PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA INTERNET, BLUETOOTH VÀ RF

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA INTERNET, BLUETOOTH VÀ RF

1. Nhiệm vụ đề tài

Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị qua Internet, Bluetooth và RF gồm các nhiệm vụ.

ü  Tìm hiểu về các giao thức Internet, Bluetooth và mã hóa giải mã tín hiệu RF.

ü  Tìm hiểu phần mềm Visual Studio và ngôn ngữ lập trình C#.

ü  Thiết kế Website và phần mềm điều khiển trên máy tính.

ü  Thiết kế và thi công hệ thống phần cứng.

ü  Làm mô hình và mô phỏng hệ thống.

2. Nhiệm vụ chung

ü  Tìm hiểu lý thuyết phục vụ cho quá trình làm đồ án.

ü  Tính toán thiết kế, thi công phần cứng và làm mô hình.

3. Nhiệm vụ riêng

3.1. Thành viên Lê Nguyễn Anh Minh

ü  Thiết kế và mô phỏng Website và Websever trên vi điều khiển PIC18F4520

ü  Lập trình phần phát tín hiệu RF

3.2. Thành viên Lê Văn Nam

ü  Thiết kế và mô phỏng module Bluetooth HC06.

ü  Lập trình phần mềm điều khiển thiết bị trên máy tính.

ü  Lập trình khối nhận tín hiệu RF.

 

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.. 6

DANH MỤC HÌNH ẢNH.. 7

LỜI MỞ ĐẦU.. 9

CHƯƠNG 1           DẪN NHẬP. 11

1.1       Giới thiệu chương. 11

1.2       Đặt vấn đề. 11

1.3       Mục tiêu của đề tài12

1.4       Phạm vi của đề tài12

1.5       Phương pháp luận. 13

1.6       Mô hình đề xuất. 13

1.7       Kết luận chương. 15

CHƯƠNG 2         LÝ THUYẾT TỔNG QUAN.. 16

2.1       Tìm hiểu về Bluetooth. 16

2.2       Tổng quan về RF.. 17

2.3       Mô hình client / server. 20

2.4       Mô hình Web HTTP:. 22

2.5       User – server:. 26

2.6       Network address translation – NAT:. 27

2.7       Giao diện điều khiển dùng Visual Studio 2010. 29

    2.7.1    Giới thiệu về Visual Studio 2010. 29

    2.7.2    Ứng dụng C# vào đồ án. 30

2.8       Chuẩn truyền thông SPI. 30

2.9       Kết luận chương. 33

CHƯƠNG 3       GIỚI THIỆU LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH.. 34

3.1       Giới thiệu chương. 34

3.2       Module Ethernet ENC28J60. 34

3.3       Module Bluetooth HC 06. 37

3.4       Module thu phát RF.. 38

3.5       Vi điều khiển PIC 18f4520. 40

3.6       Cảm biến nhiệt LM35. 41

3.7       Vi điều khiển PIC 16877A.. 41

3.8       Kết luận chương. 43

CHƯƠNG 4          THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG.. 44

4.1       Giới thiệu chương. 44

4.2       Sơ đồ khối tổng quát. 45

     4.2.1    Chức năng từng khối46

     4.2.2    Nguyên lý hoạt động. 47

4.3       Tính toán và thiết kế phần cứng. 48

    4.3.1    Khối xử lý trung tâm... 48

    4.3.2    Mạch phát RF.. 50

    4.3.4    Module Bluetooth. 51

    4.3.5    Khối xử lý xa. 52

    4.3.6    Mạch thu RF.. 54

    4.3.7    Khối giao tiếp 5V/220V.. 54

    4.3.8    Khối mạch nguồn:. 56

4.4       Viết giao diện điều khiển trên máy tính. 58

    4.4.1    Giao diện đăng nhập. 58

    4.4.2    Tạo Form giao tiếp trên cổng COM... 59

    4.4.3    Tạo form điều khiển thiết bị60

4.5       Giao diện điều khiển trên mobile. 62

4.6       Thiết kế web sever. 63

4.7       Sơ đồ thuật toán:. 68

     4.7.1    Sơ đồ thuật toán đăng nhập vào giao diện điều khiển. 68

     4.7.2    Sơ đồ thuật toán cho các Button Light trong giao diện. 69

     4.7.3    Sơ đồ thuật toán cho các Button Timer trong giao diện. 70

     4.7.4    Sơ đồ thuật toán khối tổng quát khối xử lý trung. 71

     4.7.5    Lưu đồ thuật toán xử lý thông điệp internet. 72

     4.7.6    Lưu đồ thuật toán phát RF.. 73

     4.7.7    Lưu đồ kiểm tra thời gian chuẩn bị74

     4.7.8    Lưu đồ kiểm tra thời gian đồng bộ. 75

     4.7.9    Lưu đồ lấy dữ liệu và stop bit. 76

     4.7.10  Lưu đồ thuật toán tổng quát.77

4.4       Kết luận chương. 78

Chương 5       KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI79

5.1       Giới thiệu chương. 79

5.2       Kết quả. 79

5.3       Đánh giá hoạt động của hệ thống. 79

5.4       Hướng phát triển đề tài80

5.5       Kết luận chương. 81

Tài liệu tham khảo:81

Phụ Lục. 82

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ACK                                        Acknowledgement

ASK                                         Amplitude Shift Keying

 HTTP                                       HyperText Transfer Protocol

 HTML                                     HyperText Markup Language

 IC                                             Integrated circuit

 IP                                              Internet Protocol

 ISP                                                       Internet service provider

ISM                                           Industrial,Scientific, Medical

 LAN                                         Local area network

GSM                                      Global System for Mobile Communication

MISO                                       Master Input Slave Output

MOSI                                        Master Ouput Slave Input

NAT                                      Network address translation

PC                                         Personal Computer

PIC                                        Peripheral Interface Controller

OOK                                         On-off keying

RF                                            Radio frequency

SCK                                          Serial Clock

SPI                                           Serial Peripheral Interface

SS                                              Slave Select.

VĐK                                     Vi điều khiển

UART                                      Universal asynchronous receiver/transmitter

UDP                                         User Datagram Protocol

3G                                            Third Generation

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1:   Mô hình tổng quan  hệ thống. 14

Hình 2.1:   Một số dạng mã thông dụng. 19

Hình 2.3:   Mô hình client / server. 20

Hình 2.4:   Mô hình hoạt động của client / server. 21

Hình 2.5:   Minh họa hoạt động của Web HTTP. 22

Hình 2.6:   Hoạt động của mô hình Web HTTP. 23

Hình 2.7:   Khuôn dạng của thông điêp yêu cầu HTTP. 24

Hình 2.8:   Kiểm chứng username-password giữa client và server. 26

Hình 2.9:   Nhiều máy tính trong mạng LAN dùng chung một địa chỉ IP. 28

Hình 2.10: Mô tả cơ chế hoạt động của NAT router.29

Hình 2.11: SPI giữa một chip Master và 3 chip Slave thông qua 4 đường.32

Hình 2.12:Quá trình truyền 1 gói dữ liệu thực hiện bởi module SPI32

Hình 3.1:   Module Ethernet ENC 28j60.35

Hình 3.2:   Sơ đồ chân ENC28J60. 35

Hình 3.3:   Kết nối phần cứng vi điều khiển với ENC28J60. 36

Hình 3.4:   Module Bluetooth. 37

Hình 3.5    Mạch thu phát RF. 38

Hình 3.6    Sơ đồ chân PIC18F4520. 40

Hình 3.7:   Sơ đồ chân của LM35. 41

Hình 3.8:   Sơ đồ chân PIC16F877A.. 43

Hình 4.1:   Sơ đồ khối tổng quá khối xử lý trung tâm.. 45

Hình 4.2:   Sơ đồ khối tổng quát khối xử lý xa. 46

Hình 4.3:   Sơ đồ mạch khối xử lý trung tâm.. 48

Hình 4.4:   Nguyên lý phát RF. 50

Hình 4.5:   Sơ đồ khối xử lý trung tâm.. 52

Hình 4.6:   Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp 5V/220V.. 55

Hình 4.7:   Mạch nguồn khối mạch trung tâm.. 56

Hình 4.8 :  Giao diện đăng nhập. 59

Hình 4.9:   Giao diện kết nối cổng COM... 59

Hình 4.10: Giao diện điều khiển thiết bị.61

Hình 4.11: Giao diện điều khiển trên mobile.62

Hình 4.12: Giao diện tùy chọn timer.63

Hình 4.13: Giao thức http giữa client và sever.64

Hình 4.14: Giao diện trên trình duyêt.65

Hình 4.15: Cửa sổ kiểm chứng trên trình duyệt.66

Hình 4.16: Giao diện trang Web.68

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, với những tiến bộ vượt bậc của ngành khoa học kĩ thuật, cuộc sống của con người ngày càng hiện đại hóa. Điều khiển các thiết bị từ xa không còn xa lạ đối với nhiều người. Điều khiển các thiết bị từ xa là sản phẩm của việc ứng dụng những tiến bộ của khoa học vào đời sống, nhằm cải thiện và nâng cao chất lượng cuộc sống của con người. Ở Viêt Nam hiện nay đa phần các đề tài điều khiển từ xa qua mạng GSM. Việc điều khiển thiết bị qua mạng Internet còn hạn chế đa phần các đề tài chỉ dừng lại ở mạng LAN. Việc điều khiển thiết bị bằng hồng ngoại cũng rất phổ biến tuy nhiên nhược điểm của nó là khoảng cách,góc điều khiển hẹp và khả năng xuyên tường là không có.

Để có một bước đi riêng, trong đồ án tốt nghiệp, nhóm chúng em sẽ thực hiện xây dựng mô hình điều khiển các thiết bị qua Internet, Bluetooth và RF.

Nhằm mục đích làm rõ các nội dung liên quan đến đề tài như mục tiêu của đề tài, phạm vi đề tài, hướng phát triển, và những phần lý thuyết liên quan đến đề tài, cùng với sơ đồ thiết kế phần cứng, phần mềm của hệ thống, đồ án của nhóm tác giả trình bày bao gồm 5 chương như sau:

Chương 1: Dẫn nhập.

Chương 2: Lý thuyết tổng quan.

Chương 3: Giới thiệu linh kiện đã sử dụng trong mạch.

Chương 4: Thiết kế và thi công.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài.

Xuất phát từ nhu cầu thực tế cần  thiết phải xây dựng một hệ thống có thể đưa ra, nhóm tác giả đã tiến hành tìm hiểu các đề tài đã được thực hiện trước đó, nắm bắt những mặt ưu điểm cũng như những hạn chế còn tồn tại trong các đề tài này, thảo luận và thống nhất phương án thiết kế cuối cùng. Tiếp theo đó, nhóm chúng em đã nghiên cứu những nội dung lý thuyết liên quan, thiết kế phần cứng của hệ thống, xây dựng lưu đồ thuật toán, viết chương trình phần mềm của toàn bộ hệ thống. Bước cuối cùng, nhóm tác giả cho vận hành toàn bộ hệ thống, kiểm tra kết quả thực nghiệm, đối chiếu so sánh với yêu cầu đặt ra ban đầu và với các đề tài đã thực hiện trước đó, đánh giá hoạt động của hệ thống dựa trên kết quả thực nghiệm thu được và hướng phát triển.

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài, em đã cố gắng hết sức để hoàn thiện mô hình của mình.Nhưng với kiện thức, sự hiểu biết và thời gian thực hiện đề tài có hạn nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để cho đề tài của em có thể hoàn thiện hơn.

 

       CHƯƠNG 1                DẪN NHẬP

 

1.1             Giới thiệu chương

Hệ thống điều khiển thiết bị qua INTERNET, BLUETOOTH và RF được hình thành xuất phát từ nhu cầu thực tế của người dùng mong muốn quản có thể quản lý, điều khiển ngôi nhà của mình một cách dễ dàng dù chúng ta đang ở bất cứ nơi đâu vào bất kì thời điểm nào. Để thiết kế và thi công thành công hệ thống cần phải trải qua nhiều giai đoạn từ việc hình thành ý tưởng, tìm hiểu lý thuyết liên quan đến việc lựa chọn linh kiện, tiến hành thiết kế, thi công, kiểm tra mạch. Phần đầu của chương này sẽ trình bày ý tưởng hình thành nên đề tài. Những ý tưởng này sẽ làm nền tảng để thiết lập mục tiêu mà đề tài cần đạt được. Tiếp theo đó, nội dung chương sẽ lần lượt đề cập đến phạm vi của đề tài và phương pháp nghiên cứu. Cuối cùng là phần kết luận chương.

1.2             Đặt vấn đề

          Ngày nay, việc sử dụng thiết bị điều khiển từ xa đã trở nên hết sức phổ biến. Tuy nhiên, sự tiện ích của các bộ điều khiển là chưa cao, gặp phải hạn chế như khoảng cách, độ bảo mật. Lấy ý tưởng cải tiến các bộ điều khiển để loại bỏ các nhược điểm trên, đồ án thực hiện thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị qua Bluetooth và sóng RF bằng máy tính hoặc điện thoại Android.

Bên cạnh đó, những thách thức của đời sống hiện đại, đòi hỏi nhiều người phải di chuyển liên tục. Một tình huống được đặt ra là chủ nhà đang trên đường đi công tác và chợt nhớ rằng mình quên tắt các thiết bị điện khi rời khỏi phòng, quên tắt máy bơm hoặc tệ hơn là mình quên chưa khóa cửa. Do thời gian gấp gáp và khoảng cách không cho phép nên việc người chủ quay trở về nhà là điều không thể. Trong tình huống này, người chủ có một giải pháp tiện lợi là thực hiện thao tác điều khiển từ xa để bật tắt các thiết bị điện trong nhà. Giải pháp này giúp người dùng quản lý ngôi nhà của mình dễ dàng hơn dù họ đang ở bất cứ nơi đâu, tránh lãng phí điện và phòng ngừa trường hợp ngôi nhà bị xâm nhập bất hợp pháp.

Đây là cơ sở để hình thành nên ý tưởng ban đầu của hệ điều khiển thiết bị qua mạng INTERNET, BLUETHOOTH và RF.

Những năm gần đây, mạng lưới internet càng ngày càng phổ biến, các dịch vụ viến thông như 3G cũng phát triển mạnh. Điện thoại thông minh tích hợp đầy đủ các chức năng truy cập internet, kết nối bluetooth cũng trở nên phổ biến và thành vật dụng không thể thiếu trong đời sống hằng ngày của nhiều người. Tốc độ truyền dẫn ngày càng cao, chất lượng đường truyền tin cậy hơn. Do đó việc  truy cập vào internet hiện nay trở nên đơn giản, nhanh chóng và việc đó không còn gò bó chỉ trong một máy tính như trước đây. Từ thuận lợi nêu trên, nhóm tác giả đã nảy sinh ý tưởng kết hợp chức năng điều khiển thiết ngay trên chiếc điện thoại di động. Hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị qua mạng INTERNET, BULETOOTH và RF khi hoàn thành sẽ làm cho ngôi nhà tiện ích, hiện đại, oan toàn hơn.

1.3             Mục tiêu của đề tài

Từ ý tưởng ban đầu, dựa vào những kiến thức đã được học, nhóm tác giả tiến hành tìm hiểu những lý thuyết liên quan và sau đó bắt tay vào thiết kế và thi công mạch thực tế. Mục tiêu của đề tài là xây dựng một hệ thống hoàn chỉnh thực hiện chức năng giám sát và điều khiển như phần trình bày ở trên, hệ thống hoạt động ổn định, thân thiện với người dùng, có thể được triển khai rộng rãi chỉ cần có thể truy cập internet. Đề tài phải đạt được:

ü  Một hệ thống có tính ổn định và độ chính xác cao.

ü  Tính thân thiện với người dùng phải đơn giản, dễ dùng, có tính bảo mật tránh người ngoài đăng nhập với ý đồ xấu.

1.4             Phạm vi của đề tài

Nhóm tác giả sẽ triển khai toàn bộ hệ thống điều khiển các thiết bị trên một mô hình có cảm biến nhiệt động nhà để thu dữ liệu về nhiệt độ.

Chức năng điều khiển được thực hiện thông qua phương thức hoặc bằng Internet hoặc bằng Bluetooth, RF.

1.5      Phương pháp luận

Quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp của nhóm tác giả trải qua nhiều giai đoạn khác nhau, ứng với mỗi giai đoạn cần đưa ra một phương pháp nghiên cứu phù hợp để công việc được giải quyết nhanh và hiệu quả.

 Trong giai đoạn đầu của đồ án, nhóm tìm hiểu đưa ra những ý tưởng ban đầu, từ đó đánh giá mức độ khả quan của đề tài, từ đó lựa chọn nên đề tài phù hợp cho đồ án tốt nghiệp.

 Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm tiến hành tìm hiểu những nội dung lý thuyết liên quan. Việc tìm hiểu các đề tài liên quan đến nội dung đồ án là khá quan trọng vì nó giúp nhóm bước đầu xây dựng được mô hình tổng quát và lựa chọn được giải pháp thiết kế phù hợp với đề tài, qua tìm hiểu, nhóm cũng nhận ra được những những mặt còn hạn chế của những đề tài trước đó, từ đó có những hướng phát triển mới mẽ hơn.

Sau khi xây dựng thành công sơ đồ khối tổng quát, nhóm lần lượt đi vào thiết kế từng khối trong sơ đồ.

Việc thiết kế và kiểm tra từng khối đã ổn định thì kết nối lại với nhau. Lúc này để đánh giá hoạt động của hệ thống, nhóm tác giả đưa ra các tình huống mà hệ thống sẽ gặp phải trong quá trình vận hành và tiến hành kiểm tra. Từ kết quả thực nghiệm nhận được, nhóm tiến hành hiệu chỉnh lại hệ thống, sau đó tiến hành lại các bước thử nghiệm như ban đầu. Quá trình tiếp tục cho đến khi hệ thống vận hành theo đúng yêu cầu đã đặt ra.

1.6      Mô hình đề xuất

            Sau quá trình nghiên cứu nhóm đã đề xuất ý tưởng về mô hình hệ thống điều khiển thiết bị qua mạng INTERNET, BLUETOOTH và RF được mô tả như hình sau.

                                  Hình 1.1:  Mô hình tổng quan  hệ thống

Hệ thống khi hoàn thành phải đạt được giao diện điều khiển đơn giản, thân thiện dễ dàng sử dụng, xây dựng mật khẩu cho web, cũng như giao diện đăng nhập trên máy tính để tăng tính bảo mật cho hệ thống.

• Chức năng điều khiển giúp người dùng có thể điều khiển các thiết bị trong gia đình từ xa thông qua Bluetooth, RF và mạng Internet. Khi người truy câp mạng Internet điều khiển thiết bị qua trang web được xây dựng sẵn, nội dung yêu cầu sẽ được gửi đến khối xử lý trung tâm xác nhận, xử lý điều khiển các thiết bị. Trong trường hợp người dùng đang có mặt ở nhà, người dùng có thể điều khiển thiết bị qua Bluetooth, RF.
• Tính bảo mật của hệ thống được đảm bảo qua các cơ chế sau:

Đối với trường hợp điều khiển qua mạng Internet, Bluetooth. Để tăng cường tính bảo mật, hệ thống có thiết lập mật khẩu để tránh sự truy cập, điều khiển bất hợp pháp.

1.7      Kết luận chương

 Từ ý tưởng thiết kế ban đầu đến khi hoàn thành  mạch thực tế là một quá trình dài bao gồm nhiều giai đoạn khác nhau, trong mỗi giai đoạn sẽ yêu cầu những phương pháp nghiên cứu riêng. Nội dung chương này mang tính định hướng, làm nền tảng để các chương sau đi sâu vào nghiên cứu các vấn đề cụ thể liên quan đến đề tài.

             CHƯƠNG 2         LÝ THUYẾT TỔNG QUAN

2.1     Tìm hiểu về Bluetooth

2.1.1       Khái niệm Bluetooth

Bluetooth là công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao tiếp với nhau trong khoảng cách ngắn, bằng sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM (Industrial Scientific Medical) trong dãy tầng 2.40-2.48 Ghz. Đây là dãy băng tầng không cần đăng ký được dành riêng để dùng cho các thiết bị không dây trong công nghiệp, khoa học, y tế.

Bluetooth được thiết kế nhằm mục đích thay thế dây cable giữa máy tính và các thiết bị truyền thông cá nhân, kết nối vô tuyến giữa các thiết bị điện tử lại với nhau một cách thuận lợi với giá thành rẻ.

Khi được kích hoạt, Bluetooth có thể tự động định vị những thiết bị khác có chung công nghệ trong vùng xung quanh và bắt đầu kết nối với chúng. Nó được định hướng sử dụng cho việc truyền dữ liệu lẫn tiếng nói.

Bluetooth được thiết kế để hoạt động ở mức năng lượng rất thấp. Đặc tả đưa ra 3 mức năng lượng từ 1mw tới100 mw.

ü  Mức năng lượng 1 (100 mw): Được thiết kế cho những thiết bị có phạm vi  hoạt động rộng (~100 m)

ü  Mức năng lượng 2 (2.5 mw): Cho những thiết bị có phạm vi hoạt động thông thường (~10 m)

ü  Mức năng lượng 3 (1 mw): Cho những thiết bị có phạm vi hoạt động ngắn (~10cm)

2.1.2       Các đặc điểm của Bluetooth

vƯu điểm

ü  Tiêu thụ năng lượng thấp, cho phép ứng dụng được trong nhiều loại thiết bị, bao gồm cả các thiết bị cầm tay và điện thoại di động.

ü  Giá thành hạ (Giá một chip Bluetooth đang giảm dần, và có thể xuống dưới mức 5$ một đơn vị).

ü   Khoảng cách giao tiếp cho phép :

• Giữa hai thiết bị đầu cuối là trên10 m ngoài trời và 15m trong tòa nhà.
• Thiết bị đầu cuối và Access point là  tới 100m ngoài trời và 30m trong nhà.

ü  Bluetooth sử dụng băng tần không đăng ký 2.4 Ghz trên dãy băng tần ISM. Tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới mức tối đa 1 Mbps (do sử dụng tần số cao) mà các thiết bị không cần phải thấy trực tiếp nhau (light-of-sight requirements).

ü  Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối một ứng dụng này với một ứng dụng khác thông qua các chuẩn “Bluetooth profiles”, do đó có thể độc lập về phần cứng cũng như hệ điều hành sử dụng.

ü  Bluetooth được dùng trong giao tiếp dữ liệu tiếng nói: có 3 kênh để truyền tiếng nói và 7 kênh để truyền dữ liệu trong một mạng cá nhân.

vKhuyết điểm:

ü  Khoảng cách kết nối còn ngắn so với các công nghệ mạng không dây khác.

ü  Tốc độ truyền của Bluetooth không cao.

ü  Bị nhiễu bởi một số thiết bị sử dụng sóng radio khác, các trang thiết bị khác.

ü  Bảo mật còn thấp.

2.2    Tổng quan về RF

2.2.1       Giới thiệu chung

            Trong một phiên truyền thông, vì tận cùng bản chất của dữ liệu là bao gồm các bit 0 và 1, bên phát dữ liệu cần có một cách thức để gửi các bit 0 và 1 để gửi cho bên nhận. Một tín hiệu xoay chiều hay một chiều tự nó sẽ không thực hiện tác vụ này. Tuy nhiên, nếu một tín hiệu có thay đổi và dao động, dù chỉ một ít, sự thay đổi này sẽ giúp phân biệt bit 0 và bit 1. Lúc đó, dữ liệu cần truyền sẽ có thể gửi và nhận thành công dựa vào chính sự thay đổi của tín hiệu. Dạng tín hiệu đã điều chế này còn được gọi là sóng mang (carrier signal). Có ba thành phần của dạng sóng có thể thay đổi để tạo ra sóng mang, đó là biên độ, tầnsố và pha. Tất cả các dạng truyền thông dùng sóng vô tuyến đều dùng vài dạng điều chế để truyền dữ liệu. Để mã hóa dữ liệu vào trong một tín hiệu gửi qua sóng AM/FM, điện thoại di động, truyền hình vệ tinh, ta phải thực hiện một vào kiểu điều chế trong sóng vô tuyến đang truyền. 

2.2.2       Mã hóa bit

Mã hóa bit là quá trình chuyển đổi dãy bit (1-0) sang một tín hiệu thích hợp để có thể truyền dẫn trong môi trường vật lý. Việc chuyển đổi này chính là sử dụng một tham số thông tin thích hợp để mã hóa dãy bit cần truyền tải. Các tham số thông tin có thể được chứa đựng trong biên độ, tần số, pha hoặc sườn xung, v.v... Sự thích hợp ở đây phải được đánh giá dựa theo các yêu cầu kỹ thuật như khả năng chống nhiễu cũng như gây nhiễu, khả năng đồng bộ hóa và triệt tiêu dòng một chiều.

            Việc tạo mã để có tín hiệu trên các hệ thống số có thể thực hiện một cách đơn giản là gán một giá trị điện thế cho một trạng thái logic và một giá trị khác cho mức logic còn lại. Tuy nhiên để sử dụng mã một cách có hiệu quả, việc tạo mã phải dựa vào một số tính chất sau. (Phổ tần của tín hiệu, sự đồng bộ, khả năng dò sai, tính miễn nhiễu và giao thoa, mức độ phức tạp và giá thành của hệ thống.)

 Dưới đây giới thiệu một số dạng mã thông dụng và được sử dụng cho các mục đích khác nhau tùy vào các yêu cầu cụ thể về các tính chất nói trên hình 2.2

Hình 2.1: Một số dạng mã thông dụng

2.2.3           Giới thiệu về mã Manchester

Mã hóa Manchester là phương pháp mã hóa các bit dữ liệu dùng trong việc truyền các tín hiệu dạng số. Đây là phương pháp mã hóa các bit dữ liệu 1, 0 thành các chuỗi tín hiệu có mức tín hiệu thay đổi liên tục dù dãy bit là 1 hoặc 0 liên tiếp. Do đó, ưu điểm của mã hóa Manchester là dễ dàng tạo sự tự đồng bộ giữa bên phát và bên nhận. Trong lĩnh vực truyền thông điều khiển sử dụng vi điều khiển, mã Manchester dễ thực hiện để lập trình cùng với khả năng phát hiện lỗi khi phát hiện có vi phạm mã. Đây là phương pháp sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực truyền thông vô tuyến, hữu tuyến.

ü  Bit ‘0’à Nửa chu kỳ đầu của bit là điện áp +V và nửa chu kỳ còn lại là điện áp –V

ü  Bit ‘1’à Nửa chu kỳ đầu của bit là điện áp -V và nửa chu kỳ còn lại là điện áp + V

 Hình 2.2: Mã hóa Manchester

2.3       Mô hình client / server

Mô hình Client-Server được sử dụng trong các hệ thống phân tán và bao gồm hai thành phần riêng biệt: server đóng vai trò phục vụ cung cấp chức năng và client trong vai trò người tiêu thụ sử dụng các chức năng đó.

Hình 2.3: Mô hình client / server

Việc giao tiếp giữa client và server được thực hiện dưới hình thức trao đổi các thông điệp (Message) Thông thường hai thành phần này kết nối với nhau qua mạng, với client là bên chủ động tạo kết nối và gửi yêu cầu đến server, trong khi server thụ động lắng nghe và hồi đáp các yêu cầu. Để được phục vụ, client sẽ gởi một thông điệp yêu cầu (Request Message) mô tả về công việc muốn server thực hiện. Khi nhận được thông điệp yêu cầu, server tiến hành phân tích để xác định công việc cần phải thực thi. Nếu việc thực hiện yêu cầu này có sinh ra kết quả trả về, server sẽ gửi nó cho client trong một thông điệp trả lời (Reply Message) ).

Hình 2.4: Mô hình hoạt động của client / server

Dạng thức (format) và ý nghĩa của các thông điệp trao đổi giữa client và server được qui định rõ bởi giao thức (protocol) của ứng dụng. Mô hình client-server đơn giản nhất gồm một server phục vụ cho một hoặc nhiều client đồng thời.

Các ưu điểm nổi bật của kiến trúc Client-Server gồm:

ü  Quản lý tập trung: dữ liệu được lưu trữ tập trung trên server thay vì nằm rải rác trên nhiều máy, giúp đơn giản hóa việc truy xuất và cập nhật dữ liệu.

ü  Dễ bảo trì: nhờ khả năng quản lý tập trung mà công việc bảo trì cũng trở nên nhẹ nhàng hơn vì phần lớn việc bảo trì chỉ cần thực hiện trên server. Trong trường hợp hệ thống có nhiều server với thiết bị dự phòng, quá trình bảo trì (như sửa chữa, thay thế server) có thể diễn ra hoàn toàn trong suốt với phía client.

ü  Bảo mật: dữ liệu tập trung trên server đồng nghĩa với việc kiểm soát dễ dàng hơn.

2.4       Mô hình Web HTTP:

2.4.1       Giới thiệu về Web HTTP

HTTP là từ viết tắt của Hypertext Transfer Protocol (HTTP): Giao thức truyền siêu văn bản được ứng dụng để truyền tải tài liệu và các tệp siêu văn bản giữa máy chủ Web (Web server) và máy khách Web (Web client) thông qua một trình duyệt Web. Cụ thể hơn, HTTP là một giao thức ở tầng ứng dụng cho phép một máy khách gửi yêu cầu đơn giản dạng tệp siêu văn bản đến máy chủ và nhận đáp ứng từ máy chủ.

  HTTP cho phép một tập các phương thức hoặc câu lệnh (methods/commands) và các tiêu đề mở-đóng (open-ended header) để chỉ ra mục đích của một yêu cầu. HTTP được xây dựng trên nguyên tắc tham chiếu được cung cấp bởi định danh tài nguyên thống nhất (Uniform Resource Identifier - URI), hoặc định vị tài nguyên thống nhất (Uniform Resource Locator - URL) hay tên tài nguyên thống nhất (Uniform Resource Name - URN), nhằm chỉ ra nguồn tài nguyên áp dụng phương thức.

Hình 2.5: Minh họa hoạt động của Web HTTP

HTTP sử dụng giao thức TCP

ü  Client khởi tạo kết nối TCP(socket) tới server qua cổng 80.

ü  Sever chấp nhận kết nối TCP từ Client

ü  Các thông điệp HTTP: trao đổi giữa Brower(HTTP client) và Web server (HTTP server)

ü  Một trong hai phía sẽ đóng kết nối TCP

HTTP là giao thức không trạng thái: server không lưu lại thông tin yêu cầu của client.

Ví dụ minh họa chi tiết cơ chế hoạt động của HTTP:

ü  Giả sử đánh địa chỉ trên trình duyệt

• www.someSchool.edu/someDepartment/home.index
• Giả sử trong home.index bao gồm file HTML tham chiếu tới 10 ảnh JPEG

ü  Quá trình diễn ra như sau:

Hình  2.6: Hoạt động của mô hình Web HTTP

2.4.2       Định dạng thông điệp yêu cầu HTTP

Có hai thông điệp HTTP: Thông điệp yêu cầu (request) và thông điệp trả lời (response).

vThông điệp HTTP request:

Dòng yêu cầu: có thể là lênh GET, POST, HEAD

Các dòng tiêu đề:  User-agent: Mozilla/4.0 cho ta biết đây là bang Mozilla bản 4.0

Accept: text/html, image/gif, image/jpg có ý nghĩa là trình duyệt này chấp nhận file text dưới dạng html, chấp nhận loại file ảnh dưới dang gif và jpg.

  Accept – language: fr tức trình duyệt này hổ trợ ngôn ngữ tiếng pháp.

            Hình 2.7: Khuôn dạng của thông điêp yêu cầu HTTP

ü  Ý nghĩa các trường:

• Method xác định lệnh GET, POST, HEAD
• Sp có mã 0x32 trong mã ASCII
• URL tên đối tượng yêu cầu.
•  Version: có thể là HTTP 1.0, HTTP 1.1
• Cr, lf ký tự xuống dòng và quay về đầu dòng.
• Header field name là các trường tiêu đề và value là trường giá trị của trường tiêu đề. Hai trường này ngăn cách bởi dấu hai chấm.
• Entity body là thân của thông điệp.

vThông điệp trả lời của HTTP

 Mã trạng thái thông điệp trả lời được ghi ở dòng đầu tiên trong thông điệp Server trả lời. Một số mã thường gặp gặp:

ü  200 OK đã xử lý thành công request của client, dữ liệu trả về nằm trong message body

ü  301 Moved Permanently: resource đã được chuyển hoàn toàn tới địa chỉ trong trường Location của response

ü  400 Bad Request: request không đúng định dạng, cú pháp.

ü  404 Not Found: đối tượng yêu cầu không tìm thấy trong Server.

ü  505 HTTP Versison Not Supported: Server không hỗ trợ phiên bản giao thức HTTP

2.5       User – server:

Server  muốn kiểm soát chỉ một lớp đối tượng được quyền truy cập một lớp đối tượng trên server. Để làm được điều này cơ chế kiểm chứng thông qua tên truy cập username và password được thực hiện.

Kiểu username - password vẫn là kiểu không trạng thái, bởi một lần yêu cầu thì client phải xuất trình chứng nhận mình có quyền thao tác các đối tượng được lưu trên server

Kiểm chứng thông qua mã 401

   Hình 2.8: Kiểm chứng username-password giữa client và server

 

Client  gửi thông điệp đến server, tại phía server nhận được yêu cầu từ phía client lúc này server gửi một thông điệp trả lời mã 401 authorization. Khi nhận thông điệp này client biết rằng server đồi mình kiểm chứng, client sẽ bật ra một cửa sổ trên cửa sổ này có username - password. Người sử dụng sẽ gõ username và password vào sau đó gõ enter. Khi đó client sẽ gửi một thông điệp http request bổ sung thêm trường authorization, trong trường authorization này chứa username và password mà người dùng mới đưa vào. Thông điệp này đến trường server sẽ lấy trường username và password để so sánh với bản được lưu trên server. Nếu như trùng nhau thì người sử dùng có quyền lấy đối tượng lưu trên server. Server sẽ gửi thông điệp respone, còn nếu người sử dụng không có quyền truy cập đối tượng thì server sẽ gửi lại thông điệp kiểm chứng.

2.6       Network address translation – NAT:

Các máy tính cần địa chỉ IP để giao tiếp với nhau trên mạng internet. Mỗi máy tính phải có địa chỉ IP phân biệt nhau. Tuy nhiên hiện nay, internet ngày càng được sử dụng rộng rãi, các dịch vụ web, tương tác trực tuyến ngày càng phát triển, số lượng máy tính kết nối internet ngày càng nhiều dẫn đến số lượng địa chỉ IPv4 thiếu hụt. IPv6 ra đời giúp tăng thêm số lượng địa chỉ IP tuy nhiên còn phải mất thêm nhiều thời gian để được sử dụng rộng rãi. Và NAT đã xuất hiện để giải quyết bài toán thiếu hụt IPv4. Với một địa chỉ IP (Public IP), sử dụng NAT router, bạn có thể chia sẻ kết nối Internet cho hàng chục đến hàng trăm máy tính khác nhau trong mạng nội bộ. Từ đó thấy được lợi ích của NAT.

ü  Không cần được cấp phát dải địa chỉ từ ISP: một địa chỉ IP cho tất cả mọi thiết bị.

ü  Có thể thay đổi địa chỉ của thiết bị trong mạng cục bộ không cần thông báo với thế giới bên ngoài.

ü  Có thể thay đổi ISP không cần thay đổi địa chỉ của các thiết bị trong mạng cục bộ

ü  Các thiết bị trong mạng cục bộ không có địa chỉ rõ ràng đối với thế giới bên ngoài bảo mật hơn.

Hình 2.9: Nhiều máy tính trong mạng LAN dùng chung một địa chỉ IP

Thực hiện NAT router :

ü  Các datagram ra ngoài: thay thế địa chỉ IP nguồn, port của mọi datagram ra ngoài thành địa chỉ NAT IP, port  mới. Client/server ở xa sẽ trả lời sử dụng địa chỉ NAT IP, port mới là địa chỉ đích.

ü  Ghi nhớ trong bảng phiên dịch NAT mọi cặp địa chỉ IP nguồn, port thành địa chỉ NAT IP, port mới.

ü  Các datagram đi vào: thay thế địa chỉ NAT IP, port mới trong trường địa chỉ đích của mọi datagram đi vào bằng địa chỉ IP nguồn, port tương ứng chứa trong bảng phiên dịch NAT.

 

Hình 2.10: Mô tả cơ chế hoạt động của NAT router.

2.7       Giao diện điều khiển dùng Visual Studio 2010

2.7.1       Giới thiệu về Visual Studio 2010

Microsoft Visual Studio 2010 cung cấp các gói công cụ mạnh mẽ trong việc lập trình các giao diện desktop tốc độ cao và đơn giản. Công cụ C# đem lại hình ảnh trực quan với các giao diện desktop quen thuộc như button , textbox , radio button … với cơ sở liên kết dữ liệu chặt chẽ. Visual Studio là công cụ phát triển ứng dụng (IDE) mạnh, Microsoft còn cho phép tăng sức mạnh công cụ này bằng các thư viện bổ sung (add-in) hữu ích. Phiên bản mới nhất của công cụ này – Visual Studio (VS) 2010 vẫn tiếp tục hỗ trợ add-in như các phiên bản trước, nhưng không dừng lại ở đó, Microsoft đã bổ sung thêm khái niệm mới - extension. Cũng là những công cụ bổ sung, nhưng extension được Microsoft chuẩn hóa theo những quy tắc nhất định. Nhờ đó, ta không những có thể dễ dàng cài đặt, quản lý, gỡ bỏ các extension, mà còn đảm bảo tính an toàn do các extension phải được kiểm định trên Visual Studio Gallery, tránh trường hợp kẻ xấu phá hoại. Thay vì một màn hình quản lý add-in đơn điệu và ít chức năng, công cụ Extension manager cho phép phân loại theo từng nhóm chức năng, tìm kiếm trên thư viện online…

Ngôn ngữ C# là một ngôn ngữ được dẫn xuất từ C và C++, nhưng nó được tạo từ nền tảng phát triển hơn. Microsoft bắt đầu với công việc trong C và C++ và thêm vào những đặc tính mới để làm cho ngôn ngữ này dễ sử dụng hơn. C# loại bỏ một vài sự phức tạp và rối rắm của những ngôn ngữ như Java và C++, bao gồm việc loại bỏ những macro, những template, đa kế thừa, và lớp cơ sở ảo (virtual base class). Chúng là những nguyên nhân gây ra sự nhầm lẫn hay dẫn đến những vấn đề cho các người phát triển C++. Ngôn ngữ C# đơn giản vì nó dựa trên nền tảng C và C++. Nếu chúng ta thân thiện với C và C++ chúng ta sẽ thấy C# khá giống về diện mạo, cú pháp, biểu thức, toán tử và những chức năng khác được lấy trực tiếp từ ngôn ngữ C và C++, nhưng nó đã được cải tiến để làm cho ngôn ngữ đơn giản hơn. Một vài trong các sự cải tiến là loại bỏ các thành phần dư thừa, hay là thêm vào những cú pháp thay đổi.

2.7.2       Ứng dụng C# vào đồ án 

Đồ án điều khiển thiết bị qua Bluetooth yêu cầu phải có bộ phần mềm giao tiếp máy tính và C# là lựa chọn hàng đầu. Với tính năng kéo và thả, người dùng dễ dàng trong việc tạo ra giao diện kết nối. C# còn cung cấp nhiều gói chương trình con tập trung cho việc thiết lập và truyền nhận dữ liệu qua cổng USB và cổng COM.

2.8        Chuẩn truyền thông SPI

SPI (Serial Peripheral Inteface) là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do hãng Motorola đề xuất. Đây là kiểu truyền thông Master-Slave, trong đó có 1 chip Master điều phối quá trình tuyền thông và các chip Slaves được điều khiển bởi Master vì thế truyền thông chỉ xảy ra giữa Master và Slave. SPI là một cách truyền song công (full duplex) nghĩa là tại cùng một thời điểm quá trình truyền và nhận có thể xảy ra đồng thời. SPI đôi khi được gọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có 4 đường giao tiếp trong chuẩn này đó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Ouput Slave Input) và SS (Slave Select).

          SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần 1 đường giữ nhịp, mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu đến hoặc đi. Đây là điểm khác biệt với truyền thông không đồng bộ mà chúng ta đã biết trong chuẩn UART. Sự tồn tại của chân SCK giúp quá trình tuyền ít bị lỗi và vì thế tốc độ truyền của SPI có thể đạt rất cao. Xung nhịp chỉ được tạo ra bởi chip Master.

             MISO - Master Input / Slave Output: nếu là chip Master thì đây là đường Input còn nếu là chip Slave thì MISO lại là Output. MISO của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau.

             MOSI - Master Output / Slave Input: nếu là chip Master thì đây là đường Output còn nếu là chip Slave thì MOSI là Input. MOSI của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau.

             SS - Slave Select: SS là đường chọn Slave cần giap tiếp, trên các chip Slave đường SS sẽ ở mức cao khi không làm việc. Nếu chip Master kéo đường SS của một Slave nào đó xuống mức thấp thì việc giao tiếp sẽ xảy ra giữa Master và Slave đó. Chỉ có 1 đường SS trên mỗi Slave nhưng có thể có nhiều đường điều khiển SS trên Master, tùy thuộc vào thiết kế của người dùng.

 

Hình 2.11: SPI giữa một chip Master và 3 chip Slave thông qua 4 đường.

Hoạt động: mỗi chip Master hay Slave có một thanh ghi dữ liệu 8 bits. Cứ mỗi xung nhịp do Master tạo ra trên đường giữ nhịp SCK, một bit trong thanh ghi dữ liệu của Master được truyền qua Slave trên đường MOSI, đồng thời một bit trong thanh ghi dữ liệu của chip Slave cũng được truyền qua Master trên đường MISO. Do 2 gói dữ liệu trên 2 chip được gởi qua lại đồng thời nên quá trình truyền dữ liệu này được gọi là “song công”.

Hình 2.12:Quá trình truyền 1 gói dữ liệu thực hiện bởi module SPI

 

2.9        Kết luận chương

            Việc tìm hiểu những nội dung lý thuyết liên quan ngay từ những bước đầu của quá trình thực hiện đồ án đã tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm trong việc triển khai các giai đoạn tiếp theo. Những kiến thức đã tìm hiểu được trong chương là cơ sở để nhóm tính toán lựa chọn các linh kiện phù hợp và xây dựng lưu đồ thuật toán cho chương trình.

 

 

CHƯƠNG 3      GIỚI THIỆU LINH KIỆN SỬ DỤNG     TRONG MẠCH

3.1     Giới thiệu chương

Bên cạnh những nội dung lý thuyết liên quan đã tìm hiểu ở chương 2, để thực hiện bước tiếp theo là tính toán và thiết kế mạch cần tìm hiểu về các linh kiện được sử dụng. Nội dung tìm hiểu của chương bao gồm các linh kiện chính là:

ü  Module Ethernet

ü  Module Bluetooth HC06

ü  Module RF433 mhz

ü  PIC 18F4520

ü  PIC 16F877A

ü  Cảm biến: nhiêt độ LM35

       Nội dung tìm hiểu được của chương này chủ yếu dựa vào thông tin sản phẩm của của hàng và datasheet được cung cấp bởi nhà sản xuất.

3.2      Module Ethernet ENC28J60

Thông thường để kết nối thiết bị điều khiển với mạng Ethernet có hai cách, một là sử dụng các vi điều khiển tích hợp sẵn phần giao tiếp với Ethernet, phổ biến là các dòng PIC18F66J60, PIC18F66J65, PIC18F67J60, PIC18F67J60, PIC18F86J60 của Microchip. Sử dụng phương thức này có ưu điểm viết mã code đơn giản, kích thước board mạch nhỏ gọn. Ngoài ra còn có cách khác là sử dụng chip giao tiếp Ethernet ENC28J60, với cách sử dụng này bo mạch sẽ có kích thước lớn hơn, thường tách thành hai module độc lập được kết nối qua card hỗ trợ giao tiếp chuẩn SPI (Serial Pheripheral Interface ).

Hình 3.1: Module Ethernet ENC 28j60.

Sử dụng Jack RJ45 tích hợp sẳn biến áp và Led, độ tin cậy cao.  Ngõ giao tiếp 10-pin thiết lập sẵn để giao tiếp với các microcontroller khác nhau như PIC, dsPIC, 8051/AVR, ARM... bao gồm các chân RST, CS, INT, CLK, SCK, MISO, MOSI, WOL, VCC, GND.

Trong module ghép nối Ethernet, người thực hiện đề tài đã chọn cách sử dụng chip ENC28J60. Sơ đồ chân ENC28J60:

Hình 3.2: Sơ đồ chân ENC28J60

Giới thiệu ENC28J60

ü  ENC28J60 là vi điều khiển hỗ trợ kết nối Ethernet cho bất kỳ vi điều khiển nào có giao tiếp SPI. ENC28J60 được thiết kế và chế tạo bởi Microchip.

ü  Phần cứng của ENC28J60 được tích hợp trong cả hai lớp kết nối dữ liệu và lớp vật lý .

ü  Hỗ trợ giao tiếp SPI với tốc độ tối đa đạt 20MHz.

ü  Điện áp hoạt động của ENC28J60 từ 3.1V đến 3.6V.

ü  Hỗ trợ công nghệ 10BASE-T.

ü  Hỗ trợ truyền song công và bán song công.

Giao tiếp giữa PIC18F4520 và ENC28J60

ü  Sơ đồ kết nối:

Hình 3.3:Kết nối phần cứng vi điều khiển với ENC28J60

ü  Nguyên lý hoạt động của mạch:

• Vi điều khiển ENC28J60 được điều khiển hoàn toàn thông qua giao tiếp SPI với PIC18.
• PIC18 đóng vai trò là Master trong giao tiếp SPI với ENC28J60.
• Tương tự như kết nối mạng trên PC, PIC18 đóng vai trò là PC còn ENC28J60 đóng vai trò như card mạng.
• Nhận dữ liệu: Tín hiệu yêu cầu từ mạng truyền qua cổng RJ45 vào ENC28J60. ENC28J60 được thiết kế để giải mã tín hiệu và chuyển tín hiệu đó thành dữ liệu và lưu vào bộ đệm thu. Thông qua giao tiếp SPI, PIC18 liên tục kiểm tra bộ đệm của ENC28J60. Nếu phát hiện có dữ liệu nó sẽ đọc dữ liệu và xử lí.
• Truyền dữ liệu: Thông qua giao tiếp SPI, PIC18 sẽ gửi dữ liệu vào bộ đệm phát của ENC28J60. ENC28J60 sẽ mã hóa dữ liệu và truyền ra đường RJ45 đến địa chỉ mong muốn.

3.3     Module Bluetooth HC 06

Module HC-06 là một cách dễ dàng để có thể sử dụng giao tiếp bluetooth qua Serial Port, được thiết kế để truyền dữ liệu nối tiếp qua wireless. Điều chế thu phát radio ở tần số 2,4Ghz, sử dụng chip bluecore bluetooth 04 - chip duy nhất với hệ thống Cmos thích ứng với tính năng nhảy tần.

Hình 3.4: Module Bluetooth

vTính năng phần cứng:

ü  Độ nhạy -80dBm

ü  Công suất truyền lên đến +4dBm

ü  Công suất thấp 1.8V, hoạt động từ 2.7V đến 7V

ü  Điều khiển PIO

ü  Giao tiếp UART với tốc baud lập trình được

ü  Tích hợp anten

ü  Kết nối ở biên mạch.

      Tính năng phần mềm:

ü  Mặc định tốc độ baud là 9600, databits : 8, Stopbit : 1, Parity : No. Hỗ trợ tốc độ baud : 9600, 19200, 38400,57600, 115200, 230400,460800.

ü  Khi có 1 xung ở PIO0, thiết bị sẽ bị ngắt kết nối.

ü  Trạng thái chỉ thị port PIO1: low- ngắt kết nối, high- đã kết nối.

ü  PIO10 và PIO11 có thể được kết nối với led đỏ và led xanh riêng. Khi master và slave được kết nối với nhau, led đỏ và led xanh sẽ nháy 1 lần 2s, khi ngắt kết nối chỉ led xanh nháy 2 lần/s.

ü  Tự động kết nối với thiết bị cuối cùng khi nguồn được cấp.

ü  Cho phép kết nối thiết bị mặc định.

ü  Tự động kết nối với pincode mặc định: "1234"

ü  Tự động reconnect trong 30 phút nếu bị đứt kết nối như vượt ra ngoài phạm vi kết nối.

3.4      Module thu phát RF

 Mạch phát RF dùng để chuyển các tín hiệu dạng số1-0 thành trạng thái có hoặc không có tín hiệu ở phần mạch thu

 Mạch thu RF  sử dụng để thu lại các tín hiệu từ mạch phát, biến các trạng thái phát hay  không phát thành dạng số 1 hoặc 0.

Hình 3.5:  Mạch thu phát RF

3.4.1          Module phát RF 433Mhz

Thông số kỹ thuật:

ü  Điện áp làm việc: 5 vdc 

ü  Tần số hoạt động: 433MHz

ü  Dòng khi phát: 20-28mA 

ü  Truyền khoảng cách: 

+  Khoảng cách không có Anten: 20-30 cm

+ Tùy thuộc vào Anten và môi trường truyền. Khoảng cách từ 20-100 m. Có thể đạt tới khoảng cách 500 m

ü  Công suất đầu ra: 16dBm (40mW) 

ü   Tốc độ truyền: 

ü   Điều chế: OOK (AM)

Thứ Tự Chân:

ü  DATA: Dữ liệu vào

ü  VCC : Nguồn Cung Cấp

ü  GND : Mass

3.4.2        Module Thu RF 433Mhz

Thông số kỹ thuật:

ü  Điện áp hoạt động: DC5V

ü  Dòng Hoạt Động (mA): 4mA 

ü  Điều Chế: AM (OOK)

ü  Độ Nhạy (dBm):-105dB

ü  Tần số hoạt động (MHz): 433MHz 

 Thứ tự chân:

ü  VCC: Nguồn cung cấp

ü  DATA: Dữ liệu nhận

ü  DATA: Dữ liệu nhận

ü  GND: Mass

3.5     Vi điều khiển PIC 18f4520

          Hình 3.6  Sơ đồ chân PIC18F4520

CPU tốc độ caocó 75 cấu trúc lệnh, nếu được cho phép có thể kéo dài đến 83 cấu trúc lệnh.

Hầu hết các cấu trúc lệnh chỉ mất một chu kỳ máy, ngoại trừ lệnh rẽ nhánh chương trình mất hai chu kỳ máy

Tốc độ làm việc: xung clock đến 40MHz, tốc độ thực thi lệnh 125ns

Bộ nhớ chương trình ( flash program memory) là 32kbyte

Bộ nhớ dữ liệu SRAM là  1536 byte

Bộ nhớ dữ liệu EEPROM  là 256 byte

5 port Vào hoặc ra

4 bộ timer

1 capture/compare/PWM modules

Giao tiếp nối tiếp : MSSP, USART.

Cổng giao tiếp song song.

13    Analog to Digital module 10 bít

Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

ü  Bộ nhớ Flash  có khả năng ghi xoá được 100.000 lần.

ü   Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xoá được 1.000.000 lần.

ü   Flash/Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ  hàng 100 năm.

ü   Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm.

ü   Watchdog timer với bộ dao động trong.

ü   Chức năng bảo mật mã chương trình .

ü   Chế độ SLEEP.

ü   Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau

3.6      Cảm biến nhiệt LM35

LM35 là một cảm biến nhiệt độ analog.

ü  Đơn vị đo nhiệt độ: °C.

ü   Nhiệt độ thay đổi tuyến tính: 10mV/°C

Hình 3.7: Sơ đồ chân của LM35

LM35 có hiệu năng cao, dòng tiêu thụ là 60uA. không cần phải canh chỉnh nhiệt độ. Công thức chuyển đổi nhiệt độ từ giá trị 10 bit nhị phân sang thập phân với mức điện áp tham chiếu là 5VDC. Điện áp được lấy trên chân A0 của vi điều khiển

temperature = (5.0*analogRead(A0)*100.0/1024.0)

3.7   Vi điều khiển PIC 16877A

PIC16F877 là nhóm PIC trong họ PIC16XX của họ Vi điều khiển 8-bit, tiêu hao năng lượng thấp, đáp ứng nhanh, chế tạo theo công nghệ CMOS, chống tĩnh điện tuyệt  đối. Tất cả các lệnh đều mất 1 chu kỳ lệnh ngoại trừ các lệnh rẽ nhánh chương trình mất 2 chu kỳ lệnh. Chỉ có 35 lệnh và 1 lượng lớn các thanh ghi cho phép đáp ứng cao trong ứng dụng.

Bảng 3.1: Tóm tắt đặc điểm của PIC16F887

Tần số hoạt động	DC-20MHz
Bộ nhớ chương trình Flash (14-bit word)                                                                  8K	8K
Bộ nhớ dữ liệu SRAM (byte)	368
Bộ nhớ dữ liệu EEPROM (byte)	256
Các ngắt	15
Các Port xuất/nhập	Port A, B, C, D, E
Timer	3
Module Capture/Compare/PWM	2
Giao tiếp nối tiếp	MSSP, USART
Giao tiếp song song	PSP
Module A/D 10-bit	8 kênh ngõ vào
Bộ so sánh tương tự	2
Tập lệnh	35 lệnh

 

Hình 3.8: Sơ đồ chân PIC16F877A

Vi điều khiển PIC16F877A có 5 cổng xuất nhập, bao gồm PORTA, PORTB, PORTC, PORTD và PORTE.

            ADC (Analog-to-Digital converter) cho phép thực hiện việc biến đổi tín hiệu tương tự ở ngõ vào thành tín hiệu số được biểu diễn bằng 10 bit nhị phân. PIC16F887 bao gồm 14 ngõ vào tương tự (AN0 đến AN13 ). Hiệu điện thế chuẩn VREF có thể được lựa chọn là VDD, VSS  hay  hiệu điện thể chuẩn được xác lập trên hai chân RA2 và RA3. Kết quả chuyển đổi từ tín tiệu tương tự sang tín hiệu số là 10 bit số tương ứng và được lưu trong hai thanh ghi ADRESH: ADRESL.

3.8 Kết luận chương

Việc tìm hiểu các nội dung lý thuyết liên quan trong giai đoạn đầu của quá trình thực hiện đồ án đã tạo điều kiện thuận lợi để nhóm tác giả triển khai các giai đoạn tiếp theo. Lý thuyết tìm hiểu được là cũng là cơ sở quan trọng  để tính toán lựa chọn linh kiện phù hợp và xây dựng thuật toán cho chương trình.

 

CHƯƠNG 4          THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

 

4.1Giới thiệu chương

                Dựa vào những nội dung lý thuyết đã tìm hiểu được ở ba chương đầu, trong chương này sẽ trình bày phần tính toán thiết kế và thi công mạch. Toàn bộ hệ thống sẽ được phân thành những Module nhỏ hơn để thuận tiện cho quá trình thiết kế và kiểm tra. Các khối được trình bày trong chương bao gồm:

ü  Khối Module Ethernet

ü  Khối Module Bluetooth

ü  Khối điều khiển trung tâm PIC 4520

ü  Khối điều khiển xa  PIC 16F877A

ü  Khối giao tiếp 220v/5v

ü  Mạch phát RF TX11

ü  Mạch thu RF   RX11

Trong mỗi khối sẽ trình bày về sơ đồ mạch , nguyên lý hoạt động, tính toán ,thi công và kiểm tra. Chương trình nạp cho vi điều khiển được viết bằng ngôn ngữ C. Lưu đồ thuật toán của chương trình chính và các chương trình con sẽ được trình bày trong phần tiếp theo của chương.

4.2 Sơ đồ khối tổng quát

 Hình 4.1: Sơ đồ khối tổng quá khối xử lý trung tâm

............

Chương 5       KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

       ĐỀ TÀI

5.1   Giới thiệu chương

Chương 5 sẽ nêu lên kết quả đạt được của đồ án. Đối chiếu kết quả nhận được với mục tiêu ban đầu để đánh giá hoạt động của hệ thống, nhìn nhận những ưu điểm của hệ thống , những khuyết điểm cần khắc phục. Đồng thời nêu ra các ý tưởng để hoàn thiện đồ án trong tương lai.

5.2   Kết quả

Đồ án “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA INTERNET, BLUETOOTH VÀ RF”, như đã trình bày là một đề tài có tính ứng dụng cao, có thể sử dụng cho nhiều bài toán thực tế. Việc xây dựng thiết bị liên quan đến nhiều mảng kiến thức, từ những kiến thức của mảng điện tử, hệ thống nhúng, lập trình giao diện C#, cơ chế hoạt động của giao thức mạng …

Đồ án đã đạt được những kết quả cụ thể sau:

ü  Nắm rõ được giao tiếp Bluetooth.

ü  Nắm rõ được giao thức mạng.

ü  Tìm hiểu về  ngôn ngữ lập trình C#

ü  Thực hiện kết nối Bluetooth giữa Mobile Android/Máy tính và module Bluetooth.

ü  Thực hiện kết nối giữa module Bluetooth và VĐK PIC18F4520

ü  Thực hiện kết nối giữa module RF với VĐK

5.3     Đánh giá hoạt động của hệ thống

v  Ưu điểm

Hệ thống điều khiển thiết bị qua mạng Internet, Bluetooth và RF sau khi hoàn thành đã cho thấy những ưu điểm vượt trội hơn so với các hệ thống có cùng chức năng.

ü  So sánh với hệ thống điều khiển thiết bị qua mạng GSM, chi phí xây dựng và vận hành hệ thống  tiết kiệm hơn nhiều.

ü  Hệ thống dễ sử dụng, có tính bảo mật.

ü  Việc sử dụng hệ thống không cần những remote mà dùng ngay điện thoại di động nên rất tiện dụng.

v  Khuyết điểm

ü  Tốc độ xử lý còn phụ tôc động đường truyền.

ü  Chưa làm chủ được giao diện viết cho mobile, giao diện dang dùng trên mobile để điều khiển Bluetooth được tải từ kho ứng dụng của Google.

ü  Những ứng dụng còn khá thô, giao diện đơn điệu.

ü  Chưa khai thác nhiều ứng dụng của internet.

v  Khả năng ứng dụng vào thực tế

Hệ thống có khả năng ứng dụng vào cuộc sống.

ü  Phạm vi ứng dụng của đề tài: Hộ gia đình,chung cư, cơ sở sản xuất kinh doanh các vật liệu dễ cháy nổ...Áp dụng tại thành phố, nông thôn…những nơi có có thể truy cập internet.

ü   Đối tượng người dùng: Hệ thống hướng đến đối tượng người dùng ở nhiều lứa tuổi khác nhau do tính năng đơn giản và dễ sử dụng.

5.4   Hướng phát triển đề tài

Tuy hệ thống đã đáp ứng đầy đủ những yêu cầu đặt ra ban đầu nhưng việc khai thác hệ thống còn chưa tốt nên  hệ thống cần  có những hướng phát triển mới trong tương lai như sau:

ü  Xây dựng phần mềm sử dụng trên smartphone thân thiện với người dùng .

ü  Thiết kế các phương án dự phòng khi mất điện như pin, nguồn UPS.

ü  Mở rộng những ứng dụng khác như: lấy hình ảnh từ camera truyền lên trang web để tăng độ tinh cậy của ứng dụng.

ü  Những thông số nhiệt độ nên được gửi lên trang web.

ü  Sử dụng thêm những cảm biến để tăng tính giám sát cho hệ thông.

5.5  Kết luận chương

Hệ thống điều khiển thiết bị qua mạng Internet, Bluetooth và RF hoàn thành đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kĩ thuật đã đặt ra. Hệ thống hoạt động ổn định, dễ sử dụng, có khả năng ứng dụng rộng rãi vào thực tế.Mặc dù vậy, hệ thống cần có những hướng phát triển mới trong tương lai để đáp ứng những nhu cầu ngày càng cao của cuộc sống hiện đại.

 

Tài liệu tham khảo:

[1] Hồ Đắc Phương (2009), Giáo trình mạng máy tính, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam.

[2] Nguyễn Bính (1996), Điện tử công suất, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật.

[3] Mikro C Pic Pro Manual v100, MikroeElektronika.

[4]www. Microchip.com

[5]www.Mikroe.com

[6]www. Dientuvietnam.net

[7]www. Picvietnam.com

[8]http://www.datasheet.com 

[9]http://www.alldatasheet.com  

Phụ Lục

1. Chương trình xử lý thông điệp Internet

unsigned int  SPI_Ethernet_UserTCP(unsigned char *remoteHost, unsigned int remotePort, unsigned int localPort, unsigned int reqLength, TEthPktFlags *flags)

{

unsigned int    len = 0 ;       // độ dài(length)

unsigned char   admin ;// admin flag =1 khi truy cập vào giao diện chính

unsigned char   *ptr ;          // con trỏ buffer

 //kiểm tra cổng 80

if(localPort != 80)

 {

return(0) ;            

   }

// kiểm tra Get ?

if(HTTP_getRequest(http_request, &reqLength, HTTP_REQUEST_SIZE) == 0)

                {

return(0) ; 

                }

//kiểm tra username và password

admin = HTTP_basicRealm(reqLength, PRIVATE_LOGINPASSWD) ;

//kiểm tra chuỗi thông điệp

if(memcmp(http_request, path_private, sizeof(path_private) - 1) == 0)  

// kiểm tra vùng private ?

  {

// dịch con trỏ nếu đúng

ptr = http_request + sizeof(path_private) - 1;

 

                // kiểm tra mật khẩu

if(admin == 0)

{

//gửi thông điệp yêu cầu xác nhận

len = HTTP_accessDenied(ZONE_NAME, MSG_DENIED) ;

}

else

{

if(http_request[8] == 's')                    // nếu thông điệp nhận được có ‘s’

{

len = putConstString(httpHeader) ; // HTTP header

len += putConstString(httpMimeTypeScript) ;  // MIME type

// giá trị ADC 5

WordToStr(ADC_Read(5), dyna) ;

len += putConstString("var AN2=") ;