TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG CHUYÊN ĐỀ ĐIỆN TỬ TIÊN TIẾN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG BOARD CC2530 ĐỂ TRUYỀN THƠNG SỐ NHIỆT ĐỘ MƠI TRƯỜNG GVHD: TS Nguyễn Chí Hùng Sinh viên thực hiện: Hồ Thành Đạt MSSV: 3113510008 Thành phố Hồ Chí Minh, 12/2017 NỘI DUNG ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIAO THỨC ZIGBEE CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG CC2530 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY 1.1 PAN ( Personal Area Network) PAN mạng sử dụng cho việc kết nối thiết bị cá nhân gồm điện thoại thiết bị số cá nhân khác Phạm vi truyền thơng PAN vài mét PAN kết nối thiết bị với với mạng Internet 1.2 LAN (Local Area Network) Mạng LAN không dây mạng kết nối hai hay nhiều thiết bị truyền thơng với mà khơng cần dây nối Nó sử dụng sóng Radio để đạt chức tương tự mạng LAN nối dây LAN cho phép người dùng di chuyển phạm vi hẹp (nhà ở, phòng làm việc, trường học…) mà kết nối với mạng CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG KHƠNG DÂY 1.3 MAN (Metropolitan Area Network) Mạng MAN khơng dây tên đặt IEEE 802.16 – nhóm làm việc chuẩn không dây băng tần rộng (được biết đến thương mại WIMAX) Phạm vi phủ sóng WIMAX lên đến 16 km 1.4 WAN (Wide Area Network) WAN mạng máy tính phủ sóng vùng địa lý rộng, thường hoạt động khn viên giới hạn Ví dụ điển hình WAN mạng Internet WAN mạng kín xây dựng cho tổ chức đặc biệt.WAN tên gọi cho mạng truyền thông liệu di động GSM, GPRS 3G CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIAO THỨC ZIGBEE 2.1 GIỚI THIỆU  Zigbee giao thức truyền thông bậc cao phát triển dựa chuẩn truyền thông không dây IEEE 802.15.4, sử dụng tín hiệu Radio cho mạng cá nhân PAN  Tên gọi Zigbee lấy cảm hứng từ điệu nhảy Zig-Zag ong mật, điệu nhảy loài ong sử dụng để trao đổi thông tin với vị trí hoa nguồn nước CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIAO THỨC ZIGBEE 2.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ ZIGBEE - Tốc độ truyền tin thấp - Ít tiêu hao lượng - Chi phí thấp - Hướng tới ứng dụng điều khiển từ xa tự động hóa CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIAO THỨC ZIGBEE 2.3 CHUẨN TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY IEEE 802.15.4  IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) tổ chức phi lợi nhuận nhằm mục đích nghiên cứu phát triển cơng nghệ liên quan đến thiết bị điện điện tử  IEEE 802.15.4 quy định truyền thơng sóng radio phạm vi 10m – 100m hoạt động ba dải tần chính:    Dải 868 – 868.8 MHz (Châu Âu): tốc độ truyền 20kb/s Dải 902 – 928 MHz (Mỹ, Canada, Úc): tốc độ truyền 40kb/s Dải 2.4 – 2.4835 GHz( hầu giới): tốc độ truyền 250kb/s CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIAO THỨC ZIGBEE 2.4 CẤU TRÚC CỦA GIAO THỨC ZIGBEE Zigbee có kiến trúc ngăn xếp nhiều tầng, tầng vật lý tầng MAC định nghĩa giống chuẩn IEEE 802.15.4 Sau Zigbee Alliance định nghĩa thêm thành phần chính: tầng mạng, tầng ứng dụng, đối tượng thiết bị Zigbee đối tượng người dùng Hình 1: Cấu trúc giao thức CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIAO THỨC ZIGBEE 2.5 THÀNH PHẦN MẠNG ZIGBEE  ZC (Zigbee Coordinator): Đây thiết bị gốc có khả định kết cấu mạng, quy định cách đánh địa lưu giữ bảng địa Mỗi mạng có Coordinator thành phần truyền thơng với mạng khác  ZR (Zigbee Router): Có chức định tuyến trung gian truyền liệu, phát lập đồ nút xung quanh, theo dõi, điều khiển, thu thập liệu  ZED (Zigbee End Devide): Các nút truyền thông với Coordinator Router gần nó, chúng coi điểm cuối mạng có nhiệm vụ hoạt động/đọc thông tin từ thành phần vật lý Chúng đánh thức cần nhận gửi thơng điệp CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIAO THỨC ZIGBEE 2.6 MƠ HÌNH MẠNG ZIGBEE Mạng hình (Star Network) Mạng hình lưới (Mesh Network) Mạng hình (Cluster Tree Topology) CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIAO THỨC ZIGBEE 2.7 ZIGBEE VÀ CÁC GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG KHÁC CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIAO THỨC ZIGBEE 2.8 ỨNG DỤNG CỦA ZIGBEE       Năng lượng thông minh Zigbee điều khiển từ xa Zigbee nhà thông minh Zigbee chăm sóc sức khỏe Zigbee xây dựng tự động Zigbee dịch vụ viễn thông CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MƠI TRƯỜNG 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG Hình 2: Sơ đồ khối hệ thống giám sát nhiệt độ môi trường CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG 3.2 PHẦN CỨNG Hình 3:Cảm biến nhiệt độ DHT11 Hình 4: Zigbee UART CC2530 V1 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MƠI TRƯỜNG Hình 5: Arduino Uno R3 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG 3.2.1 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DHT11 DHT11 có cấu tạo chân: VCC, DATA, NC (no connection), GND Sử dụng giao chuẩn dây Thơng số kĩ thuật: • Đo nhiệt độ: - 50 độ C • Sai số nhiệt độ: +/- độ C • Nguồn: - 5VDC CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG 3.2.1 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DHT11  Sơ đồ sơ đồ khối DHT11  Ngun lí hoạt động: • • Gửi tín hiệu muốn đo (START) đến DHT11, sau DHT11 xác nhận lại Khi giao tiếp với DHT11, cảm biến gửi lại byte liệu nhiệt độ đo CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG 3.2.2 Zigbee UART CC2530  Zigbee UART CC2530 V1 sử dụng IC CC2530 có chân ra: VCC, TX, RX, GND mạch lập trình sẵn Firmwave để dễ dàng sử dụng , dễ kết nối với vi điều khiển máy tính thơng qua giao tiếp UART  Đặc điểm: Chuẩn sóng Zigbee ổn định, khoảng cách truyền nhận xa, có khả cấu tạo thành mạng không dây với nhiều nút CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MƠI TRƯỜNG 3.2.2 Zigbee UART CC2530  Thơng số kĩ thuật: • • • • • •  Điện áp sử dụng: 3-5.5VDC Dòng tiêu thụ < 30mA Chuẩn truyền sóng: 2.4 GHz Tốc độ: 3300bps Khoảng cách lý tưởng: 250m Giao thức kết nối: UART TTL Kha giao têp va xư ly cua module CC2530 la rât cao Trong m ôt h ê thông chi cân dung m ôt module CC2530 la co thê đam nhi êm đươc cac nhiêm vu vê xư ly tn hiêu va ca nhiêm vu truyên nh ân dư li tư cac module CC2530 khac CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG 3.2.3 Arduino Uno R3 Arduino la nên tang mã nguồn mở đươc sư dung đê xây dựng cac ứng dung điện tư Arduino gồm co board mạch co thê lập trình đươc ( thường gọi la vi điêu khiên ) va cac phân mêm hỗ trơ phat triên tch hơp IDE (Integrated Development Environment) dung đê soạn thao, biên dịch code va nạp chương cho board CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG 3.2.3 Arduino Uno R3  Thơng số kĩ thuật: • • • • • • Chip điều khiển chính: Atmega328 Chip nạp giao tiếp UART: ATmega16U2 Nguồn: 5VDC Số chân Digital: 14 Số chân Analog: Dòng tối đa chân cấp nguồn 3.3VDC: 150mA CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG 3.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Cam Biên nhiêt đô va đ ô âm DHT11 se gưi dư liêu nhi êt đ ô vê Arduino Uno Sau đo Arduino se xư ly dư li va gưi dư li đươc xư ly cho module Zigbee CC2530 thông qua giao têp UART Tư Module se truyên thông tn dư li vê nhi êt đ ô tơi thông qua giao thức Zigbee Module Zigbee node chu se nhân thông tn va gưi vê may tnh thông qua giao têp UART KẾT LUẬN • Hệ thơng ZigBee đươc ưu hoa đê chắn têu thu lương rât thâp Chi co cac nút co điêu khiên cam biên trung tâm co sư dung nguồn điện lại cac nút khac hâu khơng cân lương (co thê vận hanh chê độ sleep mode) Điêu giúp cho pin dung cac thiêt bị sư dung công nghệ ZigBee co tuổi thọ rât cao tnh đên hang năm ma không cân thay thê • Mặc du cang co nhiêu lựa chon cho mạng không dây, ZigBee la lựa chọn cua cac nha san xuât thiêt bị hang đâu tnh ứng dung điêu khiên tư xa, cam biên va cac hệ thông thi hanh (Rờ le, van đong mở…), tnh ổn định cao, bao mật, kha mở rộng, gia rẻ, têu thu điện thâp, hệ thông mở cho nhiêu nha san xuât, va cang đươc cai tên tôt  ... quy định cách đánh địa lưu giữ bảng địa Mỗi mạng có Coordinator thành phần truyền thông với mạng khác  ZR (Zigbee Router): Có chức định tuyến trung gian truyền liệu, phát lập đồ nút xung quanh,... BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG Hình 2: Sơ đồ khối hệ thống giám sát nhiệt độ môi trường CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE... ZIGBEE SỬ DỤNG CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG 3.2.1 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DHT11  Sơ đồ sơ đồ khối DHT11  Ngun lí hoạt động: • • Gửi tín hiệu muốn đo (START) đến DHT11, sau DHT11 xác