Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa Điện Tử
Lời nói đầu

Ngày nay, máy vi tính đã được cải tiến, nâng cấp và thị trường hóa để đạt
tốc độ xử lý ngày càng nâng cao, giá thành rẻ. Trong những thập niên qua, máy vi
tính đã được áp dụng khắp mọi nơi, thay thế cho các hệ thống cũ nhiều nhược
điểm. Một ví dụ cụ thể của việc ứng dụng máy vi tính trong công nghiệp là các hệ
thống đo lường và điều khiển bằng máy vi tính, ví dụ như đo nhiệt độ, áp suất, điện
áp, điều khiển động cơ, đèn giao thông, bảng quảng cáo….
Môn học “Đo lường điều khiển bằng máy tính” giúp sinh viên hiểu và
biết cách thiết kế các mô hình ứng dụng trong thực tế có sử dụng máy vi tính. Để
nắm vững kiến thức hơn về môn học này, chúng em đã làm một mô hình ứng dụng
nhỏ dưới sự hướng dẫn của cô : Hà Thị Kim Duyên với đề tài là:”Thiết kế hệ
thống điều khiển và giám sát các thiết bị trong ngôi nhà thông minh”. Yêu cầu
của đề tài là mô phỏng hệ thống điều khiển và giám sát cho 5 thiết bị trong gia
đình. Mặc dù đã cố gắng tìm hiểu tài liệu và có sự hướng dẫn của thầy cô, tuy
nhiên trong qua trình làm không tránh khỏi những thiếu sót, mong các bạn và thầy
cô góp ý để báo cáo của chúng em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Trang 1


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa Điện Tử

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:
………………………………………………………………………………………


Mục lục

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
CÁC THIẾT BỊ TRONG NGÔI NHÀ THÔNG MINH
1.1 Định nghĩa nhà thông minh
Nhà thông minh (tiếng Anh: smart-home hoặc intelli-home) là kiểu nhà được lắp
đặt các thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hoàn toàn hoặc bán tự động thay
thế con người thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển

Nhà thông mình là căn nhà được hỗ trợ bởi các công cụ vi điều khiển thông minh
giúp chúng ta kiểm soát , giám sát, điều khiển ngôi nhà trở lên dễ dàng và tiện
lợi.Nhà thông minh mang lại không chỉ sự tiện nghi mà còn đi kèm sự an toàn và
tích kiệm cho ngôi nhà thân yêu của chúng ta.

Nhà thông minh giúp cho chúng ta giảm thiểu chi phí điện năng , đóng góp to lớn
trong việc bảo vệ môi trường trong việc giảm tải hiệu ứng nhà kính khi từ nhiên
liệu hóa thạch bị sử dụng quá mức cho việc sản xuất điện năng.

1.2.Các thiết bị cơ bản trong ngôi nhà thông minh
1.2.1.Thiết bị cảm biến
a.Cảm biến chuyển động hay còn gọi là Pir motion : thiết bị phát hiện chuyển động
giúp tắt mở thiết bị chiếu sáng khi có sự hiện diện của con người.

b.Cảm biến quang hay Photo quang: thiết bị cảm biến với cường độ sáng mặt trời
giúp nhằm điều khiển và điều chỉnh cường độ ánh sáng trong phòng phù hợp giúp
giảm thiếu việc chiếu sáng không cần thiết khi ánh sáng được cung cấp đầy đủ.
Trang 3



kiểm soát được các diễn biến xẩy ra tại nhà.
Trang 4


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa Điện Tử

b.Thiết bị cảm biến phát hiện chuyển động loại hồng ngoại và Rada
-Hồng ngoại thích hợp gắn nơi sân vườn
-Cảm biến Rada thích hợp gắn mọi nơi với khả năng xuyên thấu các vật liệu giúp
giám sát chặt chẽ sự ra vào của mọi đối tượng.
c.Còi báo động báo cho bạn biết khi có người lạ xâm nhập hay hỏa hạn...vv
d.Cảm ứng từ gắn cửa thích hợp cho mọi tình huống : khi người lạ xâm nhập , trẻ
em mở những nơi chứa đồ vật nguy hiểm như bình gas, hóa chất, ....
e.Đèn báo thông báo cho chủ nhà tình trạng nguy hiểm
g.Báo khói , báo nhiệt ,báo gas bảo vệ bạn và gia đình an toàn

1.3.Tính năng và lợi ích của nhà thông minh
Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòng khách đến
toilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với internet và điện thoại di
động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhà
hoạt động theo lịch. Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngôn ngữ của
nhau và có khả năng tương tác với nhau…
Chúng ta có thể điều khiển được mọi thiết bị điện như tivi, bình nóng lạnh, rèm
cửa, máy bơm, điều hòa, đèn điện v.v… tại bất cứ đâu và bất kì lúc nào khi chúng
được kết nối vào mạng nhà thông minh mà không cần phải đến tận nơi.
Các thiết bị gia dụng trong nhà sở dĩ có thể điều khiển được là do chúng được kết
nối tới các bộ điều khiển. Các bộ điều khiển này lại được kết hợp và liên kết với
nhau thành một mạng. Tùy theo đặc điểm của từng căn hộ và các ứng dụng khác

toàn có thể thực hiệnđược nếu các nhà sản xuất cung cấp thêm các phương thức kết
nối và điều khiển để cho phép chúng có thể kết nối tới máy vi tính, một thiết bị đặc
biệt với những chức năng mạnh mẽ trong việc tính toán xử lý và phối hợp các hành
động. Tuy nhiên, do nhiều lý do thực tế mà hiện tại điều này chưa được triển khai
trên các thiết bị hiện nay.
Và để giải quyết vấn đề này, trong phạm vi báo cáo này, chúng em có sử dụng một
thiết bị trung gian có khả năng kết nối với máy tính và các thiết bị điện trong gia
đình,đồng thời cho phép nhận lệnh từ máy tính để điều khiển một số tính năng đơn
giản, cơ bản nhất của thiết bị như tắt, bật.
Đề tài yêu cầu thiết kế hệ thống mô phỏng,điều khiển,giám sát cho 5 thiết bị
tượng trưng bởi 5 relay sử dụng cổng com. Mô hình của nhóm em được thiết kế
như sau:

Hình 2 Mô hình hệ thống điều khiển và giám sát các thiết bị trong ngôi nhà thông
minh
1.4.2 Cơ sở lí thuyết
1.4.2.1Giới thiệu cổng nối tiếp.
Cổng nối tiếp được sử dụng để truyền dữ liệu hai chiều giữa máy tính và ngoại
vi, có các ưu điểm sau:
- Khoảng cách truyền xa hơn truyền song song.

Trang 7


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa Điện Tử

- Số dây kết nối ít.
- Có thể truyền không dây dùng hồng ngoại.

thời điểm chỉ được truyền theo 1 hướng.
- Song công (full-duplex): số liệu được truyền đồng thời theo 2 hướng.
Định dạng của khung truyền dữ liệu theo chuẩn RS-232 như sau:

Khi không truyền dữ liệu , đường truyền sẽ ở trạng thái mark (điện áp -10V).
Khi bắt đầu truyền, DTE sẽ đưa ra xung Start (space: 10V) và sau đó lần lượt
truyền từ D0 đến D7 và Parity, cuối cùng là xung Stop (mark: -10V) để khôi
phục trạng thái đường truyền. Hình sau mô tả các mức điện áp của chuẩn RS232 :

Hình 3 Các mức điện áp của chuẩn RS232
Trang 9


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa Điện Tử

Từ sơ đồ trên ta thấy cải tiến của RS232B là làm tăng mức điện áp từ ±5V
đến ±25V. Trong đó:
Mức logic 1 tính từ -5V đến -25V.
Mức logic 0 tính từ +5V đến +25V.
Các mức từ -3V đến +3V gọi là trạng thái chuyển tiếp . Các mức điện áp từ
±3V đến ±5V gọi là không xác định . Dữ liệu có mức điện áp rơi vào khoảng này
sẽ dẫn đến kết quả không dự tính được và đây cũng là tình trạng hoạt động của
những hệ thống được thiết kế sơ sài. Điều đáng chú ý ở đây là: Mức 1 ~ LOW,
mức 0 ~ HIGH vì trước khi đưa vào xử lý còn có bộ nhớ đảo còn gọi là bộ nhớ
chuẩn dạng tín hiệu.
Việc nâng mức điện áp của chuẩn RS232B dẫn đến sự hạn chế về tốc độ
truyền, vì vậy người ta thấy giữa tốc độ truyền và khoảng cách truyền phải có sự
dung hoà. RS232C là chuẩn hiện nay đang được áp dụng .

trường hợp bị mắc lỗi 2 lần liền hoặc 4 lỗi liền thì lai không phát hiện ra. Nhưng
trên thực tế với 7 bit được truyền thì khả năng bị mắc 2 hoặc 4 lỗi là rất nhỏ có thể
xem như không bao giờ xảy ra. Chính vì vậy, cách mã lỗi theo kiểu này vẫn được
dùng phổ biến ở trong kỹ thuật truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp.

Trang 11


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa Điện Tử

Hình 5 Cổng RS232

1.4.2.2. Tìm hiểu MAX232.
Vấn đề trở ngại duy nhất khi giao tiếp với máy tính là mức logic ở bộ vi
điều khiển và ở cổng COM của máy tính khác nhau, cụ thể như sau:
SO SÁNH ĐIỆN ÁP CỦA CÁC MỨC LOGIC GIỮA RS232 VÀ TTL
Đối tượng

Mức logic

Cổng COM
(RS232)

1

-12V đến -3V

0

Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa Điện Tử
CHƯƠNG II PIC16F877A

2.1 Tổng quan.
PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là
“máy tính thôngminh 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 điềukhiển này sau đó được nghiên cứu phát triển thêm và
từ đó hình thành nên dòng vi điều
khiển PIC ngày nay .

Hình 7 Sơ đồ chân của vi điều khiển PIC16F877A

Trang 14


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa Điện Tử

PIC16F877A có tập lệnh gồm 35 lệnh độ dài 14 bit . Tốc độ hoạt động tối đa là 20
MHz với một chu kỳ lệnh l 200 ns . Có 5 port I/O và 33 chân vào ra .
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

Một cổng xuất nhập của vi điều khiển bao gồm nhiều chân (I/O pin) , tùy
theo cách bố trí và chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng xuất nhập và số
lượng chân trong mỗicổng có thể khác nhau. Bên cạnh đó, do vi điều khiển được
tích hợp sẵn bên trong các đặctính giao tiếp ngoại vi nên bên cạnh chức năng là
cổng xuất nhập thông thường, một số chânxuất nhập còn có thêm các chức năng
khác để thể hiện sự tác động của các đặc tính ngoại vi nêu trên đối với thế giới bên
ngoài . Chức năng của từng chân xuất nhập trong mỗi cổng hoàn toàn có thể được
Trang 15


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa Điện Tử

xác lập và điều khiển được thông qua các thanh ghi SFR liên quan đến chân xuất
nhập đo .
Vi điều khiển PIC16F877A có 5 cổng xuất nhập, bao gồm PORTA, PORTB,
PORTC, PORTD và PORTE. Cấu trúc và chức năng của từng cổng xuất nhập sẽ
được đề cập cụ thể
trong phần sau.

2.2.1 PORT A
PORTA (RPA) bao gồm 6 I/O pin . Đây là các chân “hai chiều”
(bidirectional pin) , nghĩa là có thể xuất và nhập được. Chức năng I/O này được
điều khiển bởi thanh ghi TRISA(địa chỉ 85h) . Muốn xác lập chức năng của một
chân trong PORTA là input, ta “set” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong
thanh ghi TRISA và ngược lại, muốn xác lập chức năng của một chân trong
PORTA là output, ta “clear” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi
TRISA . Thao tác này hoàn toàn tương tự đối với các PORT và các thanh ghi điều
khiển tương ứng TRIS (đối với PORTA là TRISA, đối với PORTB là TRISB, đối

2.3 Giao tiếp nối tiếp
2.3.1. USART
USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) là
một trong hai chuẩn giao tiếp nối tiếp.USART còn được gọi là giao diện giao tiếp
Trang 17


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa Điện Tử

nối tiếp nối tiếp SCI (Serial Communication Interface) . Có thể sử dụng giao diện
này cho các giao tiếp với các thiết bị ngọai vi , với các vi điều khiển khác hay với
máy tính . Các dạng của giao diệnUSART ngọai vi bao gồm :
Bất động bộ (Asynchronous).
Đồng bộ Master mode.
Đồng bộ Slave mode.
Hai pin dùng cho giao diện này là RC6/TX/CK và RC7/RX/DT, trong đó
RC6/TX/CK dùng để truyền xung clock (baud rate) và RC7/RX/DT dùng để
truyền data . Trong trường hợp này ta phải set bit TRISC<7:6> và SPEN
(RCSTA<7>) cho phép giao diện USART . PIC16F877A được tích hợp sẵn bộ tạo
tốc độ baud BRG (Baud Rate Genetator) 8 bit dùng cho giao diện USART. BRG
thực chất là một bộ đếm có thể được sử dụng cho cả hai dạng đồng bộ và bất đồng
bộ và được điều khiển bởi thanh ghi PSBRG. Ở dạng bất đồng bộ , BRG còn được
điều khiển bởi bit BRGH ( TXSTA<2>). Ở dạng đồng bộ tác động của bit BRGH
được bỏ qua. Tốc độ baud do BRG tạo ra được tính theo công thức sau:

2.3.2. USART bất đồng bộ
Ở chế độ truyền USART hoạt động theo chuẩn NRZ (None-Return-toZero), nghĩa là các bit truyền đi sẽ bao gồm 1 bit Start, 8 hay 9 bit dữ liệu (thông
thường là 8 bit) và 1 bit Stop. Bit LSB sẽ được truyền đi trước. Các khối truyền và

Các cờ hiệu được dùng để kiểm tra ngắt nào đang xảy ra và phải được
xóa bằng chương trình trước khi cho phép ngắt tiếp tục hoạt động trở lại để ta có
thể phát hiện được thời điểm tiếp theo mà ngắt xảy ra.
Trang 19


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa Điện Tử

Trang 20


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa Điện Tử

CHƯƠNG III THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
3.1 Chương trình phần mềm.
Chương trình có nhiệm vụ điều khiển,giám sát thiết bị thông qua việc bật/tắt
và hiển thị trạng thái đóng/mở của thiết bị trên giao diện. Đồng thời thông tin về
thời điểm bật/tắt (gồm giây, phút, giờ, ngày , tháng, năm) của thiết bị tương ứng
được lưu dưới dạng file vào ổ đĩa cứng khi cần thiết . Việc bật/tắt , ghi thông tin
vào ổ đĩa cứng được thực hiện thông qua việc click chuột máy tính lên các nút bấm
trên giao diện. Giao diện được thiết kế để giao tiếp với vi điều khiển qua cổng
com.

Trang 21



.Settings = "9600,N,8,1"

'Baudrate=9600,Ko KT chan le,frame 8 bit,1 bit

stop
.InBufferSize = 1024
.InputLen = 0

'Bo dem 1024 byte thi day
'Doc toan bo gia tri bo dem

.RThreshold = 1

'Cho phep ngat khi su kien Receiver o MSCOMM

.SThreshold = 0

'Ko cho phep ngat khi su kien Send o MMSCOMM

.OutBufferSize = 512
.InputMode = comInputModeText
.PortOpen = True

'Mo cong COM

End With
End Sub

Private Sub MSComm1_OnComm()
Dim StringIn As String

If StringIn = "7" Then
Shape4.FillColor = vbWhite
End If
If StringIn = "8" Then
Shape5.FillColor = vbGreen
End If
If StringIn = "9" Then
Shape5.FillColor = vbWhite
End If
End If
End Sub
Private Sub Timer1_Timer()

Trang 24


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa Điện Tử

Label6.Caption = " DATE: " & Day(Now) & " / " & Month(Now) & " / " &
Year(Now) & "

TIME: " & Hour(Time) & " : " & Minute(Time) & " : " &

Second(Time)
End Sub
Private Sub Command1_Click()
MSComm1.Output = "0"
End Sub