Đối với các hệ thống lớn có bộ nhớ mở rộng nó vừa là bus địa chỉ byte thấp vừa là bus dữ liệu để truy cập bộ nhớ ngoài.
Port 1 : Từ chân 1 đến chân 9 (P1.0 - P1.7)
Port 3 là port có tác dụng kép. Các chân port này có nhiều chức năng, vừa là cổng I/O vừa có cơng dụng chuyển đổi có liên hệ đến các đặc tính đặc biệt của AT89C52 như ở bảng sau:
Bảng 1.7 Bảng chức năng các chân Port 1
Port Pin Tên Chức năng chuyển đổi
P1.0 T2 Ngõ vào Timer/Counter 2
P1.1 T2 EX
Ngõ và bộ kích chế độ thu nhận (capture)/nạp lại (reload) và điều khiển trực tiếp của Timer 2
P1.5 MOSI Sử dụng cho hệ thống lập trình từ bên ngồi.
P1.6 MISO Sử dụng cho hệ thống lập trình từ bên ngồi.
P1.7 SCK Sử dụng cho hệ thống lập trình từ bên ngồi.
Port 2: Từ chân 21 đến chân 28 (P2.0 - P2.7)
Port 2 là port có tác dụng kép dùng như các đường I/O hoặc là byte cao (A8- A15) của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng.
Port 3: Từ chân 10 đến chân 17 (P3.0 - P3.7)
Port 3 là port có tác dụng kép, các chân port này có nhiều chức năng, vừa là cổng I/O vừa có cơng dụng chuyển đổi có liên hệ đến các đặt tính đặc biệt của AT89C52 như ở bảng sau:
Bảng 1.8 Bảng chức năng các chân Port 3
Port Pin Tên Chức năng chuyển đổi
P3.0 RxD Ngõ vào dữ liệu nối tiếp.
P3.1 TxD Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp.
P3.2 INT0\ Ngõ vào ngắt ngoài thứ 0.
P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/Couter 0.
P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/ Counter 1.
P3.6 WR\ Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngồi.
P3.7 RD\ Tín hiệu đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài.
PSEN (Program store enable): Chân 29
PSEN là tín hiệu ngõ ra có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE\ của Eprom cho phép đọc các byte mã lệnh.
ALE/PROG (Address Latch Enable): Chân 30
Khi AT89C52 truy xuất bộ nớ bên ngoài, Port 0 có chức năng là bus địa chỉ và dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ.Tín hiệu ra ALE ở chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giả đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối với các IC chốt.
EA/VPP (External Access): Chân 31
Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắt lên mức 1 hoặc mức 0. Nếu ở mức 1 thì AT89C52 thi hành chương trình từ Eprom nội trong khoản địa chỉ thấp 4Kbyte.Nếu ở mức 0 thì AT89C52 thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng.Chân EA\được lấy làm chân cấp nguồn 21V khi lập trình Eprom trong AT89C52.
RST(Reset) : Chân 9
Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên mức cao ít nhất 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. Khi cấp điện cho hệ thốnh thì mạch tự động reset.
XTAL1, XTAL2 : Chân 19, 18
Ngõ vào bộ dao động X1, X2, bộ giao động được tích hợp bên trong AT89C52. Khi sử dụng AT89C52, người ta chỉ cần nối thêm thạch anh và các tụ. Tần số thạch anh thường là 12Mhz.
VCC, GND : Chân 40, 20
1.5.2. Tổ chức bộ nhớ trong vi điều khiển AT89C52
RAM bên trong 89C52 được phân chia như sau :
Các bank thanh ghi có địa chỉ từ 00H đến 1FH.
RAM truy xuất từng bit có địa chỉ 20H đến 2FH.
RAM đa dụng từ 30H đến 7FH.
Các thanh ghi có chức năng đặc biệt từ 80H đến FFH bao gồm :
- Thanh ghi trạng thái chương trình (PSW: Program Status
Word).
Hình 1.22 Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C52(Nguồn Internet)
- Thanh ghi B.
- Thanh ghi con trỏ ngăn xếp (SP1, SP2: Stack Pointer).
- Thanh ghi con trỏ dữ liệu (DPH, DPL).
- Các thanh ghi port xuất nhập (P0, P1, P2, P3).
- Các thanh ghi timer (TCON, TMOD, TMOD, T2CON,
T2MOD, TH0, TL0, TH1, TL1, TH2, TL2).
- Các thanh ghi port nối tiếp (SBUF, SCON).
- Các thanh ghi ngắt (IE, IP).
- Thanh ghi điều khiển công suất (PCON).
1.5.3. Hoạt động truyền dữ liệu vi điều khiển AT89C52
Giới thiệu
Truyền dữ liệu nối tiếp của MCS5 có thể ho ạt động ở nhiều kiểu riêng biệt trong phạm vi cho phét của tần số. Dữ liệu dạng song song được chuyển thành nối tiếp để truyền đi và nhận về dạng nối tiếp được chuyển thành song song.
Chân TxD (P3.1) là ngõ xuất dữ liệu đi và chân RxD (P3.0) là ngõ nhận dữ liệu về.
Đặc trưng của truyền dữ liệu nối tiếp là hoạt động song cơng có nghĩa là có thể thực hiện truyền và nhận dữ liệu cùng một lúc.
Hai thanh ghi chức năng đặc biệt phục vụ cho truyền dữ liệu là thanh ghi đệm SBUF và thanh ghi điều khiển SCON. Thanh ghi đệm SBUF nằm ở địa chỉ 99H có 2 chức năng : nếu vi điều khiển ghi dữ liệu lên thanh ghi SBUF thì dữ liệu đó sẽ được truyền đi, nếu hệ thống khác gửi dữ liệu đến thì sẽ được lưu vào thanh ghi đệm SBUF.
Thanh ghi điều khiển truyền dữ liệu SCON nằm ở địa chỉ 98H là thanh ghi cho phép truy suất bit bao gồm các bit trạng thái và các bit điều khiển. Các bit điều khiển dùng để thiết lập nhiều kiểu hoạt động truyền dữ liệu khác nhau, còn các bit trạng thái cho biết thời điểm kết thúc khi truyền xong một ký tự ho ặc nhận xong một ký tự. Các bit trạng thái có thể được kiểm tra trong chương trình hoặc có thể lập trình để sinh ra ngắt.
Tần số hoạt động của truyền dữ liệu nối tiếp còn gọi tốc độ BAUD (số lượng bit dữ liệu được truyền đi trong 1 giây) có thể hoạt động cố định (sử dụng giao động trên chip) hoặc có thể thay đổi. Khi cần tốc độ Baud thay đổi thì phải sử dụng Timer 1 hoặc Timer 2 để tạo tốc độ Baud.
Thanh ghi điều khiển truyền dữ liệu nối tiếp
Thanh ghi SCON sẽ thiết lập các kiểu hoạt động truyền dữ liệu khác nhau cho MCS51. Cấu trúc của thanh ghi SCON như sau:
Hình 1.23 Sơ đồ hệ thống truyền nhận dữ liệu (Nguồn Internet)
Bảng 1.9 Các bit trong thanh ghi điều khiển truyền dữ liệu.
Bit Ký hiệu Địa chỉ Mô tả hoạt động
7 SM0 9FH Bit chọn kiểu truyền nối tiếp : bit thứ 0.
6 SM1 9EH Bit chọn kiểu truyền nối tiếp : bit thứ 1.
5 SM2 9DH
Bit cho phép truyền kết nối nhiều vi xử lý ở mode 2 và 3, RI sẽ khơng tích cực nếu
bit thứ 9 đã thu là 0.
4 REN 9CH Bit cho phép nhận ký tự. REN=1 sẽ cho
phép nhận ký tự.
3 TB8 9BH
Dùng để lưu bit 9 để truyền đi khi hoạt động ở mode 2 và 3. TB8 bằng 0 hay 1 là
do người lập trình thiết lập.
2 RB8 9AH
Dùng để lưu bit 9 nhận về khi hoạt động ở mode 2 và 3
1 TI 99H
Cờ báo hiệu này lên mức 1 khi truyền xong 1 ký tự và xóa bởi người lập trình
để sẵn sàng truyền ký tự tiếp theo.
0 RI 98H
Cờ báo hiệu này lên mức 1 khi nhận xong 1 ký tự và xóa bởi người lập trình để sẵn
Các kiểu truyền dữ liệu nối tiếp
Truyền dữ liệu nối tiếp của MCS51 có 4 kiểu hoạt động tùy thuộc theo 4 trạng thái của 2 bit SM0 và SM1 được liệt kê ở bảng sau:
Bảng 1.10 Các kiểu truyền dữ liệu
SM0 SM1 Kiểu Mô tả Tốc độ baud
0 0 0 Thanh ghi
dịch Cố định (tần số dao động f/12)
0 1 1 UART 8
bit
Thay đổi (được đặt bởi Timer) 1 0 2 UART 9 bit Cố định (tần số dao động f/12 hoặc f/64) 1 1 3 UART 9 bit
Thay đổi (được đặt bởi Timer)
1.5.4. Tập lệnh vi điều khiển AT89C52
Tập lệnh của vi điều khiển 89C52 bao gồm các nhóm lệnh : - Nhóm lệnh số học : ADD, SUBB, DIV, MUL, INC, DEC, DA.
- Nhóm lệnh luận lý : ANL, ORL, XRL, CLR, CPL, RL, RLC, RR, RRC, SWAP
- Nhóm lệnh dịch chuyển dữ liệu : MOV, MOVC, MOVX, PUSH, POP, XCH, XCHD.
- Nhóm lệnh rẽ nhánh chương trình : ACALL, LCALL, RET, RETI, AJMP, LJMP, SJMP, JMP, JZ, JNZ, JC, JNC, JB, JNB, JBC, CJNE, DJNZ.
- Nhóm lệnh xử lý bit : ANL, ORL, SETB, CLR, CPL, MOV.
1.5.5. Nguồn cung cấp
Nguồn cung cấp cho tồn bộ mơ hình là 5V, trong đồ án này người thực hiện dùng nguồn cung cấp từ Adapter từ bên ngoài, trên mạch chỉ cần tạo jack cắm để kết nối.
1.5.6. Mạch dao động
Cấp nguồn xung clock cho vi điều khiển hoạt động, tần số tụ thạch anh thường dùng từ 12MHz ÷ 24MHz. Thường chọn tần số tụ thạch anh cung cấp là 12MHz, các tụ song song là 33pF.
Hình 1.25
Chƣơng 2
TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1. Khái niệm cơ bản
Nhà thông minh là một kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hóa hồn tồn hoặc bán tự động, thay thế con người trong việc thực hiện một số thao tác quản lý, điều khiển. Hệ thống điện tử này giao tiếp với chủ nhân thông qua bảng điện tử đặt trong nhà, phần mềm điện thoại di động, máy tính bảng hoặc bằng một trang web.
Trong căn nhà thơng minh, đồ dùng trong nhà từ phịng ngủ, phịng khách đến toilec 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 từ xa hoặc lập trình cho các thiết bị hoạt động theo lịch, thêm vào đó các đồ gia dụng có thể hiểu được ngơn ngữ của nhau và có khả năng tương tác với nhau.
Các tiêu chuẩn của ngôi nhà thông minh: - Tự động hóa các hoạt động của ngơi nhà. - Đảm bảo an ninh, an tồn cho ngơi nhà.
- Cung cấp các dịch vụ giải trí chất lượng cao.
- Tăng hiệu suất các hệ thống, giảm điện năng tiêu thụ.
2.2. Giới thiệu một số công nghệ sử dụng trong ngôi nhà thông minh nhà thông minh
2.2.1. Bảng điều khiển trung tâm Wifi SH - CC6W
Thiết bị phịng thơng minh SH - CC6W là bảng điều khiển cảm ứng thông minh, hỗ trợ 6 kênh cơng suất có chức năng điều khiển từ xa, điều khiển thiết bị thông qua Wifi. Với thiết kế công nghệ cảm ứng điện dung, mặt kính chống xước, vỏ nhơm ngun khối màn hình hiển thị LCD, thiết bị làm căn nhà trở nên hiện đại, sang trọng. Bên cạnh đó, chức năng điều khiển tự động khi kết hợp cảm biến phát hiện người SH - D1 sẽ mang lại tiện nghi khi sử dụng hằng ngày.
Chức năng: điều khiển từ xa, nút ấn cảm ứng điện dung, hỗ trợ 6 kênh công suất SHCC6W hỗ trợ kết nối Wifi giúp điều khiển trực tiếp thiết bị qua phần mềm Bkav SmartDevice, vì thế một căn phịng có thể điều khiển tự động và người dùng chỉ cần cài đặt hệ thồng đơn giản bằng phần mềm giao diện trực quan trên các thiết bị smartphone, tablet, thông qua kết nối wifi.
2.2.2. Công tắc cảm ứng wifi SH – CTXRZW
Sản phẩm SH – CTXRZW là thiết bị công tắc cảm ứng hỗ trợ bật tắt từ 1 đến 4 kênh công suất. Với thiết bị sử dụng công nghệ cảm ứng điện dung, mặt kính chơng xước vỏ nhơm nguyên khối, thiết bị sẽ làm căn nhà trở nên tiện nghi sang trọng, bên cạnh đó cơng nghệ kết nối khơng dây Wifi hoặc ZigBee việc lắp đặt trở nên dễ dàng trong các ngôi nhà đang sử dụng hoặc xây mới mà không phải đi lại đường dây điện hoặc sửa đổi hạ tầng của ngơi nhà. sản phẩm phù hợp có thể điều khiển các thiết bị trong ngôi nhà như: đèn ngủ, quạt, tivi, rèm mành.
2.2.3. Thiết bị chuyển đổi điều khiển từ RF sang Wifi
Với thiết RF BRIDGE 433 của Sonoff Việt Nam bạn có thể dễ dàng điều khiển các thiết bị gia dụng ở bất kì đâu, bất cứ lúc nào. RF BRIDGE 433 là một công cụ bổ sung đắc lực để biến ngơi nhà bình thường thành nhà thơng minh với nhiều tiện ích vượt trội.
Điều khiển từ xa qua ứng dụng: chỉ cần điện thoại thông minh được cài App Ewelink, dễ dàng điều khiển các thiết bị trong ngôi nhà bằng Smartphone ở bất cứ nơi nào
Bộ Hub trung tâm Sonoff Bridge 433MHz đóng vai trị như bộ chuyển đổi tín hiệu của các thiết bị ngoại vi về máy chủ.
Sonoff Bridge nhận tín hiệu của các cảm biến, remote từ xa, ... qua sóng RF 433MHz sau đó mã hóa gửi về máy chủ qua mạng Wifi. Sonoff Bridge cũng có thể điều khiển các thiết bị đầu cuối qua sóng RF. Mỗi bộ Hub Sonoff Bridge cho phép kết nối tối đa 64 thiết bị cùng lúc.
Chƣơng 3
PHƢƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 3.1. Phƣơng án thiết kế.
Phƣơng án 1: Hiện nay trên thị trường có bán bộ điều khiển học lệnh RF
433Mhz qua Wifi Sonoff RF Bridge sử dụng như một cầu nối để điều khiển qua Wifi các thiết bị bật tắt có tần số sóng RF 433Mhz bằng cách học lệnh từ remote điều khiển và phát ra lệnh tương ứng để bật tắt thiết bị bằng phần mềm Ewilink trên điện thoại.
Phƣơng án 2: Thiết kế một mạch điều khiển trung tâm có khả năng điều khiển
các thiết bị điện từ xa bằng Remote RF và có khả năng hiển thị trạng thái bật tắt thiết bị trên màn hình LCD, bên cạnh đó nhóm nghiên cứu viết App điều khiển trên điện thoại thông qua cơng nghệ sóng Bluetooth. Kết hợp với sử dụng bộ điều khiển trung tâm học lệnh từ Remote RF kết nối với smartphone chuyển đổi điều khiển thông qua Wifi.
Chọn phương án 2 vì Module Bluetooth sẽ dễ dàng lập trình, giá thành thấp, vì thế việc điều khiển thiết bị trong ngơi nhà có thể tận dụng cả sóng RF, Bluetooth và Wifi một cách dễ dàng.
3.2. Sơ đồ khối
Chức năng từng khối:
Khối phát RF: Sử dụng remote 315Mhz, tạo ra sóng RF.
Khối nguồn: Mạch điện sử dùng nguồn 5V để cung cấp cho các linh kiện điện tử hoạt động.
Khối thu RF: Sử dụng module thu tín hiệu RF 315Mhz.
Khối xử lý trung tâm: Sử dụng vi điều khiển AT89C52.
Khối đèn báo/rơle ngõ ra: Chứa các thiết bị điều khiển, ở đây mạch sẽ điều khiển bật tắt 4 thiết bị điện 220V/50Hz.
Khối hiển thị LCD: Sử dụng màn hình LCD loại 1602 5V có tác dụng
hiển thị thông tin, trạng thái của các thiết bị.
Khối module Bluetooth: Trên thị trường hiện nay có nhiều module Bluetooth hỗ trợ vi điều khiển giao tiếp với thiết bị khác thông qua kết nối Bluetooth. Mạch sử dụng module Bluetooth HC06 vì giá thành rẻ, tốc độ hoạt động phù hợp với truyền dữ liệu điều khiển thiết bị, dễ dàng mua ở Việt Nam và được đánh giá là ổn định.
Khối điều khiển (điện thoại Android): Tất cả các điện thoại chạy hệ điều hành Android có thể cài đặt ứng dụng Android, tất cả ứng dụng được viết bằng ngôn ngữ Java,tạo ra giao diện trực quan dễ sử dụng cho việc điều khiển và giám sát thiết bị điện.
Chƣơng 4
QUY TRÌNH THIẾT KẾ 4.1. Sơ đồ ngun lý từng khối và tính tốn
4.1.1. Khối Phát RF
Mạch sẽ sử dụng Remote RF để điều khiển các thiết bị.
Mỗi bit sử dụng trong PT2262 có độ dài 32α thay thế bằng 8 bits 1,0 liên tục( 1 Byte). Theo biểu diễn này ta có:
- Bit 0 được thay thế bằng chuỗi 10001000. - Bit 1 được thay thế bằng chuỗi 11101110. - Bit f được thay thế bằng chuỗi 10001110.
Sync Bit được thay thế bằng chuỗi : 10000000|00000000|00000000|00000000.
Như vậy các Bit Code khi phát đi sẽ được được thay thế bằng chuỗi bit mã hóa nó. Ví dụ 1 từ mã Code Word PT2262 muốn phát là “11110000|1010| SyncBit” (8