Đồ án Trạm thời tiết ứng dụng công nghệ XBEE (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Trạm thời tiết ứng dụng công nghệ XBEE (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 TRẠM THỜI TIẾT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XBEE GVHD: TH.S TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: NGUYỄN HOÀNG ÂN MSSV: 12341006 SVTH: NGÔ THỊ VÂN ĐÀO MSSV: 12341023 SKL003048 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN T BỘ MÔN ĐIỆN T -CÔNG NGHIỆP  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN T - TRU N THÔNG Đ TÀI: TRẠM THỜI TI T NG ỤNG CÔNG NGHỆ GVHD : ThS. TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH : NGU N HOÀNG N 12341006 SVTH : NGÔ TH V N ĐÀO 12341023 Tp. Hồ Chí Minh - 7/2014
3. Ầ PHẦN A GI I THI U Ọ Page 1
4. Ầ ỢC HOÀN THÀNH TẠI Ờ ẠI HỌ S ẠM KỸ THUẬT TP. H CHÍ MINH Cán bộ hƣớng dẫn: Ths. Trƣơng g nh Sinh viên thực hiện: gu n o ng n g Th n o Cán bộ chấm phản biện: ồ án tốt nghiệp đƣợc bảo vệ tại HỘ NG CHẤM BẢO V ÁN T T NGHI Ờ ẠI HỌ S ẠM KỸ THUẬT TP. H CHÍ MINH. Ngày tháng 07 năm 2014 Ọ Page 2
5. Ầ Ờ ẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ Ĩ T NAM K oa iện - iện Tử ậ - o – B Mô iện Tử Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 03 năm 2014  NHI M VỤ ÁN T T NGHI P Sinh viên thực hiện: ÂN MSSV: 12341006 MSSV: 12341023 Chuyên ngành: CN iện t – ruy n th ng Mã ngành: D510302 Hệ đào tạo: ại học chính quy (CT) Niên khóa: 2012 - 2014 Lớp: 123411 I. Ê Ề À ẠM Ờ Ứ Ụ II. M Ụ À Ộ 1. Tìm hiểu mạng XBEE. 2. Thiết kế m hình mạng. 3. Thiết kế thiết ng ụng m hình mạng gồm nhiệt độ độ m p suất tố độ gi v hƣớng gi 4. ử ụng thiết kế gi o iện đi u khiển v gi m s t tr n m t nh ng ng n ng để ập trình. III. ÀY O M Ụ 10/03/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH: 12/07/2014 V. Ọ À Ê Ộ Ẫ S rươ g gọ CÁN BỘ ƢỚNG DẪN BM. IỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Th . TRƢƠ G GỌC ANH Ọ Page 3
6. Ầ ời ảm  Lời đầu tiên nhóm thực hiện xin g i lời cảm ơn đến tất cả quý Thầy/ C giảng dạy tại rường ại Học Sư Phạm ỹ huật hành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là quý hầy Cô khoa iện - iện ử đã giảng dạy và cung cấp những kiến thức bổ ích tạo ti n đ quan trọng cho nhóm thực hiện đồ án này. Nhóm xin g i lời cảm ơn chân thành nhất đến giáo viên hướng dẫn là: hầy rương gọc Anh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, cung cấp các kiến thức và vật tư quan trọng giúp nhóm có nhi u đi u kiện thuận lợi trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Cảm ơn bạn bè và những người thân đã góp ý kiến, giúp đỡ và động viên nhóm hoàn thành đ tài này. Sau cùng, nhóm xin g i lời chúc sức khỏe đến các Thầy, Cô và tất cả các bạn! Nhóm thực hiện guyễn oàng n gô hị ân ào Ọ Page 4
7. Ầ Ờ ẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ Ĩ T NAM K oa iện - iện Tử ậ - o – B Mô iện Tử Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 03 năm 2014  LỊCH TRÌNH THỰC HI ÁN T T NGHI P Họ tên sinh viên 1: Lớp: 123411 MSSV: 12341006 Họ tên sinh viên 2: Lớp: 123411 MSSV: 12341023 ên đ tài: ẠM Ờ Ứ Ụ Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD 1 2 3 4 5 Ti n hành nghiên cứu code và k t nối m 6 ố 7 8 9 ứ 10 11 12 Ọ Page 5
8. Ầ 13 14 15 16 17 18 19 20 G ƢỚNG DẪN (Ký và ghi rõ h tên) Ths. Trƣơng g c Anh Ọ Page 6
9. Ầ Lời Mở ầu Thế giới ngày nay với khoa h c kỹ thuật phát triển mạnh mẽ, cuộc sống on ngƣời ng ng đƣợc phát triển tốt hơn. Kho h c kỹ thuật đem lại nhi u tiện ích thiết thự hơn cho cuộc sống chúng ta. Góp phần không thể thiếu để mang lại nh ng thành tựu to lớn là sự phát triển không ngừng của kỹ thuật đi u khiển các thiết b không dây. Kỹ thuật đi u khiển từ x đã m ng đến nh ng th đổi to lớn trong khoa h c và công nghệ ũng nhƣ trong nhu cầu đời sống hàng ngày củ on ngƣời. Nhờ sự phát triển đ thiết b máy móc ở xa có thể giao tiếp với nh u v đƣợ đi u khiển, giám sát một cách d dàng, các công việ đƣợc thực hiện hiệu quả hơn. Kỹ thuật đi u khiển và giám sát thông qua chu n giao tiếp không dây là kỹ thuật củ tƣơng i hì kh đi v o ng nghệ hiện đại. ối với sinh vi n hu n ng nh điện tử đ một ĩnh vực mới, h a hẹn mở ra nhi u triển v ng. Việt Nam là một nƣớ đ ng phát triển v trong gi i đoạn “ ng nghiệp hóa, hiện đại h ” nhƣ vậy nhu cầu v khoa h c kỹ thuật để đ p ng ho gi i đoạn này là rất cao. Vì thế, Việt m đã v đ ng đầu tƣ nhi u kinh phí, nhân lự để có thể nắm bắt và dần làm chủ đƣợc công nghệ. Việc nghiên c u và ng dụng đi u khiển thông qua mạng không dây vào thực tế cuộc sống là một đi u rất cần thiết trong vai trò làm chủ công nghệ hiện n . ể góp phần tạo nên n n tảng n đầu v ng chắc cho việc h c tập, tìm hiểu kỹ thuật đi u khiển thông qua các chu n giao tiếp không dây, nhóm thực hiện đ t i đã tập trung nghiên c u đ tài: “ ẠM Ờ Ứ Ụ ”. Quyển đồ án này bao gồm 3 phần: Phần A: Phần B: Ộ (Gồm 5 ươ g) hƣơng I Ẫ Ậ hƣơng II Ệ T G M G XBEE hƣơng III GIỚI THIỆU MỘT S LINH KIỆN SỬ DỤNG hƣơng IV: T I T K M hƣơng : Ậ TR Ệ T G Ầ K Ả – K Ậ À Ể . K T – K T Ậ . ƢỚ G T TRI Ụ Ụ À À U THAM KHẢO Nh ng kiến th c và kỹ năng đạt đƣợc trong quá trình h c tập ở trƣờng sẽ đƣợc đ nh gi qu đợt bảo vệ đồ án cuối khóa. Vì vậy, nhóm thực hiện đ tài cố gắng tận dụng nh ng kiến th c đã h c ở trƣờng cùng với sự tìm tòi, nghiên c u kết hợp với sự hƣớng dẫn tận tình củ gi o vi n hƣớng dẫn cùng Thầ / Kho iện – iện Tử để có thể hoàn thành Ọ Page 7
10. Ầ tốt đồ án này. Nhóm rất ảm k h v mong nhận đƣợc nh ng ý kiến đ ng g p trự tiếp ủa quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên v đ tài “ ẠM Ờ Ứ Ụ ”. Xin chân thành cảm ơn! h m thự hiện guyễn oàng n gô hị ân ào Ọ Page 8
11. Ầ ậ ét ủa iáo iê ướ g ẫ P.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 Giáo viên hướng dẫn Th . Trƣơng g c Anh Ọ Page 9
12. Ầ Nhận Xét Của Giáo Viên Phản Biện P.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 Giáo viên phản biện Ọ Page 10
13. Ầ Mục Lục PHẦN A: GI I THI U Trang bìa i Phân công cán bộ hƣớng dẫn và phản biện ii Nhiệm vụ đồ án iii Lời cảm ơn iv h trình thự hiện đồ án v Lời mở đầu vii Nhận xét của GVHD x Nhận xét của GVPB xi Mục lục xii Liệt kê hình xiii Liệt kê bảng xiv PHẦN B: NỘI DUNG DẪN NHẬP 1 1.1 ặt vấ đề Error! Bookmark not defined. 1.2 Giới h đề tài Error! Bookmark not defined. 1.3 Lý do chọ đề tài Error! Bookmark not defined. 1.4 ối tượng nghiên cứu Error! Bookmark not defined. 1.5 Dàn ý nghiên cứu Error! Bookmark not defined. 1.6 Tình hình nghiên cứu Error! Bookmark not defined. 1.7 Ý g ĩa t c tiễn 3 C H TH NG MẠNG XBEE Error! Bookmark not defined. 2.1 Tổng quan về m ng XBee 6 2.2 Network Layer 13 ƢƠ G III GIỚI THIỆU MỘT S LINH KIỆN SỬ DỤNGError! Bookmark not defined. 3.1 Kit Arduino 2560 Error! Bookmark not defined. 3.2 ảm i á ất t ật ố M 27 3.3 ảm i iệt đ đ m 29 3.4 ồ g ồ t ời gia t S 30 3.5 a HCM5883L 35 Ọ Page 11
14. Ầ 3.6 ảm i gi 38 3.7 Module XBee 39 3.8 g ồ ử ụ g i g ượ g Mặt rời 41 ƢƠ G I THI T K MÔ HÌNH 4.1 Yêu cầu của đề tài 46 4.2 L a chọn thi t bị ứng dụng mô hình m ng 46 4.3 Sơ đồ khối toàn hệ thống 46 4.4 â tí ơ đồ khối 46 i t mô m g 47 4.6 Thi t lập thông số XBee 48 4.7 Thi t k mô tr m t ời ti t 52 Sơ đồ ối 52 4.7.2 Chi ti t á ối 52 K ối g ồ 52 K ối điề iể S i r i o m ga 54 K ối iể t ị 55 ƢƠ G LẬP TRÌNH HỆ TH NG 56 5.1 Lập trình giao diệ điều khiển và giám sát trên máy tính 57 5.1.1 iới t iệ gô g ậ tr 57 5.1 ư đồ ươ g tr 58 5.1 o ậ tr 58 5.2 ậ tr trê t i t ị 58 5.2.1 ư đồ ươ g tr 58 5.2.2 Code ậ tr 58 Ầ C: K T LUẬ À NG PHÁT TRIỂN 1.K t ả 61 2. ướng phát triể đề tài 62 PHỤ LỤ À À M K ẢO 1. Code lập trình 65 2. Tài liệu tham khảo 73 Ọ Page 12
15. Ầ Danh Mục Hình Ảnh Hình 2.1-1: So sánh các k thuật không dây Error! Bookmark not defined. Hình 2.1-1: K t nối m g ưới trong XBee Error! Bookmark not defined. Hình 2.1-2: Việc tìm l i đườ g đi tro g m g ưới XBee Error! Bookmark not defined. Hình 2.1-3: Thời gian sử dụng Pin của XBee Error! Bookmark not defined. Hình 2.1-4: Các mảng thị trường của XBee Error! Bookmark not defined. Hình 2.1-5: Ki n trúc của XBee Error! Bookmark not defined. Hình 2.2-1: Quá trình XBee t o m ng Error! Bookmark not defined. Hình 2.2-2: Quá trình XBee tham gia m ng Error! Bookmark not defined. Hình 2.2- á địa chỉ i tro g ây đối xứng Error! Bookmark not defined. Hình 3.1: Kit Arduino 2560 26 Hình 3.2: ảm i á ất t ật ố M 27 Hình 3.3: ảm i iệt đ đ m 29 Hình 3.4: ồ g ồ t ời gia t mặt trướ mặt a 31 Hình 3.5: a t ật ố M 35 Hình 3.6: ảm i gi 38 Hình 3.7-1: Module Xbee 40 Hình 3.8: ấm i g ượ g Mặt rời 42 Hình 3.8-3: Sơ đồ g yê m i g g ượ g Mặt rời 43 Hình 4.7.2-1: ơ đồ t i ô g m 53 Hình 4.7.2-2: Sơ đồ m g ồ ử ụ g M 53 Hình 5.1-1: ư đồ ươ g tr trê 58 Hình 5.2.1: ư đồ ươ g tr 59 Hình 6.1.1: ụ mặt trướ 61 Hình 6.1.2: ụ mặt tro g 62 Hình 6.1.3: iao iệ điề iể giám át 62 Hình 6.1.4: Mô tr m t ời ti t 63 Ọ Page 13
16. Ầ a Mụ ả g ả g - So á ướ g ứ g ụ g gi a á giao t ứ ir á 6 ả g - i đượ tí toá o ta ro i 22 ả g -2 So á á ươ g t m đườ g tro g 24 ả g ả g t m t t t ô g ố r i o m ga xv ả g ả g DH ảm i iệt đ đ m xv ả g 3.4: ả g t ô g ố đồ g ồ t ời gia t ủa S xvi ả g -1 Bảng thông số của a thuật số HCM5883L 36 ả g - ả g ấ o a HCM5883L 37 ả g - á â ủa Mo 41 ả g - So á toot i i 47 ả g ả g ối g ồ 52 Ọ Page 14
17. Ầ ả g ả g t m t t t ô g ố r i o m ga Microcontroller ATmega2560 Operating Voltage 5V Input Voltage (recommended) 7-12V Input Voltage (limits) 6-20V Digital I/O Pins 54 (of which 15 provide PWM output) Analog Input Pins 16 DC Current per I/O Pin 40 mA DC Current for 3.3V Pin 50 mA Flash Memory 256 KB of which 8 KB used by bootloader SRAM 8 KB EEPROM 4 KB Clock Speed 16 MHz ả g 3.2: DH ảm i iệt đ đ m Ọ Page 15
18. Ầ ả g ả g t ô g ố đồ g ồ t ời gia t ủa S Ọ Page 16
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN N UN PHẦN B N I DUNG
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN B: N I DUNG CHƢƠN ẪN NHẬP TR M T T T N N N N X Page 1
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN B: N I DUNG 1.1 Đặt vấn đề 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 người, từ những điều rất bình thường trong đời sống sinh hoạt thường ngày đến những nhu cầu đặc biệt trong hoạt động học tập, nghiên cứu, sản xuất Xu hướng 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 người. Trong đó, việc áp dụng các kỹ thuật về điều khiển thiết bị qua mạng không dây sử dụng máy tính ngày càng phổ biến. 1.2 iới hạn đề tài Tìm hiểu các khái niệm cơ bản về XBee. Tìm hiểu cách thiết lập hệ thống mạng Thiết kế các thiết bị ứng dụng trong mạng. Sử dụng các kỹ thuật lập trình C và C# để viết phần mềm trên máy để điều khiển và giám sát. Trên cơ sở thu thập dữ liệu từ các cảm biến và camera gửi về máy tính, từ đó điều khiển cơ cấu chấp hành theo các dữ liệu đã thu được. 1.3 Lý do chọn đề tài Để tận dụng những ưu điểm của các kỹ thuật hiện nay, nhóm đã đưa ra giải pháp nhằm giảm đi sự phức tạp trong quá trình thiết kế và sản xuất, sản phẩm có tính ổn định cao, quá trình đưa sản phẩm tới cộng đồng được rút ngắn đáng kể Áp dụng các kỹ thuật này có thể thiết kế và sản xuất ra các mô hình mạng hay các sản phẩm cung cấp các tính năng điều khiển và giám sát từ xa, bao quát được các đối tượng điều khiển một cách dễ dàng. Qua tìm hiểu, công nghệ XBee ra đời cải thiện việc điều khiển thiết bị qua mạng không dây, với nhiều đặt điểm vượt trọi so với wifi, bluetooth Nhưng hệ thống mạng sử dụng công nghệ X ee còn khá mới, hầu như chưa được sử dụng ở Việt Nam. o đó, nhóm thực hiện đã chọn đề tài “TR M THỜ T T N N C N N HỆ ”. 1.4 Đối tƣợng nghiên cứu Tìm hiểu mô hình mạng thực tế. iện thực giải pháp trên theo chuẩn mạng XBee. Board mạch chủ sử dụng vi điều khiển ATmega 2560 Kỹ thuật lập trình, thiết kế giao diện điều khiển và giám sát bằng ngôn ngữ #. 1.5 Dàn ý nghiên cứu 1.5.1 Hệ thống mạng Xbee - Tổng quan về công nghệ Xbee TR M T T T N N N N X Page 2
22. S K L 0 0 2 1 5 4