Lời đầu tiên nhóm thực hiện xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô giảng dạy tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đặt biệt là quý thầy cô Khoa Điện – Điện Tử đã giảng dạy và cung cấp những kiến thức bổ ích tạo tiền đề cho nhóm thực hiên đồ án này. Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn thầy ThS Nguyễn Văn Nga, thầy đã cung cấp ý tưởng, đồng thời tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Cảm ơn đến thầy cô trong Khoa Điện Điện Tử và các bạn đã chia sẽ, trao đổi kiến thức giúp nhóm thực hiện tốt đề tài Cảm ơn cha mẹ, những người thân đã góp ý kiến, giúp đỡ và động viên nhóm hoàn thành đề tài này. Xin chân thành cảm ơn
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS.Nguyễn Văn Nga LỜI CẢM ƠN Lời nhóm thực xin gửi lời cảm ơn đến tất quý thầy cô giảng dạy trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đặt biệt q thầy Khoa Điện – Điện Tử giảng dạy cung cấp kiến thức bổ ích tạo tiền đề cho nhóm thực hiên đồ án Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn thầy ThS Nguyễn Văn Nga, thầy cung cấp ý tưởng, đồng thời tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi suốt trình thực đề tài Cảm ơn đến thầy cô Khoa Điện Điện Tử bạn chia sẽ, trao đổi kiến thức giúp nhóm thực tốt đề tài Cảm ơn cha mẹ, người thân góp ý kiến, giúp đỡ động viên nhóm hồn thành đề tài Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực đề tài Nguyễn Trọng Khiêm Trần Ngọc Thắng Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS.Nguyễn Văn Nga LỜI MỞ ĐẦU Cùng với tiến khoa học công nghệ, thiết bị điện tử tiếp tục ứng dụng ngày rộng rãi mang lại hiệu cao hầu hết lĩnh vực kinh tế kỹ thuật đời sống xã hội Trong kỹ thuật điều khiển từ xa, mơi trường truyền dẫn dây dẫn điện khơng khí với tín hiệu truyền tín hiệu hồng ngoại sóng vơ tuyến… Đặc biệt, kỹ thuật hồng ngoại hay vô tuyến khai thác triệt để việc chế tạo thiết bị điều khiển từ xa Tuy nhiên kỹ thuật điều khiển dùng tia hồng ngoại vô tuyến bị hạn chế khoảng cách băng thơng Để khắc phục nhược điểm dùng phương pháp khác điều khiển từ xa qua mạng internet Ý tưởng dùng mạng có sẵn để truyền tín hiệu điều khiển, nhờ mà vấn đề khoảng cách khắc phục Điều khiển từ xa qua mạng có hai ưu điểm bật: Thứ sử dụng mạng Internet có sẵn Thứ hai sử dụng nhiều nơi có ứng dụng mà người khơng thể tiếp cận cách trực tiếp Thiết kế đề tài ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG INTERNET nhằm xây dựng hệ thống điều khiển từ xa qua mạng Internet Cho thấy thiết bị điều khiển từ xa qua mạng bước xâm nhập vào sinh hoạt gia đình, quan tính đơn giản, tiện dụng, độ tin cậy tương đối ổn định Bộ điều khiển làm số cơng việc gia đình, quan ta xa như: bật tắt bơm nước, thiết bị chiếu sáng, tủ lạnh, giám sát nhiệt độ… Nội dung đề tài chia làm phần: Phần A: Giới thiệu Phần B: Nội dung (Gồm Chương) : Chương 1: Dẫn nhập Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS.Nguyễn Văn Nga Chương 2: Cơ sở lý luận Chương 3: Cơ sở lý thuyết Chương 4: Thiết kế Chương 5: Chương trình điều khiển Chương 6: Thi cơng Chương 7: Kết luận Phần C: Phụ Lục Mặc dù nhóm thực đề tài hồn thiện đồ án, tránh khỏi thiếu sót Nhóm thực đề tài mong nhận đóng góp ý kiến q thầy bạn sinh viên Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực đề tài Nguyễn Trọng Khiêm Trần Ngọc Thắng Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS.Nguyễn Văn Nga Mục lục LỜI CẢM ƠN i LỜI MỞ ĐẦU ii DANH MỤC CÁC HÌNH vi CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .1 1.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI .2 1.3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU .3 1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGỒI NƯỚC VÀ TRONG NƯỚC 2.2 Ý TƯỞNG, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ .5 2.3 ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU CHI TIẾT 2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .6 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 PHƯƠNG THỨC KẾT NỐI MẠNG 3.2 MẠNG TOÀN CẦU INTERNET 3.3 GIAO THỨC TCP/IP .8 3.4 CẬP NHẬT ĐỊA CHỈ IP VÀ KẾT NỐI ADSL 10 3.5 ETHERNET VÀ IC GIAO TIẾP MẠNG .11 3.6 SƠ LƯỢC KIT ARM STM32F103VE 15 3.7 WEB SERVER .22 3.8 PORT FORWARDING, PORT VÀ NAT 25 3.9 HỆ THỐNG TÊN MIỀN TỰ ĐỘNG (DYNAMIC DNS) 26 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ 28 4.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 28 4.2 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ CỦA HỆ THỐNG 28 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS.Nguyễn Văn Nga 4.3 NGUYÊN LÍ, CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI 30 CHƯƠNG 5: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN .34 5.1 LỰA CHỌN PHẦN MỀM CHO VIỆC LẬP TRÌNH .34 5.2 VIẾT CHƯƠNG TRÌNH 34 CHƯƠNG 6: THI CÔNG 40 6.1 THI CÔNG PHẦN CỨNG .40 6.2 GIAO DIỆN CHƯƠNG TRÌNH TRÊN MÁY TÍNH .40 6.3 TẠO GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN TRÊN GLCD 42 6.4 MỞ PORT TRÊN MODEM (NAT PORT) .47 6.5 ĐĂNG KÍ TÀI KHOẢN NO-IP 50 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN 54 7.1 TÓM TẮT .54 7.2 CÁC HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI .55 7.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 55 PHỤ LỤC 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO .76 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS.Nguyễn Văn Nga DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Cấu trúc liệu TCP/IP Hình 2: Q trình đóng/mở gói liệu TCP/IP .9 Hình 3: Dữ liệu IP 10 Hình 4: Mô tả cấp phát địa IP 11 Hình 5: Cấu trúc khung tin Ethernet 12 Hình 6: Mơ tả địa MAC 13 Hình 7: IC giao tiếp mạng ENC28J60 13 Hình 8: Sơ đồ ghép nối ENC28J60 với vi xử lý 14 Hình 9: Sơ đồ khối truy xuất liê bô ê nhớ chíp ENC28J60 15 Hình 10: Sơ đồ chân ARM STM32F103VE 17 Hình 11: Sơ đồ khối ARM STM32F103VE 18 Hình 12: Điều hướng liệu GPIO .20 Hình 13: Giao thức Master-Slave giao tiếp SPI 21 Hình 14: Ghép nối thiết bị 21 Hình 15: Ghép nối nhiều thiết bị 21 Hình 16: Hệ thống embedded web server 24 Hình 17: Truy xuất thiết bị đến webserver 24 Hình 18: Chuyển gói liệu qua port 26 Hình 19: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển qua mạng internet 28 Hình 20: Sơ đồ nguyên lí hệ thống 29 Hình 21: Sơ đồ kết nơi ARM STM32F103VE .30 Hình 22: Cảm biến LM35 ( trái) cảm biến MQ2 ( phải) 31 Hình 23: Sơ đồ kết nối cảm biến với arm 31 Hình 24: Nguyên lý hoạt động khối công suất .32 Hình 25: LCD graphic 33 Hình 26: Lưu đồ giải thuật .38 Hình 27: Mạch in khối cơng suất 40 Hình 28: Giao diện đăng nhập .41 Hình 29: Giao diện điều khiển .41 Hình 30: Giao diện cài đặt .42 Hình 31: Giao diện chương trình chuyển ảnh sang mã hex 43 Hình 32: Biến mảng chứa mã hex hình 43 Hình 33: Giao diện điều khiển hình LCD .44 Hình 34: Giao diện trang cài đặt 44 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS.Nguyễn Văn Nga Hình 35 Cảnh báo gas hiển thị hình điều khiển 45 Hình 36 Cảnh báo gas hiển thị hình LCD .46 Hình 37: Nút tắt cảnh báo xuất trang cài đặt có cảnh báo 46 Hình 38 :Modem GoodM!GWl-254 47 Hình 39: Giao diện đăng nhập .47 Hình 40: Giao diện tab status .48 Hình 41: NAT port 49 Hình 42: Kiểm tra việc mở port .49 Hình 43 Đăng nhập vào tài khoản no-ip 50 Hình 44: Thơng tin host 51 Hình 45: Tạo host 51 Hình 46: Giao diện download no-ip 52 Hình 47: Thơng tin tài khoản đăng nhập phần mềm .52 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS.Nguyễn Văn Nga CHƯƠNG DẪN NHẬP 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Ngày nay, kỹ thuật tự động điều khiển đóng vai trị quan trọng lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, cơng nghiệp, cung cấp thơng tin Do phải biết nắm bắt vận dụng cách có hiệu nhằm góp phần vào phát triển khoa học kỹ thuật nước nhà Như biết, gần thiết bị tự động nhà máy, đời sống gia đình ngày hoạt động độc lập với nhau, thiết bị có quy trình sử dụng khác tuỳ thuộc vào thiết lập, cài đặt người sử dụng Chúng chưa có liên kết với mặt liệu Nhưng hệ thống điều khiển thiết bị từ xa lại khác Ở đây, thiết bị điều khiển tự động kết nối với thành hệ thống hoàn chỉnh qua một thiết bị trung tâm giao tiếp với mặt liệu Đối với hệ thống điều khiển từ xa thông thường dùng tia hồng ngoại giới hạn khoảng cách yếu điểm kỹ thuật này, ngược lại với mạng Internet mở rộng với quy mơ tồn giới giới hạn khơng phụ thuộc vào khoảng cách mở lối thoát lĩnh vực tự động điều khiển tự động báo động Hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua mạng Internet gồm có thiết bị đơn giản bóng đèn, quạt máy đến thiết bị tinh vi, phức tạp ti vi, máy giặt, hệ thống báo động…Nó hoạt động nhà thông minh Nghĩa tất thiết bị giao tiếp với mặt liệu thông qua máy vi tính hồn chỉnh xử lí lập trình sẵn tất chương trình điều khiển Các thiết bị điều khiển từ xa thông qua mạng Internet người chủ lên mạng có kết nối Internet điều khiển Chẳng hạn việc tắt đèn, quạt…khi người chủ quên chưa tắt khỏi nhà Hay với lần nhấp chuột, người chủ Chương 1: Dẫn nhập Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS.Nguyễn Văn Nga bật máy điều hịa để làm mát phòng trước tới nhà Khi trường hợp khẩn cấp báo cháy chẳng hạn, hệ thống nhận biết thông qua cảm biến lệnh điều khiển đóng tất thiết bị hoạt động, đường dẫn khí, chng báo động reo lên báo hiệu cho người xung quanh nhận biết có cháy Ngồi hệ thống cịn cập nhật nhiệt độ lên giao diện điều khiển để người chủ giám sát để đưa phương án xử lý Hệ thống có tính bảo mật nghĩa có người chủ có mật có quyền điều khiển Ứng dụng hệ thống điều khiển xa qua mạng Internet phương thức thuận tiện nhất, tiết kiệm nhiều thời gian cho cơng việc, vừa đảm bảo tính an tồn giúp ta điều khiển thiết bị môi trường nguy hiểm mà người làm việc dây chuyền sản xuất để thay người Xuất phát từ ý tưởng tình hình thực tế trên, nhóm em chọn đề tài: “Điều khiển thiết bị qua mạng Internet” 1.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Ngày nay, với tiến khoa học kỹ thuật, thiết bị điện tử đời ngày nhiều chủng loại tính sử dụng Bên cạnh nhu cầu sử dụng thiết bị tự động ngày cao, người muốn có thiết bị giải trí thiết bị sinh hoạt với kỹ thuật cơng nghệ đại Ở Việt Nam, lĩnh vực điều khiển tự động chưa phát triển mạnh mẽ giới, quốc qia Châu Âu hay Mỹ ngơi nhà tự động điều khiển từ xa phát triển mạnh mẽ Các nhà thông minh biết đến biệt thự Lakefront, biệt thự Oceanfront, biệt thự tháp Clock, biệt thự Tuxedo tự động hoàn toàn cho phép điều khiển từ xa thông qua điều khiển trung tâm Từ yêu cầu thực tế đó, nhóm thực muốn đưa phần kỹ thuật đại giới áp dụng vào điều kiện thực tế nước để tạo hệ thống điều khiển thiết bị nhà thông qua mạng Internet nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao người Đề tài lấy sở sử dụng máy tính kết nối KIT ARM STM32F103VE thơng qua mạng Internet để điều khiển thiết bị Việc sử dụng Chương 1: Dẫn nhập Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS.Nguyễn Văn Nga mạng Internet có thuận lợi tiết kiệm chi phí, mang tính động cao (nghĩa nơi máy vi tính có kết nối Internet ta điều khiển thiết bị) 1.3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Đồ án nghiên cứu, khảo sát thực với mục đích áp dụng kiến thức học nhà trường để thiết kế, tạo hệ thống điều khiển tự động từ xa qua mạng Internet Hệ thống tích hợp module điều khiển (KIT ARM STM32F103VE), mạch đo nhiệt độ, khí cháy, mạch cơng suất cho thiết bị nhà kết hợp với tiện ích cần thiết Sử dụng cảm biến nhiệt độ để điều khiển khống chế nhiệt độ phòng, hệ thống máy lạnh… Nghiên cứu sử dụng KIT ARM STM32F103VE, sử dụng máy tính kết nối Internet điều khiển thiết bị Nhúng trang HTML vào kit ARM để xây dựng giao diện điều khiển 1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Để thực thi hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thơng qua mạng Internet hồn chỉnh phức tạp tốn Để đáp ứng việc điều khiển tồn thiết bị địi hỏi phải có lượng thời gian, kiến thức định Bên cạnh cịn vấn đề tài Với lượng thời gian kiến thức có hạn, đề tài nhóm em thực thực thi phần hệ thống hồn chỉnh Đó điều khiển đóng mở đèn, đo nhiệt độ, khí gas hiển thị nhiệt độ phòng phần mềm ứng dụng Với trình bày trên, nhóm em tiến hành nghiên cứu, khảo sát thực dự kiến đạt mục tiêu đặt sau: Điều khiển thiết bị nhà (cụ thể điều khiển bốn thiết bị công suất) máy tính kết nối Internet Hiển thị trang thái thiết bị, đo giám sát nhiệt độ giao diện điều khiển Tự động ngắt thiết bị hoạt động báo động có cố cháy nổ xảy ra, gửi liệu cảnh báo lên giao diện điều khiển người dùng đăng nhập vào Giao diện điều khiển đơn giản, dễ sử dụng điều khiển máy tính Chương 1: Dẫn nhập Đồ án tốt nghiệp uint8_t cptt; uint8_t payloadlen=0; char str[20]; char cmdval; uart_init(); ADC_Configuration(); DMA_Configuration(); enc28j60Init(mymac); enc28j60clkout(2); // change clkout from 6.25MHz to 12.5MHz delayus(60); enc28j60PhyWrite(PHLCON,0x476); init_ip_arp_udp_tcp(mymac,myip,MYWWWPORT); ADC_StartCalibration( ADC1); while(ADC_GetCalibrationStatus( ADC1)); ADC_SoftwareStartConvCmd( ADC1, ENABLE); Phụ lục GVHD: ThS.Nguyễn Văn Nga Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS.Nguyễn Văn Nga SystemInit(); while(SysTick_Config(72000000 / 1000)); NVIC_Configuration(); LCD_Init(); CSPASSIVE; Touch_Init(); Touch_Configuration(); while(1){ CSPASSIVE; Touch_Configuration(); if(Read_ADS2(&key,&keyy)) { if(((nhietdo > 41)&&(cb == 0xff)&&(adc1_buffer[1] 1000)&&(cbg == 0xff)&&(nhietdo 1000)&&(cbgt == 0xff)&&(nhietdo>41))){GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_2);cbgt=0;cb=0;cbg=0;} else{ Phụ lục Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS.Nguyễn Văn Nga if(Read_ADS2(&key,&keyy)){ Convert_Pos(); if((Pen_Point.X0>=0)&&(Pen_Point.X0=280)&&(Pen_Point.Y 0=200)&&(Pen_Point.X0=280)&&(Pen_Poin t.Y0 41)&&(cb == 0xff)&&(adc1_buffer[1] 1000)&&(cbg == 0xff)&&(nhietdo 1000)&&(cbgt == 0xff)&&(nhietdo>41)&&(cbgt==0xff)) { LCD_WriteBMP(70,70,80,60,baogas); if(cpt){ GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_8); GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9); GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_10); GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_11); LCD_ShowString(20,200,"cac thiet bi tu dong tat",1); } if(cpc){GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_2);} else{GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_2);} if(Read_ADS2(&key,&keyy)){cbgt=0x00; GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_2); } LCD_ShowString(60,160,"nhan vao man hinh",1); LCD_ShowString(60,180,"de tat canh bao",1); } Phụ lục Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS.Nguyễn Văn Nga if((nhietdoBSRR = GPIO_Pin_8;;// transistor on } if (cmd==8){ GPIOD->BSRR = GPIO_Pin_9;// transistor on} if (cmd==4){ GPIOD->BSRR = GPIO_Pin_10;;// transistor on} if (cmd==6){ GPIOD->BSRR = GPIO_Pin_11;;// transistor on} Phụ lục Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS.Nguyễn Văn Nga if (cmd==0){ GPIOD->BRR = GPIO_Pin_8;// transistor off} if (cmd==9){ GPIOD->BRR = GPIO_Pin_9;// transistor off} if (cmd==3){ GPIOD->BRR = GPIO_Pin_10;;// transistor on if (cmd==5){ GPIOD->BRR = GPIO_Pin_11;;// transistor on} if (cmd==-2){ plen=moved_perm(buf,1); goto SENDTCP;} if(cd)plen=printcaidat(); else plen=print_webpage(buf,(GPIOD->ODR & GPIO_Pin_8)!=0,(GPIOD->ODR & GPIO_Pin_9)!=0,(GPIOD->ODR & GPIO_Pin_10)!=0,(GPIOD->ODR & GPIO_Pin_11)! =0); SENDTCP: Phụ lục Đồ án tốt nghiệp www_server_reply(buf,plen); ww_server_reply(buf,plen);// send data pwd[0]=0x00; continue;} Phụ lục GVHD: ThS.Nguyễn Văn Nga Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS.Nguyễn Văn Nga TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo Trình Thiết Kế Và Xây Dựng Mạng LAN WAN, Trung Tâm Khoa Học Tự Nhiên Và Cơng Nghệ Quốc Gia, 2004 [2].Giáo trình học tập môn “Linh Kiện Điện Tử”_Trương Văn Tám- Trường Đại Học Cần Thơ [3].Giáo trình học tập mơn “Mạch điện tử”_Trương Văn Tám- Trường Đại Học Cần Thơ [4].Giáo trình học tập mơn “Mạng máy tính”_Nguyễn Tấn Khơi- Đại Học Quốc Gia Đà Nẵng [5] Phạm Văn Nam, Nguyễn Trọng Kiên- đồ án tốt nghiệp “Điều khiển thiết bị nhà từ xa tin nhắn SMS” - trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật [6] Một số trang web tham khảo: Tham khảo ARM: http://arm.vn http://st.com Tài liệu tham khảo Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS.Nguyễn Văn Nga Thư viện cho EN28J60 giao tiếp mạng: http://tuxgraphic.org Thư viện LCD phần mềm hỗ trợ: http://www.emcu.it/STM32/ Tài liệu tham khảo