Xây dựng phòng thí nghiệm từ xa dựa trên công nghệ web và vi xử lý

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang LỜI CẢM ƠN Đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn nhà trường tạo điều kiện cho chúng em học tập nghiên cứu suốt năm năm qua Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô thầy cô môn Kỹ Thuật Đo Và Tin Học Cơng Nghiệp, khoa Điện tận tình truyền đạt kiến thức bổ ích, quý báu suốt trình học tập thời gian làm đồ án tốt nghiệp Thầy cô giúp chúng em có kiến thức tảng vững để chúng em tự tin sống Xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Cảnh Quang trực tiếp hướng dẫn chúng em hoàn thành tốt nhiệm vụ giao Nhóm sinh viên thực hiện: Đặng Phạm Lịch Lê Văn Lâm Nguyễn Đức Hùng Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ thông tin ngày phát triển mạnh mẽ, trở thành phần tách rời xã hội đặc biệt sinh viên “Học đôi với hành”, với sinh viên điều thiết thực, đặc biệt sinh viên trường đại học hàng đầu Việt Nam – Đại học Bách Khoa Hà Nội Là sinh viên năm cuối ngành KTĐ&THCN, mong muốn em khóa sau có điều kiện học tập tốt, tiếp thu, định hướng kiến thức chuyên ngành xâu sắc Và “ Xây dựng phịng thí nghiệm từ xa dựa cơng nghệ Web Vi Xử Lý “ phần mong muốn Một phịng thí nghiệm ảo, trang bị thực hành thú vị môn Vi Xử Lý giúp sinh viên hiểu phần giảng thầy lớp khơi dậy lịng say mê nghiên cứu khoa học em Hà Nội, ngày… tháng… năm 2011 Sinh viên thực Đặng Phạm Lịch – ĐL1 – K51 Lê Văn Lâm – ĐL1 – K51 Nguyễn Đức Hùng – ĐL2–K51 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang Mục lục LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU .2 Danh mục hình vẽ: CHƯƠNG I : ĐẶT VẤN ĐỀ .6 I.1 Xác định yêu cầu nhiệm vụ đề tài: I.1.1 Yêu cầu : I.1.2 Nhiệm vụ: CHƯƠNG II PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP THIẾT KẾ II.1 Giới thiệu tổng quan hệ thống chức khâu hệ thống II.2 Tìm hiểu cơng nghệ Web: II.2.1 Lịch sử hình thành: II.2.2 Các khái niệm Web: II.2.2.1 Trình duyệt web: II.2.2.2 Web, Web page Web server: 10 II.2.2.3 Web Server: .10 II.2.2.4 Internet, Intranet Ethernet: 11 II.2 2.5 ETHERNET: .11 II.2.2.5.1.Tổng quan Ethernet: 11 II.2.2.5.2 Cơ chế giao tiếp: 12 II.2.2.5.3 Cấu trúc điện: 13 II.2.2.5.4 Phương thức truyền tin theo chuẩn ethernet: 14 II.2.2.5.5 Cấu trúc gói tin IP,TCP,UDP: 19 II.2.3 Lựa chọn giải pháp thiết kế 26 II.3 Lựa chọn phấn cứng: 26 II.3.1 Vi xử lý ARM: .26 II.3.1.1 Lịch sử hình thành phát triển: 26 II.3.1.2 Các đặc tính vi xử lý ARM: 27 II.3.1.3 Các bo mạch phát triển: .29 CHƯƠNG III XÂY DỰNG HỆ THỐNG 30 III.1 Thiêt kế phần cứng: .30 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang III.1.1 Giới thiệu khái quát kit MCB2300: 30 III.1.1.2 Cấu trúc bo mạch MCB2300 .31 III.1.1.3 Sơ đồ cấu trúc: 33 III.1.2 Giới thiệu vi xử lý LPC2378: 33 III.1.2.1 Các đặc điểm vi xử lý LPC2378 33 III.1.2.1 Sơ đồ khối LCP2378 35 III.2 Thiết kế phần mềm: .36 III.2.1 Thiết kế giao diện điều khiển trình duyệt Web: 36 III.2.1.1 Lập trình giao diện dựa ngơn ngữ html CGI: 36 III.2.1.1.1 HTML: 36 III.2.1.1.2 Common Gateway Interface ( CGI ): 37 III.2.2 Cấu hình giao diện mạng : 38 III.2.3 Triển khai hệ thống: 38 III.2.3.1 Nạp chương trình điều khiển vào vi xử lý ARM: .38 III.2.3.2.Quá trinh kết nối truyền liệu board Web .41 III.3 KẾT QUẢ: 44 CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 52 IV.1 Kết luận: 52 IV.2 Hướng phát triển đề tài: 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang Danh mục hình vẽ: Hình 1: Mơ hình phịng thí nghiệm điều khiển từ xa .6 Hình : mơ hình xây dựng cho hệ thống Hình 3: Mơ hình mạng internet 12 Hình 4: Ethernet/IEE 802.3 tập chuẩn IEEE 802 .13 Hình 5: Kiến trúc giao thức TCP/IP 15 Hình 6:Gói liệu lớp liên kết liệu 18 Hình : Tổ chức địa IP .19 Hình : Mạng mặt nạ 20 Hình : Quá trình thiết lập kết nối giao thức TCP .24 Hình 10: Hình ảnh KIT MCB2300 31 Hình 11 :Cấu trúc KIT MCB2300 .32 Hình 12 : Sơ đồ cấu trúc KIT MCB2300 33 Hình 13 : Sơ đồ khối LPC2378 35 Hình 14 : Giao diện chương trình 37 Hình 15: Giao diện chương trình μvision 39 Hình 16 : MCB2300 ULINK 40 Hình 17 : Chân kết nối máy tính với KIT 40 Hình 18 : Cài đặt thơng số mạng PC 41 Hình 19 : Cửa sổ truy cập trình duyệt Web 41 Hình 20 : điều khiển Led 42 Hình 21 : Truy cập hệ thống .44 Hinh 22 : Giao diện phòng thí nghiệm 45 Hình 23 : Giao diện chương trình điều khiển LED 45 Hình 24: Điều khiển LED (1) .46 Hình 25 : Điều khiển LED (2) 47 Hình 26 : Tắt tất Led 48 Hình 27 : Giao diện LCD 49 Hình 27 : Giao diện LCD 50 Hình 29 : Hiển thị LCD .50 Hình 30:Điều khiển ADC .51 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang CHƯƠNG I : ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm trở lại internet phổ biến rộng rãi Số lượng người tiếp súc với internet ngày nhiều Đối với sinh viên mà đặc biệt sinh viên trường kỹ thuật internet khơng cịn xa lạ tiện ích mà internet mang lại nhiều Mơ hình phịng thí nghiệm từ xa dựa kết nối internet thực mang đến nhiều ích lợi cho sinh viên nhà trường Dưới mơ hình phịng thí nghiệm điều khiển từ xa nhóm sinh viên trường Đại Học Công Nghệ Nalyang, Singapore thực : Hình 1: Mơ hình phịng thí nghiệm điều khiển từ xa Với mơ hình sinh viên khơng thiết phải đến trực tiếp phịng thí nghiệm mà thực thí nghiệm nơi nào, cần truy cập vào phịng thí nghiệm ảo địa website phịng thí nghiệm ảo thực hiên thi nghiệm Phịng thí nghiệm ảo cung cấp đầy đủ thơng tin thí nghiệm mà sinh viên cần phải làm Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang *Ưu điểm: - Thuận lợi cho việc học tập sinh viên công tác giảng dạy nhà trường - Khai thác mạnh công nghệ Web *Nhược điểm: - Có thể thiếu thực tiễn khơng trực tiếp tiến hành thí nghiệm - Cần có biện pháp quản lý truy cập sinh viên I.1 Xác định yêu cầu nhiệm vụ đề tài: I.1.1 Yêu cầu :  Xây dựng mơ hình phịng thí nghiệm từ xa dựa vi xử lý công nghệ Web Trong khuôn khổ đồ án yêu cầu đặt xây dựng mơ hình điều khiển đơn giản dựa tảng Web  Cụ thể điều khiển thiết bị o Điều khiển LED o Hiển thị LCD o Đo giá trị điện áp đầu vào chiều ADC , I.1.2 Nhiệm vụ: Với yêu cầu đặt nhiệm vụ thực đồ án phân tích đề tài, lựa chọn giải pháp thiết kế thực hiện, cụ thể:  Tìm hiểu Web, giao thức mạng Ethernet ( TCP-IP)  Lựa chọn vi xử lý phù hợp xây dựng phần cứng hệ thống  Thiết kế thi công phần mềm kết hợp với phần cứng tạo nên hệ thống hoàn chỉnh Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang CHƯƠNG II PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP THIẾT KẾ Theo yêu cầu đề tài xây dựng mơ hình phịng thí nghiệm từ xa dựa vi xử lý công nghệ Web Như cần sâu khai thác hai vấn đề tìm hiểu cơng nghệ Web kết hợp với vi xử lý để đưa phương án phù hợp cho đề tài II.1 Giới thiệu tổng quan hệ thống chức khâu hệ thống Mơ hình đuợc thiết kế dựa cơng nghệ web vi xử lý hệ thống đuơc phân tích thành phần Web Vi xủ lý Vi Xử Lý Web Hai thành phần Web Vi Xử Lý kết hợp với để thực thi số chức điều khiển LED, LCD, ADC… Web : thực giao diện vào đưa thị điều khiển đồng thời nhận tín hiệu phản hồi từ Vi Xử Lý hiển thị giao diện Vi Xử Lý : Thực thị điều khiển từ Web , đưa lệnh trực tiếp điều khiển thiết bị ngoại vi Phản hồi tín hiệu Web MCB2300 Interne t led LPC2378 LCD ADC Web Page DC Motor Hình : mơ hình xây dựng cho hệ thống Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang II.2 Tìm hiểu cơng nghệ Web: II.2.1 Lịch sử hình thành: Công nghệ Web trải qua bước phát triển dài kể từ Tim Berners-Lee phịng thí nghiệm vật lý hạt nhân châu Ấu (CERN) đưa khái niệm HTML (HyperText Markup Language), sinh viên trung tâm NCSA (National Center for Supercomputing Applications) thuộc đại học Illinois, viết dòng mã phần mềm Mosaic, trình duyệt Web dựa ngơn ngữ đánh dấu siêu văn Thời đó, cơng nghệ Web chủ yếu môi trường văn kỹ thuật viên người hâm mộ giao diện dòng lệnh Hiện cơng nghệ Web có bước đột phá thần tốc, khơng cịn tập hợp hình ảnh tĩnh, siêu liên kết đơn giản, mà nội dung thực sinh động với hoạt họa audio/video tương tác, dùng làm tảng để phân phối phần mềm công nghệ "siêu đẳng" khác mà HTML nguyên thủy chưa thể hình dung được.Bên cạnh cơng nghệ Web khơng phát triển tách rời với công nghệ truyền dẫn giao thức truyền thông II.2.2 Các khái niệm Web: II.2.2.1 Trình duyệt web: Trình duyệt web (Web Browser) phần mềm ứng dụng cho phép người sử dụng xem tương tác với văn bản, hình ảnh, đoạn phim, nhạc, trị chơi thơng tin khác trang web địa web mạng toàn cầu mạng nội Văn hình ảnh trang web chứa siêu liên kết tới trang web khác địa web địa web khác Trình duyệt web cho phép người sử dụng truy cập thông tin trang web cách nhanh chóng dễ dàng thơng qua liên kết Trình duyệt web đọc định dạng HTML để hiển thị, trang web hiển thị khác trình duyệt khác Một số trình duyệt web cho máy tính cá nhân bao gồm Internet Explorer, Mozilla Firefox, Safari, Opera, Avant Browser, Konqueror, Lynx, Google Chrome, Flock, Arachne, Epiphany, K-Meleon AOL Explorer Các giao thức chuẩn: Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang Trình duyệt web thường giao tiếp với máy chủ web việc sử dụng HTTP (giao thức truyền siêu văn bản) để lấy trang web HTTP cho phép trình duyệt web gửi thơng tin đến máy chủ web, lấy trang web HTTP sử dụng rộng rãi HTTP/1.1, định nghĩa đầy đủ RFC 2616 HTTP/1.1 có chuẩn riêng mà Internet Explorer khơng hỗ trợ đầy đủ, hầu hết trình duyệt web khác hỗ trợ đủ Các trang định vị cách thức URL (bộ định vị tài nguyên chung) (RFC 1738), coi địa chỉ, bắt đầu cụm http: để truy cập HTTP Nhiều trình duyệt hỗ trợ kiểu URL khác giao thức tương ứng, gopher: cho Gopher (một giao thức siêu liên kết có thứ bậc), ftp: cho FTP (giao thức truyền file), rtsp: cho RTSP (giao thức streaming thời gian thực), https: cho HTTPS (một phiên mã hoá SSL HTTP) Định dạng file trang web thường HTML (ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản) xác định giao thức HTTP sử dụng kiểu nội dung MIME Phần lớn trình duyệt hỗ trợ nhiều định dạng file khác bên cạnh HTML, định dạng ảnh JPEG, PNG, GIF mở rộng để hỗ trợ nhiều nhờ sử dụng plug-in Sự kết hợp kiểu nội dung HTTP đặc tả giao thức URL cho phép nhà thiết kế trang web đưa ảnh, hoạt hình, video, âm đa phương tiện streaming vào trang web, truy cập chúng thông qua trang web II.2.2.2 Web, Web page Web server: Web ứng dụng chạy mạng Client-Server, khách chủ web liên lạc giao thức http (HyperText Transfer Protocol) Các web server cung cấp thông tin định dạng theo ngôn ngữ HTML Web Page: file văn chứa tag  HTML đọan mã đặc biệt mà trình duyệt web hiểu thơng dịch được, file lưu với phần mở rộng là  html htm Website: Một tập hợp nhiều web page, thể thông tin tổ chức chủ đề II.2.2.3 Web Server: Web Server (máy phục vụ Web) hiểu máy tính mà cài đặt phần mềm phục vụ Web, người ta gọi phần mềm Web Server Mơ hình Client-Server: 10 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang Hình 17 : Chân kết nối máy tính với KIT Cài đặt thông số mạng PC: Cài đặt thông số máy tính giống cài đặt mạng LAN máy tính với 40 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang Hình 18 : Cài đặt thơng số mạng PC: Mở trình duyệt web máy tính truy cập vào đia 192.168.0.100 Hình 19 : Cửa sổ truy cập trình duyệt Web III.2.3.2.Quá trinh kết nối truyền liệu board Web Việc truyền liệu Board Web thưc thi thông qua giao diện CGI CGI thực chuyển đổi hai ngôn ngữ C ngôn ngữ mạng 41 Đồ Án Tốt Nghiệp Internet languare GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang CGI file Code C Với ứng dụng điều khiển Led từ Web ta thấy việc truyền liệu Với Web đoạn mã lệnh : c b 7 c b 6 c b 5 c b 4 t c b 3 c b 2 c b 1 c b 0 t sau thực Click vao Led liệu gửi Hình 20 : điều khiển Led Dữ liệu nhận được sử lý thông qua hàm: 42 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang cgi_process_data (U8 code, U8 *dat, U16 len) { hàm gọi để sử lý liệu trả từ HTML Nó gọi ” SUBMIT “từ Web hàm trả giá trị cho biến var } Chương trình kiểm tra trạng thái biến Var để tiếp tục xủ lý Đoạn mã kiển tra biến var đưa điều khiển: if (var[0] != 0) { /* Parameter found, returned string is non 0-length */ if (str_scomp (var, "led0=on") == TRUE) { P2 |= 0x01;} else if (str_scomp (var, "led1=on") == TRUE) { P2 |= 0x02 ;} else if (str_scomp (var, "led2=on") == TRUE) { P2 |= 0x04;} else if (str_scomp (var, "led3=on") == TRUE) { P2 |= 0x08;} else if (str_scomp (var, "led4=on") == TRUE) { P2 |= 0x10; } else if (str_scomp (var, "led5=on") == TRUE) { P2 |= 0x20;} else if (str_scomp (var, "led6=on") == TRUE) { P2 |= 0x 40;} else if (str_scomp (var, "led7=on") == TRUE) { P2 |= 0x80; } else if (str_scomp (var, "led8=on") == TRUE) { P2 |= 0x0F; } else if (str_scomp (var, "led9=on") == TRUE) { P2 |= 0xF0;} else if (str_scomp (var, "ctrl=Browser") == TRUE) { LEDrun = FALSE; } 43 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang III.3 KẾT QUẢ: Kết nối thành công với trang chủ Website Sau truy cập địa trang web 192.168.0.100 ta giao diện trang chủ sau: Hình 21 : Truy cập hệ thống Trên giao diện người truy cập thực hiên đăng nhập vào hệ thống với usename : admin password : < để trống > Sau đăng nhập vào hệ thống tùy chọn đuơc Bằng cách kích chuột vào vùng tương ứng giao diện, ví dụ giao diện người dùng tiến hành làm thí nghiệm mơ kích chuột vào vùng có chữ LED , LCD , DC Motor, ADC : 44 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang Hinh 22 : Giao diện phịng thí nghiệm  Chương trình thí nghiệm điều khiển LED: Kích chuột vào chữ LED để tiến hành làm thí nghiệm với LED: +Chế độ “Browser” chạy led bình thường +Chế độ “Running Lights” để chạy led nhấp nháy a,Chế độ Brwoser Hình 23 : Giao diện chương trình điều khiển LED kết hiển thi board mạch : 45 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang + Bật led đầu sáng Hình 24: Điều khiển LED (1) -Code C: if (str_scomp (var, "led0=on") == TRUE) { P2 |= 0x01; } else if (str_scomp (var, "led1=on") == TRUE) { P2 |= 0x02; } else if (str_scomp (var, "led2=on") == TRUE) { P2 |= 0x04; } else if (str_scomp (var, "led3=on") == TRUE) { P2 |= 0x08; }; LED_out (P2); -Code html: # Here begin the 'checkbox' definitions c b 1 c b 0 46 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang +Bật tất Led sáng : Hình 25 : Điều khiển LED (2) Code C++: if (str_scomp (var, "led0=on") == TRUE) { P2 |= 0x01; } else if (str_scomp (var, "led1=on") == TRUE) { P2 |= 0x02; } else if (str_scomp (var, "led2=on") == TRUE) { P2 |= 0x04; } else if (str_scomp (var, "led3=on") == TRUE) { P2 |= 0x08; } else if (str_scomp (var, "led4=on") == TRUE) { P2 |= 0x10; 47 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD Ts.Nguyễn Cảnh Quang } else if (str_scomp (var, "led5=on") == TRUE) { P2 |= 0x20; } else if (str_scomp (var, "led6=on") == TRUE) { P2 |= 0x40; } else if (str_scomp (var, "led7=on") == TRUE) { P2 |= 0x80; }; Code html: t LED Control t t function AllSW(st) { t for(i=0;i