Ứng dụng lập trình điều khiển thiết bị qua wifi sử dụng chip arm cortex m3 stm32f103c8t6

LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án kết toàn nỗ lực thân em suốt thời gian theo học trường, toàn lực em bắt tay vào q trình nghiên cứu Để có kết ngày hôm chúng em không quên giúp đỡ giảng dạy nhiệt tình Thầy, Cơ khoa Điện – Điện Tử - Học Viên Cơng Nghệ Bưu Chính Viên Thơng Các Thầy, Cô đội ngũ trước am hiểu lĩnh vực khoa học kỹ thuật tận tình giảng dạy giúp chúng em hồn thành nhiều đề tài Em xin chân thành cảm ơn Vũ Anh Đào tận tình dạy, hướng dẫn đóng góp ý kiến quý báu giúp em hồn thành đề tài thời gian quy định Em xin cảm ơn đến người bạn thân không ngại chia sẻ kinh nghiệm làm đề tài hỗ trợ công việc để giúp nhóm em hồn thành tốt đề tài Em xin cảm ơn ! SVTH: Ngô Minh Đức-D12XLTH i Mục lục EBOOKBKMT.COM MỤC LỤC MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH VẼ .iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài 1.2 Giới thiệu đề tài 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Đối tượng nghiên cứu CHƯƠNG II TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN, CƠNG NGHỆ, THIẾT BỊ 2.1 Công nghệ WIFI 2.1.1 Giới thiệu WIFI .3 2.1.2 Nguyên tắc hoạt động Wifi 2.1.3.Ưu nhược điểm Wifi .4 2.1.4.Các chuẩn kết nối Wifi 2.2 Một số loại điều khiển thiết bị thông minh 2.2.1 Điều khiển thiết bị qua webserver 2.2.2 Điều khiển thiết bị qua tin nhắn điện thoại 2.2.3 Điều khiển thiết bị qua wifi 2.3 Các phiên Module thu phát wifi ESP8266 Sơ đồ chân 14 2.4 Tìm hiểu ARM COTEX M3 15 2.4.1 Tổng quan ARM COTEX 15 2.4.2 Các phiên kiến trúc ARM 16 2.4.3 Đơn vị xử lí trung tâm Cortex (Cortex CPU) .18 2.4.4 Kiến trúc hệ thống ARM CORTEX 23 2.4.5 Cấu trúc nhớ 23 2.5 Vi điều khiển STM32F103C8T6 24 2.6 LM2576 25 2.7 IC L298 27 2.8.LM1117 .28 2.9 Khái quát Rơ le 29 CHƯƠNG III THIẾT KẾ SẢN PHẨM .33 3.1 Sơ đồ khối, lưu đồ thuật toán 33 SVTH: Ngô Minh Đức-D12XLTH ii Mục lục EBOOKBKMT.COM 3.2 Nguyên lý làm việc 34 3.3 Phân tích thiết kế mạch 34 3.3.1 Mạch cho vi điều khiển .34 3.3.2 Khối nguồn 34 3.3.3 Mạch điều khiển 35 3.4 Thiết kế mạch 36 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 39 PHỤ LỤC 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 SVTH: Ngơ Minh Đức-D12XLTH iii Danh mục hình vẽ EBOOKBKMT.COM DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Wifi sử dụng thiết bị thông minh .3 Hình 2.2 Các kết nối WIFI Hình 2.3 Hình ảnh ưu điểm WIFI Hình 2.4 Các chuẩn kết nối WIFI Hình 2.5 Sơ đồ tổng quang hệ thống Hình 2.6 ESP-01 12 Hình 2.7 Sơ đồ chân ESP - 01 13 Hình 2.8 ESP-12 13 Hình 2.9 Sơ đồ chân ESP -12 .14 Hình 2.10 ESP - 07 .14 Hình 2.11 Sơ đồ chân ESP - 07 15 Hinh 2.12 Các phiên kiến trúc lõi ARM .16 Hình 2.13 Bộ xử lí Cortex đơn vị xử lí trung tâm Cortex .17 Hình 2.14 Kiến trúc đường ống ARM Cortex .18 Hình 2.15 Kiến trúc load store ARM Cortex-M3 18 Hình 2.16 Mơ hình lập trình ARM Cortex-M .19 Hình 2.17 Thanh ghi trạng thái chương trình CPU Cortex 19 Hình 2.18 Mơ hình hoạt động chế độ Thread Handler 20 Hình 2.19 Đồ thị biểu diễn hiệu xử lý Cortex 21 Hình 2.20 Bản đồ nhớ tuyến tính 4Gbyte xử lý Cortex-M 22 Hình 2.21 Hệ thống Bus nội ARM .23 Hình 2.22 Cấu trúc nhớ ARM 24 Hình 2.23 Sơ đồ chân ARM M3 25 Hình 2.24 IC LM2576 26 Hình 2.25 Sơ đồ cấu tạo LM2576 26 Hình 2.26 Hình ảnh L298 27 Hình 2.27 Hình ảnh cấu tạo L298 28 Hình 2.28 hình ảnh AMS1117 29 Hình 2.29 Hình ảnh Rơ le 10 A 30 Hình 2.30 Sơ đồ cấu tạo Rơ le 31 Hình 2.31 Sơ đồ kích thước Rơ le 12V chân 32 Hình 3.1 Sơ đồ khối mạch 33 SVTH: Ngơ Minh Đức-D12XLTH iv Danh mục hình vẽ EBOOKBKMT.COM Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán 33 Hình 3.3 Mạch ghép nối thạch anh cho vi điều khiển 34 Hình 3.4 Mạch reset cho vi điều khiển .34 Hình 3.5 Mạch nguồn 34 Hình 3.6 Mạch điều khiển Rơ le .35 Hình 3.7 Mạch điều khiển động 35 Hình 3.8 Mạch kết nối cho ESP8266_07 36 Hình 3.9 Mạch nguyên lý 36 Hình 3.10 Mạch in chế độ 2D 37 Hình 3.11 Mạch in 3D mặt sau 38 Hình 3.12 Mạch in 3D mặt trước .38 SVTH: Ngô Minh Đức-D12XLTH v Danh mục ký hiệu chữ viết tắt EBOOKBKMT.COM DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự sang số DAC Digital to Analog Converter Bộ chuyển đổi số sang tương tự DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số ITO Indium Tin Oxide Một hợp chất oxit thiếc SPI Serial Peripheral Interface Giao thức truyền thông SPI PCB Printed Circuit Board Bảng mạch in UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter Truyền thông nối tiếp không đồng USB Universal Serial Bus Chuẩn kết nối USB WIFI Wireless Fidelity Mạng không dây DMA Direct Memory Access Kênh truy nhập nhớ VDK Vi điều khiển SVTH: Ngô Minh Đức-D12XLTH vi Lời mở đầu EBOOKBKMT.COM LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển ngành điện tử ứng dụng điện tử giúp sáng tạo người trở thành thực Các lĩnh vực sống áp dụng thiết bị điện tử dường nhìn đâu gia đình có thiết bị điện tử Ngành điện tử ứng dụng điện tử tạo chỗ đứng khẳng định tầm quan trọng nhu cầu người Với ứng dụng cho hệ thống nhúng ngày trở nên phổ biến, từ ứng dụng đơn giản điều khiển chốt đèn giao thông định thời, đếm sản phẩm dây chuyền sản xuất, điều khiển tốc độ động điện chiều, đồng hồ thời gian thực.Đến ứng dụng phức tạp hệ thống điều khiển robot, kiểm soát nhà máy hệ thống kiểm soát máy lượng hạt nhân Các hệ thống tự động trước sử dụng nhiều công nghệ khác hệ thống tự động hoạt động nguyên lý khí Các thiết bị, hệ thống có chức xử lý mức độ tự động thấp so với hệ thống tự động đại xây dựng tảng hệ thống nhúng Trong nhiều năm trước, dòng vi điều khiển 8051 sinh viên dùng nhiều với tính đơn giản, dễ sử dụng; AVR sử dụng nhiều thi Robocon nhờ tốc độ sử lý cao, ổn định; PIC với ưu tốc độ cao, chi phí thấp nghiên cứu, sử dụng nhiều Nhưng vài năm trở lại đây, có dòng vi điều khiển mới, ngày nắm vị trí quan trọng lĩnh vực địi hỏi tốc độ xử lý cao, sản xuất dòng diện thoại di động smartphone, giám sát, an ninh… Đó họ vi điều khiển ARM Với nhiều hệ đời, với nhiều tính năng, cơng dụng khác Với nhiều tính vượt trội ARM xu lựa chọn dòng vi điều khiển Việt Nam nên đồ án tốt nghiệp này, giúp đỡ Cô Vũ Anh Đào, em thực đồ án “Ứng dụng lập trình điều khiển thiết bị qua wifi sử dụng chip ARM Cortex M3 STM32F103C8T6” Em xin chân thành cảm ơn cô Vũ Anh Đào tồn thể thầy khoa Kỹ thuật điện tử I tạo điều kiện giúp đỡ em trình thực đồ án tốt nghiệp SVTH: Ngô Minh Đức-D12XLTH Chương I: Giới thiệu đề tài EBOOKBKMT.COM CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài Ngày nay, công nghệ kết nối cần nhắc đến hiển nhiên Wifi – công nghệ kết nối không dây phổ biến Cũng tính phổ biến dạng kết nối mà tên Wifi thường bị lạm dụng để kết nối khơng dây nói chung Lí mà kết nối Wifi ưa chuộng đơn giản khả hoạt động hiệu phạm vi vài chục đến vài trăm mét mạng WLAN Và thời đại cơng nghiệp hóa đại hóa nay, việc phát minh chế tạo thiết bị thơng minh có khả điều khiển từ xa quan tâm hữu ích cho sống hàng ngày Vì mục tiêu cơng nghệ đại hóa ngày phát triển, định làm đồ án điều khiển thiết bị qua WIFI Khi dự án hoàn thành điều khiển thiết bị điện nhà thơng qua sóng WIFI, cách tương tác qua nút nhấn để hiển thị trạng thái hoạt động thiết bị giao diện Web Như vậy, dù nơi có sóng wifi sử dụng thiết bị kết nối với module điều khiển Khi dự án thành cơng áp dụng rộng rãi tiện lợi cho sống thường nhật, giúp cho đất nước ngày phát triển 1.2 Giới thiệu đề tài Nội dung đồ án bao gồm chương là: Chương I: Giới thiệu đề tài Chương II: Tìm hiểu linh kiện, cơng nghệ, thiết bị Chương III: Thiết kế sản phẩm thực 1.3 Giới hạn đề tài Vì em sử dụng thu phát cảm biến có khoảng cách khơng xa nên sử dụng phạm vi 20 30 mét Nếu có kiện em cải tiến để có độ bao phủ sóng wifi tới mức xa 1.4 Đối tượng nghiên cứu  Họ vi điều khiển ARM COTEX M3  Bộ thu wifi ESP8266 V7 SVTH: Ngơ Minh Đức-D12XLTH EBOOKBKMT.COM Chương II: Tìm hiểu linh kiện, cơng nghệ , thiết bị CHƯƠNG II TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN, CƠNG NGHỆ, THIẾT BỊ 2.1 Cơng nghệ WIFI 2.1.1 Giới thiệu WIFI Wifi mà mạng kết nối Internet không dây, từ viết tắt của Wireless Fidelity, sử dụng sóng vơ tuyến để truyền tín hiệu Loại sóng vơ tuyến tương tự sóng điện thoại, truyền hình radio Và hầu hết thiết bị điện tử ngày máy tính, laptop, điện thoại, máy tính bảng kết nối Wifi.  Hình 2.1 Wifi sử dụng thiết bị thông minh Kết nối Wifi dựa loại chuẩn kết nối IEEE 802.11, chủ yếu Wifi hoạt động băng tần 54 Mbps có tín hiệu mạnh khoảng cách 100 feet (gần 31 mét, bạn thử tưởng tượng tầng nhà lấy trung bình mét theo lý thuyết sóng wifi phát tầng bắt bạn tầng - theo lý thuyết) Cịn thực tế ngơi nhà thường có nhiều vật cản sóng, nên bạn cần đứng tầng tín hiệu yếu Lúc đầu Wifi phát triển cách để thay cáp Ethernet Cho đến thời điểm tại, Wifi trở thành công nghệ phổ biến cung cấp kết nối thiết bị Không giống máy thu FM xe ô tô, Wifi giao tiếp qua lại chủ yếu radio sử dụng điện thấp phát sóng khoảng cách ngắn SVTH: Ngơ Minh Đức-D12XLTH EBOOKBKMT.COM Chương II: Tìm hiểu linh kiện, công nghệ , thiết bị nhiều.Hai radio cho phép người dùng web tải liệu từ Internet upload thơng tin - chí địa submit thơng qua đếm trình duyệt giao tiếp chiều.Wifi phức tạp so với vô tuyến mặt đất Wifi sử dụng giao thức kết nối Internet (Internet Protocol) để giao tiếp Ngôn ngữ Internet tạo cấu trúc Wifi 2.1.2 Nguyên tắc hoạt động Wifi Để có sóng Wifi cần phải có phát Wifi - thiết bị modem, router Đầu vào, tín hiệu Internet nguồn (được cung cấp đơn vị ISP FPT, Viettel, VNPT, CMC nay) Thiết bị modem, router lấy tín hiệu Internet qua kết nối hữu tuyến chuyển thành tín hiệu vơ tuyến, gửi đến thiết bị sử dụng điện thoại smartphone, máy tính bảng, laptop Đây q trình nhận tín hiệu khơng dây (hay cịn gọi adapter) - card wifi laptop, điện thoại chuyển hóa thành tín hiệu Internet Và q trình hồn tồn thực ngược lại, nghĩa router, modem nhận tín hiệu vơ tuyến từ adapter giải mã chúng, gửi qua Internet Hình 2.2 Các kết nối WIFI 2.1.3.Ưu nhược điểm Wifi Hiện nay, có nhiều loại sóng kết nối internet sóng 3g, 4g,… Nhưng sóng wifi có nhiều ưu điểm trội Mạng wifi không dây không khác hệ thống mạng thơng thường Mạng cho phép người dùng truy xuất tài nguyên mạng địa điểm khu vực triển khai (home hay office) Với lượng gia tăng người sử dụng laptop điều tuyệt vời sử dụng mạng không dây đồng nghĩa với việc ta nói khơng với dây cáp cổ điển Ưu điểm di động: Cùng với phát triển mạng khơng dây cơng cộng, người sử dụng truy cập Internet nơi Ví dụ quán Café, người dùng truy cập Internet(mạng khơng dây) miễn phí SVTH: Ngơ Minh Đức-D12XLTH