Đồ án Thiết kế và thi công bộ điều khiển thiết bị điện trong nhà sử dụng kit ARM SM32F103VET6 thông qua mạng internet (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế và thi công bộ điều khiển thiết bị điện trong nhà sử dụng kit ARM SM32F103VET6 thông qua mạng internet (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ SỬ DỤNG KIT ARM SM32F103VET6 THÔNG QUA MẠNG INTERNET GVHD: ThS.NGÔ QUỐC CƯỜNG SVTH: VĂNG MINH HẢI MSSV: 11241003 SVTH: TRẦN VĂN TÙNG MSSV: 11241029 S K L 0 0 4 4 3 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2016
2. TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tp. HCM, ngày tháng năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Văng Minh Hải MSSV:11241003 Trần Văn Tùng MSSV: 11241029 Chuyên ngành: Kỹ thuậtĐiện - Điện tử Mã ngành: Hệđào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: Khóa: 2011 Lớp: 112410A -112410B I. TÊNĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ SỬ DỤNG KIT ARM SM32F103VET6 THÔNG QUA MẠNG INTERNET II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: 2. Nội dung thực hiện: III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/2016 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/2016 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Ngô Quốc Cường CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Bản lịch trình này được đóng vào đồ án) Họ tên sinh viên 1: Văng Minh Hải Lớp: 112410A MSSV: 11241003 Họ tên sinh viên 2: Trần Văn Tùng Lớp: 112410B MSSV: 11241029 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ SỬ DỤNG KIT ARM STM32F103VET6 THÔNG QUA MẠNG INTERNET Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD 17-22/09/2016 - Gặp GVHD nhận đề tài. - Tìm hiểu các đề tài đã nghiên cứu, có liên quan 24-29/09/2016 đến vi xử lý ARM STM32 và ứng dụng trong điều khiển thiết bị điện từ xa. 30/09/2016 – - Gặp và báo cáo với GVHD về hướng thực hiện 02/10/2016 đề tài. - Tìm hiểu kit ARM STM32, GLCD, module RF, 04-09/10/2016 các thiết bị kết nối. - Tìm hiểu kết nối phần cứng cho bộ điều khiển - Lập trình kết nối ARM với GLCD. 11-19/10/2016 - Lập trình, điều khiển trực tiếp các thao tác cơ bản - Báo cáo tiến độ cho GVHD. 18-23/10/2016 - Tìm hiểu và lựa chọn module RF phù hợp. 25/10/2016 – - Lập trình kết nối module sim với ARM. 14/11/2016 - Lập trình kết nối ARM với mạng Internet. - Kiểm tra việc thu, nhận tín hiệu của ARM. - Báo cáo tiến độ cho GVHD. 16-28/11/2016 - Thiết kế và thi công mạch điều khiển phần công suất để điều khiển thiết bị điện. - Sắp xếp các module, kiểm tra hoạt động của hệ 15-18/ 12/2016 thống. - Thực nghiệm. 20/ 12/ 2016 – - Viết báo cáo. 4/ 01/ 2017 - kiểm tra hoạt động của hệ thống. 04/ 01/ 2017– - Khắc phục lỗi. 11/0 1/ 2017 - Hoàn thiện báo cáo, chuẩn bị gặp GVPB và bảo vệ. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iii
4. LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chúng tôi. Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Người thực hiện đề tài Văng Minh Hải Trần Văn Tùng iv
5. LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô khoa Điện – Điện tử đã giảng dạy em trong suốt bốn năm học và tạo điều kiện thuận lợi để em thực hiện tốt đề tài. Cảm ơn gia đình, cha mẹ đã là nguồn động viên to lớn về vật chất và tinh thần trong suốt thời gian học hành, để chúng em có được tương lai, theo đuổi ước mơ và sự nghiệp. Cám ơn tất cả bạn bè đã hỗ trợ và giúp đỡ nhóm trong suốt quá trình học và thực hiện đề tài. Đặc biệt cảm ơn thầy Ngô Quốc Cường đã tạo điều kiện và hướng dẫn nhóm trong suốt quá trình tìm hiểu, nghiên cứu để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp. Cuối cùng xin chúc gia đình, bạn bè và quý thầy, cô nhiều sức khỏe và thành công trong công việc. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Văng Minh Hải Trần Văn Tùng v
6. MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình iii Cam đoan iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Liệt kê hình vẽ x Liệt kê bảng vẽ xiv Tóm tắt xv Chương 1. TỔNG QUAN 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2 1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 3 1.5 BỐ CỤC NỘI CỦA ĐỀ TÀI 3 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 2.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG INTERNET 5 2.1.1 Phương thức kết nối mạng 5 2.1.2 Mạng toàn cầu internet 6 2.1.3 Giao thức TCP/IP 6 2.1.4 Cập nhật địa chỉ IP và kết nối ADSL 8 2.1.5 Chuẩn ethernet 9 2.1.6 Web Server 11 2.1.7 Port forwarding và nat port 13 a. Nat là gì 13 vi
7. b. Port forwarding là gì? 13 2.1.8 ADSL router/DSL router 14 2.1.9 Hệ thống tên miền tự động (dynamic dns) 14 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 15 2.2.1. Vi điều khiển 15 a. Bộ vi xử lý ARM CORTEX – M3 15 b. Vi điều khiển STM32F103VET6 17 2.2.2. IC giao tiếp mạng ENC28J60 25 2.2.3. Modul RF 27 a. Tổng quan 27 b. Đặc trưng 28 c. Sơ đồ khối và chức năng từng khối 28 2.2.4. Màn hình GLCD TFT 3.2 và điều khiển chip điều khiển SSD1298 33 a. Giới thiệu về SSD1298 33 b. Giới thiệu sơ lược về IC ADS7843 33 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 39 3.1 GIỚI THIỆU 39 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 39 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 39 3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch 40 a. Thiết kế khối xử lý ARM STM32F103 40 b. Thiết kế khối hiển thị 41 d. Thiết kế khối công suất 43 e. Nguyên lý khối Modul RF 44 h. Thiết kế khối giao tiếp internet 46 i. Thiết kế khối nguồn 47 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn hệ thống 49 vii
8. Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 50 4.1 GIỚI THIỆU 50 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 50 4.2.1 Thi công board mạch 50 a. Thi công kit ARM 50 b. Thi công board công suất 51 4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 53 a. Lắp ráp và kiểm tra kit ARM 53 b. Lắp ráp và kiểm tra board công suất 53 4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 54 4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển 54 4.3.2 Thi công mô hình 55 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 56 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 56 a. Lưu đồ chương trình chính 56 b. Lưu đồ chương trình thu-phát RF 58 d. Lưu đồ chương trình điều khiển qua web server 60 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 61 a. Giới thiệu phần mềm lập trình 61 b. Viết chương trình hệ thống 61 c. Tạo giao diện điều khiển trên TFT LCD 61 d. Tạo giao diện điều khiển trên Web Server 61 e. Mở port modem (NAT PORT) 64 f. Đăng ký Dynamic DNS 67 4.5 Tài liệu hướng dẫn sử dụng 68 4.6 Quy trình thao tác 69 viii
9. 4.6.2 Thao tác điều khiển thiết bị trên web server 69 4.6.3 Thao tác điều khiển thiết bị trên GLCD của bộ điều khiển 70 Chương 5. KẾT QUẢ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ . .71 5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC PHẦN THỰC HÀNH 71 5.2.1 Giao diện điều khiển 8 thiết bị trên GLCD 71 5.2.2 Điều khiển trực tiếp trên GLCD của bộ điều khiển và trên web server 72 5.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 82 5.3.1 Bảo mật cho websever 83 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 84 6.1 KẾT LUẬN 84 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 PHU LỤC 87 ix
10. LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Cấu trúc dữ liệu trong TCP/IP 5 Hình 2.2: Quá trình đóng/mở gói dữ liệu trong TCP/IP 7 Hình 2.3: Dữ liệu trong IP 7 Hình 2.4: Mô tả cấp phát địa chỉ IP. 8 Hình 2.5: Cấu trúc khung tin Ethernet 9 Hình 2.6: Mô tả địa chỉ MAC 9 Hình 2.7: Hệ thống embedded Web Server 12 Hình 2.8: Truy xuất các thiết bị đến Web Server 12 Hình 2.9: Cấu trúc vi điều khiển Cortex- M3 16 Hình 2.10: Hình dạng thực tế và sơ đồ chân ARM STM32F103VET6 17 Hình 2.11: Kiến trúc của ARM STM32F103xx 17 Hình 2.12: Mạch reset 19 Hình 2.13: Nguồn xung từ bên ngoài 20 Hình 2.14: Giao thức Master-Slave trong giao tiếp SPI 22 Hình 2.15: Ghép nối một thiết bị 22 Hình 2.16: Ghép nối nhiều thiết bị 22 Hình 2.17: Bộ ADC STM32 24 Hình 2.18: Hình dạng thực tế và sơ đồ chân ENC28J60. 25 Hình 2.19: Sơ đồ khối truy xuất dữ liệu từng bộ nhớ của chíp ENC28J60. 26 Hình 2.20: Hình ảnh thực tế NRF24L01 27 Hình 2.21: Sơ đồ khối NRF24L01 28 Hình 2.22: GLCD TFT 3.2 28 Hình 2.23: Sơ đồ kết nối mạch hoạt động ADS7843 29 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thiết bị qua mạng internet 31 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển 32 Hình 3.3: Sơ đồ mạch giao tiếp giữa ARM với TFT LCD 33 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý của 1 bộ ngõ ra công suất 34 Hình 3.5: Module internet ENC28J60 36 Hình 3.6: Mạch nguồn 5V sử dụng LM2596 36 x
11. Hình 4.1: Sơ đồ mạch in mặt trên. 38 Hình 4.2: Sơ đồ mạch in mặt dưới. 38 Hình 4.3: Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trên. 39 Hình 4.4: Sơ đồ bố trí linh kiện mặt dưới. 39 Hình 4.5: Sơ đồ mạch in mặt trên 39 Hình 4.6: Sơ đồ mạch in mặt dưới 39 Hình 4.7: Lắp ráp và kiểm tra kit ARM 40 Hình 4.8: Lắp ráp và kiểm tra board công suất. 41 Hình 4.9: Lưu đồ chương trình chính 43 Hình 4.10: Lưu đồ chương trình điều khiển trên web server 44 Hình 4.11: Giao diện phần mềm chuyển đổi ảnh 45 Hình 4.12: Giao diện sau khi mở ảnh 46 Hình 4.13: File hex của ảnh sau khi chuyển đổi 46 Hình 4.14: Các thông số kích thước của ảnh sau khi chuyển đổi 46 Hình 4.15 : Giao diện đăng nhập trên Web server 47 Hình 4.16 : Giao diện điều khiển 8 thiết bị trên Web server 47 Hình 4.17: Giao diện đăng nhập modem 48 Hình 4.18: Giao diện modem sau khi đăng nhập 48 Hình 4.19: Giao diện tab advanced setup 49 Hình 4.20: Giao diện tab DMZ HOT 49 Hình 4.21: Giao diện cấu hình port trong tab Port Forwarding 49 Hình 4.22: Kiểm tra việc mở port 50 Hình 4.23: Giao diện đăng ký hostname 50 Hình 4.24: Giao diện download DUC 51 Hình 4.25: Giao diện DUC sau khi đăng nhập 51 Hình 4.27: Bảng điều khiển trên web server 52 Hình 5.1: Màn hình chờ 53 Hình 5.2: Kết nối bộ điều khiển với modem ADSL 54 Hình 5.3: Giao diện đăng nhập web server 54 Hình 5.4: Giao diện điều khiển thiết bị trên web server 55 Hình 5.5: Giao diện thông báo thiết 1 bị đã bật trên web server. 56 Hình 5.6: Giao diện thông báo thiết bị 1 đã bật trên GLCD của bộ điều khiển 56 Hình 5.7: Giao diện đăng nhập khi sai password 57 xi
12. LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Các thanh ghi GPIO 20 Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện trong mạch công suất 40 xiv
13. TÓM TẮT Ngày nay, dưới sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã làm cho cuộc sống con người ngày càng tốt hơn, tiện nghi hơn. Công nghệ về điều khiển thông minh cũng phát triển theo, chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống và trong công nghiệp. Các dự án về ngôi nhà thông minh ứng dụng các bộ điều khiển từ xa để điều khiển thiết bị trong nhà dang được xây dựng rất nhiều và đang trở thành xu thế của xã hội hiện đại. Do giá thành vẫn còn cao nên việc triển khai vẫn còn hạn chế. Hiện nay ở nước ta, ứng dụng điều khiển thiết bị trong nhà từ xa chưa phổ biến rộng rãi, được sử dụng chủ yếu là ở các khu đô thị sang trọng, nhà ở mắc tiền.Bên cạnh đó các sản phẩm này có chi phí lắp đặt cao, chưa tiết kiệm kinh phí điều khiển và giao diện điều khiển chưa thân thiện với người dùng. Do đó, để khắc phục những nhược điểm trên mà vẫn đảm bảo hạ giá thành sản phẩm nhóm quyết định thiết kế, thi công bộ điều khiển các thiết bị điện trong nhà, sử dụng vi xử lý trung tâm là ARM STM32F103VET6. Người dùng có thể điều khiển thiết bị máy tính bằng cách truy cập vào webserver hoặc thao tác trực tiếp trên màn hình GLCD. Sản phẩm là một hộp điều khiển các thiết bị điện dân dụng, bên trong gồm mạch điều khiển, mạch công suất và màn hình LCD 3.2” cảm ứng điện trở, module RF, module internet. xv
14. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, kỹ thuật tự động điều khiển ngày càng phát triển và đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp, cung cấp thông tin Các thiết bị tự động trong nhà máy, trong đời sống gia đình hoạt động độc lập với nhau, mỗi thiết bị có một quy trình sử dụng khác nhau tuỳ thuộc vào sự thiết lập, cài đặt của người sử dụng. Nhưng đối với hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thì lại khác. Các thiết bị điều khiển tự động được kết nối với nhau thành một hệ thống hoàn chỉnh qua một một thiết bị trung tâm và có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu. Đối với hệ thống điều khiển từ xa thông thường dùng tia hồng ngoại hay bluetooth để điều khiển thì điểm yếu của kỹ thuật này là giới hạn về khoảng cách ( tối đa 60m với Bluetooth V4.0- theo dientuvietnam.com ), ngược lại với mạng Internet đã được mở rộng với quy mô trên toàn thế giới thì giới hạn không phụ thuộc vào khoảng cách đã mở ra một lối thoát mới trong lĩnh vực tự động điều khiển tự động . Hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua mạng Internet gồm có các thiết bị đơn giản như bóng đèn, quạt máy Các thiết bị tinh vi phức tạp như ti vi, máy giặt, hệ thống báo động Nó hoạt động như một ngôi nhà thông minh, tất cả các thiết bị này có thể giao tiếp với nhau thông qua một máy vi tính hoàn chỉnh hoặc có thể là một bộ xử lý đã được lập trình sẵn chương trình điều khiển. Trong môi trường có kết nối Internet và biết được password của hệ thống thì người chủ có thể điều khiển các thiết bị từ xa cho dù họ ở bất cứ nơi đâu. Ứng dụng của hệ thống điều khiển xa qua mạng Internet là phương thức thuận tiện nhất, tiết kiệm nhiều thời gian cho công việc, vừa đảm bảo tính năng an toàn giúp ta điều khiển các thiết bị ở những môi trường nguy hiểm mà con người không thể làm việc được hoặc những dây chuyền sản xuất để thay thế con người. Nhóm cũng tham khảo một số đề tài đã thực hiện như : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ THÔNG QUA MẠNG INTERNET. Qua đề tài này nhóm em đã học tập và phát triển thêm để có thể sử dụng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1
15. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 2 con vi xử lý ARM giao tiếp với nhau. Truyền dữ liệu bằng sóng RF thay vì truyền dây như đề tài trước. Xuất phát từ tình hình thực tế cũng như nhu cầu về kỹ thuật tự động, nhóm em đã lên ý tưởng và chọn đề tài: “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ SỬ DỤNG KIT ARM SM32F103VET6 THÔNG QUA MẠNG INTERNET”. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Đồ án được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng những kiến thức đã được học trong nhà trường để thiết kế, tạo ra một hệ thống điều khiển tự động từ xa qua mạng Internet. Hệ thống tích hợp module điều khiển board ARM STM32F103VET6, module RF, mạch công suất cho các thiết bị trong nhà. Nghiên cứu sử dụng kitARM STM32F103VET6, sử dụng máy tính kết nối Internet điều khiển thiết bị. Nhúng một trang HTML vào kit ARM để xây dựng giao diện điều khiển. 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Để thực hiện một hệ thống điều khiển tự động, người nghiên cứu phải mất thời gian nghiên cứu trên lý thuyết, thiết kế, thi công mạch và sau đó lập trình sẽ gây tốn thời gian và công sức. Chính vì vậy, người nghiên cứu cần phải có kiến thức về điều khiển tự động, am hiểu về các dòng vi điều khiển để có lựa chọn phù hợp với yêu cầu thiết kế sẽ làm tăng hiệu quả của việc nắm bắt kỹ thuật, tiết kiệm thời gian và chi phí trong việc nghiên cứu. Với đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ SỬ DỤNG KIT ARM SM32F103VET6 THÔNG QUA MẠNG INTERNET”, nhóm em sẽ thực hiện các nội dung sau đây: Nội dung 1: tìm hiểu nhu cầu thực tiễn cũng như công nghệ của các đề tài đã thực hiện. Nội dung 2: tìm hiểu lý thuyết liên quan, các giải pháp thiết kế hệ thống, mô hình điều khiển các thiết bị điện. Nội dung 3: tính toán và thiết kế hệ thống điều khiển. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 2
16. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Nội dung 4: thiết kế mô hình, giải pháp điều khiển thiết bị, lập trình cho hệ thống. Nội dung 5: đánh giá kết quả đã thực hiện được và tiến tới hoàn thiện đề tài. Nội dung 6: kết luận về đề tài, đưa ra hướng phát triển trong tương lai. 1.4. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Để thực thi một hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua mạng Internet hoàn chỉnh rất phức tạp và rất tốn kém. Để đáp ứng việc điều khiển toàn bộ các thiết bị này đòi hỏi phải có một lượng thời gian, kiến thức nhất định. Bên cạnh đó còn là vấn đề tài chính. Trong đề tài này nhóm xin đưa các giới hạn như sau : Điều khiển 8 thiết bị. Sử dụng màn hình GLCD nhỏ với kích thước 320x240. Kết nối internet qua cáp Enthernet. Bảo mật hệ thống điều khiển mạng internet. Bộ thu phát sóng RF đơn giản. 1.5. BỐ CỤC NỘI CỦA ĐỀ TÀI Chương 1: tổng quan Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. Chương 2: cơ sở lý thuyết Chương này sẽ giới thiệu tổng quát về mạng, giao thức kết nối và trình bày sơ lược về ARM STM32F103VET6, module RF Chương 3:thiết kế và tính toán Chương này chúng ta đặt ra yêu cầu cho sản phẩm, lựa chọn phương án thực hiện tính toán và thiết kế đi đến thi công thành sản phẩm hoàn thiện. Chương 4: thi công hệ thống Chương này sẽ thể hiện quá trình thi công, hình ảnh minh họa cho kết quả đạt được. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3
17. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 5: kết quả nhận xét đánh giá . Chương này sẽ thể hiện quá trình thi công, hình ảnh minh họa cho kết quả đạt được, đưa ra nhận xét cho mỗi phần. Chương 6: kết luận hướng phát triển Chương này chúng ta sẽ đánh giá kết quả đã làm được, đưa ra hướng dẫn sử dụng và hướng phát triển đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4
18. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG INTERNET Ngày nay, mạng internet không còn xa lạ với chúng ta nữa. Nó ngày càng lan rộng và kết nối tất cả các vùng miền của nước ta và toàn cầu. Thông qua mạng internet chúng ta có thể nâng cao hiểu biết, thực hiện các công việc hàng ngày để phục vụ cho nhu cầu của cuộc sống như: xem phim, nghe nhạc, mua sắm, điều khiển từ xa Ứng dụng internet trong điều khiển thiết bị từ xa ngày càng phát triển và áp dụng nhiều trong cuộc sống. Ví dụ trước khi trở về nhà từ cơ quan, bạn chỉ cần bấm vào nút “Về nhà” trên webserver hoặc điện thoại di động, bình nóng lạnh sẽ bật, hệ thống quạt thông gió, điều hòa nhiệt độ sẽ khởi động để khi bạn về đến nhà, tất cả đã sẵng sàng phục vụ. Để tạo nên ứng dụng như vậy người thiết kế cần phải có kiến thức về mạng, am hiểu về phần cứng và có khả năng lập trình. 2.1.1 Phương thức kết nối mạng Phương thức kết nối mạng được sử dụng chủ yếu trong liên kết mạng, có hai phương thức chủ yếu là: Phương thức điểm - điểm: các đường truyền riêng biệt được thiết lập để nối các cặp máy tính lại với nhau. Mỗi máy tính có thể truyền và nhận trực tiếp dữ liệu hoặc có thể làm trung gian như lưu trữ những dữ liệu mà nó nhận được rồi sau đó chuyển tiếp dữ liệu đi cho một máy khác để dữ liệu đó đạt tới đích. Phương thức đa điểm: tất cả các trạm phân chia chung một đường truyền vật lý. Dữ liệu được gửi đi từ một máy tính sẽ có thể được tiếp nhận bởi tất cả các máy tính còn lại, bởi vậy cần chỉ ra địa chỉ đích của dữ liệu để mỗi máy tính căn cứ vào đó kiểm tra xem dữ liệu có phải dành cho mình không nếu đúng thì nhận còn nếu không thì bỏ qua. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5
19. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.2 Mạng toàn cầu internet Mạng toàn cầu Internet là một tập hợp gồm hàng vạn mạng trên khắp thế giới. Mạng Internet bắt nguồn từ một thử nghiệm của Cục quản lý các dự án nghiên cứu tiên tiến (Advanced Research Projects Agency–ARPA) thuộc bộ quốc phòng Mỹ đã kết nối thành công các mạng máy tính cho phép các trường đại học và các công ty tư nhân tham gia vào các dự án nghiên cứu. Về cơ bản, Internet là một liên mạng máy tính giao tiếp dưới cùng một bộ giao thức TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Giao thức này cho phép mọi máy tính trên mạng giao tiếp với nhau một cách thống nhất giống như một ngôn ngữ quốc tế mà mọi người sử dụng để giao tiếp với nhau hàng ngày. Số lượng máy tính kết nối mạng và số lượng người truy cập vào mạng Internet trên toàn thế giới ngày càng tăng lên nhanh chóng, đặc biệt từ những năm 90 trở đi. Mạng Internet không chỉ cho phép chuyển tải thông tin nhanh chóng mà còn giúp cung cấp thông tin, nó cũng là diễn đàn và là thư viện toàn cầu đầu tiên. 2.1.3 Giao thức TCP/IP TCP/IP là bộ giao thức cho phép kết nối các hệ thống mạng không đồng nhất với nhau.Ngày nay, TCP/IP được sử dụng rộng rãi trong các mạng cục bộ cũng như trênmạng internet toàn cầu. Cấu trúc dữ liệu trong TCP/IP: Hình 2.1: Cấu trúc dữ liệu trong TCP/IP TCP/IP gồm bốn tầng như sau: Tầng liên kết mạng (Network Access Layer): là tầng thấp nhất trong mô hình TCP/IP, bao gồm các thiết bị giao tiếp mạng và chương trình cung cấp các thông tin BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6
20. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT cần thiết để có thể hoạt động, truy nhập đường truyền vật lý qua thiết bị giao tiếp mạng đó. Tầng Internet (Internet Layer): xử lý quá trình truyền gói tin trên mạng. Các giao thức của tầng này bao gồm: IP (internet protocol), ICMP (Internet Control Message Protocol), IGMP (Internet Group Message Protocol). TCP cung cấp một luồng dữ liệu tin cậy giữa hai trạm, nó sử dụng các cơ chế như chia nhỏ các gói tin của tầng trên thành các gói tin có kích thước thích hợp cho tầng mạng bên dưới, báo nhận gói tin, đặt hạn chế thời gian time-out để đảm bảo bên nhận biết được các gói tin đã gửi đi. Tầng giao vận (Host-to-Host Transport Layer): kết hợp các khả năng truyền thông điệp trực tiếp, không phụ thuộc vào mạng bên dưới, kèm theo kiểm soát lỗi, phân mảnh và điều khiển lưu lượng. Tầng ứng dụng (Application Layer): là tầng trên cùng của mô hình TCP/IP bao gồm các tiến trình và các ứng dụng cung cấp cho người sử dụng để truy cập mạng. Có rất nhiều ứng dụng được cung cấp trong tầng này, phổ biến là: Telnet: sử dụng trong việc truy cập mạng từ xa, FTP (File Transfer Protocol): dịch vụ truyền tệp, Email: dịch vụ thư tín điện tử, WWW (world wide web). Trong TCP/IP khi truyền dữ liệu, quá trình tiến hành từ tầng trên xuống tầng dưới, qua mỗi tầng dữ liệu được thêm vào một thông tin điều khiển được gọi là phần header. Khi nhận dữ liệu thì quá trình xảy ra ngược lại, dữ liệu được truyền từ tầng dưới lên và qua mỗi tầng thì header tương ứng được lấy đi và khi đến tầng trên cùng thì dữ liệu không còn phần phần header nữa. Quá trình truyền/nhận qua giao thức TCP/IP được mô tả: Hình 2.2: Quá trình đóng/mở gói dữ liệu trong TCP/IP BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 7
21. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tại các tầng khác nhau dữ liệu được mang những thuật ngữ khác nhau: Trong tầng ứng dụng dữ liệu là các luồng được gọi là stream. Trong tầng giao vận, đơn vị dữ liệu mà TCP gửi xuống tầng dưới gọi là TCP segment. Trong tầng mạng, dữ liệu mà IP gửi tới tầng dưới được gọi là IP data gram. Trong tầng liên kết, dữ liệu được truyền đi gọi là frame. Giao thức liên mạng IP là một trong những giao thức quan trọng nhất của bộ giao thức TCP/IP. Mục đích của giao thức liên mạng IP là cung cấp khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng để truyền dữ liệu. IP là giao thức cung cấp dịch vụ phân phát datagram theo kiểu không liên kết và không tin cậy nghĩa là không cần có giai đoạn thiết lập liên kết trước khi truyền dữ liệu, không đảm bảo rằng IP datagram sẽ tới đích và không duy trì bất kỳ thông tin nào về những datagram đã gửi đi. Hình 2.3: Dữ liệu trong IP 2.1.4 Cập nhật địa chỉ IP và kết nối ADSL Khi sử dụng kết nối ADSL để kết nối Internet chúng ta thường quan tâm tới việc kết nối ra ngoài internet mà ít quan tâm tới việc liệu có thể kết nối từ ngoài internet về modem và các tài nguyên ở bên trong mạng nội bộ hay không. Một kỹ thuật cho phép bạn có thể kết nối từ ngoài internet về modem và có thể sử dụng các tài nguyên bên trong mạng nội bộ thông qua kết nối ADSL. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 8
22. S K L 0 0 2 1 5 4