Chương trình thu nhận xử lý dữ liệu cảnh báo sự cố trên nút mạng cảm nhận không dây hiển thị bằng màn hình tinh thể lỏng lcd

Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Cám ơn thầy giáo trường Đại học Dân lập Hải Phịng, dạy dỗ chúng em nhiều năm qua Cám ơn thầy Trần Hữu Nghị cho em mái trường chúng em có hội học kiến thức bổ ích để trở thành cơng dân có ích cho xã hội Xin chân thành cám ơn thày cô môn Tin học truyền đạt kiến thức công nghệ thông tin, mơn học bổ ích, hành trang vững để em tự tin cơng việc giao phó thời gian tới Cám ơn thầy Vương Đạo Vy, trường đại học công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội giúp đỡ em trình thực tập, viết đồ án trình học tập ghế nhà trường Để em đem kiến thức học ghế nhà trường áp dung vào thực tiễn để em nhận thấy trang bị cịn thiếu hành trang Cám ơn gia đình người thân, tận tình giúp đỡ, chu cấp tài chính, động viên em suốt thời gian học tập trường Xin cám ơn bạn bè lớp bạn khoa sinh viên trường giúp đỡ thời gian học tập thời gian làm thực tập tốt nghiệp Hải Phịng, tháng năm 2007 Sinh viên Đồn Duy Hà Sinh viên: Đoàn Duy Hà – CT701 Trang Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY (Wireless sensor Network - WSN) 1.1 Mạng cảm nhận không dây 1.2 Mô tả hệ thống 1.2.1 Các nút cảm nhận truyền liệu: .9 1.2.2 Nút mạng di động( Nhận hiển thị ) 11 1.3 Kết luận 12 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MÀN HÌNH TINH THỂ LỎNG – LCD VÀ VI ĐIỀU KHIỂN 13 2.1 Giới thiệu Vi điều khiển 13 2.2 Vi điều khiển 13 2.2.1 Vi điều khiển ? 13 2.2.2 Kiến trúc Vi điều khiển 13 2.2.3 Tập lệnh .14 2.3 Lập trình cho Vi điều khiển 14 2.4 Màn hình tinh thể lỏng-LCD 15 2.5 Kết luận 15 CHƯƠNG 3: MÀN HÌNH LCD 1620A VÀ VI ĐIỀU KHIỂN CC1010 16 3.1 Màn hình tinh thể lỏng LCD 1602A 16 3.2 Cơ chế hoạt động điều khiển hiển thị LCD .17 3.3 Vi điều khiển CC1010 19 3.3.1 Bộ nhớ Flash: 20 3.3.2 Các cổng vào – chung: 21 3.3.3 Các định thời: 22 3.3.4 Các cổng nối tiếp 23 3.3.5 Các biến đổi ADC: 23 3.4 Kết luận 25 CHƯƠNG 4: PHẦN MỀM NHÚNG CHO HỆ ĐO NHIỆT ĐỘ TỰ ĐỘNG26 Sinh viên: Đoàn Duy Hà – CT701 Trang Đồ án tốt nghiệp 4.1 Tổng quan phần mềm nhúng 26 4.2 Các bước để xây dựng phần mềm nhúng .26 4.3 Phần mềm nhúng viết cho vi điều khiển CC1010 27 4.3.1 Trường hợp truyền đơn bước 27 4.3.2 Trường hợp truyền đa bước 27 4.3.3 Thiết kế phần mềm nhúng 29 4.3.3.1 Phần mềm cho hệ truyền đơn bước ( single hop) 29 4.3.3.2 Phần mềm cho hệ truyền nối tiếp nhiều bước (multi hop ) 35 4.4 Kết luận 40 CHƯƠNG 5: CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM TRÊN HỆ THỐNG, CÁC KẾT QUẢ ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC 41 5.1 Thử nghiệm truyền đơn bước (single hop) 42 5.2 Thử nghiệm truyền đa bước (multi hop) .49 5.3 Thực nghiệm đo hiệu suất truyền / nhận mạng cảm nhận (gồm nút mạng, nút truyền nút nhận ) 54 Kết Luận 66 Các Tài Liệu Tham Khảo 68 Sinh viên: Đoàn Duy Hà – CT701 Trang Đồ án tốt nghiệp MỞ ĐẦU Ngày phát triển mạnh mẽ khoa học kĩ thuật nói chung cơng nghệ thơng tin nói riêng, mạng cảm nhận không dây đời thành tựu cao công nghệ chế tạo công nghệ thông tin Một lĩnh vực mạng cảm nhận không dây ( Wireless Sensor Network – WSN ) kết hợp việc cảm nhận, tính tốn truyền thơng vào thiết bị nhỏ gọn đáp ứng nhu cầu ngày cao người phục vụ ngày tốt cho lợi ích người, làm cho người không nhiều sức lực, nhân công hiệu công việc cao Sức mạnh WSN nằm chỗ khả triển khai số lượng lớn thiết bị nhỏ có khả tự thiết lập cấu hình hệ thống Sử dụng thiết bị để theo dõi theo thời gian thực, để giám sát điều kiện mơi trường, theo dõi cấu trúc tình trạng thiết bị… Trong nghiên cứu hầu hết ứng dụng WSN giám sát môi trường từ xa mang theo thiết bị nhỏ gọn có sức mạnh làm việc hiệu không hệ thống thiết bị cồng kềnh Ví dụ ứng dụng WSN vào cơng việc phịng cháy rừng nhiều nút cảm biến tự động kết nối thành hệ thống mạng khơng dây để phát vùng có khả cháy gây cháy đưa cảnh báo báo động cần thiết Một ưu điểm lớn mạng không dây WSN chi phí chiển khai lắp đặt giảm thiểu, dễ dàng lắp đặt kích thước nhỏ gọn, dễ sử dụng.Thay hàng ngàn km dây dẫn thông qua ống dẫn bảo vệ, người lắp đặt làm công việc đơn giản đặt thiết bị lắp đặt nhỏ gọn vào vị trí cần thiết Mạng mở rộng theo ý muốn mục đích sử dụng WSN, đơn giản ta việc thêm vào thiết bị, linh kiện không cần thao tác phức tạp Trước xu phát triển nhanh chóng mạng cảm nhận khơng dây, vào tình hình thực tế nước ta cần hệ thống giám sát thông số môi trường để phục vụ cho nhiều nghành, nhiều lĩnh vực đồ án chọn hướng nghiên cứu Mô hình mạng cảm nhận khơng dây - WSN Sinh viên: Đoàn Duy Hà – CT701 Trang Đồ án tốt nghiệp Đồ án chia làm chương với nội dung trình bày sau: - Chương 1: Giới thiệu mạng cảm nhận không dây - Chương 2: Tổng quan hình tinh thể lỏng - LCD Vi điều khiển - Chương 3: Màn hình LCD 1602A vi điều khiển CC1010 - Chương 4: Phần mềm nhúng cho hệ đo nhiệt tự động - Chương 5: Cài đặt thử nghiệm hệ thống, kết đạt Sinh viên: Đoàn Duy Hà – CT701 Trang Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY (Wireless sensor Network - WSN) 1.1 Mạng cảm nhận không dây Mạng cảm nhận không dây (WSN) thu thập liệu môi trường đời đáp ứng cho nhu cầu thu thập thông tin môi trường tập hợp điểm xác định khoảng thời gian xác định nhằm phát quy luận vận động đặc điểm thay đổi chậm môi trường đối tượng, mạng cảm nhận không dây thông thường bao gồm nút mạng cảm nhận phân bố phạm vi không gian định Các nút cảm nhận tiến hành đo đạc thông số môi trường nhiệt độ, độ ẩm, độ mặn, độ PH, áp suất …Việc thu thập thông tin văn phịng, nhà kho, cơng xưởng, viện bảo tàng, công nghiệp, y tế, nông nghiêp, lâm nghiệp… WSN dường trở thành giải pháp hấp dẫn mang đến tiện lợi nhiều phương diện, đặc biệt nhiều trường hợp chí cịn hạn chế nguy hiểm cho người môi trường làm việc khắc nghiệt ( nút mạng thay cho làm việc trực tiếp người mơi trường có độc tính hay nhiệt độ cao, áp suất cao ) Một hệ thống WSN hồn thiện cịn có khả theo dõi cảnh báo mức độ an tồn mơi trường định vị di chuyển đối tượng phạm vi Tùy theo mục đích mạng cảm nhận mà thiết kế nút mạng cho phù hợp.Các nút cảm nhận có vi xử lý bên trong, thay gửi liệu thơ tới nút đích tiến hành xử lý đơn giản gửi liệu xử lý theo yêu cầu Sinh viên: Đoàn Duy Hà – CT701 Trang Đồ án tốt nghiệp Hình 1.1: Minh họa mạng cảm nhận không dây cảnh báo cố Các nút mạng cảm nhận thu thập thông tin môi trường sau gửi nút gốc ( nút sở), nút gốc thường cố định nối với PC, máy tính xách tay qua cổng RS232 việc nảy sinh vấn đề thiếu linh hoạt việc theo dõi ,dám sát trực tiếp môi trường, khơng động… Hình 1.2 mơ hình mạng cảm nhận khơng dây truyền thống có nút gốc nối cố định với máy vi tính máy tính xách tay Nút cảm nhận CC1010 Nút cảm nhận CC1010 Nút cảm nhận CC1010 Nút gốc CC1010 RS 232 PC Liên kết có dây Liên kết khơng dây Hình 1.2: Mạng cảm nhận thơng thường sử dụng CC1010 Sinh viên: Đoàn Duy Hà – CT701 Trang Đồ án tốt nghiệp Từ đề tài cụ thể “CHƯƠNG TRÌNH THU NHẬN, XỬ LÝ DỮ LIỆU, CẢNH BÁO SỰ CỐ TRÊN NÚT MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY (WSN), HIỂN THỊ BẰNG MÀN HÌNH TINH THỂ LỎNG - LCD ” Sau em xin giới thiệu ứng dụng mạng cảm nhận WSN thu thập liệu môi trường, giải đa số nhược điểm mạng cảm nhận không dây thông thường, cụ thể đề tài vào tìm hiểu, phân tích thiết kế nút mạng di động có khả thu nhận liệu, xử lý, hiển thị lên hình LCD với kích thước nhỏ gọn, tiêu thụ lượng, tiết kiệm… Hình 1.3 minh họa mơ hình mạng cảm nhận sử dụng CC1010 kết nối với hình tinh thể lỏng Cảm biến (Sensor) VĐK CC1010 VĐK CC1010 LCD LK có dây LK khơng dây Hình 1.3: Hệ thống cảm nhận sử dụng CC1010 kết nối với LCD Ở LCD gắn với phận nhân liệu ,xử lý hiển thị kết lên hình LCD.Có thể coi nút mạng di động ,hoạt động tốt phạm vi mạng cảm nhận không dây - WSN.Như không cần thiết phải có kết nối PC mà vãn theo dõi thông số môi trường tình trạng nút mạng cảm nhận cách linh hoạt động nhiều Sinh viên: Đoàn Duy Hà – CT701 Trang Đồ án tốt nghiệp 1.2 Mơ tả hệ thống Từ hình 1.3 ta thấy hệ thống gồm có phần là: 1.2.1 Các nút cảm nhận truyền liệu: Đại diện cho tất nút mạng cảm nhận, bao gồm nút cảm nhận thông số cần đo, mạch tích hợp CC1010EM nhận, xử lý truyền khơng dây đến nút di động Mỗi nút cảm nhận gán địa cụ thể Từ phân tích lý thuyết ta có mơ hình nút mạng cảm nhận truyền liệu sau : Angten phát CC1010 Sensor Hình 1.4: Mơ hình nút cảm nhận truyền liệu Cảm biến-Sensor a) Khái niệm Trong hệ thông đo lường, điều khiển trình đặc trưng trạng thái nhiệt độ, áp suất, tốc độ, mô men…Các biến trạng thái thường đại lượng không điện Nhằm mục đích điều chỉnh, điều khiển trình ta cần thu thập thơng tin, đo đạc, theo dõi biến thiên biến trạng thái trình Các cảm biến thực chức chúng thu thập, đáp ứng với tín hiệu kích thích, nói chúng so sánh tai, mắt hoạt động kha học công nghệ người Sinh viên: Đoàn Duy Hà – CT701 Trang Đồ án tốt nghiệp Các cảm biến thường định nghĩa theo nghĩa rộng thiết bị cảm nhận đáp ứng với tín hiệu kích thích Trong hệ thống đo lườngđiều khiển đại, trình thu thập xử lý tín hiệu thường máy tính đảm nhiệm b) Phân loại loại cảm biến Ta phân loại loại cảm biến theo số đặc trưng sau:  Theo nguyên lý chuyển đổi đáp ứng kích thích - Vật lý: Nhiệt điện, quang điện, quang từ, điện từ, nhiệt quang - Hóa học: Biến đổi hóa học, biến đổi điện hóa, phân tích phổ  Theo dạng kích thích - Âm thanh: Biến, pha, phân cực, phổ, tốc độ truyền sóng… - Điện: Điện tích, dịng điện, điện thế, điện áp… - Từ: Từ trường, độ từ thẩm… - Quang: Biên, pha, phân cực, phổ… - Cơ: Lực, áp suất, gia tốc, vận tốc,khối lượng, tỷ trọng… - Nhiệt: Nhiệt độ, thông lượng, nhiệt dung, tỉ nhiệt… - Bức xạ: Kiểu, lượng, cường độ… - Ngồi cịn có nhiều loại cảm biến tùy theo tính phạm vi sử dụng… Theo chức mạng đặc điểm cấu hình mạng cảm nhận mà sử dụng loại cảm biến khác ,Trong đồ án cảm biến chọn để nghiên cứu loại cảm biến nhiệt độ có tên LM61 có dạng IC c) Đặc điểm IC LM61 :  Biến đổi nhiệt độ cảm nhận điện áp nối  Khoảng cảm nhận từ -300C đến 1000C  Nguồn cung cấp 2,7V  Khoảng thay đổi điện áp nối 10mV/0C  Điện bù DC = 600mV Sinh viên: Đoàn Duy Hà – CT701 Trang 10