Đồ án Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông minh (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông minh (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 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA THÔNG MINH GVHD: ThS. PHAN VÂN HOÀN SVTH: LÊ THANH PHONG MSSV: 12141167 SVTH: TRẦN NHÂN MSSV: 12141156 S K L 0 0 4 5 2 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2016
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 7 tháng 7 năm 2016 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Thông tin sinh viên Họ tên sinh viên: Lê Thanh Phong MSSV: 12141167 Trần Nhân MSSV: 12141156 Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử truyền thông Mã ngành: 510302 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: D Khóa: 2012 Lớp: 12141DT1C 12141DT2D 2. Thông tin đề tài Tên của đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA THÔNG MINH. Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Bộ môn Điện Tử Công Nghiệp, Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Thời gian thực hiện: Từ ngày 1/4/2016 đến 7/7 /2016 3. Các nhiệm vụ cụ thể của đề tài - Tìm hiểu và nghiên cứu giao tiếp module ESP 8266-12 với vi điều khiển Arm. - Giải mã tín hiệu hồng ngoại nhận từ điều khiển từ xa hồng ngoại. - Xuất tín hiệu hồng ngoại điều khiển một thiết bị. - Thiết kế và lập trình ứng dụng trên hệ điều hành Android. - Thiết kế, thi công và lắp ráp các khối điều khiển thành một sản phẩm. 4. Lời cam đoan của sinh viên Chúng tôi Lê Thanh Phong và Trần Nhân cam đoan ĐATN là công trình nghiên cứu của bản thân chúng tôi dưới sự hướng dẫn của thạc sỹ Phan Vân Hoàn. Các kết quả công bố trong ĐATN là trung thực và không sao chép từ bất kỳ công trình nào khác. Tp.HCM, ngày 7 tháng 7 năm 2016 SV thực hiện đồ án Lê Thanh Phong Trần Nhân Tp.HCM, ngày 7 tháng 7 năm 2016 Xác nhận của Bộ Môn Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên và học hàm học vị) i
3. 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 7 tháng 7 năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Lê Thanh Phong Lớp:12141DT1C MSSV: 12141167 Họ tên sinh viên 2: Trần Nhân Lớp: 12141DT2D MSSV:12141156 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA THÔNG MINH. Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 (1- 10/04/2016) Nhận đồ án , tìm hiểu đề tài Tuần 2 (11- 17/04/2016) Chọn và tìm hiểu đề tài. Tuần 3 (18- Tìm hiểu nội dung và hướng làm đề tài của 24/04/2016) điều khiển từ xa thông minh. Tuần 4 (25/4 - Tìm các tài liệu liên quan tới điều khiển từ 01 /05/2016) xa. Tuần 5,6,7 (02- Tiến hành thiết kế phần cứng cho hệ thống 22/05/2016) điều khiển từ xa. Tuần 8,9,10 Tiến hành lập trình phần mềm cho hệ thống (23/5 - điều khiển từ xa. 12/06/2016) Tuần 11,12 (13 - 26/06/2016) Tìm hiểu thiết kế mô hình sản phẩm. Tuần 13 (27/6 - 1/07/2016) Viết báo cáo, kiểm ra các phần cứng 7/07/2016 Hoàn thành nhiệm vụ đồ án GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) ii
4. TRƯ ỜNG 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 BÔ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP I. Thông tin chung - Họ và tên sinh viên: Lê Thanh Phong MSSV: 12141167 - Họ và tên sinh viên: Trần Nhân MSSV: 12141156 -Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA THÔNG MINH. - Họ và tên giáo viên hướng dẫn: Phan Vân Hoàn II. Nhận xét về khóa luận 2.1. Đánh giá chung (hoàn thành bao nhiêu phần trăm mục tiêu của đề tài): 2.2. Ưu điểm của đề tài: 2.3. Khuyết điểm của đề tài: 2.4. Thái độ làm việc của sinh viên: 2.5. Kết quả chính thu được: 2.6. Đề nghị: Được bảo vệ Không được bảo vệ Tp. HCM, ngày 7 tháng 7 năm 2016 Giáo viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) iii
5. LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có bất kỳ sự lận nào chúng tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình. TP.HCM, ngày 7 tháng 7 năm 2016 Người thực hiện Lê Thanh Phong Trần Nhân iv
6. LỜI CẢM ƠN  Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tận tình dạy dỗ chúng em trong suốt những năm qua. Trong đó phải kể đến quý thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử đã truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm cùng với sự đam mê của mình như đốt lên những ngọn lửa đam mê khám phá trong mỗi chúng em và rồi từ những kiến thức, đam mê đó chúng em kết lại thành một đồ án cuối cùng, đồ án tốt nghiệp do chính tay mình tạo ra, nó như một bàn đạp đầu tiên để bước vào những cánh cửa lớn hơn. Đặc biệt, nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Phan Vân Hoàn đã tận tình giúp đỡ chúng em trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện đồ án cũng xảy ra nhiều khó khăn, thiếu sót nhưng được sự đôn đốc và góp ý của thầy chúng em đã gặt hái được nhiều kiến thức và kinh nghiệm. Một lần nữa chúng em xin cảm ơn thầy. Bên cạnh đó, nhóm chúng em xin cảm ơn thầy Nguyễn Đình Phú, thầy Nguyễn Tấn Như đã cho chúng em mượn phòng D401 để tham khảo tài liệu và thực hiện đồ án. Và cũng gửi lời cảm ơn đến những người bạn đã đóng góp ý kiến, động viên tinh thần giúp cho nhóm thực hiện đề tài đạt hiệu quả hơn. Cuối cùng, chúng em chân thành cảm ơn sự động viên và hỗ trợ của gia đình và cha mẹ trong suốt thời gian học tập. Chúng em xin gửi lời cảm ơn trân trọng nhất đến cha mẹ, người đã sinh ra và nuôi dưỡng chúng em nên người cũng như là tạo điều kiện thuận lợi để chúng em có thể hoàn thành đề tài của mình. TP.HCM, ngày 7 tháng 7 năm 2016 Sinh viên thực hiện đồ án Lê Thanh Phong Trần Nhân v
7. MỤC LỤC PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP iii LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CẢM ƠN v MỤC LỤC vi LIỆT KÊ HÌNH VẼ viii LIỆT KÊ BẢNG xi TÓM TẮT xii Chương 1. TỔNG QUAN 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 2 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2 1.4 GIỚI HẠN 2 1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN 2 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 2.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG WIFI 4 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 5 2.2.1 Tổng quan về ARM 5 2.2.2 Led thu hồng ngoại 16 2.2.3 Tổng quan về module ESP8266-12E 18 2.2.4 Thẻ nhớ - SD Card 21 2.2.5 AMS1117 21 2.3 GIỚI THIỆU CÁC CHUẨN GIAO THỨC 22 2.3.1 Sơ lược về giao tiếp USART 22 2.3.2 Sơ lược về chuẩn SPI 26 2.3.3 Khái quát về hồng ngoại 30 2.3.4 Giới thiệu giao thức TCP/IP 32 2.3.5 Giới thiệu vài nét về hệ điều hành Android 37 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 43 3.1 TỔNG QUAN VỀ YÊU CẦU THIẾT KẾ HỆ THỐNG 43 vi
8. 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 43 3.2.1 Thiết kế sơ đồ hệ thống 43 3.2.2 Tính toán và thiết kế 44 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 50 4.1 THI CÔNG HỆ THỐNG 50 4.2 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 52 4.2.1 Lưu đồ giải thuật 52 4.2.2 Phần mềm Keil C sử dụng cho vi điều khiển 54 4.2.3 Yêu cầu thiết kế và lưu đồ giải thuật bên Android 60 4.2.4 Giới thiệu phần mềm Android Studio 62 4.2.5 Chương trình trên Android 68 4.3 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC VỚI HỆ THỐNG 79 Chương 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 81 5.1 SẢN PHẨM SAU KHI HOÀN THÀNH 81 5.1.1 Sản phẩm 81 5.1.2 Kiến thức có được trong quá trình thiết kế sản phẩm 81 5.2 KẾT QUẢ CHẠY HỆ THỐNG 82 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 86 6.1 KẾT LUẬN 86 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC 88 vii
9. LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Các ứng dụng của vi điều khiển ARM 6 Hình 2.2: Sơ đồ khối ARM Cortex M3 7 Hình 2.3: Kiến trúc ARM STM32F103 9 Hình 2.4: Vùng nhớ Flash trên STM32 10 Hình 2.5: Sơ đồ chân của STM32F103C8T6 11 Hình 2.6: Các bước để sử dụng ngắt 13 Hình 2.7: Chế độ đếm lên với giá trị nạp lại là 0x36 15 Hình 2.8: Một số led thu hồng ngoại trên thị trường 16 Hình 2.9: Hình ảnh T1838 16 Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý TL1838 17 Hình 2.11: Sơ đồ góc 18 Hình 2.12: Sơ đồ chân của ESP8266-12E 18 Hình 2.13: Các chế độ của ESP8266 21 Hình 2.14: Các kích thước SD card 21 Hình 2.15: Sơ đồ chân AMS1117 21 Hình 2.16: Đường truyền UART 23 Hình 2.17: Truyền USART 25 Hình 2.18: Kết nối SPI giữa hai thiết bị 26 Hình 2.19: Kết nối SPI giữa nhiều thiết bị 27 Hình 2.20: Các chế độ làm việc của SPI 27 Hình 2.21: Truyền dữ liệu theo chuẩn SPI 28 Hình 2.22: Giao tiếp SPI 29 Hình 2.23: Giao tiếp giữa SD card và SPI 29 Hình 2.24: Điều khiển từ xa 31 Hình 2.25: Dạng sóng tín hiệu từ điều khiển sony 32 Hình 2.26: So sánh mô hình TCP/IP và OSI 33 Hình 2.27: Các tầng trong bộ giao thức TCP/IP 34 Hình 2.28: Cấu trúc dữ liệu trong TCP/IP 34 Hình 2.29: Quá trình đóng mở gói dữ liệu trong TCP/IP 35 Hình 2.30: Định dạng gói giao thức IPv4 36 viii
10. Hình 2.31: Cấu trúc tổng quát của Android 40 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 43 Hình 3.2: Sơ đồ thiết kế khối thu phát hồng ngoại 45 Hình 3.3: Sơ đồ kết nối khối WiFi 45 Hình 3.4: Sơ đồ thiết kế khối SD card 46 Hình 3.5: Sơ đồ thiết kế khối xử lý 47 Hình 3.6: Sơ đồ thiết kế khối nguồn 48 Hình 4.1: Sơ đồ bố trí lớp trên 51 Hình 4.2: Sơ đồ bố trí lớp dưới 51 Hình 4.3: Lưu đồ chương trình trên vi điều khiển 53 Hình 4.4: Chọn đường dẫn 54 Hình 4.5: Tiến trình cài đặt 55 Hình 4.6: Cài đặt các dòng chip 55 Hình 4.7: Chọn dòng Arm sử dụng 56 Hình 4.8: Thêm thư viện vào project 57 Hình 4.9: Thêm file.h vào 57 Hình 4.10: Chọn mạch nạp 58 Hình 4.11: Chỉnh Port 58 Hình 4.12: Chỉnh các thiết lập cho mạch 59 Hình 4.13: Biên dịch và nạp code 59 Hình 4.14: Lưu đồ chương trình trên Android 61 Hình 4.15: Tải Java 63 Hình 4.16: Cài đặt Android Studio 63 Hình 4.17: Tạo project mới trong Android 64 Hình 4.18: Tạo project mới trong Android 65 Hình 4.19: Chọn phiên bản Android muốn lập trình 65 Hình 4.20: Chọn màn hình 66 Hình 4.21: Đặt tên cho màn hình 66 Hình 4.22: Chọn thiết bị đổ chương trình xuống 67 Hình 4.23: Giao diện của project Android mới 67 Hình 4.24: Truyền tin của TCP Client 70 Hình 4.25: SQLite Database 73 Hình 4.26: Minh họa cho một ListView 78 ix
11. Hình 5.1: Mô hình sản phẩm 81 Hình 5.2: Biểu tượng ứng dụng 82 Hình 5.3: Giao diện trước khi đăng nhập 82 Hình 5.4: Giao diện sau khi đăng nhập 82 Hình 5.5: Nút cho phép học trên giao diện 83 Hình 5.6: Học tín hiệu từ điều khiển 83 Hình 5.7: Giao diện khi có dữ liệu học được 83 Hình 5.8: Dữ liệu về tín hiệu trong thẻ nhớ 84 Hình 5.9: Giao diện điều khiển máy lạnh 84 Hình 5.10: Giao diện thêm tín hiệu nút nhấn 84 Hình 5.11: Giao diện bên camera 85 Hình 5.12: Giao diện điều khiển 85 Hình 5.13: Chọn camera kết nối 85 Hình 5.14: Giao diện đăng nhập camera 85 x
12. LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Dòng tiêu thụ tối đa của STM32F103C8T6 12 Bảng 2.2: Bảng phân chia số cấp ưu tiên giữa 2 nhóm 13 Bảng 2.3: Thông số TL1838 17 Bảng 2.4: Tập lệnh AT 19 Bảng 2.5: Chức năng các chân ESP8266-12E 20 Bảng 2.6: Các thông số làm việc AMS1117 22 Bảng 2.7: Khung dữ liệu SD Card 30 Bảng 4.1: Liệt kê linh kiện 50 xi
13. TÓM TẮT Điều khiển từ xa (remote controller) là thành phần của một thiết bị điện từ, thường là tivi, đầu đĩa, máy hát, máy điều hòa, quạt, và được sử dụng để điều khiển chúng từ một khoảng cách ngắn không qua dây dẫn. Những năm gần đây điều khiển từ xa đã liên tục được cải tiến, nâng cấp và phát triển. Bên cạnh đó cũng còn nhiều hạn chế về số lượng thiết bị phải tương ứng với số lượng điều khiển và khoảng cách điều khiển. Với ý tưởng giải quyết những bất cập của điều khiển từ xa, nhóm chúng em xin đưa ra đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông minh. Hệ thống sử dụng vi điều khiển Arm STM32F103C8T6 làm khối xử lý trung tâm, thiết bị có khả năng học được các tín hiệu hồng ngoại, nhận lệnh từ điện thoại thông minh phát ra tín hiệu vừa học được điều khiển các thiết bị hồng ngoại và giám sát thông qua camera IP. Với đề tài này, nhóm hi vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu cho các nhóm sau có thể mở rộng, phát triển nữa. Nếu được điều chỉnh tốt, ý tưởng này kết hợp với ngôi nhà thông minh sẽ trở thành một hệ thống lớn đáp ứng nhu cầu điều khiển, quản lí tất cả các thiết bị trong nhà một cách thông minh, nâng cao đời sống tiện ích cho con người. xii
14. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó đặc biệt là kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp, cung cấp thông tin và nhiều lĩnh vực khác. Do đó, là một sinh viên chuyên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử - Truyền Thông chúng ta phải biết nắm bắt xu hướng và vận dụng những kiến thức đã được học để phát triển nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử, truyền thông nói riêng. Bên cạnh đó còn là sự thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nước nhà. Như chúng ta đã biết, gần như các thiết bị tự động trong nhà máy, trong đời sống của các gia đình ngày nay đều 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 nhà sản xuất và người sử dụng. Chúng chưa có một sự liên kết nào với nhau về mặt dữ liệu. Để đáp điều này các đồ án trước đây đã thiết kế một ngôi nhà thông minh hay còn gọi là ngôi nhà số là một giải pháp điều khiển tích hợp cho các căn hộ, tích hợp các thiết bị điện tử, nghe nhìn, truyền thông thành một hệ hoàn chỉnh và thống nhất, có thể tự vận hành tất cả các hệ thống một cách tự động theo chương trình đã cài đặt hoặc theo điều khiển từ xa của người dùng. Các hệ thống như chiếu sáng, máy lạnh, an ninh bảo vệ, âm thanh nghe nhìn, chuông hình, cửa tự động hay cả rèm cửa sẽ được phối hợp vận hành thành một hệ thống đồng nhất. Mỗi chức năng của ngôi nhà thông minh đều có khả năng tự vận hành hoặc dưới sự điều khiển của người dùng thông qua điện thoại di động sử dụng mạng 3G hay Internet và cung cấp nhiều chế độ sử dụng. Người dùng có thể truy cập từ xa vào hệ thống quản lý tại nhà để xem cửa ngõ qua video, tắt hệ thống đèn nếu lỡ quên khi ra khỏi nhà, tắt bớt các hệ thống đèn không cần thiết trong các khu vực trong nhà để tiết kiệm điện năng. Tuy nhiên, hệ thống ngôi nhà thông minh này không có khả năng điều khiển các chức năng của những thiết bị sử dụng sóng hồng ngoại làm tín hiệu điều khiển (tivi, máy lạnh, quạt, ), các thiết bị này có những chuẩn hồng ngoại khác nhau do các hãng sản xuất thiết bị quy định (Sony, Samsung, Sharp, LG, ) điều này giúp tránh xung đột với các thiết bị điều khiển bằng sóng hồng ngoại khác nhưng cũng gây khó khăn trong việc BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1
15. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN điều khiển, vì mỗi khi muốn điều khiển thiết bị phải sử dụng điều khiển từ xa của đúng thiết bị đó, điều đó gây bất tiện khi trong nhà có nhiều thiết bị. Chính vì những bất cập trên cùng với xu hướng công nghệ, nhóm chúng em chọn đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông minh” để áp ứng nhu cầu điều khiển các thiết bị hồng ngoại được thuận tiện hơn, đồng thời kết hợp với camera IP để giám sát từ xa. 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Đồ án được nhóm nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng các kiến thức đã học đã được học ở trường và những nhu cầu điều khiển thiết bị hồng ngoại trở nên tiện lợi hơn. Vì vậy nhóm chúng em thiết kế “Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông minh” với mong muốn đem những kỹ thuật và công nghệ mới để làm đơn giản hóa việc điều khiển, không cần phải cầm những chiếc điều khiển từ xa của từng thiết bị nữa. Thiết bị tích hợp module WiFi ESP 8266-12, sử dụng vi điều khiển Arm STM32F103C8T6 được lập trình để nhận và phát tín hiệu hồng ngoạicũng như là lưu trữ dữ liệu, thiết bị được điều khiển thông qua một chương trình trên điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành Android. 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nội dung 1: Giao tiếp module ESP-12 8266 với vi điều khiển Arm. Nội dung 2: Giải mã hồng ngoại nhận từ điều khiển từ xa hồng ngoại. Nội dung 3: Xuất tín hiệu hồng ngoại điều khiển một thiết bị. Nội dung 4: Thiết kế và lập trình ứng dụng trên Android. Nội dung 5: Thiết kế và thi công mạch thu phát hồng ngoại. Nội dung 6: Thiết kế mô hình sản phẩm. Nội dung 7: Đánh giá kết quả thực hiện. 1.4 GIỚI HẠN Sản phẩm dùng trong nhà, chỉ có thể học được các lệnh từ điều khiển từ xa hồng ngoại và khoảng cách điều khiển thiết bị có giới hạn. 1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN - Chương 1: Tổng Quan. - Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 2
16. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN - Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống. - Chương 4: Thi Công Hệ Thống. - Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá. - Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển. Chương 1: Tổng Quan. Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, các chuẩn truyền, giao thức. Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống. Tính toán thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống. Chương 4: Thiết Kế Hệ Thống. Thiết kế hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật và chương trình. Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá. Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ thống, đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống. Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển. Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chưa làm, đồng thời nếu ra hướng phát triển cho hệ thống. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3
17. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG WIFI WiFi viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11 là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, giống như điện thoại di động, truyền hình và radio.Hệ thống này đã hoạt động ở một số sân bay, quán cafe, thư viện hoặc khách sạn. Hệ thống cho phép truy cập Internet tại những khu vực có sóng của hệ thống này, hoàn toàn không cần đến cáp nối. Ngoài các điểm kết nối công cộng (hotspots), WiFi có thể được thiết lập ngay tại nhà riêng. Tên gọi 802.11 bắt nguồn từ viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Viện này tạo ra nhiều chuẩn cho nhiều giao thức kỹ thuật khác nhau, và nó sử dụng một hệ thống số nhằm phân loại chúng; 3 chuẩn thông dụng của WiFi hiện nay là 802.11a/b/g. Sóng WiFi: Các sóng vô tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với các sóng vô tuyến sử dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và các thiết bị khác. Nó có thể chuyển và nhận sóng vô tuyến, chuyển đổi các mã nhị phân 1 và 0 sang sóng vô tuyến và ngược lại. Tuy nhiên, sóng WiFi có một số khác biệt so với các sóng vô tuyến khác ở chỗ: Chúng truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.5 GHz hoặc 5GHz. Tần số này cao hơn so với các tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền hình. Tần số cao hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn. Chuẩn 802.11b là phiên bản đầu tiên trên thị trường. Đây là chuẩn chậm nhất và rẻ tiền nhất, và nó trở thành ít phổ biến hơn so với các chuẩn khác. 802.11b phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz, nó có thể xử lý đến 11 megabit/giây, và nó sử dụng mã CCK (complimentary code keying). Chuẩn 802.11g cũng phát ở tần số 2.4 GHz, nhưng nhanh hơn so với chuẩn 802.11b, tốc độ xử lý đạt 54 megabit/giây. Chuẩn 802.11g nhanh hơn vì nó sử dụng mã OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing), một công nghệ mã hóa hiệu quả hơn. Chuẩn 802.11a phát ở tần số 5 GHz và có thể đạt đến 54 megabit/ giây. Nó cũng sử dụng mã OFDM. Những chuẩn mới hơn sau này như 802.11n còn nhanh hơn chuẩn 802.11a, nhưng 802.11n vẫn chưa phải là chuẩn cuối cùng. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4
18. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT WiFi có thể hoạt động trên cả ba tần số và có thể nhảy qua lại giữa các tần số khác nhau một cách nhanh chóng. Việc nhảy qua lại giữa các tần số giúp giảm thiểu sự nhiễu sóng và cho phép nhiều thiết bị kết nối không dây cùng một lúc. Adapter: Các máy tính nằm trong vùng phủ sóng WiFi cần có các bộ thu không dây, adapter, để có thể kết nối vào mạng. Các bộ này có thể được tích hợp vào các máy tính xách tay hay để bàn hiện đại. Hoặc được thiết kế ở dạng để cắm vào khe PC card hoặc cổng USB, hay khe PCI. Khi đã được cài đặt adapter không dây và phần mềm điều khiển (driver), máy tính có thể tự động nhận diện và hiển thị các mạng không dây đang tồn tại trong khu vực. Nguồn phát sóng WiFi là máy tính với: - Một cổng để nối cáp hoặc modem ADSL. - Một router (bộ định tuyến). - Một hub Ethernet. - Một firewall. - Một access point không dây. Hầu hết các router có độ phủ sóng trong khoảng bán kính 30,5 m về mọi hướng. Có các thiết bị gia tăng hoặc lặp lại độ phủ sóng để làm tăng diện tích phủ sóng của router. Nhiều router có có thể sử dụng hơn một chuẩn 802.11. Hầu hết các router đều có một giao diện sử dụng dạng web cho phép thay đổi cấu hình như: tên của hệ thống mạng, kênh router sử dụng (hầu hết các router mặc định sử dụng kênh 6, tuy nhiên có thể chuyển kênh để tránh nhiễu với nguồn phát sóng lân cận nằm cùng kênh), các chế độ bảo mật router (tên truy cập và mật khẩu cho mạng). 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.2.1 Tổng quan về ARM a. Giới thiệu về vi xử lý ARM Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc là Acorn RISC Machine) là một loại cấu trúc vi xử lý 32 bit kiểu RISC (thuộc kiến trúc Harvard, có tập lệnh rút gọn) được sử dụng rộng rãi trong các thiết kế nhúng. Do đó có đặc điểm tiết kiệm năng lượng, các bộ CPU ARM chiếm ưu thế trong các sản phẩm điện tử di động, mà với các sản phẩm này việc tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế quan trọng hàng đầu. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5
19. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ngày nay ARM được ứng dụng và rộng rãi trên mọi lĩnh vực của đời sống: Robot, máy tính, điện thoại, xe hơi, máy giặt Hình 2.1 Các ứng dụng của vi điều khiển ARM b. Giới thiệu về ARM Cortex M3 ARM Cortex M3 được thiết kế đặc biệt để nâng cao hiệu suất hệ thống kết hợp với tiêu thụ năng lượng thấp. ARM Cortex M3 được thiết kế dựa trên nền kiến trúc mới do đó chi phí sản xuất đủ thấp để cạnh tranh với các dòng vi điều khiển 8 và 16 bit truyền thống. ARM Cortex M3 có những đặc điểm sau: - ARM Cortex M3 được xây dựng dựa trên kiến trúc ARMv7-M 32 bit. - Kiến trúc Harvard tách biệt Bus dữ liệu và lệnh. - Đơn vị bảo vệ bộ nhớ (MPU - Memory Protection Unit): hỗ trợ bảo vệ bộ nhớ thông qua việc phân quyền thực thi và truy xuất. - Bộ vi xử lý Cortex-M3 hỗ trợ kiến trúc tập lệnh Thumb-2. - Hỗ trợ kỹ thuật Bit Band giúp cho phép truy xuất dữ liệu theo bit đồng thời giảm thời gian truy xuất. - Cho phép truy cập dữ liệu không xếp hàng (unaligned data accesses) đặc điểm này cho phép sử dụng hiệu quả SRAM nội. - SysTick timer 24 bit hỗ trợ cho việc chạy hệ điều hành thời gian thực. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6
20. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Hỗ trợ lập trình và gỡ rối qua cổng JTAG truyền thống cũng như chuẩn 2 dây nhỏ gọn SWD (Serial Wire Debug). - Khối quản lý vector ngắt lồng nhau (NVIC – Nested Vectored Interrupt Controller) cho phép rút ngắn thời gian đáp ứng yêu cầu ngắt. Hình 2.2 Sơ đồ khối ARM Cortex M3 c. ARM STM32F1X  Giới thiệu dòng ARM STM32F1: Dòng ARM STM32F1 được chia ra làm 5 nhóm nhỏ, mỗi nhóm sẽ có số dung lượng bộ nhớ Flash, SRAM và số lượng ngoại vi khác nhau. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 7
21. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Low density: Gồm các vi điều khiển STM32F101xx, STM32F102xx và STM32F103xx có bộ nhớ Flash từ 16 đến 32 Kbytes. - Medium density: Gồm các vi điều khiển STM32F101xx, STM32F102xx và STM32F103xx có bộ nhớ Flash từ 64 đến 128 Kbytes. - High density: Gồm các vi điều khiển STM32F101xx và STM32F103xx có bộ nhớ Flash từ 256 đến 512 Kbytes. - XL density: Gồm các vi điều khiển STM32F101xx và STM32F103xx có bộ nhớ Flash từ 768 đến 1 Mbytes. - Connectivity line: Gồm các vi điều khiển STM32F105xx và STM32F107xx.  Kiến trúc của ARM STM32F1: - Icode bus: Kết nối lõi Cortex-M3 với bộ nhớ Flash để truyền mã lệnh. - Dcode bus: Kết nối lõi Cortex-M3 với bộ nhớ Flash để truyền dữ liệu. - System bus: Kết nối lõi Cortex-M3 với BusMatrix và BusMatrix sẽ phân quyền sử dụng bus giữa lõi ARM và khối DMA. - DMA bus: Kết nối DMA với BusMatrix Và BusMatrix sẽ quản lý việc truy xuất dữ liệu của CPU, DMA tới SRAM, Flash và các ngoại vi. - BusMatrix: Phân quyền sử dụng bus giữa lõi ARM và khối DMA. Việc phân quyền này dựa trên thuật toán Robin (Các khối sẽ thay phiên nhau truy cập bus trong 1 đơn vị thời gian định sẵn). - Các cầu AHB/APB: 2 cầu AHB/APB giúp đồng bộ kết nối giữa AHB với 2 bus APB. APB1 có tốc độ tối đa là 36 MHz và APB2 đạt tốc độ tối đa 72 MHz. Sau mỗi lần CPU bị reset thì tất cả các nguồn xung clock cấp cho ngoại vi đều bị tắt hết chỉ trừ clock cấp cho SRAM và FLITF vì vậy trước khi sử dụng ngoại vi thì cần cấu hình cấp xung clock cho chúng thông qua 3 thanh ghi RCC_AHBENR, RCC_APB1ENR, RCC_APB2ENR. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 8
22. S K L 0 0 2 1 5 4