HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO THIẾT BỊ NGOẠI VI VÀ KỸ THUẬT GHÉP NỐI Đề tài: “ Thiết kế, chế tạo hệ thống báo cháy sử dụng cảm biến khói” Giảng viên hướng dẫn : Th.S TRẦN THÚY HÀ Sinh viên thực hiện: VÕ VĂN ĐOÀN LÊ HOÀNG HẢI CHU KHẮC BIÊN NGUYỄN XUÂN HƯNG Nhóm: 12 Lớp : D10DTMT 1 1 LỜI NÓI ĐẦU Thiết bị điện là một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại. Nó góp phần thúc đẩy phát triển cuộc sống, kinh tế, xã hội, và văn minh loài người. Ngày nay nhờ phát triển khoa học kỹ thuật mà các thiết bị điện được sử dụng rất phổ biến, hầu như nơi nào cũng có sự hiện diện của thiết bị điện. Đi cùng với sự phổ biến và sử dụng rộng rãi của các thiết bị điện đó mà đặt ra một vấn đề đó là làm sao để có thể quản lý các thiết bị điện được sử dụng một các thuận lợi, dễ dàng và dễ kiểm soát. Để phòng chống cháy nổ, chập điện, hay sử dụng lãng phí nguồn điện cần có một phương tiện, thiết bị nào đó cung cấp cho người dùng 1 dao diện để có thể có tầm nhìn tổng quát các thiết bị điện mà mình đang sử dụng. Với đặc tính kỹ thuật, theo phương pháp truyền thống, để điều khiển một thiết bị điện nào đó, thông thường người ta sẽ gắn cho nó một cái công tắc hoặc phích cắm điện để bật tắt dòng điện. Vấn đề đắt ra ở đây đó là khi ta muốn kiểm soát tập trung và từ xa, chúng ta không thể kéo dây lại một chỗ để quản lý được. Từ thực tiễn đó nhóm chúng em đã có ý tưởng thiết kế hệ thống điều khiển và quản lý thiết bị điện bằng máy tính thông qua sóng RF. Với hệ thống mà nhóm e thiết kế, việc kiểm soát thiết bị điện, nhất là trong các cơ quan, xưởng sản xuất lớn sẽ rất có lợi. Phòng quản lý chỉ cần ở tại trung tâm điều khiển và quan sát xem các thiết bị nào đang được bật và sẽ 2 2 điều khiển từ xa nó thông qua giao diện viết trên máy tính. Sẽ không cần chạy tới nơi lắp thiết bị điện để bật tắt nó mà cũng không cần kéo dây từ thiết bị đó về trung tâm điều khiển để kiểm soát chúng. Nhờ hệ thống này sẽ tăng năng suất lao động lên rất nhiều, tiết kiệm nhân lực cần thiết để quản lý hệ thống điện…. Nội dung báo cáo gồm 3 chương: Chương 1: Kiến thức tổng quan Chương 2; Thiết kế mạch. Chương 3: Thi công mạch Quá trinhfh nghiên cứu và thực hiện của nhóm: 1. Đã làm được: - Mạch đã có thể chạy ổn đinh. - Kết hợp được modul thu phát với đi điều khiển và với máy tính. - Xây dựng được mô hình mạng hình sao để có thể quản lý các thiết bị trong một khu vực đủ rộng. - Điều khiển được tín hiệu On/Off bật tắt các thiết bị ở các modul. 2. Hướng phát triển của đề tài: - Điều khiển thiết bị thông qua mạng internet, smartphone Nhóm thực hiện Nhóm 12 MỤC LỤC 3 3 Chương 1: kiến thức tổng quan: 1.1 GI I THI U CHUNG V ARM CORTEX M3Ớ Ệ Ề 1. Gi i thi u:ớ ệ Gi i phápả Soc (System-on-chip) d a trên b vi x lý nhúng ARM c ự ộ ử đượ ng d ng vào r t nhi u th tr ng khác nhau bao g m các ng d ng ứ ụ ấ ề ị ườ ồ ứ ụ doanh nghi p, các h th ng ô tô, m ng gia ình và công ngh m ng ệ ệ ố ạ đ ệ ạ không dây Dòng vi x lý ARM Cortex d a trên m t ki n trúc chu n ử ự ộ ế ẩ đủ áp ng h u h t các yêu c u v hi u n ng làm vi c trong t t c cácđể đ ứ ầ ế ầ ề ệ ă ệ ấ ả l nh v c trên. Dòng ARM Cortex bao g m ba c u hình khác nhau c a ĩ ự ồ ấ ủ ki n trúc ARMv7: c u hình A cho các ng d ng tinh vi, yêu c u cao ế ấ ứ ụ ầ ch y trên các h i u hành m và ph c t p nh Linux, Android…; c u ạ ệ đề ở ứ ạ ư ấ hình R dành cho các h th ng th i gian th c và c u hình M c t i ệ ố ờ ự ấ đượ ố u cho các ng d ng vi i u khi n, c n ti t ki m chi phí.ư ứ ụ đề ể ầ ế ệ B vi x lý Cortex-M3 là b vi x lý ARM u tiên d a trên ki n trúc ộ ử ộ ử đầ ự ế ARMv7-M và c thi t k c bi t t c hi u su t cao trong đượ ế ế đặ ệ đểđạ đượ ệ ấ các ng d ng nhúng c n ti t ki m n ng l ng và chi phí, ch ng h n ứ ụ ầ ế ệ ă ượ ẳ ạ nh các vi i u khi n, h th ng c ô tô, h th ng ki m soát công ư đề ể ệ ố ơ ệ ố ể nghi p và h th ng m ng không dây. Thêm vào ó là vi c l p trình ệ ệ ố ạ đ ệ ậ c n gi n hóa áng k giúp ki n trúc ARM tr thành m t l a ch nđượ đơ ả đ ể ế ở ộ ự ọ t t cho ngay c nh ng ng d ng n gi n nh t.ố ả ữ ứ ụ đơ ả ấ 2. Ki n trúc và tính n ng x lý c a lõi Cortex M3ế ă ử ủ B vi x lý Cortex-M3 d a trên ki n trúc ARMv7-M có c u trúc th b c.ộ ử ự ế ấ ứ ậ Nó tích h p lõi x lý trung tâm, v i các thi t b ngo i vi h th ng tiên ợ ử ớ ế ị ạ ệ ố ti n t o ra các kh n ng nh ki m soát ng t, b o v b nh , g l i ế để ạ ả ă ư ể ắ ả ệ ộ ớ ỡ ỗ 4 4 và theo v t h th ng.ế ệ ố Các thi t b ngo i vi có th c c u hình m t cách thích h p, cho ế ị ạ ể đượ ấ ộ ợ phép b vi x lý Cortex-M3 áp ng c r t nhi u ng d ng và yêu ộ ử đ ứ đượ ấ ề ứ ụ c u kh t khe c a h th ng. Lõi c a b vi x lý Cortex-M3 và các thành ầ ắ ủ ệ ố ủ ộ ử ph n tích h p ã c thi t k c bi t áp ng yêu c u b nh t iầ ợ đ đượ ế ế đặ ệ đểđ ứ ầ ộ ớ ố thi u, n ng l ng tiêu th th p và thi t k nh g n.ể ă ượ ụ ấ ế ế ỏ ọ 2.1 Ki n trúc lõi Cortex M3ế Lõi Cortex M3 d a trên c u trúc Havard, c c tr ng b ng s tách ự ấ đượ đặ ư ằ ự bi t gi a vùng nh d li u và ch ng trình. Vì có th c cùng lúc l nhệ ữ ớ ữ ệ ươ ể đọ ệ và d li u t b nh , b vi x lý Cortex-M3 có th th c hi n nhi u ho tữ ệ ừ ộ ớ ộ ử ể ự ệ ề ạ ng song song, t ng t c th c thi ng d ng.độ ă ố ự ứ ụ 5 5 B vi x lý Cortex M3ộ ử 2.2 Ki n trúc t p l nh Thumb-2ế ậ ệ T p l nh Thumb-2 là s pha tr n gi a t p l nh 16 và 32 bit, t c ậ ệ ự ộ ữ ậ ệ đạ đượ hi u su t c a các l nh ARM 32 bit, ng th i phù h p v i m t mã ệ ấ ủ ệ đồ ờ ợ ớ ậ độ c ng nh t ng thích ng c v i t p l nh g c Thumb 16 bit.ũ ư ươ ượ ớ ậ ệ ố 6 6 Quan h gi a t p l nh Thumb-2 và t p l nh Thumbệ ữ ậ ệ ậ ệ Trong m t h th ng d a trên b vi x lý ARM7, vi c chuy n i nhân ộ ệ ố ự ộ ử ệ ể đổ x lý gi a ch Thumb (có l i v m t mã) và ARM (có l i v m t ử ữ ế độ ợ ề ậ độ ợ ề ặ hi u su t) là c n thi t cho m t s ng d ng. Còn b vi x lý Cortex-M3ệ ấ ầ ế ộ ố ứ ụ ộ ử có các l nh 16 bit và 32 bit t n t i trong cùng m t ch , cho phép ệ ồ ạ ộ ế độ m t mã c ng nh hi u su t u cao h n mà không c n ph i ậ độ ũ ư ệ ấ đề ơ ầ ả chuy n i ph c t p. Vì t p l nh Thumb-2 là t p bao hàm c a t p l nh ể đổ ứ ạ ậ ệ ậ ủ ậ ệ Thumb 16 bit nên b vi x lý Cortex-M3 có th th c thi các o n mã ộ ử ể ự đ ạ tr c ây vi t cho Thumb 16 bit. Do c cài t t p l nh Thumb-2 ướ đ ế đượ đặ ậ ệ nên b vi x lý Cortex-M3 có kh n ng t ng thích v i các thành viên ộ ử ả ă ươ ớ khác c a dòng ARM Cortex.ủ T p l nh Thumb-2 có các l nh c bi t giúp l p trình viên d dàng vi t ậ ệ ệ đặ ệ ậ ễ ế mã cho nhi u ng d ng khác nhau. Các l nh BFI và BFC là các l nh ề ứ ụ ệ ệ thao tác trên bit, r t có ích trong các ng d ng x lý gói tin m ng. Các ấ ứ ụ ử ạ l nh SBFX và UBFX giúp vi c chèn vào ho c trích xu t m t s bit trongệ ệ ặ ấ ộ ố thanh ghi c nhanh chóng. L nh RBIT o bit trong m t WORD, có đượ ệ đả ộ ích trong các thu t toán DSP nh DFT. Các l nh b ng r nhánh TBB ậ ư ệ ả ẽ và TBH t o s cân b ng gi a m t mã và hi u su t. T p l nh ạ ự ằ ữ ậ độ ệ ấ ậ ệ Thumb-2 c ng gi i thi u c u trúc If-Then m i có th xác nh i u ki n ũ ớ ệ ấ ớ ể đị đề ệ 7 7 th c hi n t i a b n l nh ti p theo.ự ệ ố đ ố ệ ế Các tính n ng chính m i trong t p l nh Thumb-2 bao g m vi c th c ă ớ ậ ệ ồ ệ ự hi n mã l nh C m t cách t nhiên h n, thao tác tr c ti p trên các bit, ệ ệ ộ ự ơ ự ế phép chia ph n c ng và l nh If/Then. H n n a, nhìn t góc phát ầ ứ ệ ơ ữ ừ độ tri n ng d ng, Thumb-2 t ng t c phát tri n, n gi n hóa vi c b o ể ứ ụ ă ố độ ể đơ ả ệ ả trì, h tr các i t ng biên d ch thông qua t i u hóa t ng cho c ỗ ợ đố ượ ị ố ư ự độ ả hi u su t và m t mã mà không c n quan tâm n vi c mã c ệ ấ ậ độ ầ đế ệ đượ biên d ch cho ch ARM ho c Thumb. K t qu là l p trình viên có thị ế độ ặ ế ả ậ ể mã ngu n c a h trong ngôn ng C mà không c n t o ra các th để ồ ủ ọ ữ ầ ạ ư vi n i t ng biên d ch s n, có ngh a là kh n ng tái s d ng mã ệ đố ượ ị ẵ ĩ ả ă ử ụ ngu n l n h n nhi u.ồ ớ ơ ề 2.3 Cách t ch c và th c thi t p l nhổ ứ ự ậ ệ Cách t ch c c a nhân ARM là dòng ch y l nh 3 tác v :ổ ứ ủ ả ệ ụ - Fetch (nh n l nh).ậ ệ - Decode (gi i mã).ả - Excute (th c thi).ự Hình 1: Câu l nh m t chu k máy s d ng dòng ch y l nh có 3 tác v .ệ ộ ỳ ử ụ ả ệ ụ 8 8 Khi g p m t l nh nhánh, t ng decode ch a m t ch th n p l nh suy ặ ộ ệ ầ ứ ộ ỉ ị ạ ệ oán có th d n n vi c th c thi nhanh h n. B x lý n p l nh d đ ể ẫ đế ệ ự ơ ộ ử ạ ệ ự nh r nhánh trong giai o n gi i mã. Sau ó, trong giai o n th c thi, đị ẽ đ ạ ả đ đ ạ ự vi c r nhánh c gi i quy t và b vi x lý s phân tích xem âu là ệ ẽ đượ ả ế ộ ử ẽ đ l nh th c thi k ti p. N u vi c r nhánh không c ch n thì l nh ti p ệ ự ế ế ế ệ ẽ đượ ọ ệ ế theo ã s n sàng. Còn n u vi c r nhánh c ch n th l nh r nhánh ́đ ẵ ế ệ ẽ đượ ọ ệ ẽ ó c ng ã s n sàng ngay l p t c, h n ch th i gian r i ch còn m t đ ũ đ ẵ ậ ứ ạ ế ờ ỗ ỉ ộ chu k .ỳ 2.4 B nh :ộ ớ B vi x lý Cortex-M3 qu n lí vùng nh c nh lên t i 4 gigabyte v i ộ ử ả ớ ố đị ớ ớ các a ch nh ngh a s n, dành riêng cho mã l nh (vùng mã l nh), đị ỉ đị ĩ ẵ ệ ệ SRAM (vùng nh ), b nh /thi t b bên ngoài, thi t b ngo i vi bên trong ớ ộ ớ ế ị ế ị ạ và bên ngoài. Ngoài ra còn có m t vùng nh c bi t dành riêng cho ộ ớ đặ ệ nhà cung c p.Code có th l u vùng mã l nh, SRAM ho c RAM ấ ể ư ở ệ ặ ngoài, tuy nhiên khi l u vùng mã l nh, vi c g i l nh và truy c p d ư ở ệ ệ ọ ệ ậ ữ li u c x lý ng th i trên các bus.ệ đượ ử đồ ờ 9 9 S b nhơ đồ ộ ớ - Truy c p vùng SRAM th c hi n thông qua các bus. Trong vùng này, ậ ự ệ có hai thành ph n: vùng bit-band 1MB và vùng bí danh (Bit-band Alias) ầ 32 MB. - Vùng nh thiêt b ngo i vi 0.5GB t ng t nh vùng SRAM v i hai ớ ị ạ ươ ự ư ớ thành ph n c b n. Tuy nhiên, các l nh không c th c thi vùng ầ ơ ả ệ đượ ự ở này, k thu t bit-band c s d ng thay i các tr ng thái bit, d ĩ ậ đượ ử ụ để đổ ạ ễ dàng i u khi n ngo i vi.đề ể ạ - Vùng b nh và thi t b bên ngoài: m i vùng 1GB, s khác bi t hai ộ ớ ế ị ỗ ự ệ vùng này là l nh không c th c hi n vùng thi t b bên ngoài, ngoàiệ đượ ự ệ ở ế ị ra có m t s khác bi t v cách l u tr gi a hai vùng.ộ ố ệ ề ư ữ ữ 1.2 Tìm hiểu module thu phát RF: nRF24L01 10 10 [...]... dàng kiểm soát và khắc phục sự cố Nhược điểm: Độ dài đường truyền nối một trạm với thiết bị trung tâm bị hạn chế (trong vòng 100 m với công nghệ hiện đại) tốn đường dây cáp nhiều, tốc độ truyền dữ liệu không cao Hiện nay các mạng sử dụng hình dạng hình sao là mạng STARLAN của AT&T và S-NET của Novell 18 18 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH 2.1 Sơ đồ khối 2.2 sơ đồ mạch nguyên lý 19 19 ... là một yếu tốc quan trọng tạo nên sự thành công khi truyền và nhận Khung truyền bao gồm các quy định về số bit trong mỗi lần truyền, các bit báo như bit Start và bit Stop, các bit kiểm tra như Parity, ngoài ra số lượng các bit trong một data cũng được quy định bởi khung truyền Start bit: start là bit đầu tiên được truyền trong một frame truyền, bit này có chức năng báo cho thiết bị nhận biết rằng có... parity) và parity lẻ (odd parity) Stop bits: stop bits là một hoặc các bit báo cho thiết bị nhận rằng một gói dữ liệu đã được gởi xong Sau khi nhận được stop bits, thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra khung truyền để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu Stop bits là các bits bắt buộc xuất hiện trong khung truyền Khung truyền phổ biến nhất là : start bit+ 8 bit data+1 stop bit 1.4 Cấu trúc mạng hình sao... chuẩn trong truyền thông nối tiếp không đồng bộ Truyền thông “đồng bộ” Lấy ví dụ thiết bị 1 (tb1) kết nối với thiết bị 2 (tb2) bởi 2 đường, một đường dữ liệu và 1 đường xung nhịp Cứ mỗi lần tb1 muốn send 1 bit dữ liệu, tb1 điều khiển đường xung nhịp chuyển từ mức thấp lên mức cao báo cho tb2 sẵn sàng nhận một bit Bằng cách báo trước” này tất cả các bit dữ liệu có thể truyền/nhận dễ dàng với ít “rủi ro”... sao, tất cả các trạm được nối vào một thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển tín hiệu đến trạm đích với phương thức kết nối là phương thức "một điểm - một điểm " Thiết bị trung tâm hoạt động giống như một tổng đài cho phép thực hiện việc nhận và truyền dữ liệu từ trạm này tới các trạm khác Tùy theo yêu cầu truyền thông trong mạng , thiết bị trung tâm có thể là một bộ chuyển... khiển: 13 13 1.3 Giao tiếp máy tính UART UART (Universal Asynchronous serial Reveiver and Transmitter) là bộ truyền nhận nối tiếp đồng bộ và không đồng bộ UART cần phải kết hợp với một thiết bị chuyển đổi mức điện áp để tạo ra một chuẩn giao tiếp nào đó Ví dụ chuẩn RS232 (hay COM) trên các máy tính cá nhân là sự kết hợp của chip UART và chip chuyển 14 14 đổi mức điện áp Tín hiệu từ chip UART thường theo... truyền cho 1 quá trình (send or receive) Khác với cách truyền đồng bộ, truyền thông “không đồng bộ” chỉ cần một đường truyền cho một quá trình “Khung dữ liệu” đã được chuẩn hóa bởi các thiết bị nên không cần đường xung nhịp báo trước dữ liệu đến Truyền thông nối tiếp không đồng bộ vì thế hiệu quả hơn truyền thông đồng bộ (không cần nhiều lines truyền) Tuy nhiên, để quá trình truyền thành công thì việc... mức low Hình 1 Tín hiệu tương đương của UART và RS232 Truyền thông nối tiếp: dữ liệu được truyền từng bit trên 1 (hoặc một ít) đường truyền 15 15 Hình 2 Truyền 8 bit theo phương pháp nối tiếp Một hạn chế rất dễ nhận thấy khi truyền nối tiếp tốc độ truyền và độ chính xác của dữ liệu khi truyền và nhận Vì dữ liệu cần được “chia nhỏ” thành từng bit khi truyền/nhận, tốc độ truyền sẽ bị giảm Mặt khác, để... thành công thì việc tuân thủ các tiêu chuẩn truyền là hết sức quan trọng Chúng ta sẽ bắt đầu tìm hiểu các khái niệm quan trọng trong phương pháp truyền thông này 16 16 Baud rate (tốc độ Baud): là tốc độ thống nhất” với nhau về khoảng thời dành cho 1 bit truyền, hay nói cách khác tốc độ truyền phải được cài đặt như nhau trước, tốc độ này gọi là tốc độ Baud Theo định nghĩa, tốc độ baud là số bit truyền... Modul nRF24L01 có 126 kênh truyền Điều này giúp ta có thể truyền nhận dữ liệu trên nhiều kênh khác nhau o Modul khả năng thay đổi công suất phát bằng chương trình, điều này giúp nó có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng o Chú ý: Điện áp cung cấp cho là 1.93.6V Điện áp thường cung cấp là 3.3V Nhưng các chân IO tương thích với chuẩn 5V Điều này giúp nó giao tiếp rộng dãi với các dòng vi điều . NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO THIẾT BỊ NGOẠI VI VÀ KỸ THUẬT GHÉP NỐI Đề tài: “ Thiết kế, chế tạo hệ thống báo cháy sử dụng cảm biến khói” Giảng viên hướng dẫn :. suất lao động lên rất nhiều, tiết kiệm nhân lực cần thiết để quản lý hệ thống điện…. Nội dung báo cáo gồm 3 chương: Chương 1: Kiến thức tổng quan Chương 2; Thiết kế mạch. Chương 3: Thi công mạch Quá. bit dữ liệu, tb1 điều khiển đường xung nhịp chuyển từ mức thấp lên mức cao báo cho tb2 sẵn sàng nhận một bit. Bằng cách báo trước” này tất cả các bit dữ liệu có thể truyền/nhận dễ dàng với ít