Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay các thiết bị điện được sử dụng rộng rãi và là nhu cầu không thể thiếu trong đời sống của con người. Việc sử dụng các thiết bị năng luợng điện này sao cho hiệu quả, dễ dàng, tập trung là rất khó khăn. Hơn nữa việc sử dụng các thiết bị điện này trong không gian rộng lớn sao cho tiết kiệm,an toàn luôn là vấn đề quan tâm hàng đầu của nước ta.Với vấn đề đó nhóm em đã “Xây dựng hệ thống điều khiển các thiết bị điện qua mạng Internet”. Hệ thống giúp cho chúng ta có thể quản lý các thiết bị tập trung, dễ dàng và hiệu quả và nhanh chóng hơn. Ngoài ra hệ thống còn tích hợp các cảm biến, cài đặt thời gian hoạt động tự động cho các thiết bị giúp chúng ta sử dụng nguồn năng lượng điện tiết kiệm và an toàn hơn.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Tel. (84-511) 736 949, Fax. (84-511) 842 771 Website: itf.dut.edu.vn, E-mail: cntt@edu.ud.vn LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN MÃ NGÀNH : 0511 ĐỀ TÀI : XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN GIA DỤNG QUA MẠNG Mã số : 06T3-23 07T2-08 07T2-44 Ngày bảo vệ : 13/06/2012 – 14/06/2012 SINH VIÊN : LỚP : 06T3 LỚP : 07T2 CBHD : TS. HUỲNH CÔNG PHÁP ĐÀ NẴNG, 06/2012 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả quý thầy cô, những người đã tận tụy dạy dỗ, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho chúng tôi trong suốt năm năm học qua. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn TS. Huỳnh Công Pháp - thuộc bộ môn Công nghệ phần mềm, khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, người đã hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian làm đề tài. Và để có được kết quả như ngày hôm nay, chúng tôi rất biết ơn gia đình đã động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình học tập cũng như quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp này. Xin chân thành cám ơn các bạn trong khoa Công nghệ thông tin – khóa 07, đặc biệt là các bạn lớp 07T2 đã ủng hộ, giúp đỡ, chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu có được cho nhóm chúng tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài. Một lần nữa xin chân thành cám ơn! Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS. Huỳnh Công Pháp SVTH : 2 LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi xin cam đoan : Những nội dung trong luận văn này là do chúng tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy TS. Huỳnh Công Pháp. Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Sinh viên thực hiện NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………… ……………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Đà nẵng, ngày tháng năm 2012. MỤC LỤC CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU 12 I. B ối cảnh đề t ài 12 II. M ục đích, y êu c ầu thiết kế v à lý do ch ọn đề t ài 12 II.1. M ục đích 12 II.2. Yêu c ầu thiết kế 12 II.3. Lý do ch ọn đề t ài 13 II.4. Đối tượng nghi ên c ứu 13 II.5. Phương pháp triển khai 13 II.5.1. V ề mặt lý thuyết 13 II.5.2. Công c ụ hỗ trợ 14 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15 I.1. Giao th ức TCP/IP 15 I.1.1. Gi ới thiệu tổng quan 15 I.1.2. Ki ến trúc TCP/IP 16 I.1.2.1. L ớp truy xuất mạng (Network Access layer) 18 I.1.2.2. L ớp li ên m ạng (Internet Layer) 19 I.1.2.3. L ớp giao vận (Transport layer) 24 I.1.2.4. L ớp ứng dụng (Application layer) 31 II. Cơ sở lý thuyết mạch 31 II.1. Chip h ỗ trợ kết nối Ethernet -ENC28J60 31 II.1.1 Sơ đồ chân Chip ENC28J60 31 II.1.2 Các kh ối phần cứng cơ bản trong ENC28J60 33 II.1.3 Sơ đồ sử dụng ENC28J60 để kết nối Ethernet 34 II.1.4. T ập lện h giao ti ếp 35 II.2. Chip ATmega32 35 II.2.1 Gi ới thiệu 35 II.2.2. T ại sao sử dụng AVR 36 II.3. Chip DS1307 37 CHƯƠNG III : CẤU TRÚC PH ẦN CỨNG HỆ THỐNG 44 I. Sơ đồ tổng quan 44 I.1 Ngu ồn 44 I.2 Giao ti ếp cổng COM 44 I.3 Giao ti ếp Ethenet với vi điều khiển 44 I.4 Giao ti ếp giữa các thiết bị với vi điều khiển 45 II. Sơ đồ mạch nguy ên lý 45 II.1 M ạch nguồn 46 II.1.1 Ngu ồn 5V 46 II.1.2 Ngu ồn 3V 46 II.3 M ạch Ethenet 47 II.4 M ạch cổng Serial port 47 II.5 M ạch cổng RJ45 48 II.6 M ạc h I S P 4 8 CHƯƠNG IV: CẤU TRÚC CHƯƠNG TR ÌNH H Ệ THỐNG 50 I. Các module chính 50 I.1. Các module gao th ức Tcp/Ip trong ENC28j60 50 I.2. Module giao th ức Ether net 50 I.2.1. C ấu trúc 1 frame Ethernet 50 I.2.2. Hàm x ử lý giao thức ethernet 51 I.3. Module giao th ức IP 52 I.3.1. C ấu trúc của gói IP như sau 52 I.3.2. Hàm x ử lý giao thức IP 53 I.4. Module giao th ức ICMP 55 I.5. Module giao th ức UDP 55 I.6. Module giao th ức T CP 56 I.7. Module giao th ức DHCP 59 I.7.1. Giao th ức DHCP 59 I.7.2. Cơ chế l àm vi ệc của DHCP 59 I.8. Module giao th ức ARP 60 I.8.1. C ấu trúc của gói arp 60 I.8.2. Hàm x ử lý giao thức arp 61 I.9. Module giao th ức HTTP 62 I.9.1. Ho ạt động giao thức HTTP 62 I.9.2. C ấu trúc các bản tin HTTP 63 II. Ch ức năng của hệ thống 67 II.1 LAMPS CONTROL 67 II.2 FAN CONTROL 68 II.3 AUTO TIMES 68 II.4 ANTI-THEFT 68 III. DEMO 68 III.1. Thi ết lập địa chỉ tĩnh cho Web Server 68 III.2. Ki ểm tra kết nối từ PC tới mạch Web Server 68 III.3 Thi ết lập use –pass trong l ớ p ntAVRnet.h 69 III.4 Đăng nhập trang web điều khiển của mạch 69 III.5. Trang ch ủ Web Server 69 CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 71 I. Nh ững điểm đ ã đạt được của đề t ài 71 I.1. Ph ần lý thuy ết 71 I.2. Ph ần mạch 71 I.3. Ph ần chương tr ình 71 II. Hướng phát tri ển trong tương lai 72 II.1 S ử dụng m àn hình c ảm ứng 72 II.2 S ử dụng IC ATmega128 72 II.3 Tích h ợp th êm các c ảm biến 73 II.4 S ử dụng Camera 73 TÀI LI ỆU THAM KHẢO 74 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình II.1: So sánh mô hình OSI và TCP/IP 17 Hình II. 1: Mô tà đóng gói IP lên khung Ethernet 20 Hình II. 2. Mô tả họat động của khung ARP 22 Hình II. 3. Gói tin của ARP 23 Hình II. 4. Trường của khung ARP 24 Hình II. 5. Đóng gói UDP vào khung Ethernet 26 Hình II. 6. Sự phân kênh và hợp kênh của ARP 26 Hình II. 8. Định dạng Gói TCP 29 Hình II. 9. Khung TCP 30 Hình II. 10. Sơ đồ chân chip ENC28J60 31 Hình II. 11. Cấu trúc phần cứng trong ENC28J60 33 Hình II. 12. ENC kết nối Internet 34 Hình II. 13. IC ATmega32 36 Hình II. 14. Hai gói cấu tạo chip DS1307 37 Hình II. 15. Mạch ứng dụng đơn giản của DS1307 38 Hình II. 16. Tổ chức bộ nhớ của DS1307 39 Hình II. 17. Tổ chức các thanh ghi thời gian 40 Hình II. 18. Số BCD 40 Hình II. 19. Cấu trúc DS1307 43 Hình III. 1: Mô hình tổng quan hệ thống 44 Hình III. 2: Sơ đồ mạch nguyên lý 45 Hình III. 3. Nguồn 5V 46 Hình III. 4. Nguồn 3V 46 Hình III. 5. Mạch IC ENC28J60 47 Hình III. 6. Mạch cổng Serial port 47 Hình III. 7. Mạch cổng RJ45 48 Hình III. 8. Mạch ISP 48 Hình IV. 1. Lưu đồ dữ liệu vào ra 50 HÌnh IV. 2. Cấu trúc Frame Enthernet 50 Hình IV. 3. các hàm xử lý trong giao thức ethenet 51 Hình IV. 4. Cấu trúc gói IP 52 Hình IV. 5 : Cấu trúc bản tin ICMP 55 Hình IV. 6. Cấu trúc giao thức UDP 55 Hình IV. 7. Cấu trúc header giao thức TCP 56 Hình IV. 8. Lưu đồ trạng thái kết nối 57 Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS. Huỳnh Công Pháp Hình IV. 9: Cấu trúc gói ARP 60 Hình IV. 10 : Devices control 67 Hình IV.11: Địa chỉ tĩnh của Web Server 68 Hình IV. 12: Kết nối từ PC đến mạch Web Server 69 Hình IV. 13: Thiết lập User name và password đăng nhập hệ thống 69 Hình IV. 14: Giao diện đăng nhập 69 Hình IV. 15: Giao diện điều khiển chính 70 Hình V. 1 :Màn hình cảm ứng 72 Hình V. 2:Chíp ATmega128 72 Hình V. 3 : Camera quan sát 73 DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Chức năng của các chân chip ENC28J60 32 Bảng 2. Bảng hướng dẫn giao tiếp SPI cho chíp ENC28J60 35 SVTH : 10 [...]... nghiệp này là xây dựng 1 hệ thông điều khiển từ xa một số thiết bị trong nhà qua mạng Internet, hệ thống mà qua mạng internet cho dù chúng ta đang ở đâu, dùng bất kỳ máy tính nào có kết nối internet cũng có thể điều khiển được các thiết bị của hệ thống, chúng ta có thể điều khiển tắt bật các thiết bị từ xa (đèn,quạt ,hệ thống chống trộm….), giám sát được an ninh và quản lý nguồn năng lượng điện an toàn,... nay các thiết bị điện được sử dụng rộng rãi và là nhu cầu không thể thiếu trong đời sống của con người Việc sử dụng các thiết bị năng luợng điện này sao cho hiệu quả, dễ dàng, tập trung là rất khó khăn Hơn nữa việc sử dụng các thiết bị điện này trong không gian rộng lớn sao cho tiết kiệm,an toàn luôn là vấn đề quan tâm hàng đầu của nước ta.Với vấn đề đó nhóm em đã Xây dựng hệ thống điều khiển các thiết. .. tài ứng dụng điều khiển xa rất thiết thực với những kỹ sư ngành cơ điện tử, công nghệ thông tin khi muốn điều khiển những hệ thống lớn trong nhà máy và xí nghiệp, trong những hệ thống có tính công nghệ cao, hệ thống nhà thông minh… II.4 Đối tượng nghiên cứu - Cách thức truyền dữ liệu qua giao thức TCP/IP và Web Server - Chip điều khiển ENC28J60 và ATmega32 - Ngôn ngữ lập trình C cho AVR - Thiết kế... II.2 Yêu cầu thiết kế • Thiết kế Web Server với AVR có tính ổn định cao : - • Nhiều PC có thể điều khiển web server cùng lúc Dễ dàng phát triển theo nhu cầu Điều khiển được các thiết bị điện : - Đóng ngắt tự động theo thời gian - Đóng ngắt tự động theo thông số môi trường - Điều khiển từ xa qua mạng Internet II.3 Lý do chọn đề tài - Đam mê lĩnh vực vi điều khiển, công nghệ thông tin và ứng dụng rộng... Xây dựng hệ thống điều khiển các thiết bị điện qua mạng Internet” Hệ thống giúp cho chúng ta có thể quản lý các thiết bị tập trung, dễ dàng và hiệu quả và nhanh chóng hơn Ngoài ra hệ thống còn tích hợp các cảm biến, cài đặt thời gian hoạt động tự động cho các thiết bị giúp chúng ta sử dụng nguồn năng lượng điện tiết kiệm và an toàn hơn II Mục đích, yêu cầu thiết kế và lý do chọn đề tài II.1 Mục đích... như sự phối hợp của chương trình để điều khiển thiết bị và các chương trình liên quan Những đơn vị tương ứng với những thiết bị mạng làm nhiệm vụ đóng gói dữ liệu và chuyển giao cho mạng I.1.2.2 Lớp liên mạng (Internet Layer) Lớp này định nghĩa đơn vị dữ liệu để truyền và định tuyến cho các đơn vị dữ liệu đó IP là một protocol quan trọng nhất của bộ TCP/IP vì tất cả các protocol trong bộ TCP/IP đều phải... lập với cầu hình mạng: TCP/IP có thể dùng cho mạng bus, start, ring, cho mạng cục bộ, mạng diện rộng hay các liên mạng - Độc lập với phần cứng vật lý của mạng: TCP/IP có thể dung cho Ethernet, token-ring hay bất cứ loại phần cứng nào - Là một chuẩn giao thức mở: TCP/IP có thể thực hiện trên nhiều hệ điều hành (Operating System – OS) khác nhau, nên nó thích hợp dung cho các mạng hỗn tạp các loại phần cứng... thuyết - Tìm hiểu các lớp kiến trúc và các module của trong giao thức TCP/IP - Tìm hiểu kiến trúc AVR qua IC ATmega32 - Tìm hiểu lập trình Asembly và lập trình C cho AVR - Tìm hiểu các linh kiện điện tử liên quan : IC ENC28J60, IC 7805, ISP, MAX 232, IC AMS 1117, RELAY, SENSOR… - Tìm hiểu các công nghệ liên quan đến hệ thống tự động báo cháy, chống trộm, an toàn và tiết kiệm nguồn năng lượng điện - Đưa ra... động của mạch như sau - Vi điều khiển ENC28J60 được điều khiển hoàn toàn thông qua giao tiếp SPI với AVR32 - AVR32 đóng vai trò Master trong giao tiếp SPI với ENC28J60.Giao tiếp SPI Cổng RJ45 - Tương tự như kết nối mạng trên PC, AVR32 đóng vai trò PC, còn ENC28J60 đóng vai trò như card mạng + Nhận dữ liệu: Tín hiệu yêu cầu từ mạng truyền qua cổng RJ45 vào ENC28J60 ENC28J60 được thiết kế để giải mã tín... này để điều khiển việc truyền và nhận dữ liệu từ ENC28J60 - Tập lệnh chỉ gồm 7 lệnh, được truyền từ Host đến ENC28J60 thông qua đường giao tiếp SPI : Bảng 2 Bảng hướng dẫn giao tiếp SPI cho chíp ENC28J60 - Với tập lệnh trên, ta hoàn toàn có thể điều khiển được vi điều khiển ENC28J60 Nhưng cấu trúc phần cứng cũng như giao thức truyền nhận dữ liệu trên Ethernet tương đối phức tạp Để xây dựng 1 ứng dụng . Server 68 Hình IV. 12: Kết nối từ PC đến mạch Web Server 69 Hình IV. 13: Thiết lập User name và password đăng nhập hệ thống 69 Hình IV. 14: Giao diện đăng nhập 69 Hình IV. 15: Giao diện điều khiển