1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

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

87 0 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Thiết Kế ,Xây Dựng Mạch Điều Khiển Quang Báo Qua Mạng Wifi
Định dạng
Số trang 87
Dung lượng 13,83 MB

Cấu trúc

  • CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LED MA TRẬN (7)
    • 1.1 Tình hình nghiên cứu phát triển Bảng hiển thị Led điện tử trên thế giới (10)
    • 1.2. Tình hình nghiên cứu, phát triển công nghệ Bảng hiển thị Led điện tử ở Việt Nam (15)
    • 1.3. Tìm hiểu nguyên lý chung mạch quang báo (18)
  • CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH OSI (20)
    • 2.1. Mô hình OSI và các lớp của mô hình OSI (20)
      • 2.1.1. Mô hình OSI (Open Systems Interconnection Reference Model) (20)
      • 2.1.2. Các lớp của mô hình OSI (21)
    • 2.2. Giao thức TCP/IP và so sánh với mô hình OSI (23)
      • 2.2.1. Giao thức TCP/IP (23)
      • 2.2.2. So sánh giữa TCP/IP và OSI (26)
  • CHƯƠNG 3: MẠNG WIRELESS LAN (WLAN) (26)
    • 3.1. Wireless LAN là gì (26)
    • 3.2. Lịch sử ra đời (27)
    • 3.3. Các mô hình WLAN (28)
      • 3.3.1. Mô hình mạng Ad hoc ( Independent Basic Service sets (IBSSs)) (28)
      • 3.3.2. Mô hình mạng cơ sở (Basic Service Sets BSSs) (28)
      • 3.3.3. Mô 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 của AP (31)
      • 3.4.3. Các thiết bị máy khách trong WLAN (33)
    • 3.5 Bảo mật mạng không dây (35)
      • 3.5.1 Tại sao phải bảo mật mạng không dây (WLAN) (35)
      • 3.5.2 Chế độ mã hóa (36)
      • 3.5.3. Quá trình mã hóa và giải mã (37)
      • 3.5.4. Thuật toán WEP (38)
      • 3.5.5. Các giải pháp bảo mật nổi bật (42)
  • CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH (47)
    • 4.1. Tổng quan về hệ thống (47)
    • 4.2. Những yêu cầu đối với bài toán thiết kế,xây dựng điều khiển bảng quang báo qua mạng WiFi (47)
    • 4.3. Lựa chọn các 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 và lựa chọn thiết bị (51)
      • 4.4.1. Thiết bị truyền dữ liệu không dây Modem WiFi ZG2100MC (51)
      • 4.4.2. Giới thiệu họ vi điều khiển PIC 24HJXXXGPX06/X10 (56)
      • 4.4.3. Giới thiệu vi điều khiển Pic 24HJ256GP210 (61)
      • 4.4.4. Bảng hiện thị Led điện tử (66)
    • 4.5. Các thiết bị phần cứng được sử dụng trong mô hình (70)
      • 4.5.1. Module Wifi ZG2100MC (70)
      • 4.5.2. Chip Pic 24HJ256GP210 (71)
      • 4.5.3. Module led 3 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)
    • 4.7. Thiết kế phần mềm (76)
      • 4.7.1. Phần mềm trên vi điều khiển (76)
      • 4.7.2. Phần mềm trên PC (79)
    • 4.8. Giao diện điều khiển trên PC (80)
    • 4.9. Kết luận (81)
  • TÀI LIỆU THAM KHẢO (83)
  • PHỤ LỤC (84)
    • Hinh 3.5 Mô hình chế độ Root mode (0)

Nội dung

TỔNG QUAN VỀ LED MA TRẬN

Tình hình nghiên cứu phát triển Bảng hiển thị Led điện tử trên thế giới

Hiện nay Bảng hiển thị Led điện tử đã trở lên phổ biến trên thế giới, Bảng điện tử xuất hiện ở mọi nơi Với sự ra đời của những công ty quảng cáo hàng đầu thế giới về Bảng điện tử, đáp ứng nhu cầu ngày cang cao của xa hội Ban đầu Bảng hiển thị Led đơn thuần là những bảng một màu, sau dần do nhu cầu của người tiêu dùng cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật mà công nghệ Bảng điện tử ngày càng phát triển cao hơn Dẫn đến sự ra đời của Bảng hiển thị Led điện tử 3 màu(RGB), nhiều màu(FULLCOLOR)…

- Bảng hiển thị Led điện tử một màu cho phép hiển thị nội dung thông tin trên nền ánh sáng đơn sắc.

- Bảng hiển thị Led điện tử 3 màu cho phép hiển thị nội dung thông tin 3 màu: RED, GREEN, YELOW.

- Bảng hiện thị Led điện tử nhiều màu(FULLCOLOR) cho phép hiển thị nội dung thông tin, hình ảnh video…

Hình ảnh một số Bảng hiển thị Led điện tử trên thế giới, và một số công ty chuyên sản xuất Bảng hiển thị Led điện tử:

- Công ty Shenzhen Huahai Chengxin Electronic Display Technology TEL:+86-755-86230591, Email:overseas@huahai-led.com Add:LongHua Town, BaoAn District,Shenzhen

Customer Technical Service Center(USA) TEL:+1-786-325-9645 Email:miami@huahai-led.com Add:6968 N.W.50 Street,Miami , FL

- Công ty Beijing Huasun Optoelectronic Science

E-MAIL : Yuchao622 AT hotmail com

Hay trên các sân vận động:

Hình 1.3: Một số hình ảnh về màn hình Led mà các công ty họ đã tham gia

Bảng điện tử trở thành nhu cầu quan trọng, đặc biệt công nghệ Bảng điện tử ngoài sự phong phu về hình thức, nội dung thì Bảng điện tử kết hợp với công nghệ truyền tin không dây: WIFI, mạng thông tin di động(GSM)… Bảng hiển thị Led điện tử không thể thiếu trong thị trường chứng khoán, trong các ngân hàng hay các công ty…

Tình hình nghiên cứu, phát triển công nghệ Bảng hiển thị Led điện tử ở Việt Nam

Hiện nay công nghệ Bảng hiển thị Led điện tử phát triển rất mạnh mẽ ở Việt Nam Xuất hiện nhiều công ty chuyên sản xuất Bảng hiển thị Led điện tử:

- Công ty Cổ Phần Phú Thành Địa chỉ: 304 Trường Chinh - Đống Đa - Hà Nội

Email: sales@phuthanh.com.vn - sales@phuthanhled.vn

- Công ty TNHH Miền Đất Mới Địa chỉ: 126A1/2 Hoàng quốc Việt- Cầu Giấy-Hà Nội Hà nội Điện thoại: 08 4 7553786

Website: www.miendatmoi.com.vn

Công nghệ Bảng hiển thị Led điện tử ở Việt Nam phát triển mạnh mẽ:

- Bảng hiển thị Led điện tử một màu.

- Bảng hiển thị Led điện tử ba màu.

- Bảng hiển thị Led điện tử nhiều màu(FULLCOLOR).

Thị trường Bảng hiển thị Led điện tử ngày càng mở rộng, Bảng hiển thị Led điện tử xuất hiện rất nhiều như: bảng tỉ giá ngân hàng, bảng chứng khoán, hay các bảng quảng cáo… Nhưng hiện nay công nghệ không dây chưa được ứng dụng nhiều vào Bảng điện hiển thị Led điện tử ở Việt Nam Các công ty chuyên sản xuất Bảng hiển thị Led điện tử cũng chưa ứng dụng công nghệ không dây: GSM, WIFI, Internet… vào Bảng hiển thị Led điện tử.

Một số hình ảnh Bảng hiển thị Led điện tử ở Việt Nam:

Màn hình Led điện tử quảng cáo của các công ty.

Hình 1.4: Màn hình Fullcoloure của công ty Miền Đất Mới

Hình 1.5: Các biển quảng cáo chào mừng

Bảng Hiển thị Led điện tử trong các ngân hàng, hay bảng chứng khoán.

Hình 1.6: Một số hình ảnh về bảng điện tử ở ngân hàng,bảng chứng khoán

Tìm hiểu nguyên lý chung mạch quang báo

Giống như quét màn hình của máy tính,việc hiển thị led ma trận bằng 2 cách là : quét theo hàng hay quét theo cột.Mỗi một led trên ma trận được coi là 1 điểm ảnh.Địa chỉ mỗi điểm ảnh này được xác định bởi mạch giải mã hàng và mạch giải mã cột.

Như vậy tại mỗi 1 thời điểm ta xác định trạng thái của một số điểm ảnh nhất định.Để hiển thị các điểm ảnh tiếp theo thì ta phải tắt các trạng thái của điểm ảnh cũ để bật trạng thái của điểm ảnh mới.Vì mắt người chỉ nhận biết được tối đa 24 hình/s do đó nếu tốc độ quét lớn hơn thời gian đó thì mắt người không thể nhận biết được sự thay đổi đó.Do vậy mà ta mới có thể nhìn toàn bộ hình ảnh cần hiển thị

Ta có sơ đồ khối : Để thực hiện được quét hàng và quét cột thì ma trận LED được thiết kế như sau :

 Các LED trên cùng 1 hàng sẽ được nối các chân Anot (chân dương) với nhau

 Các LED trên cùng 1 cột sẽ được nối các chân Catot (chân âm) với nhau.

Ta có thể mô hình đơn giản như ma trận LED 8x8 sau :

Hình 1.7: Mạch nguyên lý led ma trận

Với mô hình đơn giản như trên ta có 2 thuật toán quét để hiện thị

- Thuật toán quét theo hàng

- Thuật toán quét theo cột

Tùy thuộc vào từng bài toán cụ thể mà ta ứng dụng quét theo hàng hay theo cột,sao cho thỏa mãn yêu cầu là hiện thị đúng dữ liệu cần hiện thị và led hiện thị không bị nháy.

VD :Hiển thị chữ trên ma trận

Hình 1.8:Hiện thị ký tự lên led ma trận Để có thể hiện thị chữ như ý muốn thì ta phải bật vị trí các đèn tại vị trí tương ứng cần hiển thị.

Các phương pháp quét ma trận sẽ trình bày cụ thể ở các chương tiếp theo

MÔ HÌNH OSI

Mô hình OSI và các lớp của mô hình OSI

2.1.1 Mô hình OSI (Open Systems Interconnection Reference Model) là một thiết kế dựa vào nguyên lí tầng cấp lí giải kỹ thuật kết nối, truyền thông giữa các máy tính và thiết kế giao thức mạng giữa chúng.

Mô hình OSI chia chức năng của một giao thức ra thành 7 tầng Mỗi tầng cấp có một đặc tính là chỉ sử dụng các chức năng của tầng dưới nó, đồng thời nó chỉ cho phép các tầng trên sử dụng các chức năng của mình Một hệ thống cài đặt các giao thức bao gồm một chuỗi tầng nói trên được gọi là chồng giao thức( protocol stack) Chồng giao thức có thể được cài đặt trên phần cứng hoặc phần mềm hoặc là tổ hợp của cả 2 Thông thường chỉ có các tầng thấp hơn được cài đặt trong phần cứng, còn những tầng khác được cài đặt trên phần mềm.

Tính năng chính của mô hình OSI là quy định về giao diện giữa các tầng cấp, tức là quy định, đặc tả phương pháp các tầng liên lạc với nhau Điều này có nghĩa là cho dù các tầng cấp được soạn thảo và thiết kế bởi các nhà sản xuất, các công ty khác nhau, nhưng khi được ráp lại chúng vẫn có thể làm việc một cách dung hòa

Mô hình tham chiếu OSI có cấu trúc 7 tầng Mô hình này được định nghĩa bởi Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế(International Organization for

Standardization) trong tiêu chuẩn số 7498-1 Hiện nay chỉ có một phần của mô hình OSI được sử dụng Người ta cho rằng đại bộ phận các đặc tả của OSI quá phức tạp, cài đặt đầy đủ các chức năng của nó đòi hỏi một thời gian dài

2.1.2 Các lớp của mô hình OSI

Hình 2.1 : Mô hình OSI a Tầng 7: Tầng ứng dụng( Application layer)

Nó cung cấp phương tiện cho người dùng truy cập các thông tin và dữ liệu trên mạng thông qua chương trình ứng dụng Tầng này là giao diện chính để người sử dụng tương tác với các chương trình ứng dụng như Telnet, FTP, HTTP, SMTP b Tầng 6: Tầng trình diễn( Presentation Layer)

Tầng trình diễn biến đổi dữ liệu để cung cấp một giao diện tiêu chuẩn cho tầng ứng dụng, nó thực hiện các tác vụ như mã hóa dữ liệu sang dạng MIME, nén dữ liệu và thao tác tương tự đối với biểu diễn dữ liệu theo như cách mà chuyên viên phát triển giao thức hoặc dịch vụ cho là thích hợp. c Tầng 5: Tầng phiên( Session Layer)

Tầng này kiểm soát các phiên hội thoại của máy tính, tầng này thiết lập quản lí và kết thúc các kết nối giữa trình ứng dụng địa phương và trình ứng dụng ở xa Tầng này còn hỗ trợ hoạt động song công(full-duplex) hoặc bán song công( Half-duplex) và thiết lập các quy trình đánh dấu điểm hoàn thành – giúp việc truyền thông nhanh hơn khi có lỗi xảy ra, vì điểm đã hoàn thành đã được đánh dấu - trì hoãn (adjournment), kết thúc (termination) và khởi động lại (restart)

Mô hình OSI uỷ nhiệm cho tầng này trách nhiệm "ngắt mạch nhẹ nhàng" (graceful close) các phiên giao dịch (một tính chất của giao thức kiểm soát giao vận TCP) và trách nhiệm kiểm tra và phục hồi phiên, đây là phần thường không được dùng đến trong bộ giao thức TCP/IP. d Tầng 4: Tầng giao vận (Transport Layer)

Tầng giao vận cung cấp dịch vụ chuyên dụng chuyển dữ liệu giữa các người dùng tại đầu cuối, nhờ đó các tầng trên không phải quan tâm đến việc cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu đáng tin cậy và hiệu quả Tầng giao vận kiểm soát độ tin cậy của một kết nối được cho trước Một số giao thức có định hướng trạng thái và kết nối (state and connection orientated) Có nghĩa là tầng giao vận có thể theo dõi các gói tin và truyền lại các gói bị thất bại Một ví dụ điển hình của giao thức tầng 4 là TCP Tầng này là nơi các thông điệp được chuyển sang thành các gói tin TCP hoặc UDP Ở tầng 4 địa chỉ được đánh là address ports, thông qua address ports để phân biệt được ứng dụng trao đổi. e Tầng 3: Tầng mạng (Network Layer)

Tầng mạng cung cấp các chức năng và qui trình cho việc truyền các chuỗi dữ liệu có độ dài đa dạng, từ một nguồn tới một đích, thông qua một hoặc nhiều mạng, trong khi vẫn duy trì chất lượng dịch vụ

(quality of service) mà tầng giao vận yêu cầu Tầng mạng thực hiện chức năng định tuyến, Các thiết bị định tuyến (router) hoạt động tại tầng này — gửi dữ liệu ra khắp mạng mở rộng, làm cho liên mạng trở nên khả thi (còn có thiết bị chuyển mạch (switch) tầng 3, còn gọi là chuyển mạch IP) Đây là một hệ thống định vị địa chỉ lôgic (logical addressing scheme) – các giá trị được chọn bởi kỹ sư mạng Hệ thống này có cấu trúc phả hệ Ví dụ điển hình của giao thức tầng 3 là giao thức IP. f Tầng 2: Tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer)

Tầng liên kết dữ liệu cung cấp các phương tiện có tính chức năng và quy trình để truyền dữ liệu giữa các thực thể mạng, phát hiện và có thể sửa chữa các lỗi trong tầng vật lý nếu có Cách đánh địa chỉ mang tính vật lý, nghĩa là địa chỉ (địa chỉ MAC) được mã hóa cứng vào trong các thẻ mạng (network card) khi chúng được sản xuất Hệ thống xác định địa chỉ này không có đẳng cấp (flat scheme) Chú ý: Ví dụ điển hình nhất là Ethernet Những ví dụ khác về các giao thức liên kết dữ liệu (data link protocol) là các giao thức HDLC; ADCCP dành cho các mạng điểm-tới-điểm hoặc mạng chuyển mạch gói (packet- switched networks) và giao thức Aloha cho các mạng cục bộ Trong các mạng cục bộ theo tiêu chuẩn IEEE 802, và một số mạng theo tiêu chuẩn khác, chẳng hạn FDDI, tầng liên kết dữ liệu có thể được chia ra thành 2 tầng con: tầng MAC (Media Access Control - Điều khiển Truy nhập Đường truyền) và tầng LLC (Logical Link Control - Điều khiển Liên kết Lôgic) theo tiêu chuẩn IEEE 802.2.

Tầng liên kết dữ liệu chính là nơi các cầu nối (bridge) và các thiết bị chuyển mạch (switches) hoạt động Kết nối chỉ được cung cấp giữa các nút mạng được nối với nhau trong nội bộ mạng Tuy nhiên, có lập luận khá hợp lý cho rằng thực ra các thiết bị này thuộc về tầng 2,5 chứ không hoàn toàn thuộc về tầng 2. g Tầng 1: Tầng vật lý:

Giao thức TCP/IP và so sánh với mô hình OSI

Như nhiều bộ giao thức khác, bộ giao thức TCP/IP có thể được coi là một tập hợp các tầng, mỗi tầng giải quyết một tập các vấn đề có liên quan đến việc truyền dữ liệu, và cung cấp cho các giao thức tầng cấp trên một dịch vụ được định nghĩa rõ ràng dựa trên việc sử dụng các dịch vụ của các tầng thấp hơn Về mặt lôgic, các tầng trên gần với người dùng hơn và làm việc với dữ liệu trừu tượng hơn, chúng dựa vào các giao thức tầng cấp dưới để biến đổi dữ liệu thành các dạng mà cuối cùng có thể được truyền đi một cách vật lý.

Hình 2.2: So sánh giao thức TCP/IP và mô hình OSI

Giao thức TCP/IP cũng có cấu trúc giống mô hình OSI nhưng có ít hơn 3 tầng, TCP/IP chỉ có 4 tầng : Tầng ứng dụng( Application), tầng giao vận( Transport ), tầng mạng( Network ), tầng liên kết dữ liệu( Data Link)

Mô hình TCP/IP gọn nhẹ hơn so với OSI và có những biến đổi phù hợp với thực tế hơn a Tầng ứng dụng (Application): bao gồm nhiều giao thức cấp cao Trước đây người ta sử dụng các áp dụng đầu cuối ảo như TELNET, FTP, SMTP Sau đó nhiều giao thức đã được định nghĩa thêm vào như DNS, HTTP b Tầng giao vận (Transport):

Nhiệm vụ giống như phần giao vận của OSI nhưng có hai giao thức được dùng tới là TCP và UDP. c Tầng mạng(Network):

Chịu trách nhiệm chuyển gói dữ liệu từ nơi gửi đến nơi nhận, gói dữ liệu có thể phải đi qua nhiều mạng (các chặng trung gian) Tầng liên kết dữ liệu thực hiện truyền gói dữ liệu giữa hai thiết bị trong cùng một mạng, còn tầng mạng đảm bảo rằng gói dữ liệu sẽ được chuyển từ nơi gửi đến đúng nơi nhận Tầng này định nghĩa một dạng thức của gói và của giao thức là IP. d Tầng liên kết dữ liệu (Data link):

Sử dụng để truyền dữ liệu trên trường vật lý.Hai giao thức quan trọng nhất trong mô hình TCP/IP là TCP và UDP

Các ứng dụng gửi các dòng gồm các byte 8-bit tới TCP để chuyển qua mạng TCP phân chia dòng byte này thành các đoạn (segment) có kích thước thích hợp TCP kiểm tra để đảm bảo không có gói tin nào bị thất lạc bằng cách gán cho mỗi gói tin một "số thứ tự" (sequence number)

Số thứ tự này còn được sử dụng để đảm bảo dữ liệu được trao cho ứng dụng đích theo đúng thứ tự.TCP đảm bảo độ tin cậy truyền thông bằng cách yêu cầu máy trạm khi nhận dữ liệu phải phản hồi cho máy trạm gửi biết những segment nào đã nhận được, segment nào bị lỗi để máy gửi tiếp tục gửi những segment mới hoặc gửi lại những segment bị lỗi. Gói tin hồi báo này gọi là ACK Nếu đường truyền bị lỗi quá nặng, các gói tin hồi báo này không đến được máy gửi thì sau một khoảng thời gian, segment sẽ được truyền lại, và nếu một segment được truyền lại quá nhiều lần, TCP sẽ ngắt kết nối với máy nhận và dừng việc truyền lại TCP hỗ trợ nhiều giao thức ứng dụng phổ biến nhất trên Internet và các ứng dụng kết quả, trong đó có WWW, thư điện tử và Secure Shell Cổng mà TCP định ra để cho các ứng dụng gửi và nhận dữ liệu là một số 16 bit

UDP không có cơ chế kiểm soát lỗi bằng tín hiệu ACK do đó cơ chế kiểm soát lỗi do lớp ứng dụng đảm nhận Giao thức UDP phù hợp với các ứng dụng yêu cầu tốc độ nhanh và chấp nhận được tỉ lệ lỗi ở mức nào đó Những ứng dụng phổ biến sử dụng UDP như DNS (Domain Name System), ứng dụng streaming media, Voice over IP, Trivial File Transfer Protocol (TFTP), và game trực tuyến UDP dùng cổng để cho phép các giao tiếp với ứng dụng, giá trị của cổng được xác đinh trong khoảng 0-65535

2.2.2 So sánh giữa TCP/IP và OSI

Hình2.3 : Mô hình so sánh giữa TCP/IP và OSI a.Giống nhau:

 Cả hai đều có kiến trúc phân lớp

 Đều có tầng ứng dụng (Application) mặc dù các dịch vụ ở mỗi tầng khác nhau

 Đều có các tầng vận chuyển (Transport) và tầng mạng (Network)

 Sử dụng kĩ thuật chuyển packet(packet-switched) b.Khác nhau

 Mô hình TCP/IP kết hợp tầng trình bày (Presentation) và tầng phiên (Session) vào trong tầng ứng dụng (Application)

 Mô hình TCP/IP kết hợp tầng liên kết(Data Link )và tầng vật lý(Physical) và trong 1 tầng

 Mô hình TCP/IP đơn giản hơn bởi có tầng ít hơn

 TCP/IP được chuẩn hóa và được sử dụng phổ biến trên toàn thế giới.

MẠNG WIRELESS LAN (WLAN)

Wireless LAN là gì

WLAN là một loại mạng máy tính nhưng việc kết nối giữa các thành phần trong mạng không sử dụng các loại cáp như mạng thông thường,môi trường truyền thông của các thành phần trong mạng là không khí.Các thành phần trong mạng sử dụng sóng điện từ để truyền thông với nhau.

Lịch sử ra đời

Công nghệ WLAN lần đầu tiên xuất hiện vào cuối năm 1990, khi những nhà sản xuất giới thiệu những sản phẩm hoạt động trong băng tần 900Mhz

Những giải pháp này (không được thống nhất giữa các nhà sản xuất) cung cấp tốc độ truyền dữ liệu 1Mbps, thấp hơn nhiều so với tốc độ 10Mbps của hầu hết các mạng sử dụng cáp hiện thời

Năm 1992, những nhà sản xuất bắt đầu bán những sản phẩm WLAN sử dụng băng tần 2.4Ghz Mặc dầu những sản phẩm này đã có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn nhưng chúng vẫn là những giải pháp riêng của mỗi nhà sản xuất không được công bố rộng rãi Sự cần thiết cho việc hoạt động thống nhất giữa các thiết bị ở những dãy tần số khác nhau dẫn đến một số tổ chức bắt đầu phát triển ra những chuẩn mạng không dây chung

Năm 1997, Institute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE) đã phê chuẩn sự ra đời của chuẩn 802.11, và cũng được biết với tên gọi WIFI

(Wireless Fidelity) cho các mạng WLAN Chuẩn 802.11 hỗ trợ ba phương pháp truyền tín hiệu, trong đó có bao gồm phương pháp truyền tín hiệu vô tuyến ở tần số 2.4Ghz.

Năm 1999, IEEE thông qua hai sự bổ sung cho chuẩn 802.11 là các chuẩn

802.11a và 802.11b (định nghĩa ra những phương pháp truyền tín hiệu) Và những thiết bị WLAN dựa trên chuẩn 802.11b đã nhanh chóng trở thành công nghệ không dây vượt trội Các thiết bị WLAN 802.11b truyền phát ở tần số 2.4Ghz, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tới 11Mbps IEEE 802.11b được tạo ra nhằm cung cấp những đặc điểm về tính hiệu dụng, thông lượng (throughput) và bảo mật để so sánh với mạng có dây

Năm 2003, IEEE công bố thêm một sự cải tiến là chuẩn 802.11g mà có thể truyền nhận thông tin ở cả hai dãy tần 2.4Ghz và 5Ghz và có thể nâng tốc độ truyền dữ liệu lên đến 54Mbps Thêm vào đó, những sản phẩm áp dụng 802.11g cũng có thể tương thích ngược với các thiết bị chuẩn 802.11b Hiện nay chuẩn 802.11n đã đạt đến tốc độ 108Mbps-300Mbps.

Các mô hình WLAN

 Mô hình mạng độc lập (IBSSs) hay mạng Ad hoc

 Mô hình mạng cơ sở (BSSs)

 Mô hình mạng mở rộng (ESSs)

3.3.1 Mô hình mạng Ad hoc ( Independent Basic Service sets (IBSSs)) Đó là sự tạo mạng của các máy tính ( máy tính có hỗ trợ card mạng không dây) tập trung lại trong 1 không gian nhỏ liên kết trực tiếp với nhau không thông qua AP.Chúng sử dụng kết nối ngang cấp (peer- to - peer) giữa chúng.Ưu điểm của mạng này là kết nối nhanh và dễ dàng nên thường được thiết lập mà không cần 1 công cụ kĩ thuật nào.Tuy nhiên chúng tồn tại nhược điểm về vùng phủ sóng bị giới hạn ,mọi người sử dụng đểu phải nghe được lẫn nhau.

Hình 3.1 : Mô hình mạng Ad hoc 3.3.2 Mô hình mạng cơ sở (Basic Service Sets BSSs)

Mô hình này bao gồm điểm truy cập AP (Access Point) gắn với mạng đường trục hữu tuyến và giao tiếp với cac thiết bị di động trong vùng phủ sóng của 1 AP.Khi đo mỗi AP đóng vai trò điều khiển lưu lượng tới mạng.Các thiết bị di động không giao tiếp trực tiếp với nhau mà giao tiếp thông qua AP.

Hình 3.2 : Mô hình mạng BSSs.

3.3.3 Mô hình mạng mở rộng (Extended Service Sets - ESSs) Đó là mạng 802.11 mở rộng phạm vi di động tới 1 phạm vi bất kì thông qua ESSs Một ESSs là môt tập hợp các BSSs nơi mà các AP giao tiếp với nhau để chuyển lưu lượng từ 1 ESSs này đến 1 ESSs khác.Để viêc di chuyển dễ dàng giữa các trạm,AP thực hiện việc giao tiếp thong qua hệ thống phân phối.Hệ thống phân phối là 1 lớp mỏng trong mỗi AP mà nó xác định đích đến cho 1 lưu lượng được nhận từ 1 AP khác.Hệ thống phân phối được tiếp sóng trở lại 1 đích trong cùng 1 AP,chuyển tiếp trên hệ thống phân phối tới 1 AP khác hay gửi tới 1 mạng có dây tới đích không nằm trong ESSs.

Các thiết bị hạ tầng mạng không dây (WLAN)

3.4.1 Điểm truy cập AP(Access Point)

Cung cấp cho các máy khách 1 điêm truy cập vào mạng.AP là 1 thiết bị song công (Full duplex) có mức độ thông minh tương đương với 1 thiết bị chuyển mạch Ethernet phức tạp (Switch)

Hình 3.4 : Một số modem hiện đang bán trên thị trường Việt Nam

3.4.2 Các chế độ hoạt động của AP

AP có thể giao tiếp với các máy không dây,với mạng có dây truyền thống và với các AP khác.Có 3 chế độ hoạt động chính của AP: a Chế độ gốc (Root mode ) Được sử dụng khi AP được kết nối với mạng backbone có dây thông qua giao diện có dây (Ethernet) của nó.Hầu hết các AP sẽ hỗ trợ các chế độ khác ngoài chế độ Root mode này.Tuy nhiên chế độ Root mode này là chế độ mặc định.Khi có 1 AP được kết nối có dây thông qua cổng Ethernet của nó,nó sẽ được cấu hình để hoạt động chế độRoot mode.Khi ở chế độ này,các AP được kết nối với cùng 1 hệ thống phân phối có dây có thể nói chuyện được với nhau thông phân đoạn có dây Các máy khách (Client) không dây có thể giao tiếp với các Client không dây khác nắm trong vùng phủ sóng của AP khác thông qua AP tương ứng mà nó kết nối vào.Sau đó các AP này sẽ giao tiếp với nhau thông qua phân đoạn có dây

Hinh 3.5 : Mô hình chế độ Root mode b Chế độ cầu nối ()

Trong chê độ cầu nối ,AP hoạt động hoàn toàn giống với 1 cầu nối không dây.AP trở thành 1 cầu nối không dây khi được cấu hình theo cách này.Hiên tại trên thị trường Việt Nam chỉ có 1 số ít AP hỗ trợ chức năng này.

Hình 3.6 : Mô hình AP ở chế độ Bridge Mode c Chế độ lắp (Repeater Mode)

Là chế độ AP có khả năng tiếp nhận tín hiệu từ 1 AP khác để phát tín hiệu

Hình 3.7 : Mô hình chế độ Repeater Mode 3.4.3 Các thiết bị máy khách trong WLAN

Là những thiết bị WLAN được các máy khách sử dụng để kết nối vào WLAN a Card PCI Wireless

Là thành phần phổ biến nhất trong WLAN Dùng để kết nối các máy khách vào hệ thống mạng không dây Được cắm vào khe PCI trên máy tính Loại này được sử dụng phổ biến cho các máy tính để bàn(desktop) kết nối vào mạng không dây.

Hình 3.8 : Card PCI Wireless b Card PCMCIA Wireless

Trước đây được sử dụng trong các máy tính xách tay(laptop) và cácthiết bị hỗ trợ cá nhân số PDA(Personal Digital Associasion) Hiện nay nhờ sự phát triển của công nghệ nên PCMCIA wireless ít được sử dụng vì máy tính xách tay và PDA,… đều được tích hợp sẵn Card Wireless bên trong thiết bị.

Hình3.9 : Card PCMCIA Wireless c Card USB Wireless

Loại rất được ưu chuộng hiện nay dành cho các thiết bị kết nối vào mạng không dây vì tính năng di động và nhỏ gọn Có chức năng tương tự như Card PCI Wireless, nhưng hỗ trợ chuẩn cắm là

USB.Có thể tháo lắp nhanh chóng (không cần phải cắm cố định như Card PCI Wireless) và hỗ trợ cắm khi máy tính đang hoạt động.

Bảo mật mạng không dây

3.5.1 Tại sao phải bảo mật mạng không dây (WLAN) Để kết nối tới một mạng LAN hữu tuyến ta cần phải truy cập theo đường truyền bằng dây cáp, phải kết nối một PC vào một cổng mạng Với mạng không dây ta chỉ cần có máy của ta trong vùng sóng bao phủ của mạng không dây Điều khiển cho mạng có dây là đơn giản.Để kết nối tới một mạng LAN hữu tuyến ta cần phải truy cập theo đường truyền bằng dây cáp, phải kết nối một PC vào một cổng mạng Với mạng không dây ta chỉ cần có máy của ta trong vùng sóng bao phủ của mạng không dây Điều khiển cho mạng có dây là đơn giản: đường truyền bằng cáp thông thường được đi trong các tòa nhà cao tầng và các port không sử dụng có thể làm cho nó disable bằng các ứng dụng quản lý Các mạng không dây (hay vô tuyến) sử dụng sóng vô tuyến xuyên qua vật liệu của các tòa nhà và như vậy sự bao phủ là không giới hạn ở bên trong một tòa nhà Sóng vô tuyến có thể xuất hiện trên đường phố, từ các trạm phát từ các mạng LAN này, và như vậy ai đó có thể truy cập nhờ thiết bị thích hợp Do đó mạng không dây của một công ty cũng có thể bị truy cập từ bên ngoài tòa nhà công ty của họ.đường truyền bằng cáp thông thường được đi trong các tòa nhà cao tầng và các port không sử dụng có thể làm cho nó disable bằng các ứng dụng quản lý Các mạng không dây (hay vô tuyến) sử dụng sóng vô tuyến xuyên qua vật liệu của các tòa nhà và như vậy sự bao phủ là không giới hạn ở bên trong một tòa nhà Sóng vô tuyến có thể xuất hiện trên đường phố, từ các trạm phát từ các mạng LAN này, và như vậy ai đó có thể truy cập nhờ thiết bị thích hợp Do đó mạng không dây của một công ty cũng có thể bị truy cập từ bên ngoài tòa nhà công ty của họ.

Hình 3.11 : Truy cập trái phép vào mạng không dây Để tránh những máy khách lạ truy cập vào mạng không dây của mình.Ta có thể thiết lập chế độ bảo mật trong mạng không dây.Có các kiểu bảo mật: a Thiết bị được cho phép (Device Authorization): các Client không dây có thể bị chặn theo địa chỉ phần cứng của họ (địa chỉ MAC) b Mã hóa (Encryption) WLAN cũng hỗ trợ WEP sử dụng mã hóa để tránh người truy cập trộm.Các khóa WEP có thể tạo trên 1 per-user ,per session basic c Authentication : WLAN hỗ trợ sự ủy quyền lẫn nhau (bằng việc sử dụng

802.1x EAP-TLS ) để bảo đảm chỉ có các Client không dây được ủy quyền mới được truy cập vào mạng. d Bức tường lửa (Firewall) : e Bao gồm IPSec VPN server cho phép các Client không dây thiết lập các session VPN vững chắc trên mạng

Mã hóa là biến đổi dữ liệu để chỉ có các thành phần được xác nhận mới có thể giải mã được nó Quá trình mã hóa là kết hợp plaintext với một khóa để tạo thành văn bản mật (Ciphertext) Sự giải mã được bằng cách kết hợp Ciphertext với khóa để tái tạo lại plaintext gốc như hình dưới đây.Quá trình xắp xếp và phân bố các khóa gọi là sự quản lý khóa.

Hình 3.12 : Chế độ mã hóa 3.5.3 Quá trình mã hóa và giải mã

Có 2 loại mât mã : mật mã dòng ( stream ciphers) và mật mã khối (Block ciphers).Cả 2 loại này hoạt động đều sinh ra 1 chuỗi khóa (Key Stream) từ 1 giá trị bí mật.Chuỗi khóa sẽ đươc trộn với dữ liệu (Plaintext) để sinh ra dữ liệu được mã hóa.Hai loại mật mã này khác nhau về kích thước của dữ liệu mà chúng thao tác tại 1 thời điểm. a Mật mã dòng :

Phương thức mã hóa theo từng bit, mật mã dòng phát sinh chuỗi khóa liên tục dựa trên giá trị của khóa.

Hình 3.13: Sơ đồ mã hóa dữ liệu theo dòng

Là một thuật toán mã hóa hiệu quả mà lại tốn ít tài nguyền (CPU) b Mã hóa theo khối

Mật mã theo khối sinh ra một chuỗi khóa duy nhât và có kích thước cố định (64 hay 128 bit) Chuỗi kí tự chưa được mã hóa( plaintext) sẽ được phân mảnh thành những khối(block) và mỗi khối sẽ được trộn với chuỗi khóa một cách độc lập Nếu như khối plaintext nhỏ hơn khối chuỗi khóa thì plaintext sẽ được đệm thêm vào để có được kích thước thích hợp Tiến trình phân mảnh cùng với một số thao tác khác của mật mã khối sẽ làm tiêu tốn nhiều tài nguyên CPU.

Hình 3.14: Mã hóa dữ liệu theo khối

Nhận xét :Tiến trình mã hóa theo dòng hay mã hóa theo khối còn được gọi là chế độ mã hóa khối mã điện tử ECB ( Electronic Code Block) Chế độ mã hóa này có đặc điểm là cùng một đầu vào plaintext ( input plain) sẽ luôn luôn sinh ra cùng một đầu ra ciphertext (output ciphertext) Đây chính là yếu tố mà kẻ tấn công có thể lợi dụng để nhận dạng của ciphertext và đoán được plaintext ban đầu.

Một số kỹ thuật mã hóa để khắc phục được vấn đề trên :chế độ phản hồi (Feedback Modes) thường được sử dụng với mật mã khối và thuật toán WEP (Wired Epuivalent Privacy).Ở đây,do thuật toán WEP được sử dụng nhiều,nên ta tiến hành phân tích kỹ nó.

Là thuật toán mã hóa RC4 là thuật toán mã hóa đối xứng( thuật toán sử dụng cùng một khóa cho việc mã hóa và giải mã) WEP là thuật toán mã hóa được sử dụng bởi tiến trình xác thực khóa chia sẻ để xác thực người dùng và mã hóa dữ liệu trên phân đoạn mạng không dây.

Hình 3.15 :Frame đã được mã hóa bởi WEP Để tránh chế độ ECB(Electronic Code Block) trong quá trình mã hóa, WEP sử dụng 24 bit IV, nó được kết nối vào khóa WEP trước khi được xử lý bởi RC4 Giá trị IV phải được thay đổi theo từng frame để tránh hiện tượng xung đột Hiện tượng xung đột IV xảy ra khi sử dụng cùng một IV và khóa

WEP kết quả là cùng một chuỗi khóa được sử dụng để mã hóa frame

Chuẩn 802.11 yêu cầu khóa WEP phải được cấu hình trên cả client và AP khớp với nhau thì chúng mới có thể truyền thông được Mã hóa WEP chỉ được sử dụng cho các frame dữ liệu trong suốt tiến trình xác thực khóa chia sẻ WEP mã hóa những trường sau đây trong frame dữ liệu:

 Giá trị kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu ICV (Integrity Check value)

Hình 3.16 : Tiến trình mã hóa và giải mã WEP

Ngoài việc mã hóa dữ liệu 802.11 cung cấp một giá trị 32 bit ICV có chức năng kiểm tra tính toàn vẹn của frame Việc kiểm tra này cho trạm thu biết rằng frame đã được truyền mà không có lỗi nào xảy ra trong suốt quá trình truyền.

ICV được tính dựa vào phương pháp kiểm tra lỗi bits CRC-32( Cyclic

Redundancy Check 32) Trạm phát sẽ tính toán giá trị và đặt kết quả vào trong trường ICV, ICV sẽ được mã hóa cùng với frame dữ liệu

Trạm thu sau nhận frame sẽ thực hiện giải mã frame, tính toán lại giá trị ICV và so sánh với giá trị ICV đã được trạm phát tính toán trong frame nhận được Nếu 2 giá trị trùng nhau thì frame xem như chưa bị thay đổi hay giả mạo, nếu giá trị không khớp nhau thì frame đó sẽ bị hủy bỏ.

Hình 3.17 : Mô tả hoạt động của ICV

Do WEP sử dụng RC4, nếu RC4 được cài đặt không thích hợp thì sẽ tạo nên một giải pháp bảo mật kém Cả khóa WEP 64 bit và 128 bit đều có mức độ yếu kém như nhau trong việc cài đặt 24 bit IV và cùng sử dụng tiến trình mã hóa có nhiều lỗ hổng Tiến trình này khởi tạo giá trị ban đầu cho IV là 0, sau đó tăng lên 1 cho mỗi frame được truyền Trong một mạng thường xuyên bị nghẽn, những phân tích thống kê cho thấy rằng tất cả các giá trị IV(224 )sẽ được sử dụng hết trong nửa ngày Điều này có nghĩa là sẽ khởi tạo lại giá trị IV ban đầu là 0 ít nhất một lần trong ngày Đây chính là lổ hỏng cho các hacker tấn công Khi WEP được sử dụng, IV sẽ được truyền đi mà không mã hóa cùng với mỗi gói tin đã được mã hóa cách làm này tạo ra những lỗ hổng bảo mật sau:

 Tấn công bị động để giải mã lưu lượng,bằng cách sử dụng những phân tích thống kê,khóa WEP có thể bị giải mã

 Dùng các phần mềm miễn phí để tìm kiếm khóa như :

AirCrack,AriSnort,WepAttack,WepCrack,WepLab…. a Khóa WEP

Chức năng chính của WEP là yếu tố thuật toán mã hóa.Khóa WEP là một chuỗi kí tự và số được sử dụng theo 2 cách:

 Khóa WEP được sử dụng để định danh xác thực Client

 Khóa WEP được dùng để mã hóa dữ liệu. b Giải pháp WEP tối ưu

Với những điểm yếu nghiêm trọng của WEP và sự phát tán rộng rãi của các công cụ dò tìm khóa WEP trên Internet, giao thức này không còn là giải pháp bảo mật được chọn cho các mạng có mức độ nhạy cảm thông tin cao Tuy nhiên, trong rất nhiều các thiết bị mạng không dây hiện nay, giải pháp bảo mật dữ liệu được hỗ trợ phổ biến vẫn là WEP Dù sao đi nữa, các lỗ hổng của WEP vẫn có thể được giảm thiểu nếu được cấu hình đúng, đồng thời sử dụng các biện pháp an ninh khác mang tính chất hỗ trợ Để gia tăng mức độ bảo mật cho

WEP và gây khó khăn cho hacker, các biện pháp sau được đề nghị:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH

Tổng quan về hệ thống

Hình 4.1: Mô hình tổng quát

Những yêu cầu đối với bài toán thiết kế,xây dựng điều khiển bảng quang báo qua mạng WiFi

 Tìm hiểu cấu tạo ,nguyên tắc hoạt động của bảng quang báo

 Tìm hiểu cơ bản cơ chế giao tiếp giữa bảng quang báo và các nguồn cung cấp dữ liệu.

Tìm hiểu các giao thức truyền thông mạng, các ngôn ngữ và thư viện lập trình phục vụ xây dựng phần mềm trên máy tính và phần mềm nhúng trên vi điều khiển

Lựa chọn các giải pháp truyền thông

Việc lựa chọn giải pháp truyền dữ liệu là rất cần thiết,nó mang lại tính hiệu quả,chất lượng của hệ thống đồng thời giảm thiểu được kinh phí của hệ thống.Việc gửi dữ liệu ta có thể có nhiều cách, ta có thể chia ra làm 2 loại : loại có dây và loại không dây.Đối với mạng có dây,do bảng quang báo được đặt nhiều trên các nhà cao tầng,các trung tâm thương mại….vấn đề thẩm mỹ được đánh giá cao.Ở đây,tác giả xin trình bày giải pháp truyền thông không dây

Tổng quan về mạng truyền thông không dây.

Mạng không dây(Wireless network) bao gồm mạng điện thoại hay mạng máy tính sử dụng sóng radio làm sóng truyền dẫn ( carrier ware).

4.3.1 Hệ thống WLAN (Wireless Local Area Network) Đầu tiên tôi muốn giới thiệu cho bạn một cái nhìn tổng quát nhất về mạng không dây dây (Wireless Network - WLAN) Nói một cách đơn giản mạng không dây là mạng sử dụng công nghệ mà cho phép hai hay nhiều thiết bị kết nối với nhau bằng cách sử dụng một giao thức chuẩn, nhưng không cần kết nối vật lý hay chính xác là không cần sử dụng dây mạng (cable)

Vì đây là mạng dựa trên công nghệ 802.11 nên đôi khi còn được gọi là 802.11 network Ethernet, để nhấn mạnh rằng mạng này có nguồn gốc từ mạng Ethernet 802.3 truyền thống Và hiện tại còn được gọi là mạng Wireless Ethernet hoặc Wi-fi

Mạng Wireless cung cấp tất cả các tính năng của công nghệ mạng LAN như là Ethernet và Token Ring mà không bị giới hạn về kết nối vật lý (giới hạn về cable) Sự thuận lợi đầu tiên của mạng Wireless đó là tính linh động Mạng WLAN tạo ra sự thoải mái trong việc truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị có hỗ trợ mà không có sự ràng buộc về khoảng cách và không gian như mạng có dây thông thường Người dùng mạng Wireless có thể kết nối vào mạng trong khi di chuyển bất cứ nơi nào trong phạm vi phủ sóng của thiết bị tập trung (Access Point).

Bên cạnh những ưu điểm trên thì WLAN cũng tồn tại 1 số nhược điểm : Tốc độ mạng WLAN phụ thuộc vào băng thông.Để truyền dữ liệu đi xa (> 1km ) thì phải đầu tư lớn

Mạng Wireless được phân chia thành 5 nhóm: Wireless Wide Area Network (WWAN), Wireless Local-Area Network (WLAN), Wireless Personal Area Network (WPAN), LAN-LAN bridging, Wireless Metropolitan Area Network(WMAN) o WLAN: đại diện cho mạng cục bộ không dây, theo chuẫn 802.11. o LAN-LAN bridging: đại diện cho mạng nội bộ, nhưng theo diện rộng hơn (giữa 2 tòa nhà). o WWAN: đại diện cho công nghệ mạng diện rộng như là mạng điện thoại 2G, GSM (Global System for Mobile Communications).

• WMAN: đại diện cho mạng diện rộng (giữa các vùng).

• WPAN: đại diện cho mạng cá nhân không dây, thường như là công nghệ Bluetooth, hồng ngoại.

Bluetooth là một giao thức hàng ngang đơn giản dùng để kết nối những thiết bị di động như Mobile Phone, Laptop, Handheld computer, Digital Camera, Printer, v.v… để truyền tải thông tin với nhau.

Bluetooth sử dụng chuẩn IEEE 802.15 với tầng số 2.4GHz – 2.5GHz, tương tự như chuẩn IEEE 802.11 và IEEE 802.11b Bluetooth cho phép các thiết bị di động tránh được tình trạng nhiễu sóng từ những tín hiệu khác nhau bằng cách chuyển sang một tầng số mới sau khi đã truyền hoặc nhận một gói dữ liệu.

Bluetooth là công nghệ tiêu thụ năng lượng thấp với khoảng cách truyền lên đến 30feet (~ 10m) với tốc độ khoảng 1Mpbs, khoảng cách này có thể tăng lên 300feet (~100m) nếu tăng nguồn lên 100mW Một mạng Bluetooth chỉ có khả năng hổ trợ cho 8 thiết bị trong cùng thời gian Bluetooth là công nghệ được thế kế nhằm đáp ứng một cách nhanh chóng việc kết nối các thiết bị di động và cũng là giải pháp tạo mạng WPAN (nêu trong phần Wireless Network Types), có thể thực hiện trong môi trường nhiều tầng số khác nhau

Hình 4.2: Mô hình mạng sử dụng Bluetooth thay thế cho cáp thông thường

Mỗi một thiết bị trên mạng Bluetooth có thể là thiết bị chính hoặc phụ. Thiết bị chính thì có chức năng tạo ra sự kết nối trong mạng, thiết bị phụ thì gửi tín hiệu trả lời cho thiết bị chính

Một mạng Bluetooth có thể có đến 7 máy phụ với 1 máy chính Tất cả các máy phụ chỉ giao tiếp với máy chủ, vì vậy mọi giao tiếp giữa các máy phụ phải thông qua máy chính

Hầu hết các thiết bị Bluetooth đều phát ra một năng lượng phóng xạ đẳng hướng (EIRP – effective isotropic radiated power).

 Các chuẩn của mạng Wireless o IEEE 802.11 standard Mạng WLANs hoạt động dựa trên chuẩn 802.11 (802.11 được phát triển từ năm 1997 bởi nhóm Institute of Electrical and Electronics Engineers), chuẩn này được xem là chuẩn dùng cho các thiết bị di động có hỗ trợ Wireless, phục vụ cho các thiết bị có phạm vi hoạt động tầm trung bình Cho đến hiện tại IEEE 802.11 gồm có 4 chuẩn trong họ 802.11 và 1 chuẩn đang thử nghiệm:

 802.11 - là chuẩn IEEE gốc của mạng không dây (hoạt động ở tầng số 2.4GHz, tốc độ 1 Mbps – 2Mbps).

 802.11b - (phát triển vào năm 1999, hoạt động ở tầng số 2.4 GHz - 2.48GHz, tốc độ từ 1Mpbs - 11Mbps).

 802.11a - (phát triển vào năm 1999, hoạt động ở tầng số 5GHz – 6GHz, tốc độ 54Mbps).

 802.11g - (một chuẩn tương tự như chuẫn b nhưng có tốc độ cao hơn từ 20Mbps - 54Mbps, hiện đang phổ biến nhất).

 802.11e - là 1 chuẩn đang thử nghiệm: đây chỉ mới là phiên bản thử nghiệm cung cấp đặc tính QoS (Quality of Service) và hỗ trợ Multimedia cho gia đình và doanh nghiệp có môi trường mạng không dây.

Thực tế còn một vài chuẩn khác thuộc họ 802.11 là: 802.11F, IEEE802.11h, IEEE 802.11j, IEEE 802.11d, IEEE 802.11s Mỗi chuẫn được bổ sung nhiều tính năng khác nhau Để có nhiều thông tin hơn về các chuẩn này bạn có thể tham khảo tại địa chỉ: http://vnpro.org/forum/showthread.php?t413&page=5

4.3.2 Hệ thống truyền thông qua GPRS

Gói dữ liệu GPRS là một gói tin theo định hướng dịch vụ dữ liệu di động có sẵn cho người dùng của mạng GMS.Trong các hệ thống 2G,GPRS cung cấp tốc độ dữ liệu 56 – 114 kbit/s

Phân tích và lựa chọn thiết bị

Như đã phân tích ở trên,công nghệ Wifi hoàn toàn có khả năng đáp ứng được với bài toán đề ra với giá thành rẻ.

Mạch điều khiển quang báo bao gồm : modum mạch quang báo,modum WiFi và khối điều khiển trung tâm CPU,một chương trình phần mềm được cài đặt trên PC,nó là chương trình để nhận dữ liệu từ một trang web.Nó sẽ lọc bỏ các header,các hình quảng cáo của trang web sau đó nó sẽ đẩy dữ liệu cần thiết lên bảng quang báo thông qua mạng WiFi

Modem WiFi trên thị trường Việt Nam hiện nay,chỉ có 1 loại modul WiFi : ZG2100MC của hãng Microchip.Do đó tác giả mặc định phải sử dụng modul

ZG2100MC để giải quyết khâu truyền thông.

4.4.1 Thiết bị truyền dữ liệu không dây Modem WiFi ZG2100MC

Hình 4.3: Module Wifi a Chức năng của ZG2100 MC

Các thông số cơ bản của ZG2100MC:

 Một con chíp bao gồm địa chỉ MAC,RF và bộ khuếch đại công suất

 Tốc độ truyền dữ liệu: 1- 2 Mbps

 Hoạt động dải điện áp thấp,với dải điện áp tư 2,7- 3,6VDC

 Phần cứng hỗ trợ mật khẩu WEP,WPA,WPA2

 Giao thức truyền thông SPI với ngắt.

 Tích hợp anten trên bo mạch hay sử dụng anten ngoài

 Không yêu cầu hệ điều hành b Sơ đồ WiFi ZG2100MC

Hình 4.4:Sơ đồ các khối chức năng của ZG2100MC

Hình 4.5: Sơ đồ của board ZG2100MC

Hình 4.6: Kích thước của module ZG2100MC Để pin được kéo dài thời gian hoạt động, module WiFi có chế độ Standby và chế độ Hibernate.

Chế độ ngủ đông được thiết lập khi chân CE_N(pin 20) = 3,3V.

Nếu chân CE_N = 0v thì chỉ thiết lập được chế độ Standby hay chế độ Sleep

Chế độ Min Typ Max Unit

Thời gian chuyển trạng thái của Module WiFi

Hình 4.7: Sơ đồ thời gian chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác c Truyền thông nối tiếp SPI

SPI Slave giao tiếp với ZG22100MC thông qua ngắt (INT_NX).Khi data từ HOST thì ngắt INT_NX được kéo xuống mức thấp,trong khi đó INT_NX ở mức cao ở ZG2100MC.Sau đo, data được truyền xuống bộ đệm HOST SPI.

Hình 4.8: SPI Timing Waveform d Giao thức FIFO

FIFO chủ bao gồm các lệnh cơ bản sau

Hình 4.9 : ZG2100MC FIFO Read Timing f Viết FIFO

Hình 4.10 : ZG2100MC FIFO Write Timing g ROM/RAM/NVM

ZG2100MC có tổ chức chặt chẽ ROM,RAM và NVM Bộ

ROM,RAM chỉ được dành riêng cho hệ thống ZG2100MC.NVM nắm giữ thông tin về địa chỉ MAC.

4.4.2 Giới thiệu họ vi điều khiển PIC 24HJXXXGPX06/X10

Vi điều khiển với vai trò là bộ điều khiển trung tâm,có rất nhiều loại có thể đáp ứng được bài toán nhận dữ liệu từ Ethernet và hiện thị lên led ma trận: Ateml,Psoc,Pic… Ở đây,tác giả xin trình bày họ vi điều khiển PIC 24HJXXXGPX06/X10. a Giới thiệu chung

Họ 24HJXXXGPX10 bao gồm các vi điều khiển chính PIC 24HJ64GP210, 24HJ64GP510, 24HJ128GP210, 24HJ128GP510, 24HJ128GP310 24HJ256GP210, 24HJ256GP610.

Họ 24HJXXXGPX06 bao gồm các vi điều khiển chính

PIC 24HJ64GP206, 24HJ64GP506 , 24HJ128GP206, 24HJ64GP506, 24HJ128GP306, 24HJ256GP206.

Hình 4.11:Bảng so sánh các loại chip cùng họ 24HJ b Sơ đồ cấu trúc bên trong PIC 24HJ

Hình4.12: Sơ đồ khố Pic 24HJxxxGPx06/x10 c DMA

Cấu trúc bộ nhớ của Pic 24HJxxxGPx06/x10 bao gồm có các khối : RAM,ROM,EEPROM,ngoài ra Pic 24HJxxxGPx06/x10 còn có

8 kênh truy cập dữ liệu trực tiếp DMA

DMA là kênh cho phép chuyển dữ liệu trực tiếp giữa I/O và RAM mà không cần đi ngang qua CPU.Do vậy,CPU sẽ thực hiện công việc khác,công việc sẽ được xử lý nhanh hơn.

Tất cả các dòng Pic 24HJXXXGPX06/X10 đều bao gồm 2 Kb RAM DMA,nó được chỉ định ở phần cuối cùng của dữ liệu.Bộ nhớ DMA RAM được truy cập đồng thời bởi CPU và module điều khiển

DMA.Module điều khiển DMA sẽ dùng DMA RAM để truyền dữ liệu tới các thiết bị ngoại vi có sử dụng DMA.DMA RAM được dùng bên ngoài chu ky hoạt động của CPU.Khi mà cả module điểu khiển DMA và CPU đều muốn truy cập tới DMA RAM thì phần cứng sẽ ưu tiên CPU truy cập vào trước.DMA RAM có thể được sử dụng chung cho mục đích lưu trữ dữ liệu nếu như chức năng DMA không được bất kỳ ứng dụng nào dùng. d Bộ nhớ Flash

Trong PIC24HJXXXGPX06/X10 bộ nhớ Flash được dùng để lưu trữ và thực hiện các đoạn code ứng dụng.Bộ nhớ Flash là bộ nhớ dễ đọc,dễ ghi và dễ xóa trong suốt thời gian hoạt động của nó.

Bộ nhớ Flash có thể lập trình theo 2 cách

 In-Cỉicuit Serial Programming (ICSP TM )

 Run-Time Self-Programming(RTSP TM )

ICSP được lập trình theo từng đoạn trong khi ứng dụng kết thúc.đây là việc làm đơn giản với 2 đường xung clock và đường data.

RTSP đã được sử dụng thành công TBLRD và TBLWT Với RTSP người sử dụng có thể viết dữ liệu chương trình theo 2 cách vào trong blocks:

 viết theo dòng (cấu trúc 64)viết 192 bytes tại 1 thời điểm

 Viết theo trang (cấu trúc 512) viết 1536 bytes tại 1 thời điểm

Hình 4.13:Bảng thanh ghi địa chỉ

Cách sử dụng bộ nhớ Flash:

Cách xóa bộ nhớ(xóa 1 trang)

 Đặt các bit(NVMCON ) của thanh ghi NVMCON là ‘0010’ để cấu hình xóa block.Set các bit ERASE(NVMCON) và WREN(NVMCON)

 Viết địa chỉ bắt đầu vào địa chỉ TBPAG và thanh ghi W

 Trong bảng miêu tả TBLWTL cho ta thấy tất cả địa chỉ ở trong trang nào cần xóa

 Viết giá trị 0x55 và thanh ghi NVMKEY

 Viết giá trị 0xAA và thanh ghi NVMKEY

 Set bit WR (NVMCON) để chu kỳ xóa bắt đầu và khoảng thời gian cho chu kỳ xóa.Khi mà đã xóa thành công thì bitWR sẽ tự động được set về ‘0’.

Cách viết vào bộ nhớ Flash

 Set các bit NVMOP thành ‘0010’ để cấu hình cho row programming.Bit ERASE =0,bit WREN =1;

 Viết 0x55 vào thanh ghi NVMKEY

 Viết 0xAA vào thanh ghi NVMKEY

 Set bit WR,chu kỳ chương trinh sẽ được bắt đầu và khoảng thời gian CPU viết.Khi mà đã viết Flash xong thì biet WR sẽ được tự động xóa.

4.4.3 Giới thiệu vi điều khiển Pic 24HJ256GP210

Pic 24HJ256GP210 là vi điều khển với 256KB Flash bộ nhớ chương trình,16KB RAM (bao gồm 2KB RAM cho 8 kênh DMA), 9 kênh Timer 16bit, 8 kênh PWM,32 kênh ADC,2 kênh UART,2 kênh SPI,2 kênh I 2 C, có các port A,B,C,D,E,F,G.Số chân I/O sử dụng là 85 chân.Chuẩn chân PT,PF.

Hình 4.14: Sơ đồ chân của 24HJ256GP210 a.Cấu hình dao động thạch anh

Pic 24HJ256GP210 có thạch anh nội có tần số là 7,37MHz Ngoài ra người sử dụng có thể hòa với tần số FRC.Người sử dụng có thể dùng các bộ chia (1:2 tới 1:256) của bộ FRC

Bộ dao động 1(Primary oscillator)Có thể sử dụng 1 trong các bộ nguồn xung sau

 Thạch anh (XT) và tụ gốm có dải tần từ 3MHz tới 10MHz.Thạch anh được nối trực tiếp với OSC1 và OSC2

 Chế độ thạch anh tần số cao (HS) thạch anh có dải từ 10MHz tới 40MHz Thạch anh được nối trực tiếp với OSC1 và OSC2.

 Chế độ sử dụng bộ dao động ngoài (EC) xung dao động ngoài được nối trực tiếp vào chân OSC1 của chip.

Bộ thạch anh thứ 2(secondary oscillator- PL) sử dụng thạch anh tần số là 32,768 kHz được nối vào 2 chân SOSCI và SOSCO.nó được sử dụng cho WDT (Watchdog Timer)và FSCM (Fail-Safe Clock

Hình4.15:Sơ đồ khối của Pic 24HJ256GP210 b.Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng

- Khối Timer :có 9 bộ đếm 16bit với bộ chia tần số,có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep

- Có 8 bộ Captuer/so sánh /PWM

- 2 kênh UART,2 kênh SPI,2 kênh I 2 C c Ngôn ngữ lập trình cho PIC

Do sự phát triển ngày càng nhanh của dòng Pic,nên có nhiều ngôn ngữ lập trình hỗ trợ cho Pic sử dụng ngôn ngữ C như:

MickroC,CCS ,Ngôn ngữ Pascal có MikroPascal Còn đối với người sử dụng chuyên sâu thì dùng ngôn ngữ lập trình cấp thấp là MPLAB(được cung cấp miễn phí bởi nhà sản xuất Microchip). d Giao tiếp USART

USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) là một trong hai chuẩn giao tiếp nối tiếp.USART còn được gọi là giao diện giao tiếp nối tiếp nối tiếp SCI (Serial

Các thiết bị phần cứng được sử dụng trong mô hình

Như đã giới thiệu ở trên,với tính năng dễ dùng (sử dụng giao tiếp SPI),module Wifi hỗ trợ đầy đủ các chuẩn wifi như 802.11b/g và

802.11n,đồng thời hỗ trợ đầy đủ các giải pháp bảo mật hiện nay :

Hình 4.26: Module Wifi ZG2100MC 4.5.2 Chip Pic 24HJ256GP210

Hình 4.28 :Module led P16 4.5.4 Các linh kiện khác

Ngoài các thiết bị chính ở trên,1 số thiết bị khác được sử dụng vào trong hệ thống:

 Bộ nguồn Switching cung cấp nguốn nuôi cho toàn bộ bảng led

 Một cái máy tính xách tay có hỗ trợ module wifi.

 Các linh kiện điện tử khác : điện trở,tụ điện ,led báo,AP 1117 để tạo ra nguồn ổn định 3,3V, LM 2576 cấp nguồn 5v,cuộn cảm,diot,thạch anh

Thiết kế xây dựng phần cứng

Sau khi nghiên cứu,phân tích lựa chọn các thiết bị tác giả đã thiết kế mô hình thực tế.Hệ thống bao gồm :khối module wifi nhận dữ liệu,khối hiện thị lên bảng điện tử led,khối truyền dữ liệu.

Việc truyền và nhận dữ liệu đều thông qua giao thức TCP/IP việc này thì được là trên con chip Pic.Nhiệm vụ của module wifi ở đây chỉ nằm ở 2 tầng : tầng vật lý và tầng liên kết dữ liệu trong giao thức TCP/IP

Hình 4.30: Vai trò của module wifi trong giao thức TCP/IP

Khối module điều khiển trung tâm bao gồm kết nối với module wifi để nhận dữ liệu từ máy tính thông qua Access Point.Dữ liệu nhận được sẽ được CPU thực thi để quét lên led ma trận. a Khối module điều khiển trung tâm (CPU)

Hình 4.31 : Module chip điều khiển PIC 24HJ256GP210 b Khối giao tiếp với module Wifi qua SPI

Thông qua module Wifi thì dữ liệu sẽ được truyền xuống chip PIC thông qua truyền thông SPI1 Từ dữ liệu thu được CPU sẽ phân tích và lọc ra dữ liệu cần thiết để phục vụ nhiệm vụ sau này.

Hình 4.32: Sơ đồ chân kết nối với module Wifi

S C K 1 /IN T0/R F 6 O S C 1/R C 1 2 O S C 2/R C 1 5 S D A 1/R G 3 IN T3/R A 14 IN T4/R A 15 S C L1/R G 2 S D A 2/R A 3 S C L2/R A 2 IC 3/R D 10 IC 4/R D 11 TD O /R A 5 O C 1/R D 0 TD I/R A 4 IC 1/R D 8 IC 2/R D 9 V D D V S S 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72

S O F T _R 3 c Khối giao tiếp với bảng led ma trận

Dữ liệu sau khi được xử lý,lọc những data cần thiết.Thông qua bộ truyền SPI2 của chip,dữ liệu được truyền tới bảng led.Thông qua các các con đệm 74HC245,IC 74HC138,IC SD 16729 và thuật toán hiện thị sẽ cho ta được dữ liệu cần hiện thị

Hình 4.33: Thuật toán quét led kinh điển

Thiết kế phần mềm

4.7.1 Phần mềm trên vi điều khiển a Thuật toán nhận dữ liệu

Khi đó vi điều khiển đóng vai trò là 1 Server, nó luôn mở 1 Socket (9760) để nghe kết nối từ các máy khách

(Client).Khi kết nối được chấp nhận.Server sẽ mở 1

Socket khác để truyền và nhận dữ liệu đối với Client vừa rồi.Còn Socket (9760) tiếp tục dùng để nghe kết nối với các Client khác cần kết nối với Server.

Hình 4.34: Lưu đồ thuật toán nhận dữ liệu trên vi điều khiển b Sơ đồ thuât toán quét led ma trận

Hình 4.35: Lưu đồ thuật toán quét led ma trận

4.7.2 Phần mềm trên PC Đối với PC,thì khi nào cần thiết thì mới yêu cầu thiết lập phiên truyền.Để bắt đầu 1 phiên truyền thì nó cũng phải mở 1 Socket giống Socket trên Server

Nó gửi 1 yêu cầu tới địa chỉ của Server.Nếu có gói tin truyền về chấp nhận đường truyền thì nó sẽ bắt đầu gửi yêu cầu tới Server.

Hình 4.36: Lưu đồ thuật toán trên PC

Giao diện điều khiển trên PC

Giao diện điều khiển hoạt động của bảng quang báo từ máy tính được xây dựng trên phần mềm Visual Basic 2005:

Hình4.37 :Giao diện phần mềm điều khiển bảng quang báo trên PC

Hoạt động của giao diện máy tính: Giao diện được xây dựng trên cơ sở VB2005 để giúp người vận hành dễ dàng giám sát mà không phải ra ngoài hiện trường.

Giao diện chính của hệ thống điều khiển cho phép ta lựa chọn địa chỉ IP thích hợp cho từng đối tượng.Sau khi mà ta gõ địa chỉ IP cho đối tượng cần hiện thị,máy tính sẽ được kết nối với đối tượng bằng phím “Kết nối”.Đồng thời phần mềm sẽ mở ra 1 giao diện khác với mục đích là gõ kí tự và truyền xuống đối tượng.

Hình 4.38: Giao diện truyền kí tự từ máy tính xuống bảng quang báo

Với giao diện trên,người sư dụng đánh kí tự bất kỳ sau đó nhấn phím “Gửi” để chương trình gửi dữ liệu xuống bảng quang báo

Kết luận

a Những kết quả thu được.

Sau khi nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài:”Thiết kế, xây dựng mạch điều khiển bảng quang báo qua mạng wifi” tác giả đã thu được các kết quả:

 Hiểu rõ một cách tổng quát về hệ thống mạng internet, cũng như giao thức TCP/IP và mạng wifi.

 Nắm vững được nguyên lý,thuật toán quét led ma trận.

 Khảo sát các phương thức truyền dữ liệu từ xa phục vụ bài toán và tìm giải pháp tối ưu cho hệ thống, đồng thời nghiên cứu các thiết bị cần thiết phục vụ hệ thống một cách hiệu quả.

 Xây dựng thành công mô hình Demo hệ thống có giao diện trên b.Những ứng dụng có thể triển khai và định hướng phát triển đề tàiPC.

 Ứng dụng mạng wifi để nhận dữ liệu trực tiếp từ các trang web trực tuyến, để cập nhật dữ liệu lên trên bảng quang báo: thông tin chứng khoán, tỷ giá ngân hàng, tỷ giá, giá cả trên thị trường vàng ,dầu thô…….

 Ứng dụng để điều khiển các thiết bị trong công nghiệp

Hình4.39 : Mô hình điều khiển các thiết bị trong công nghiệp

Ngày đăng: 14/07/2023, 16:16

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w