Thiết kế ,xây dựng mạch điều khiển quang báo qua mạng wifi

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH .3 ĐẶT VẤN ĐỀ MƠ HÌNH TỔNG QUAN NỘI DUNG ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LED MA TRẬN 1.1 Tình hình nghiên cứu phát triển Bảng hiển thị Led điện tử giới: .10 1.2 Tình hình nghiên cứu, phát triển cơng nghệ Bảng hiển thị Led điện tử Việt Nam: 15 1.3 Tìm hiểu nguyên lý chung mạch quang báo: 18 CHƯƠNG 2 : MÔ HÌNH OSI 20 2.1 Mơ hình OSI lớp mơ hình OSI 20 2.1.1 Mơ hình OSI (Open Systems Interconnection Reference Model) 20 2.1.2 Các lớp mô hình OSI .21 a Tầng 7: Tầng ứng dụng( Application layer) .21 b Tầng 6: Tầng trình diễn( Presentation Layer) 22 c Tầng 5: Tầng phiên( Session Layer) 22 d Tầng 4: Tầng giao vận (Transport Layer) 22 e Tầng 3: Tầng mạng (Network Layer) .22 f Tầng 2: Tầng liên kết liệu (Data Link Layer) 23 g Tầng 1: Tầng vật lý: 23 2.2 Giao thức TCP/IP so sánh với mơ hình OSI .23 2.2.1 Giao thức TCP/IP 23 a Tầng ứng dụng (Application): 24 b Tầng giao vận (Transport): .24 c Tầng mạng(Network): 25 d Tầng liên kết liệu (Data link): .25 2.2.2 So sánh TCP/IP OSI 26 a.Giống nhau: .26 b.Khác 26 CHƯƠNG 3: MẠNG WIRELESS LAN (WLAN) 26 3.1 Wireless LAN 26 3.2 Lịch sử đời 27 3.3 Các mơ hình WLAN 27 3.3.1 Mơ hình mạng Ad hoc ( Independent Basic Service sets (IBSSs)) 28 3.3.2 Mơ hình mạng sở (Basic Service Sets BSSs) 28 3.3.3 Mơ hình mạng mở rộng (Extended Service Sets - ESSs) 29 3.4 Các thiết bị hạ tầng mạng không dây (WLAN) 30 3.4.1 Điểm truy cập AP(Access Point) .30 3.4.2 Các chế độ hoạt động AP 31 a Chế độ gốc (Root mode ) 31 b Chế độ cầu nối () 32 c Chế độ lắp (Repeater Mode) .33 3.4.3 Các thiết bị máy khách WLAN 34 a Card PCI Wireless 34 b Card PCMCIA Wireless 34 c Card USB Wireless 34 3.5 Bảo mật mạng không dây .35 3.5.1 Tại phải bảo mật mạng không dây (WLAN) 35 3.5.2 Chế độ mã hóa 36 3.5.3 Q trình mã hóa giải mã 37 a Mật mã dòng : 37 b Mã hóa theo khối 38 3.5.4 Thuật toán WEP : 39 a Khóa WEP 41 b Giải pháp WEP tối ưu .41 3.5.5 Các giải pháp bảo mật bật 42 a WLAN VPN .42 b TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) 43 c AES(Advanced Encryption Standard) 43 d 802.1x EAP 44 e WPA 44 f WPA2 45 g Lọc (Filtering) 45 CHƯƠNG 4 :THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH 47 4.1 Tổng quan hệ thống 47 4.2 Những yêu cầu toán thiết kế,xây dựng điều khiển bảng quang báo qua mạng WiFi 47 4.3 Lựa chọn giải pháp truyền thông .47 4.3.1 Hệ thống WLAN (Wireless Local Area Network) 48 4.3.2 Hệ thống truyền thông qua GPRS 51 4.3.3 Nhận xét 51 4.4 Phân tích lựa chọn thiết bị 51 4.4.1 Thiết bị truyền liệu không dây Modem WiFi ZG2100MC .51 a Chức ZG2100 MC .52 b Sơ đồ WiFi ZG2100MC 52 c Truyền thông nối tiếp SPI 54 d Giao thức FIFO 55 e Đọc FIFO 55 f Viết FIFO 55 g ROM/RAM/NVM 56 4.4.2 Giới thiệu họ vi điều khiển PIC 24HJXXXGPX06/X10 56 a Giới thiệu chung .56 b Sơ đồ cấu trúc bên PIC 24HJ 57 c DMA 58 d Bộ nhớ Flash .59 4.4.3 Giới thiệu vi điều khiển Pic 24HJ256GP210 61 a.Cấu hình dao động thạch anh .62 b.Các đặc tính ngoại vi bao gồm khối chức 63 c Ngôn ngữ lập trình cho PIC .63 d Giao tiếp USART .64 e.Truyền thông SPI .64 4.4.4 Bảng thị Led điện tử .66 a Mơ hình thử nghiệm 66 b Mơ hình thực tế 67 4.5 Các thiết bị phần cứng sử dụng mơ hình 70 4.5.1 Module Wifi ZG2100MC .70 4.5.2 Chip Pic 24HJ256GP210 71 4.5.3 Module led màu P16 72 4.5.4 Các linh kiện khác 72 4.6 Thiết kế xây dựng phần cứng 72 4.6.1 Module wifi ZG2100MC 73 4.6.2 Khối module điều khiển 73 a Khối module điều khiển trung tâm (CPU) 73 b Khối giao tiếp với module Wifi qua SPI 74 c Khối giao tiếp với bảng led ma trận 75 4.7 Thiết kế phần mềm 76 4.7.1 Phần mềm vi điều khiển 76 a Thuật toán nhận liệu 76 b Sơ đồ thuât toán quét led ma trận 77 4.7.2 Phần mềm PC 79 4.8 Giao diện điều khiển PC 80 4.9 Kết luận 81 a Những kết thu 81 b.Những ứng dụng triển khai định hướng phát triển đề tài 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC .84 Phụ lục 1: Code lập trình giao diện VB 84 Phụ lục 2: Code lập trình vi điều khiển 87 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Bảng hiển thị điện tử dùng thể thao Hình 1.2:Một số hình ảnh dùng hình Led để quảng cáo 10 Hình 1.3: Một số hình ảnh hình Led mà cơng ty họ tham gia 15 Hình 1.4: Màn hình Fullcoloure cơng ty Miền Đất Mới 16 Hình 1.6: Một số hình ảnh bảng điện tử ngân hàng,bảng chứng khốn .18 Hình 1.7: Mạch nguyên lý led ma trận 19 Hình 1.8:Hiện thị ký tự lên led ma trận 20 Hình 2.1 : Mơ hình OSI 21 Hình 2.2: So sánh giao thức TCP/IP mơ hình OSI 24 Hình 2.3 : Mơ hình so sánh TCP/IP OSI 26 Hình 3.1 : Mơ hình mạng Ad hoc 28 Hình 3.2 : Mơ hình mạng BSSs 29 Hình 3.3 Mơ hình ESSs 30 Hình 3.4 : Một số modem bán thị trường Việt Nam 31 Hinh 3.5 : Mơ hình chế độ Root mode 32 Hình 3.6 : Mơ hình AP chế độ Bridge Mode 33 Hình 3.7 : Mơ hình chế độ Repeater Mode 33 Hình 3.8 : Card PCI Wireless .34 Hình 3.9 : Card PCMCIA Wireless 34 Hình 3.10: Card USB Wireless 35 Hình 3.11 : Truy cập trái phép vào mạng không dây 36 Hình 3.12 : Chế độ mã hóa 37 Hình 3.13: Sơ đồ mã hóa liệu theo dịng 38 Hình 3.14: Mã hóa liệu theo khối 38 Hình 3.15 :Frame mã hóa WEP 39 Hình 3.16 : Tiến trình mã hóa giải mã WEP 40 Hình 3.17 : Mơ tả hoạt động ICV 41 Hình 3.18 : Mơ hình bảo mật WLAN VPN 43 Hình 3.19 Trước xác thực người dùng 44 Hình 3.20 Sau xác thực người dùng 44 Hình 3.21 Tiến trình xác thực địa MAC 46 Hình 3.22 Tiến trình lọc giao thức 46 Hình 4.1: Mơ hình tổng qt 47 Hình 4.2: Mơ hình mạng sử dụng Bluetooth thay cho cáp thơng thường 49 Hình 4.3: Module Wifi 52 Hình 4.4:Sơ đồ khối chức ZG2100MC 52 Hình 4.5: Sơ đồ board ZG2100MC .53 Hình 4.6: Kích thước module ZG2100MC 53 Hình 4.7: Sơ đồ thời gian chuyển từ trạng thái sang trạng thái khác .54 Hình 4.8: SPI Timing Waveform 55 Hình 4.9 : ZG2100MC FIFO Read Timing 55 Hình 4.10 : ZG2100MC FIFO Write Timing .56 Hình 4.11:Bảng so sánh loại chip họ 24HJ 57 Hình 4.12: Sơ đồ khố Pic 24HJxxxGPx06/x10 58 Hình 4.13:Bảng ghi địa 60 Hình 4.14: Sơ đồ chân 24HJ256GP210 62 Hình 4.15:Sơ đồ khối Pic 24HJ256GP210 63 Hình 4.16:Sơ đồ khối module SPI 65 Hình 4.17: Thanh ghi điều khiển modul SPI .65 Hình 4.18:: Thanh ghi điều khiển modul SPI 66 Hình 4.19:Sơ đồ mạch nguyên lý led 16x8(tự làm) .66 Hình 4.20: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 67 Hình 4.21:Mơ tả cách quét led ma trận sử dụng IC 74HC595 67 Hình 4.22 Module Led màu P16 68 Hình 4.23:Sơ đồ nguyên lý module P16 .69 Hình 4.25: Minh họa phương pháp quét theo hàng sử dụng IC74HC595 70 Hình 4.26: Module Wifi ZG2100MC 71 Hình 4.27: PIC 24HJ256GP210 71 Hình 4.28 :Module led P16 72 Hình 4.29: Module wifi 73 Hình 4.30: Vai trị module wifi giao thức TCP/IP .73 Hình 4.31 : Module chip điều khiển PIC 24HJ256GP210 74 Hình 4.32: Sơ đồ chân kết nối với module Wifi 74 Hình 4.33: Thuật toán quét led kinh điển .75 Hình 4.34: Lưu đồ thuật toán nhận liệu vi điều khiển .76 Hình 4.35: Lưu đồ thuật toán quét led ma trận .78 Hình 4.36: Lưu đồ thuật toán PC 79 Hình 4.37 :Giao diện phần mềm điều khiển bảng quang báo PC 80 Hình 4.38: Giao diện truyền kí tự từ máy tính xuống bảng quang báo 81 Hình 4.39 : Mơ hình điều khiển thiết bị cơng nghiệp 82 ĐẶT VẤN ĐỀ Xuất phát từ thực tế ngày nay,INTERNET ngày đóng vai trị quan trọng đời sống.Từ thơng số mà nhà cung cấp cho thấy số người đăng ký hịa mạng tăng lên ngày.Thơng tin mà INTERNET cung cấp cho người tiêu dùng đa dạng phong phú: thơng tin nhà đất,chứng khốn,văn hóa ,kĩ thuật …… Trong thơng tin chứng khốn nhu cầu cần thiết thời buổi nay.Bên cạnh trang web cung cấp thông tin trực tuyến INTERNET,thông tin từ nhà mạng viễn thơng,báo chí,truyền hình…….Một hình thức mà nhiều nhà đầu tư quan tâm cung cấp thông tin lên bảng quang báo Bảng quang báo (hay led ma trận ) thực khơng cịn q xa lạ tầng lớp sinh viên.Ngày trước, thông thường để cung cấp thông tin cho bảng quang báo thông qua cổng com(cổng truyền thông UART),bên cạnh nhiều hạn chế truyền thơng UART là:khơng tự động update thơng tin,phải sử dụng dây dẫn.Ngày nay,với phát triển mạnh mẽ thiết bị không dây : GPRS, GSM, WIFI, RF,Zigbee, Blutooth……hồn tồn thay đường truyền qua UART Trên sở kiến thức tích lũy năm học tập chuyên nghành Tự Động Hóa trường GTVT,cùng với hướng dẫn nhiệt tình thầy Đặng Quang Thạch em tìm hiểu,nghiên cứu hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài:”Thiết kế ,xây dựng mạch điều khiển quang báo qua mạng Wifi” Nhiệm vụ đề tài thiết kế hệ thống thu thập liệu từ phần mềm máy tính thị lên bảng quang báo thơng qua mạng wifi Em xin chân thành cảm ơn thầy,cô Bộ Mơn Điều Khiển Học tận tình giúp đỡ em suốt thời gian học tập làm đồ án.Đặc biệt,em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Đặng Quang Thạch tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Xin trân trọng cảm ơn! MƠ HÌNH TỔNG QUAN Hình 1: Mơ hình tổng quan hệ thống NỘI DUNG ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LED MA TRẬN Với phát triển mạnh mẽ khoa học kĩ thuật, người áp dụng thành tựu khoa học thúc đẩy phát triển mạnh mẽ kinh tế Trên giới hình thành nhiều tập đồn kinh tế, cơng ty lớn mạnh… Và để quảng bá hình ảnh thương hiệu nhiều tập đồn, cơng ty có nhiều cách khác để quảng bá hình ảnh thương hiệu Và đời Bảng thị Led điện tử hình thức quảng bá hình ảnh, thương hiệu mang lại nhiều hiệu Bảng thị Led điện tử hình thức thị nội dung, thơng tin, hình ảnh, video…thơng qua ánh sáng Có nhiều hình thức quảng cáo hình ảnh thương hiệu khác nhau: qua vô tuyến, radio, báo trí… Bảng thị Led điện tử mang lại hiểu chất lượng gia thành Bảng hiển thị Led điện tử sử dụng ánh sáng đèn Led để hiển thị nội dung thông tin, thay đổi nội dung thơng tin, hình ảnh cách dễ dàng Có nhiều kiểu Bảng hiển thị Led điện tử: - Bảng led màu - Bảng led ba màu - Bảng led fullcolor Với phát triển mạnh mẽ khoa học kĩ thuật, Bảng hiển thị Led điện tử kết hợp với thiết bị điều khiển khác để thay đổi nội dung thơng tin hiển thị, hình ảnh hay video, nhiều phương pháp khác: máy tính, bảng phím bấm Đặc biệt công nghệ không dây sử dụng để điều khiển Bảng hiển thị Led điện tử, như: GSM, WIFI, Internet… Hình ảnh số Bảng hiển thị Led điện tử giới: Hình 1.1: Bảng hiển thị điện tử dùng thể thao Hình 1.2:Một số hình ảnh dùng hình Led để quảng cáo 1.1 Tình hình nghiên cứu phát triển Bảng hiển thị Led điện tử giới: Hiện Bảng hiển thị Led điện tử trở lên phổ biến giới, Bảng điện tử xuất nơi Với đời công ty quảng cáo hàng đầu giới Bảng điện tử, đáp ứng nhu cầu ngày cang cao xa hội Ban đầu Bảng hiển thị Led đơn bảng màu, sau dần nhu cầu người tiêu dùng với phát triển mạnh mẽ khoa học kĩ thuật mà công nghệ Bảng điện tử ngày phát triển cao Dẫn đến đời Bảng hiển thị Led điện tử màu(RGB), nhiều màu(FULLCOLOR)…