Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảm biến nhiệt độ giao tiếp và ghép nối máy tính qua giao thức USB lớp HID

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BỘ MƠN: TỰ ĐỘNG HĨA -o0o - THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP VÀ GHÉP NỐIMÁY TÍNHQUA GIAO THỨC USB/LỚP HID GVHD: ThS Lâm Tăng Đức SVTH: Nguyễn Hữu Việt MSSV: 105106061149 Đà Nẵng, tháng 5/2011 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Trường đại học Bách Khoa Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Khoa Điện *** -NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên: NGUYỄN HỮU VIỆT Lớp: 06D6 Khoa: Điện Nghành: Tự Động Hóa - Đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HẾ THỐNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ GIAO TIẾP VÀ GHÉP NỐI MÁY TÍNH QUA GIAO THỨC USB/LỚP HID - Nội dung thiết kế: Chương I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Chương II: TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC USB VÀ LỚP HID Chương III: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DÂY Chương IV: TỔNG QUAN VỀ PIC 18F2550/4550 Chương V: GIỚI THIỆU CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DS18B20 Chương VI: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP CÁC MƠ HÌNH - Ngày giao đề tài: Ngày tháng năm 2011 - Ngày nộp đề tài: Ngày tháng năm 2011 Ngày tháng năm 2011 Cán duyệt Ngày tháng năm 2011 Cán hướng dẫn ThS Lâm Tăng Đức i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ngày tháng năm 2011 Trưởng Bộ Môn Ngày tháng năm 2011 Chủ tịch hội đồng TS Nguyễn Hoàng Mai Ngày tháng năm 2011 Sinh Viên Thực Hiện Nguyễn Hữu Việt i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI NÓI ĐẦU Trong lĩnh vực Điện - Điện tử nói chung ngành Tự động hóa nói riêng, truyền thơng ghép nối thiết bị vấn đề then chốt phổ biến Phần lớn thiết bị, hệ thống kết nối với máy tính để thu thập thơng tin, lưu trữ số liệu, điều khiển giám sát trạng thái thiết bị Ở trình độ sinh viên, hầu hết mơ hình hay sản phẩm kết nối qua giao thức RS-232 Giao thức quen thuộc dễ thực hiện, nhiên thân lỗi thời so với yêu cầu tốc độ truyền cơng nghệ ngày Vì đề tài Tốt Nghiệp em xin gửi đến q thầy tất bạn đọc giao thức USB, phương pháp để tăng tốc độ truyền liệu, đồng thời thân thiện với người dùng Nội dung đề tài gồm chương: Chương I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Chương II: TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC USB Chương III:TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG DÂY Chương IV: TỔNG QUAN VỀ PIC 18F2550/4550 Chương V: GIỚI THIỆU CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DS18B20 Chương VI:THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP CÁC MƠ HÌNH Mặc dù thân nổ lực việc tìm kiếm thơng tin, tài liệu để hồn thành đề tài cách trọn vẹn mắc sai sót điều khó tránh khỏi Thành thật mong quý thầy bạn đọc góp ý kiến để đề tài ngày hoàn thiện Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, thầy bạn bè động viên, giúp đỡtrong suốt thời gian qua Đặc biệt, gửi lời cảm ơn đến thầy Lâm Tăng Đức trực tiếp hướng dẫn để đề tài hoàn thành Đà Nẵng tháng năm 2011 Sinh viên thực NGUYỄN HỮU VIỆT ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mục Lục CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Error! Bookmark not defined 1.1:Tầm quan trọng truyền thông ghép nối máy tính với ngànhTự động hóa Error! Bookmark not defined 1.2:Thực trạng Error! Bookmark not defined 1.3: Nội dung đề tài Error! Bookmark not defined CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC USB VÀ LỚP HID Error! Bookmark not defined 2.1: Giới thiệu sơ giao thức USB Error! Bookmark not defined 2.2:Quá trình phát triển giao thức USB Error! Bookmark not defined 2.3: Phân tích ưu điểm nhược điểm giao thức USB Error! Bookmark not defined 2.3.1: Ưu điểm: Error! Bookmark not defined 2.3.2: Nhược điểm Error! Bookmark not defined 2.4: Giới thiệu lớp giao thức USB Error! Bookmark not defined 2.4.1: Lớp thiết bị âm (Audio) Error! Bookmark not defined 2.4.2: Lớp thiết bị thẻ thông minh (Chip/Smart Card Interface) Error! Bookmark not defined 2.4.3: Các thiết bị truyền thông (Modems and Networks) Error! Bookmark not defined 2.4.4: Lớp thiết bị bảo mật thông tin Error! Bookmark not defined 2.4.5 Lớp thiết bị nâng cấp firmware Error! Bookmark not defined 2.4.6:Lớp thiết bị tương tác với người (Human Interface) Error! Bookmark not defined 2.4.7:Cầu chuyển đổi hồng ngoại (IrDA) Error! Bookmark not defined 2.4.8: Lớp thiết bị lưu trữ thứ cấp (Mass Storage) Error! Bookmark not defined 2.4.9:Lớp thiết bị in ấn (Printers) Error! Bookmark not defined iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.4.10:Lớp thiết bị lưu giữ hình ảnh tĩnh (Still Image Capture) Error! Bookmark not defined 2.4.11: Các thiết bị đo đạc kiểm tra Error! Bookmark not defined 2.4.12: Lớp thiết bị ảnh động (Video) Error! Bookmark not defined 2.4.13: Thực chức không tiêu chuẩn Error! Bookmark not defined 2.5:Lớp thiết bị giao diện người sử dụng (HID-Human Interface Device) Error! Bookmark not defined 2.5.1: Khái niệm HID Error! Bookmark not defined 2.5.2: Các yêu cầu phần cứng Error! Bookmark not defined 2.5.3: Các yêu cầu vi chương trình (Firmware) Error! Bookmark not defined 2.5.4: Cách thức để thiết bị thuộc lớp HID Error! Bookmark not defined 2.5.5: Bộ mô tả báo cáo (Report Descriptor) Error! Bookmark not defined 2.5.6: Các yêu cầu mà host gửi tới thiết bị thuộc lớp HID Error! Bookmark not defined 2.6: Sự hỗ trợ Hệ điều hành với lớp HID Error! Bookmark not defined 2.7: Chọn chip Error! Bookmark not defined CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG DÂY Error! Bookmark not defined 3.1:Định nghĩa mạng truyền thông dây Error! Bookmark not defined 3.2: Tổng quan Bus dây Error! Bookmark not defined 3.3: Các yêu cầu Error! Bookmark not defined 3.4:Hoạt động bus dây Error! Bookmark not defined 3.4: Mạng dây Vi điều khiển PIC Error! Bookmark not defined CHƯƠNG IV: TỔNG QUAN VỀ PIC 18F2550/4550 Error! Bookmark not defined 4.1: Giới thiệu PIC 18F2550/4550 Error! Bookmark not defined 4.2: Khái quát chức USB PIC Error! Bookmark not defined 4.2.1:Trạng thái điều khiển USB Error! Bookmark not defined 4.2.2: Thanh ghi điểu khiển (UCON) Error! Bookmark not defined 4.2.3: Thanh ghi cấu hình USB (UCFG) Error! Bookmark not defined iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4.2.4: Thanh ghi trạng thái USB Error! Bookmark not defined 4.2.5: Thanh ghi điều khiền USB ENDPOINT( UEPn) Error! Bookmark not defined 4.2.6: Thanh ghi trạng thái ngắt giao thức USB Error! Bookmark not defined 4.2.7: Thanh ghi kích hoạt trạng thái ngắt giao thức USB Error! Bookmark not defined CHƯƠNG V: GIỚI THIỆU CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DS18B20 Error! Bookmark not defined 5.1: Khái quát chung Error! Bookmark not defined 5.2: Cấu trúc phần cứng Error! Bookmark not defined 5.3:Hoạt động đo nhiệt độ Error! Bookmark not defined 5.4: Hoạt động báo hiệu Error! Bookmark not defined 5.5: Thanh ghi cấu hình độ phân giải Error! Bookmark not defined 5.6: Bit CRC Error! Bookmark not defined 5.7: Tập lệnh Error! Bookmark not defined 5.7.1: Lệnh ROM Error! Bookmark not defined 5.7.2: Lệnh chức nhớ Error! Bookmark not defined 5.8: Chuẩn dây với cảm biến DS18B20 Error! Bookmark not defined 5.8.1: Thời gian khởi động bus Error! Bookmark not defined 5.8.2: Thiết lập Slots chế độ ghi cho Master Error! Bookmark not defined CHƯƠNG VI: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MỘT SỐ CÁC ỨNG DỤNG Error! Bookmark not defined 6.2: Sơ đồ nguyên lý Error! Bookmark not defined 6.3: Mơ-đun thu phát RF phím bấm Error! Bookmark not defined 6.3.1: Mô-đun thu RF Error! Bookmark not defined 6.3.2: Mơ đun phát RF (Remote phím) Error! Bookmark not defined 6.4: LCD 16x2 Error! Bookmark not defined 6.5: Công cụ hỗ trợ Error! Bookmark not defined 6.6: Xây dựng giao diện máy tính VB 6.0 Error! Bookmark not defined iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6.7: Sơ đồ khối firmware bên chip Error! Bookmark not defined 6.8: Một số hình ảnh sản phẩm Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined Phụ Lục 0: Chương trình xây dựng giao diện VB Error! Bookmark not defined Phụ Lục 1: Chương trình REMOTE phím Error! Bookmark not defined Phụ Lục 2: Chương trình đo nhiệt độ ghép nối máy tính qua cổng USB Error! Bookmark not defined Phụ Lục 3: Thư viện chuẩn 1-dây Error! Bookmark not defined Phụ Lục 4: Danh sách chip có hỗ trợ giao thức USB Error! Bookmark not defined iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS LÂM TĂNG ĐỨC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1:Tầm quan trọng truyền thông ghép nối máy tính với ngànhTự động hóa - Ngày tất nhà máy, xí nghiệp, hệ thống, thiết bị liên lạc trao đổi thông tin cho thông qua chuẩn truyền dẫn khác Chính điều tạo nên hoạt động hài hòa thiết bị hệ thống - Bên cạnh việc trao đổi thông tin cho nhau, thiết bị phải kết nối để đưa liệu máy tính chủ Từ máy chủ người điều khiển nhận biết trạng thái hoạt động, thông tin sảm phẩm đồng thời lưu trữ, in ấn thơng số cần thiết 1.2:Thực trạng Hiện giao thức RS-232 sử dụng phổ biến để thực việc ghép nối thiết bị ngoại vi với máy tính Tuy nhiên giao thức lỗi thời tốc độ truyền hạn chế khả linh hoạt khơng cao Chính vậy, máy tính đại tháo bỏ, cịn lại cổng giao thức USB Vì để ghép nối thiết bị ngoại vi với máy tính đại nhà thiết kế sử dụng giải pháp sau: Một sử dụng mô đun chuyển đổi USB-COM (Hình 1.1) Hai sử dụng chip chuyển đổi USB-COM (Hình 1.2) Hình 1.1 Mơ đun chuyển đổi USB qua COM SVTH: NGUYỄN HỮU VIỆT Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS LÂM TĂNG ĐỨC Hình 1.2 Chip chuyển đổi USB-COM (PL2303) Nhìn nhiều phương diện, vấn đề lớn cho nhà tiết kế cần cân nhắc - Xét mặt kinh tế: Thêm Mô-đun chuyển đổi hay Chip chuyển đổi làm tăng giá thành sản phẩm - Xét mặt kỹ thuật: Chúng ta biết giao thức USB có tốc độ truyền cao vào khoảng 12Mbit/sec (với chuẩn full-speed) giao thức RS-232 có 20Kbit/sec Đây gọi nguyên lý truyền thông “cổ chai” Vấn đề cần tránh việc thiết kế ứng dụng - Xét mặt lợi ích người sử dụng: Các thiết bị nêu cần có driver riêng cộng với tính “ảo” gây lên số trở ngại cho người sử dụng Vậy để giải vấn đề này, đề tài vào nghiên cứu để đưa giải pháp nhằm khắc phục yếu điểm trên, cách ghép nối thiết bị ngoại vi với máy tính trực tiếp qua giao thức USB 1.3: Nội dung đề tài Thiết kế lập trình ứng dụng sử dụng giao thức USB/lớp HID bao gồm phần sau: - Tổng quan giao thức USB - Giới thiệu chip có hỗ trợ giao thức USB, PIC18F2550/4550 -Thiết kế lắp rápbàn phím khơng dây dạng thu nhỏ mạch đo nhiệt độ - Tìm hiểu hỗ trợ Hệ điều hành với lớp giao thức USB - Xây dựng chương trình giao diện Windowsbằng VB 6.0 để cập nhật giá trị nhiệt độ gửi lên từ Vi điều khiển trực tiếp qua giao thức USB SVTH: NGUYỄN HỮU VIỆT Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS LÂM TĂNG ĐỨC if(init_1wire()) { write_1wire(0x55); //match ROM for(j=0;j