(Đồ án hcmute) thiết kế mô hình thu thập dữ liệu, giám sát năng lượng sử dụng truyền thông ethernet

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 THƠNG THIẾT KẾ MƠ HÌNH THU THẬP DỮ LIỆU, GIÁM SÁT NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG TRUYỀN THÔNG ETHERNET GVHD: ThS NGUYỄN THANH BÌNH SVTH: TRƯƠNG DỖN NAM MSSV: 11141141 SVTH: NGUYỄN CHÍ KỲ MSSV: 10101068 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 2/2016 an Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế mô hình thu thập liệu, giám sát lượng sử dụng truyền thông Ethernet LỜI CẢM ƠN Lời chúng xin gửi lời cám ơn chân thành, sâu sắc đến cha mẹ Những người cho chúng sống này, để chúng ăn học, phát triển ngày hôm Chúng em xin chân thành cám ơn quý thầy cô giáo trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh nói chung thầy cô giáo khoa Điện – Điện Tử nói riêng tận tâm giảng dạy đưa hướng dẫn hữu ích giúp chúng em có kiến thức tảng Đặc biệt chúng em xin gửi lời cám ơn đến thầy Th.S Nguyễn Thanh Bình, giảng viên trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh Trong thời gian thực đề tài, bận rộn với công việc giảng dạy thầy dành thời gian tâm huyết việc hướng dẫn, định hướng cho chúng em chọn đề tài quy trình thực phù hợp với khả Đồng thời chúng em gửi lời cám ơn đến bạn, anh chị trước đóng góp ý kiến, chia sẻ kinh nghiệm, tài liệu tham khảo hỗ trợ chúng em suốt trình nghiên cứu thực đề tài Sinh viên Trương Doãn Nam Nguyễn Chí kỳ Trương Dỗn Nam & Nguyễn Chí Kỳ an i Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế mơ hình thu thập liệu, giám sát lượng sử dụng truyền thông Ethernet LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan đề tài nhóm chúng em thực hiện, số liệu thu thập kết phân tích đề tài trung thực, đề tài không trùng với đề tài nghiên cứu khoa học Những thông tin tham khảo khóa luận trích dẫn cụ thể nguồn sử dụng Nếu phát có gian lận chúng em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Sinh viên Trương Dỗn Nam Nguyễn Chí Kỳ an Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế mơ hình thu thập liệu, giám sát lượng sử dụng truyền thơng Ethernet TĨM TẮT Ngày nay, với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến, giới ngày thay đổi, văn minh đại Đặc biệt phát triển truyền thông, nhiều ứng dụng phát triển hệ thống nhúng đời Ở nước ta trình thu thập liệu quản lý tập trung dựa dựa công nghệ Ethernet tiến hành nghiên cứu phát triển Nhận thức tầm quan trọng ý nghĩa thực tiễn trình thu thập liệu, truyền liệu quản lý liệu tập trung cho hiệu Nhóm thực định chọn đề tài: “Thiết kế mơ hình thu thập liệu, giám sát lượng sử dụng truyền thông Ethernet” làm đề tài đồ án tốt nghiệp học kỳ năm học 2015 - 2016 Trong suốt thời gian hoàn thành đồ án, chúng em tìm hiều vi điều khiển, cảm biến, phương thức truyền thông, cách kết nối mạng Ethernet Webserver Dưới hướng dẫn, bảo nhiệt tình thầy Nguyễn Thanh Bình giúp chúng em hồn thành đồ án thời hạn cho phép Tuy nhiên thời gian hạn chế, lượng kiến thức lớn nên chúng em tránh khỏi nhiều thiếu sót Vì chúng em mong nhận nhiều ý kiến đánh giá, góp ý thầy giáo bạn sinh viên để chúng em phát triển hoàn thiện thêm đề tài Trương Dỗn Nam & Nguyễn Chí Kỳ an ii Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế mơ hình thu thập liệu, giám sát lượng sử dụng truyền thông Ethernet MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT ii MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Ý nghĩa đề tài 1.3 Giới hạn đề tài nghiên cứu .9 1.4 Mục tiêu nghiên cứu .9 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Tổng quan ADE7753 10 2.1.1 Giới thiệu tổng quan ADE7753 10 2.1.2 Sơ đồ khối tính ADE7753 11 2.1.2.1 Sơ đồ khối ADE7753 11 2.1.2.2 Tính ADE7753 11 2.1.3 Quá trình lấy mẫu thực ADE7753 12 2.1.3.1 ADC kênh trình lấy mẫu kênh 12 2.1.3.2 ADC kênh trình lấy mẫu kênh 14 2.1.4 Tính tốn cơng suất hoạt động ADE7753 17 2.1.5 Quá trình ngắt ADE7753 19 2.1.5.1 Sử dụng ngắt với MCU 19 2.1.5.2 Thời điểm ngắt 20 2.1.6 Giao diện nối tiếp ADE7753 20 2.1.6.1 Hoạt động ghi nối tiếp ADE7753 21 2.1.6.2 Hoạt động đọc nối tiếp ADE7753 22 2.2 Tổng quan họ vi điều khiển PIC 22 2.2.1 Một số đặc tính Vi điều khiển PIC 22 Trương Dỗn Nam & Nguyễn Chí Kỳ an Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế mô hình thu thập liệu, giám sát lượng sử dụng truyền thơng Ethernet 2.2.2 Những đặc tính ngoại vi 23 2.2.3 Đặc điểm tương tự 24 2.2.5 Công nghệ CMOS 24 2.3 Tổng quan Ethernet 25 2.3.1 Cấu trúc khung tin Ethernet 25 2.3.2 Cấu trúc địa Ethernet 25 2.3.3 Các loại khung Ethernet 26 2.3.3.1 Khung unicast 26 2.3.3.2 Khung broadcast 26 2.3.3.3 Khung multicast 26 2.4 Họ giao thức TCP/IP 26 2.4.1 Tầng Ứng Dụng(Application Layer) 27 2.4.2 Tầng Giao Vận(Transport Layer) 28 2.4.3 Tầng Internet(Internet Layer) 31 2.4.4 Lớp giao tiếp mạng 35 2.5 MicrochipTCP/IP Stack 35 2.6 Chuẩn truyền thông SPI 37 CHƯƠNG 3: THUẬT TOÁN THAO TÁC 42 3.1 Thuật toán cập nhật liệu 42 3.2 Thuật toán lưu trữ liệu 42 3.3 Thuật toán đọc liệu 42 3.4 Module vẽ đồ thị 51 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 66 VÀ LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 66 4.1 Thiết kế phần cứng 66 4.1.1 Sơ đồ khối tổng quát Slave 66 4.1.1.1 Khối ade7753 67 4.1.1.2 Khối nguồn 70 4.1.1.3 Khối chống nhiễu 71 4.1.1.4 Khối hiển thị điều khiển 72 Trương Dỗn Nam & Nguyễn Chí Kỳ an Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế mơ hình thu thập liệu, giám sát lượng sử dụng truyền thông Ethernet 4.1.2 Vi Mạch Ethernet ENC28J60 72 4.1.2.1 Sơ đồ chân sơ đồ khối ENC28J60 73 4.1.2.2 Sơ đồ ghép nối vi điều khiển với ENC28J60 74 4.1.2.3 Sơ đồ nguyên lý Module Ethernet 75 4.1.2.4 Module Ethernet 76 4.2 Lưu đồ giải thuật 78 4.2.1 Lưu đồ hoạt động hệ thống 78 4.2.1.1 Dữ liệu vào 79 4.2.1.2 Xử lí liệu 79 4.2.1.3 Khối điều khiển trung tâm 79 4.2.1.4 Đưa liệu lên Webserver 79 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 80 5.1 Kết đạt 80 5.2 Kết luận: 82 5.3 Hướng phát triển đề tài 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 Trương Dỗn Nam & Nguyễn Chí Kỳ an Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế mơ hình thu thập liệu, giám sát lượng sử dụng truyền thông Ethernet DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Tên viết tắt IP PGA ADC DSP SPI MCU LPF IEEE Nghĩa tiếng việt Giao thức Internet Bộ khuếch đại lập trình Chuyển đổi tương tự sang số Xử lý tín hiệu số Truyền thơng nối tiếp Đơn vị quản lý trung tâm Bộ lọc thông thấp Viện kỹ sư điện điện tử RF Tên tiếng anh Internet Protocol Programmable Gain Amplifier Analog to Digital Converter Digital Signal Processing Serial Peripheral Interface Management Center Unit Low Pass Filter Institute of Electrical and Electronics Engineers Media Access Control HyperText Transfer Protocol User Datagram Protocol Transmission Control Protocol Acknowledgement Simple Network Management Protocol Radio Frequency LAN Local Area Network Mạng máy tính cục MAC HTTP UDP TCP ACK SNMP Trương Dỗn Nam & Nguyễn Chí Kỳ an Điều khiển truy nhập môi trường Giao thức truyền tải siêu văn Giao thức gói liệu người dùng Giao thức điều khiển truyền thơng Tín hiệu báo nhận Giao thức quản lý mạng đơn giản Tần số vô tuyến Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế mơ hình thu thập liệu, giám sát lượng sử dụng truyền thơng Ethernet DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ khối tổng qt mơ hình 10 Hình 1.2: Sơ đồ khối tổng quát Node mạng 101 Hình 2.1: Sơ đồ chân ADE7753 10 Hình 2.2: Sơ đồ khối chức ADE7753 11 Hình 2.3: Q trình xử lí tín hiệu kênh ADE7753 12 Hình 2.4: Thời gian lấy mẫu ADE7753 12 Hình 2.5: Q trình tính tốn IRMS kênh 13 Hình 2.6: Quá trình xử lí tín hiệu kênh ADE7753 14 Hình 2.7: Đáp ứng pha lọc thơng thấp LPF1 15 Hình 2.8: Q trình tính tốn URMS kênh 16 Hình 2.9: Minh họa hiệu chỉnh pha 0,10 ADE7753 17 Hình 2.10: Công suất hoạt động ADE7753 18 Hình 2.11: Q trình xử lí tính tốn cơng suất hoạt động ADE7753 18 Hình 2.12: Biểu đồ thời gian quản lí ngắt ADE7753 19 Hình 2.13: Giao diện nối tiếp ADE7753 21 Hình 2.14: Hoạt động ghi nối tiếp ADE7753 21 Hình 2.15: Hoạt động đọc nối tiếp ADE7753 22 Hình 2.16: Cấu trúc họ giao thức TCP/IP 27 Hình 2.17: Cấu trúc gói TCP 28 Hình 2.18: Lưu đồ trạng thái kết nối TCP 30 Hình 2.19: Cấu trúc gói tin IP 32 Hình 2.20: Cấu trúc gói tin ARP 34 Hình 2.21: Cấu trúc Stack 36 Hình 2.22: So sánh cấu trúc TCP/IP tham khảo cấu trúc Stack Microchip 36 Hình 2.23: SPI chip Master chip Slave thơng qua đường38 Hình 2.24: Q trình truyền gói liệu thực module SPI 39 Hình 2.25: Quá trình đọc ghi điều khiển Ethernet 39 Trương Doãn Nam & Nguyễn Chí Kỳ an Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế mơ hình thu thập liệu, giám sát lượng sử dụng truyền thơng Ethernet Hình 2.26: Quá trình đọc ghi điều khiển MAC 40 Hình 2.27: Quá trình ghi vào ghi lệnh 40 Hình 2.28: Quá trình ghi vào đệm lệnh 40 Hình 2.29: Quá trình ghi vào lệnh hệ thống 41 Hình 3.1: Sơ đồ thuật tốn dùng để cập nhật liệu từ vi xử lý lên máy chủ 42 Hình 3.2: Website nội tải lên từ chip xử lý 43 Hình 3.3: Trang giám sát thơng số tải từ website nội chip 44 Hình 3.4: Dữ liệu lưu CSDL xuất bảng 44 Hình 3.5: Sơ đồ thuật tốn lưu trữ liệu từ sở liệu thành tập tin lưu trữ 436 Hình 3.6: Sơ đồ thư mục chứa máy chủ 46 Hình 3.7: Bảng tập tin *.csv 47 Hình 3.8: Các tập tin *.csv tạo hệ thống máy chủ 48 Hình 3.9: Sơ đồ thuật toán vẽ đồ thị từ sở liệu 48 Hình 3.10: Thuật toán đọc liệu từ tập tin lưu trữ máy chủ 49 Hình 3.11: Sơ đồ thuật toán vẽ đồ thị từ sở liệu 515 Hình 3.12: Sơ đồ thuật toán vẽ đồ thị với tập tin lưu trữ máy chủ 536 Hình 3.13: Kết module Corechart Google 557 Hình 3.14: Vùng làm việc notepad++ 58 Hình 3.15: Vùng làm việc Intype 58 Hình 3.16: Vùng làm việc phpDesigner 59 Hình 3.17: Vùng làm việc Dreamweaver – Đây phiên rút gọn Macromedia Dreamweaver 8.0 60 Hình 3.18: Vùng làm việc E-Texteditor 60 Hình 3.19: Lập trình php Dreamweaver 61 Hình 3.20: Viết Cascading Style Sheet Dreamweaver 62 Hình 3.21: Thiết kế website HTML Dreamweaver 62 Hình 4.1: Sơ đồ khối Slave 663 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý khối ade7753 67 Trương Dỗn Nam & Nguyễn Chí Kỳ an Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế mơ hình thu thập liệu, giám sát lượng sử dụng truyền thông Ethernet case 16: kq = SPI1_Read(0x00) ; kq