Đồ án Thiết kế web server trên Raspberry Pi và giám sát điện năng qua internet (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế web server trên Raspberry Pi và giám sát điện năng qua 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 KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ WEB SERVER TRÊN RASPBERRY PI VÀ GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG QUA INTERNET GVHD: THS TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: HỒ THANH GIÀU MSSV: 10101032 SVTH: ĐẶNG TRUNG TÍN MSSV: 10101137 SKL003067 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH PHẦN I GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU Trang 1
3. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH TRƢỜNG ĐH. SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINHĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp. HCM, ngày tháng năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỌ TÊN SINH VIÊN : HỒ THANH GIÀU MSSV: 10101032 ĐẶNG TRUNG TÍN MSSV: 10101137 CHUYÊN NGÀNH : Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 101 HỆ ĐÀO TẠO : Đại học chính quy Mã hệ: 10 KHÓA : 2010 Lớp: 101012C I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ WEB SERVER TRÊN RASPBERRY PI VÀ GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG QUA INTERNET II. NHIỆM VỤ: 1. Các yêu cầu thực hiện, thông số của đề tài: 2. Các vấn đề tồn tại của ĐATN có liên quan đã thực hiện ở các khóa trƣớc: 3.ĐATN giải quyết đƣợc vấn đề gì, tính mới, tính cải tiến, tính tối ƣu: LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN Trang 2
4. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH 4.Kết quả đạt đƣợc của ĐATN sau khi thực hiện: III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 7/2/2014 I IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 7/7/2014 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: THS. TRƢƠNG NGỌC ANH CÁN BỘ HƢỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP THS. TRƢƠNG NGỌC ANH THS.GV. NGUYỄN THANH HẢI LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN Trang 3
5. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH TRƢỜNG 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 2014 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỌ TÊN SINH VIÊN 1: HỒ THANH GIÀU LỚP: 101012C MSSV: 10101032 HỌ TÊN SINH VIÊN 2: ĐẶNG TRUNG TÍN LỚP: 101012C MSSV: 10101137 TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ WEB SERVER TRÊN RASPBERRY PI VÀ GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG QUA INTERNET Tuần/Ngày Nội dung Chữ ký GVHD GV HƢỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) THS. TRƢƠNG NGỌC ANH LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN Trang 4
6. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa Điện – Điện Tử (Dành cho cán bộ hƣớng dẫn) BM Điện Tử Công Nghiệp Ngày .tháng năm 2014 1. Tên đề tài tốt nghiệp: 2. Cán bộ hƣớng dẫn: 3. Nhận xét: 4. Đề nghị : Đƣợc bảo vệ: Bổ sung để đƣợc bảo vệ: Không đƣợc bảo vệ: 5. Các câu hỏi sinh viên phải trả lời trƣớc hội đồng : Câu 1:. Câu 2:. 6. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB, yếu): Điểm: /10. 7. Xin mời GV hƣớng dẫn và GV phản biện tham gia hội đồng bảo vệ của thƣ mời đính kèm. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN THS. TRƢƠNG NGỌC ANH LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN Trang 5
7. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa Điện – Điện Tử (Dành cho cán bộ phản biện) BM Điện Tử Công Nghiệp Ngày tháng năm 2014 1. Tên đề tài tốt nghiệp: 2. Cán bộ phản biện: 3. Nhận xét: Đề nghị : Đƣợc bảo vệ: Bổ sung để đƣợc bảo vệ: Không đƣợc bảo vệ: 4. Các câu hỏi sinh viên phải trả lời trƣớc hội đồng : (dành cho cán bộ phản biện) Câu 1:. Câu 2:. 5. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB, yếu): Điểm: /10. CÁN BỘ PHẢN BIỆN Trang 6
8. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH LỜI MỞ ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày nay ngày càng phát triển với những công nghệ ngày càng hiện đại và gần gủi với con ngƣời. Với mức sống và nhu cầu của con ngƣời ngày càng cao, đòi hỏi nền kỹ thuật phải luôn thay đổi, hoàn thiện để đáp ứng và nâng cao chất lƣợng cuộc sống mà con ngƣời đặt ra. Góp phần không thể thiếu để mang lại những thành tựu to lớn đó là sự phát triển không ngừng của ngành điện tử. Với đặc thù của ngành là luôn đón đầu công nghệ, ngành điện tử luôn cho ra các sản phẩm mới để phục vụ con ngƣời, không chỉ trong cuộc sống mà còn trong khoa học, quân sự, y tế, . Điều đó không chỉ góp phần thúc đẩy chất lƣợng cuộc sống ngày càng tốt hơn, mà còn mở ra nhiều hƣớng đi mới hỗ trợ con ngƣời nhiều hơn trong tƣơng lai. Kỹ thuật điện tử kết hợp với sự phát triển của công nghệ thông tin đã, đang và sẽ tiếp tục cho ra những sản phẩm công nghệ mới, không những đa chức năng, đa ứng dụng mà kích thƣớc cũng ngày càng nhỏ hơn, tiện lợi hơn. Một trong những sản phẩm ấy chính là sự ra đời và phát triển của dòng sản phẩm Raspberry Pi. Kích thƣớc nhỏ gọn cộng với những tính năng nhƣ một máy tính tí hon, Raspberry Pi là một công cụ tuyệt vời giúp con ngƣời dễ dàng tiếp cận thế giới công nghệ hơn với những ứng dụng, sáng tạo gần gũi với cuộc sống. Là một nƣớc đang phát triển và trong giai đoạn “Công nghiệp hóa, hiện đại hóa”, Việt Nam rất cần tiếp cận với những thiết bị khoa học kỹ thuật để đáp ứng và hoàn thành chiến lƣợc đặt ra. Vì thế, Việt Nam đã và đang đầu tƣ nhiều kinh tế và nguồn nhân lực để có thể nắm bắt và dần làm chủ đƣợc công nghệ. Với sự ra đời và phát triển của Raspberry Pi cộng với việc sản phẩm đã du nhập về Việt Nam, đây là cơ hội để đội ngũ kỹ thuật vừa có cơ hội tiếp cận với nền kỹ thuật tiên tiến của thế giới, vừa góp phần sáng tạo thêm những ứng dụng mới để đƣa vào đời sống, nhằm cải thiện và nâng cao chất lƣợng cuộc sống ngày càng tốt đẹp hơn. Việc nghiên cứu và ứng dụng Raspberry Pi vào thực tế cuộc sống là một điều rất mới mẻ và cũng rất cần thiết cho những ngƣời đam mê ngành kỹ thuật nói chung và ngành điện tử nói riêng trong vai trò làm chủ công nghệ hiện nay. Để góp phần tạo nên nền tảng ban đầu vững chắc cho việc học tập, tìm hiểu kỹ thuật vi xử lý, vi điều khiển và quen với lập trình bằng ngôn ngữ cấp cao, nhóm thực hiện đề tài đã tập trung nghiên cứu đề tài: “THIẾT KẾ WEB SERVER TRÊN RASPBERRY VÀ ỨNG DỤNG GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG QUA INTERNET”. Những kiến thức, năng lực đạt đƣợc trong quá trình học tập ở trƣờng sẽ đƣợc đánh giá qua đợt bảo vệ đồ án cuối khóa. Vì vậy nhóm thực hiện đề tài cố gắng tận dụng những kiến thức đã học ở trƣờng cùng với sự tìm tòi, nghiên cứu, sự hƣớng dẫn tận tình của Giáo viên hƣớng dẫn cùng Thầy/Cô thuộc Khoa Điện-Điện Tử để có thể hoàn thành tốt đồ án này. Mặc dù nhóm thực hiện đề tài đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ của đề tài đặt ra và đúng thời hạn nhƣng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên thông cảm. Nhóm thực hiện đề tài mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên. Xin chân thành cảm ơn! Trang 7
9. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH LỜI CẢM ƠN Nhóm thực hiện xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Thầy ThS. Trƣơng Ngọc Anh – Giảng viên Bộ môn Điện tử Công nghiệp đã trực tiếp hƣớng dẫn và tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện để nhóm thực hiện hoàn thành tốt đề tài. Bên cạnh đó, nhóm thực hiện cũng xin chân thành cảm ơn đến các quý Thầy Cô trong trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh nói chung và khoa Điện – Điệntử nói riêng đã truyền đạt những kiến thức quý báu, tạo dựng nền móng đầu tiên cho nhóm thực hiện có cơ sở cũng nhƣ nền tảng kiến thức cần thiết để nhóm em hoàn thành tốt Đề tài Đồ Án Tốt Nghiệp cũng nhƣ định hƣớng nghề nghiệp tƣơng lai sau này. Nhóm thực hiện cũng xin chân thành gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn sinh viên cùng lớp 101012 đã chia sẻ, trao đổi những kiến thức cũng nhƣ những kinh nghiệm quý báu của mình để góp phần giúp nhóm thực hiện hoàn thành Đề tài tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn!!! NHÓM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI SV: HỒ THANH GIÀU SV:ĐẶNG TRUNG TÍN Trang 8
10. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH MỤC LỤC PHẦN I:GIỚI THIỆU 1 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4 LỜI MỞ ĐẦU 7 LỜI CẢM ƠN 8 PHẦN II:NỘI DUNG 14 CHƢƠNG 1:DẪN NHẬP 15 1.1 Đặt vấn đề: 15 1.2 Lý do chọn đề tài: 15 1.3Mục đích nghiên cứu: 15 1.4 Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu: 15 1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: 16 1.6 Tình hình nghiên cứu: 16 1.7 Phƣơng pháp nghiên cứu: 16 CHƢƠNG II:CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18 2.1Tổng quan về mạng Internet: 18 2.1.1 Internet là gì ? 18 2.1.2 Cấu trúc mạng Internet: 18 2.1.3 Giới thiệu các giao thức kết nối mạng: 19 2.1.4 Địa chỉ IP và tên miền: 20 a)Địa chỉ IP : 20 b) Tên miền : 20 c) Các nhà cung cấp dịch vụ Internet: 20 2.2Vi điều khiển PIC18F4620: 21 2.2.1Sơ lƣợc vi điều khiển PIC18F4620: 21 a)Đặc điểm thực thi tốc độ cao CPU RISC là: 21 b)Cấu trúc đặc biệt của vi điều khiển: 22 c) Cấu trúc nguồn công suất thấp: 22 d)Cấu trúc ngoại vi: 22 2.3 Sơ lƣợc Raspberry PI: 30 2.3.1 Giới thiệu raspberry pi: 31 2.3.2 Cấu tạo của raspberry pi: 31 2.3.3 Giới thiệu bộ xử lý trung tâm của raspberry: 34 2.3.4 Phụ kiện hổ trợ kèm theo: 34 2.3.5 Làm việc với raspberry thông qua máy tính: 35 a) Giao tiếp Raspberry Pi bằng SSH: 36 Trang 9
11. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH b) Cài đặt SSH client trên máy tính Windows: 36 c) Giao tiếp Raspberry Pi bằng VNC (Virtual Network Computing): 38 2.4Web Server: 39 2.4.1 Server: 39 2.4.2 Khái niệm MySQl: 40 2.4.3 Phần mềm phpMyAdmin: 40 2.5Giới thiệu các ngôn ngữ lập trình sử dụng: 41 2.5.1Ngôn ngữ python: 41 a)Khái niệm: 41 b) Đặc điểm lệnh và cấu trúc điều khiển: 42 c) Hệ thống kiểu dữ liệu: 42 d) Sử dụng Python trên Raspberry Pi: 43 2.5.2Ngôn ngữ HTML : 43 2.5.3Ngôn ngữ Javascript : 44 2.5.4 Thƣ viện Jquery: 44 2.5.6 Ngôn ngữ C: 45 2.5.7 Giao thức GET và POST: 46 2.6 Linh kiện sử dụng trong mạch: 48 CHƢƠNG III:THIẾT KẾ MẠCH 49 3.1Yêu cầu của hệ thống: 49 3.3Thiết kế các khối: 50 3.3.1Khối nguồn: 50 3.3.2 Khối ngõ vào và cảm biến: 50 3.3.3Khối ngõ ra : 57 3.3.4 Khối xử lý: 59 3.3.5 Web Server : 59 3.4 Sơ đồ nguyên lý: 60 3.5 Sơ đồ mạch in, sơ đồ bố trí linh kiện: 61 CHƢƠNG IV:THIẾT KẾ WEBSERVER 62 4.1 Các phụ kiện cần thiết để thiết lập Webserver: 62 4.2Cài đặt Apache với PHP : 62 4.3 Cài đặt MySQL: 62 4.4 Cài đặt FPT server: 63 4.5 Cài đặt phpMyAdmin: 63 4.6 Cài đặt thƣ viện MySQL cho lập trình Python: 63 4.7 Tạo giao diện web: 63 CHƢƠNG V:LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT 67 5.1 Lƣu đồ cho PIC18F4620: 67 5.1.1 Lƣu đồ đọc cảm biến dòng: 68 Trang 10
12. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH 5.1.2 Lƣu đồ đọc cảm biến áp: 69 5.2 Lƣu đồ cho Raspberry PI: 70 CHƢƠNG VI:KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, KẾTLUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 71 6.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU: 71 6.2 KẾT LUẬN: 74 6.3 HƢỚNG PHÁT TRIỀN ĐỀ TÀI : 75 PHẦN III:PHỤ LỤC 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 Code mikroc cho PIC: 78 Code python cho aspberry PI: 87 LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1 : Mô hình mạng đặc trƣng 18 Hình 2.2 : Mạng kết nối với nhau thông qua router 19 Hình 2.3 : Hình ảnh PIC18F4620 24 Hình 2.4 : Sơ đồ khối 18F4620 24 Hình 2.5 : Sơ đồ chân PIC18F4620 25 Hình 2.6 : Raspberry pi mode B 32 Hình 2.7 : GPIO Raspberry Pi ( chân ngõ ra ) 33 Hình 2.8 : Hình ảnh thực tế GPIO Raspberry Pi 33 Hình 2.9 : Hình ảnh bo mạch chíp ARM. 34 Hình 2.10 : Raspberry cùng với các liên kết ngoại vi 35 Hình 2.11a : Đặt dịa chi IP cgo Raspberry PI 36 Hình 2.11b : Setting hdh Raspberry 36 Hình 2.11c : Giao diện Putty trên máy tính 37 Hình 2.12 : Màn hình điều khiển Raspberry Pi bằng SSH 37 Hình 2.13 : Giao diện TightVNC Viewer trên máy tính 38 Hình 2.14 : Màn hình điều khiển Pi từ máy tính 39 Hình 2.15 : Tƣơng quan quan hệ giữa database và server 39 Hình 2.16a : Liên kết store database với PHP 40 Hình 2.16b : Mô hình giao tiếp giữa web và cơ sở dữ liệu bằng PHP 41 Hình 2.17 : Nguồn code HTML của 1 trang web 43 Hình 2.18 : Sơ đồ mô tả phƣơng thức GET và POST 47 Trang 11
13. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH Hình 3.1 : Sơ đồ khối 49 Hình 3.2 : Mạch nguyên lý khối nguồn và ic Lm7805 50 Hình 3.3 : Hình ảnh nút nhấn 51 Hình 3.4 : Modul càm biến dòng điện ACS712-30A 51 Hình 3.5 : Sơ đồ chân ic ACS712 52 Hình 3.6 : Sơ đồ khối ACS712 53 Hình 3.7 : Nguyên lý khối cảm biến dòng 53 Hình 3.8 : Sơ đồ nguyên lý mạch đo áp 53 Hình 3.9 : Sơ đồ mạch in mach đo áp 54 Hình 3.10 : LCD 20X4 55 Hình 3.11 : Sơ đồ chân LCD 55 Hình 3.12 : Modul Relay 5v 58 Hình 3.13 : Nguyên lý Modul relay 5v 58 Hình 3.14 : Contactor 58 Hình 3.15 : Sơ đồ nguyên lý 60 Hình 3.16 : Sơ đồ mạch in(TOP layer) 61 Hình 3.17 : Sơ đồ mạch in (bottom layer). 61 Hình 4.1 :Cài đặt MySQl 62 Hình 4.2 : Trang đăng nhập web 64 Hình 4.3 : Trang chủ web 64 Hình 4.4 : Trang xem dòng điện,điện áp. 65 Hình 4.5 : Trang xem đồ thị dòng điện 65 Hình 4.6 : Trang xem đồ thị điện áp 66 Hình 6.1:Mô hình đề tài 71 Hình 6.2:Kết nối các bo mạch .72 Hình 6.3:Mô hình đang hoạt động với động cơ 3 pha. 72 Hình6.4 :Trang web xem dòngđiện,điện áp 73 Hình 6.5 :trang web chọn ngày xem đồ thi biểu diễn dòng điện hay điện áp .74 Hình 6.6 :xuất ra file excel dòng điện và điện áp trong 1 ngày .74 Trang 12
14. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1 : Chức năng các chân PIC18F4620 26 Bảng 2.3 : So sánh cụ thể giữa các KIT Arduino – Raspberry –BeagleBone 30 Bảng 2.3 : Liệt kê linh kiện sử dụng: 48 Bảng 3.1 : Chức năng chân LCD 55 Bảng 3.2: Tâp lệnh LCD .56 Trang 13
15. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH PHẦN II NỘI DUNG Trang 14
16. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP 1.1Đặt vấn đề: Xã hội ngày càng phát triển, cùng sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật kéo theo chất lƣợng cuộc sống của con ngƣời cũng ngày càng đƣợc nâng cao. Bên cạnh việc quan tâm, cải thiện chất lƣợng y tế, giáo dục, các chính sách phúc lợi, con ngƣời cũng không quên nâng cao mức sống của mình cho phù hợp với sự phát triển xã hội, mà điển hình nhất là việc quan tâm, đầu tƣ và nâng cấp cho ngôi nhà của mình ngày càng hiện đại hơn. 1.2 Lý do chọn đề tài: Thế giới đang sống trong thời đại các thành tựu khoa học kỹ thuật phát triển không ngừng. Sự vận động tích cực ấy xuất phát từ nhu cầu của con ngƣời, từ những điều rất bình thƣờng trong đời sống sinh hoạt thƣờng ngày đến những nhu cầu đặc biệt trong hoạt động học tập, nghiên cứu, sản xuất Xu hƣớng thiết bị công nghệ trong những năm gần đây đang nghiêng rõ rệt về các sản phẩm mang tính chất tự động hóa cao, giảm dần sự phụ thuộc vào con ngƣời. Trong đó, việc áp dụng các kỹ thuật về điều khiển qua mạng máy tính ngày càng phổ biến. Ƣu điểm của các kỹ thuật này là ngƣời thiết kế có thể tận dụng các giao thức, các nền tảng sẵn có, giảm đi sự phức tạp trong quá trình thiết kế, sản xuất, sản phẩm có tính ổn định cao, quá trình đƣa sản phẩm tới cộng đồng đƣợc rút ngắn đáng kể Áp dụng các kỹ thuật này có thể sản xuất ra các sản phẩm cung cấp các tính năng điều khiển và giám sát từ xa, bao quát đƣợc các đối tƣợng điều khiển một cách dễ dàng. Qua tìm hiểu, nhận thấy công nghệ mạng cập nhật thông tin qua mạng hỗ trợ đầy đủ các đặc tính kỹ thuật đã nêu trên. Do đó, nhóm thực hiện đề tài đã chọn đề tài “Ứng dụng công nghệ quản lý dòng điện thông qua trang web dùng Raspberry pi ”. 1.3Mục đích nghiên cứu: Tìm hiểu kỹ thuật lập trình vi điều khiển PIC18F4620 bằng ngôn ngữ C, sử dụng phần mềm mikroelectronika for PIC Tìm hiểu các tiêu chuẩn truyền UART Tìm hiểu cấu hình Pc Raspberry Pi thành webserver chạy web chuyên dụng. Tìm hiểu căn bản về thiết kế giao diện web PHP +HTML bằng phần DW . Tìm hiểu về module ACS712 đo dòng diện xoay chiều AC-lên đến 30A Xây dựng ứng dụng điều khiển và giám sát tình trạng thiết bị động cơ 3pha thông qua kit PIC và Web chay trên Webserver Raspberry 1.4Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu:  Đối tƣợng nghiên cứu - Phần mềm lập trình Mikroelectronika và vi điều khiển PIC18f4620. - Pc Raspberry pi. - Chuẩn truyền UART. - Kỹ thuật lập trình mạng, thiết kế giao diện bằng ngôn ngữ C. - Phần mềm DW. - Modul ACS712-30A. - Thiết kế module đo áp. CHƢƠNGI:DẪN NHẬP Trang 15
17. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH  Phạm vi nghiên cứu của đề tài: - Tìm hiểu cách thức đo dòng điện ,điện áp, các lí thuyết cơ bản của về việc cài đặt ,cấu hình Raspberry pi. - Ứng dụng các kỹ thuật lập trình mạng liên quan đến web giao diện và liên kết cơ sở dữ liệu Mysql để viết phần mềm trên máy tính chạy trên Linux(Raspberry pi) điều khiển và giám sát thông qua mạng( Web) , trên cơ sở thu thập dữ liệu từ các cảm biến, gửi về máy tính và từ đó điều khiển cơ cấu chấp hành theo các dữ liệu đã thu đƣợc. - Trƣớc mắt ứng dụng trong phạm vi nhỏ hẹp . 1.5Ýnghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Mô hình ứng dụng của đề tài “Ứng dụng công nghệ điều khiển và giám sát dòng điện xoay chiều ba pha lấy Raspberry pi làm server ” đem lại một giải pháp khác trong việc giám sát và điều khiển các thiết bị trong công nghiệp. Với sự phổ biến của mạng WIFI , LAN ngày nay, điều này thực sự hữu ích đối với các hộ gia đình, trƣờng học, xƣởng sản xuất, bảo quản vừa và nhỏ vì không cần phải xây dựng thêm một mạng điều khiển và giám sát khác( ngƣời bảo trì ) tận dụng mạng WIFI vừa kết nối Internet vừa giám sát và điều khiển các thiết bị trong khu vực phủ sóng của mạng WIFI hoặc có mạng dây. Bên cạnh đó, khả năng mở rộng vùng giám sát, điều khiển là dễ dàng vì chỉ cần cho lắp đặt các trạm trong những khu vực mong muốn. Giám sát dòng điện , điện áp qua web sẽ rất cơ động , có thể hoạt động trong các môi trƣờng ô nhiễm, nguy hiểm, phóng xạ giúp an toàn cho ngƣời trong quá trình quan sát, tiếp cận và giảm đƣợc số lƣợng ngƣời trong việc quản lý bảo trì thiết bị ba pha. Ngoài ra, với việc sử dụng board mạch vi điều khiển Kit Pic, nhóm thực hiện đề tài còn mong muốn giới thiệu vi điều khiển ra khắp cộng đồng, không chỉ dừng lại ở cộng đồng hiểu biết nhiều về điện tử. Chỉ với các kiến thức lập trình ngôn ngữ C, kiến thức điện tử cơ bản , không cần đến các kiến thức chuyên sâu về vi điều khiển, cách sử dụng các linh kiện điện tử, IC, cách kết nối các linh kiện với nhau, ngƣời sử dụng có thể tạo ra các ứng dụng cụ thể, phục vụ cho nhu cầu điều khiển của mình. 1.6 Tình hình nghiên cứu: Hƣớng điều khiển và giám sát dòng điện,điện áp qua mạng (web) đã đƣợc thực hiện thành công bởi các nhóm nghiên cứu trƣớc đó ở nƣớc ngoài tuy nhiên ở Việt Nam là rất ít gặp và trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật TPHCM các năm trƣớc làrất hiếm gặp ứng dụng công nghệ này . Các trang mạng chuyên nghiên cứu về điện tử trên thế giới cũng đã đƣa ra giải pháp này, điển hình là Arduino ( Trên thị trƣờng sản phẩm ở Việt Nam, hƣớng đi này còn khá mới. 1.7Phƣơng pháp nghiên cứu:  Phƣơng pháp tham khảo tài liệu: - Đọc các tài liệu về PIC18f4620: sử dụng phần mềm Mikroelectronika, kỹ thuật lập trình cho Pic18F4620 bằng ngôn ngữ C. - Đọc các tài liệu về các tiêu chuẩn Raspberry pi và các chuẩn truyền thông . - Tìm hiểu lí thuyết lập trình mạng bằng ngôn ngữ C bằng phần mềm DW. - Đọc các tài liệu liên quan đến các cảm biến ACS712-30A và Pic. - Tìm hiểu cách thiết kế giao diện điều khiển và giám sát bằng ngôn ngữ C#,html,php sử dụng phần mềm DW.  Phƣơng pháp thực hành: CHƢƠNGI:DẪN NHẬP Trang 16
18. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH - Sau khi đọc kỹ hƣớng dẫn sử dụng, lập trình của Raspberry và Pic18F4620, nhóm thực hiện đề tài tiến hành giao tiếp với board vi điều khiển, điều khiển các chức năng của kit ,cấu hình webserver cho raspi. - Khi đã nắm đƣợc kiến thức về thiết kế giao diện, lập trình mạng bằng ngôn ngữ C#, nhóm tiến hành lập trình giao diện trên máy tính để thực hiện giao tiếp qua mạng. Dùng vi điều khiển PIC18f4620 để thực thi các lệnh đƣợc gửi đến từ Raspi, thu thập tín hiệu từ Raspi gửi về để điều khiển đóng ngắt theo từng trƣờng hợp. - Quan sát các hoạt động của hệ thống, tiến hành kiểm tra sai sót của hệ thống so với kết quả cần đạt đƣợc, sau đó sửa lỗi và hoàn thiện hệ thống. CHƢƠNGI:DẪN NHẬP Trang 17
19. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH CHƢƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1Tổng quan về mạng Internet: Ngày nay, Internet trở nên quen thuộc và phổ biến rộng rãi với mọi ngƣời. Internet đóng một vai trò quan trọng trong việc cung cấp tài liệu học tập, trao đổi, truy cập thông tin và việc sử dụng hiệu quả internet cho công việc trong nhiều lĩnh vực. Hình 2.1 Mô hình mạng đặc trƣng 2.1.1 Internet là gì ? Internet( Inter-network) là một mạng máy tính rất rộng lớn kết nối các mạng máy tính khác nhau nằm rải rộng khắp toàn cầu. Một mạng( Network) là một nhóm máy tính kết nối với nhau, các mạng này lại liên kết với nhau bằng nhiều loại phƣơng tiện, tốc độ truyền tin khác nhau. Do vậy có thể nói Internet là mạng của các mạng máy tính. Các mạng liên kết với nhau dựa trên bộ giao thức( nhƣ là ngôn ngữ giao tiếp) TCP/IP (Transmision Control Protocol – Internet Protocol): Giao thức điều khiển truyền dẫn- giao thức Internet. Bộ giao thức này cho phép mọi máy tính liên kết, giao tiếp với nhau theo một ngôn ngữ máy tính thống nhất giống nhƣ một ngôn ngữ quốc tế( ví dụ nhƣ Tiếng Anh) mà mọi ngƣời sử dụng để giao tiếp. Mạng Internet không chỉ cho phép chuyển tải thông tin nhanh chóng mà còn giúp cung cấp thông tin. Nó cũng là diễn đàn trao đổi và là thƣ viện toàn cầu đầu tiên. 2.1.2 Cấu trúc mạng Internet: Internet là một liên mạng, tức là mạng của các mạng con. Để kết nối hai mạng con với nhau, có hai vấn đề cần giải quyết : - Vấn đề thứ nhất: Về mặt vật lý, hai mạng con chỉ có thể kết nối với nhau khi có một thiết bị có thể kết nối với cả hai mạng này. Việc kết nối đơn thuần về vật lý chƣa thể làm cho hai mạng con có thể trao đổi thông tin với nhau. -Vấn đề thứ hai: Thiết bị kết nối đƣợc về mặt vật lý với hai mạng con phải hiểu đƣợc cả hai giao thức truyền tin đƣợc sử dụng trên hai mạng con này và các gói thông tin của hai mạng con sẽ đƣợc gửi qua nhau thông qua thiết bị đó. Thiết bị này đƣợc gọi là cổng nối Internet( Internet Gateway) hay Bộ định tuyến( Router). CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trang 18
20. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH Hình 2.2 Mạng kết nối với nhau thông qua router Để các Router có thể thực hiện đƣợc công việc chuyển một số lớn các gói thông tin thuộc các mạng khác nhau, ngƣời ta đề ra quy tắc là: các Router chuyển các gói thông tin dựa trên địa chỉ mạng nơi đến, chứ không phải dựa trên địa chỉ của máy nhận. Nhƣ vậy, dựa trên địa chỉ mạng nên tổng số thông tin mà Router phải lƣu giữ về sơ đồ kiến trúc mạng sẽ tuân theo số mạng trên Internet chứ không phải là số máy trên Internet. Trên Internet, tất cả các mạng đều có quyền bình đẳng cho dù chúng có tổ chức hay số lƣợng máy có sự khác nhau. Bộ giao thức TCP/IP của Internet hoạt động tuân theo quan điểm sau: tất các các mạng con trong Internet nhƣ là Ethernet, một mạng diện rộng nhƣ NSFNET Backbone hay một liên kết điểm-điểm giữa hai máy duy nhất đều đƣợc coi nhƣ là một mạng. Điều này xuất phát từ quan điểm đầu tiên khi thiết kế giao thức TCP/IP là có thể liên kết giữa các mạng có kiến trúc hoàn toàn khác nhau. Khái niệm “mạng” đối với TCP/IP bị ẩn đi phần kiến trúc vật lý của mạng. Đây chính là điểm giúp cho TCP/IP trở lên rất mạnh. Nhƣ vậy, ngƣời dùng trong Internet hình dung Internet là một mạng thống nhất và bất kỳ hai máy nào trên Internet đều đƣợc nối với nhau thông qua một mạng duy nhất. 2.1.3 Giới thiệu các giao thức kết nối mạng: Đặc điểm một số bộ giao thức kết nối mạng :  NetBEUI : - Bộ giao thức nhỏ, nhanh và hiệu quả đƣợc cung cấp theo các sản phẩm của hãng IBM, cũng nhƣ sự hỗ trợ của Microsoft. - Bất lợi chính của bộ giao thức này là không hỗ trợ định tuyến và sử dụng giới hạn ở mạng dựa vào Microsoft. CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trang 19
21. GVHD:TRƢƠNG NGỌC ANH IPX/SPX : - Đây là bộ giao thức sử dụng trong mạng Novell. - Ƣu thế: nhỏ, nhanh và hiệu quả trên các mạng cục bộ đồng thời hỗ trợ khả năng định tuyến.  DECnet : - Đây là bộ giao thức độc quyền của hãng Digtal Equipment Corpration. - DECnet định nghĩa mô tả truyền thông qua mạng cục bộ LAN, mạng MAN (mạng đô thị), WAN (mạng diện rộng). Giao thức này có khả năng hỗ trợ định tuyến.  TCP/IP : - Ƣu thế chính của bộ giao thức này là khả năng liên kết hoạt động của nhiều loại máy tính khác nhau. - TCP/IP đã trở thành tiêu chuẩn thực tế cho kết nối liên mạng cũng nhƣ kết nối Internet toàn cầu. Hiện nay, TCP/IP đƣợc sử dụng rộng rãi trong các mạng cục bộ cũng nhƣ trên mạng Internet. Vì vậy chúng ta sẽ tìm hiểu tổng quan về bộ giao thức TCP/IP. 2.1.4 Địa chỉ IP và tên miền: a) Địa chỉ IP : Các máy tính trên Internet phải làm việc với nhau theo giao thức chuẩn TCP/IP nên đòi hỏi phải có địa chỉ IP và địa chỉ này tồn tại duy nhất trong mạng. Cấu trúc của địa chỉ IP bao gồm 32 bit và đƣợc chia thành 4 nhóm; các nhóm cách nhau bởi dấu chấm (.), mỗi nhóm gồm 3 chữ số có giá trị 0 đến 255: xxx.xxx.xxx.xxx. Ví dụ: 206.25.128.123 Địa chỉ IP đang đƣợc sử dụng hiện tại là (Ipv4) có 32 bit. Hiện nay một số quốc gia đã đƣa vào sử dụng địa chỉ Ipv6 nhằm mở rộng không gian địa chỉ và những ứng dụng mới, Ipv6 bao gồm 128 bit dài gấp 4 lần của Ipv4. Version Ipv4 có khả nǎng cung cấp 232 = 4 294 967 296 địa chỉ. Còn Version Ipv6 có khả nǎng cung cấp tới 2128 địa chỉ. Hiện nay địa chỉ IP đƣợc một tổ chức phi chính phủ - InterNIC( Internet Network Center) cung cấp để đảm bảo không có máy tính kết nối Internet nào bị trùng địa chỉ. (http ://www.internic.net) b) Tên miền : Ngƣời sử dụng sẽ khó nhớ đƣợc địa chỉ IP dẫn đến việc sử dụng dịch vụ từ một máy tính nào đó là rất khó khǎn vì thế hệ thống DNS( Domain Name System – DNS) đƣợc giới thiệu ở phần tiếp theo) sẽ gán cho mỗi địa chỉ IP một cái tên tƣơng ứng mang một ý nghĩa nào đó, dễ nhớ cho ngƣời sử dụng mà thuật ngữ Internet gọi là tên miền. Ví dụ : Máy chủ Web Server của VNNIC có địa chỉ là 203.162.57.101, tên miền của nó là www.vnnic.net.vn. Thực tế ngƣời sử dụng không cần biết đến địa chỉ IP mà chỉ cần nhớ tên miền này là truy cập đƣợc. Nhƣ vậy, tên miền là một sự nhận dạng vị trí của một máy tính trên mạng Internet. Nói cách khác, tên miền là tên của các mạng lƣới, tên của các máy chủ trên mạng Internet. Mỗi địa chỉ dạng chữ này luôn tƣơng ứng với một địa chỉ IP dạng số. c) Các nhà cung cấp dịch vụ Internet:  ISP (Internet Service Provider): Nhà cung cấp dịch vụ Internet. Cấp quyền truy cập Internet qua mạng viễn thông và các dịch vụ nhƣ: Email, Web, FTP, Telnet, Chat. ISP đƣợc cấp cổng truy cập vào Internet bởi IAP. CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trang 20
22. S K L 0 0 2 1 5 4