ra 2 cho tín hiệu ở mức thấp (mức 0). Để có thể phân biệt được
là người đi vào hay đi ra ta mắc 2 bộ Thu- Phát song song và đặt cạnh nhau. Tín
hiệu thu được từ đầu ra của 2 Led thu được đưa vào 2 chân Vi xử lý để thực hiện
quá trình tính toán, kiểm tra, lưu trữ…

D 1
L E D P H A T 1
D 2

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
11
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
hiện chương trình điều khiển đưa tới các cổng A, C, D tín hiệu để điều khiển
khối hiển thị (Led 7 thanh) và khối chấp hành (module động lực).
Bộ tạo dao động dùng thạch anh 20M cung cấp ngồn dao động cho Pic
Bộ Reset cấp nguồn 5V và xác lập trạng thái ban đầu cho Pic.
Y 1
Z T B
C 3
C 4
T 1 3
T 1 4

V 1
R 5
R E S
V c c - 5 V
C 5 B T

V 1
P V N 1
P I C 1 6 F 8 7 7 A
R A 0 / A N 0
2
R A 1 / A N 1
3
R A 2 / A N 2 / V R E F - / C V R E F
4
R A 3 / A N 3 / V R E F +

2 3
R C 5 / S D O
2 4
R C 6 / T X / C K
2 5
R C 7 / R X / D T
2 6
R D 0 / P S P 0
1 9
R D 1 / P S P 1
2 0
R D 2 / P S P 2
2 1
R D 3 / P S P 3
2 2
R D 4 / P S P 4
2 7
R D 5 / P S P 5
2 8
R D 6 / P S P 6
2 9
R D 7 / P S P 7
3 0
O S C 1 / C L K I N
1 3
O S C 2 / C L K O U T
1 4
V D D
3 2
V D D

ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
Để tiện cho việc kiểm tra theo dõi số người hiện đang ở trong phòng, ta sử
dụng 2 Led 7 thanh mắc chung Anot với số người hiển thị tối đa là 99 người. Tín
hiệu điều khiển từ Vi xử lý đưa ra cổng C để bật tắt các thanh Led từ 1 đến
7( tích cực ở mức dương) tương ứng với các con số từ 0 đến 9 cần hiển thị. Để
hiển thị cả hai Led ta dùng thuật toán quét Led với tín hiệu đưa ra từ cổng D
quyết định Led 1 hay Led 2 được bật.
7 S E G 1
M P X 2 - C A
A
1
B
2
C
3
D
4
E
5
F
6
G
7
D P
8
9 L 1
1 0 L 2
S 1
S 2
S 3

1
2
D 3
D i o t
V c c - 5 V
J 1
2 2 0 V ~
1
2
D E N
Hình 2.8 : Module chấp hành của hệ thống bật tắt đèn thông minh
2.5.Lựa chọn linh kiện.
2.5.1. Vi điều khiển PIC16F877A
a. Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
14
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
Hình 2.9: Sơ đồ chân PIC 16F877A
b. Một vài thông số về vi điều khiển PIC 16F877A
Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ
dài 14 bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc độ hoạt
động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương
trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM
với dung lượng 256x8 byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O. Các đặc tính ngoại
vi bao gồm các khối chức năng sau:
• Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.
• Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa
vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep.
• Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler. Hai bộ Capture/so sánh/điều
chế độ rộng xung.

trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h (interrupt vector). Bộ nhớ chương trình không bao
gồm bộ nhớ stack sẽ được đề cập cụ thể trong phần sau.
Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm
nhiều bank. Đối với PIC16F877A bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm 4 bank.
Mỗi bank có dung lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt
SFG (Special Function Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh ghi
mục đích chung GPR (General Purpose Pegister) nằm ở vùng địa chỉ còn lại
trong bank. Các thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ như thanh ghi
STATUS) sẽ được đặt ở tất cà các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp thuận tiện trong
quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình.
Stack không nằm trong bộ nhớ chương trình hay bộ nhớ dữ liệu mà là một
vùng nhớ đặc biệt không cho phép đọc hay ghi. Khi lệnh CALL được thực hiện
hay khi một ngắt xảy ra làm chương trình bị rẽ nhánh, giá trị của bộ đếm chương
trình PC tự động được vi điều khiển cất vào trong stack. Khi một trong các lệnh
RETURN, RETLW hat RETFIE được thực thi, giá trị PC sẽ tự động được lấy ra
từ trong stack, vi điều khiển sẽ thực hiện tiếp chương trình theo đúng qui trình
định trước.
Bộ nhớ Stack trong vi điều khiển PIC họ 16F87xA có khả năng chứa được
8 địa chỉ và hoạt động theo cơ chế xoay vòng. Nghĩa là giá trị cất vào bộ nhớ
Stack lần thứ 9 sẽ ghi đè lên giá trị cất vào Stack lần đầu tiên và giá trị cất vào
bộ nhớ Stack lần thứ 10 sẽ ghi đè lên giá trị 6 cất vào Stack lần thứ 2. Cần chú ý
là không có cờ hiệu nào cho biết trạng thái stack, do đó ta không biết được khi
nào stack tràn. Bên cạnh đó tập lệnh của vi điều khiển dòng PIC cũng không có
lệnh POP hay PUSH, các thao tác với bộ nhớ stack sẽ hoàn toàn được điều khiển
bởi CPU.
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
17
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
e. Các cổng xuất nhập của PIC16F877A
Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng để

18
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
Port B (RPB) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng
là TRISB. Bên cạnh đó một số chân của Port B còn đươc sử dụng trong quá
trình nạp chương trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau. Port B
còn liên quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer0. Port B còn được tích hợp chức
năng điện trở kéo lên được điều khiển bởi chương trình.
Các thanh ghi SFR liên quan đến Port B bao gồm:
Port B (địa chỉ 06h,106h) : chứa giá trị các pin trong
Port B TRISB (địa chỉ 86h,186h) : điều khiển xuất nhập
OPTION_REG(địa chỉ 81h,181h): điều khiển ngắt ngoại vi và bộ Timer0
 Port C
PortC (RPC) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là
TRISC. Bên cạnh đó Port C còn chứa các chân chức năng của bộ so sánh, bộ
Timer1, bộ PWM và các chuẩn giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART.
Các thanh ghi điều khiển liên quan đến Port C:
Port C (địa chỉ 07h) : chứa giá trị các pin trong
Port C TRISC (địa chỉ 87h) : điều khiển xuất nhập.
 Port D
Port D (RPD) gồm 8 chân I/O, thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng
là TRISD. Port D còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP (Parallel
Slave Port).
Các thanh ghi liên quan đến Port D bao gồm:
Thanh ghi Port D : chứa giá trị các pin trong Port D.
Thanh ghi TRISD : điều khiển xuất nhập.
Thanh ghi TRISE : điều khiển xuất nhập Port E và chuẩn giao tiếp PSP.
 Port E
Port E (RPE) gồm 3 chân I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng
là TRISE. Các chân của PortE có ngõ vào analog. Bên cạnh đó Port E còn là các
chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP.

Cần chú ý là trong quá trình thực thi ngắt, chỉ có giá trị của bộ đếm
chương trình được cất vào trong Stack, trong khi một số thanh ghi quan trọng sẽ
không được cất và có thể bị thay đổi giá trị trong quá trình thực thi chương trình
ngắt. Điều này nên được xử lý bằng chương trình để tránh hiện tượng trên xảy
ra.
 Ngắt INT
Ngắt này dựa trên sự thay đổi trạng thái của pin RB0/INT. Cạnh tác động
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
20
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
gây ra ngắt có thể là cạnh lên hay cạnh xuống và được điều khiển bởi bit
INTEDG (thanh ghi OPTION_ REG <6>). Khi có cạnh tác động thích hợp xuất
hiện tại pin RB0/INT, cờ ngắt INTF được set bất chấp trạng thái các bit điều
khiển GIE và PEIE. Ngắt này có khả năng đánh thức vi điều khiển từ chế độ
sleep nếu bit cho phép ngắt được set trước khi lệnh SLEEP được thực thi.
 Ngắt do sự thay đổt trạng thái các PIN trong Port B
Các pin PORTB<7:4> được dùng cho ngắt này và được điều khiển bởi bit
RBIE (thanh ghi INTCON<4>). Cờ ngắt của ngắt này là bit RBIF
(INTCON<0>).
2.5.2. Led Hồng Ngoại
a. Led phát
Diode quang thường được chế tạo bằng gecmani và silic . Hình 4 trình
bày cấu tạo của diode quang chế tạo bằng silic .dùng làm bộ chỉ thị tia lân cận
bức xạ hồng ngoại.
Hình 2.11: Cấu tạo diode hồng ngoại
Nguyên lý
Hình 2.12: Nguyên lý làm việc của diode quang

Nguyên lý
Giả sử điều kiện phân cực cho IC đã hoàn chỉnh ,khi IC nhận tín hiệu điều
khiển từ diode phát quang, mạch khuếch đại OP-amp của của IC sẽ biến đổi
dòng điện thu được từ diode ra điện áp( điện áp này đươc khuếch đại). Tín hiệu
điện áp được đưa đến Smith triger để tạo xung vuông, xung này có nhiệm vụ
kích transistor ngõ ra hoạt động, lúc đó ngõ ra ở chân số 2 của IC ở mức thấp, tín
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
22
ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
hiệu ngõ ra tác động ở mức 0, có thể được dùng đẻ điều khiển gián tiếp một tải
nào đó. Khi ngăn ánh sáng chiếu vào thì ngược lại không hoạt động dẫn dòng.
2.5.3. Led 7 đoạn
a. Các khái niệm cơ bản
Trong các thiết bị, để báo trạng thái hoạt động của thiết bị đó cho người sử
dụng với thông số chỉ là các dãy số đơn thuần, thường người ta sử dụng “ Led 7
đoạn ”. Led 7 đoạn được sử dụng khi các thông số không đòi hỏi quá phức tạp,
chỉ cần hiển thị số là đủ, chẳng hạn Led 7 đoạn được sử dụng để hiển thị nhiệt độ
phòng, trong các đồng hồ trong các đồng hồ treo tường bằng điện tử, hiển thị số
lượng sản phẩm được kiểm tra sau một công đoạn nào đó ….
b. Sơ đồ vị trí các Led :
Các điện trở 330Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng
điện qua Led nếu Led 7 đoạn được nối với nguồn 5V.

Hình 2.14: Sơ đồ chân 7 SEG-COM-ANODE và hình ảnh minh họa
c. Kết nối với Vi điều khiển:
Ngõ nhận tín hiệu điều khiển của Led 7 đoạn có 8 đường, vì vậy có thể
dùng 1 Port nào đó của Vi điều khiển để điều khiển Led 7 đoạn. Như vậy Led 7
đoạn nhận một dữ liệu 8 bit từ Vi điều khiển để điều khiển hoạt động sáng tắt
của từng Led đơn trong nó, dữ liệu được xuất ra điều khiển Led 7 đoạn thường
Bộ môn Kỹ thuật máy tính

b. Nguyên tắc hoạt động của Transitor:
Trong chế độ tuyến tính hay còn gọi là chế độ khuyếch đại, Transitor là
phần tử khuyếch đại dòng điện với dòng Ic bằng β lần dòng bazo (dòng điều
khiển ) Trong đó β là hệ số khuyếch đại dòng điện : I
C
= β.I
B
2.5.5. Tụ điện
Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các
mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch
truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động.
Hình 2.16: Một số loại tụ điện
2.5.6. Rơle
Rơle là một công tắc điều khiển từ xa đơn giản, nó dùng một dòng nhỏ để
điều khiển một dòng lớn vì vậy nó được dùng để bảo vệ công tắc nên cũng được
xem là một thiết bị bảo vệ. Một rơle điển hình điều khiển mạch và cả điều khiển
nguồn. Kết cấu rơle gồm có một lõi sắt ,một cuộn từ và một tiếp điểm.

Hình 2.17: Cấu tạo một Rơ le đơn giản và hình ảnh Role 5V
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
25