Ứng dụng mạng internet để điều khiển thiết bị điện trong gia đình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ỨNG DỤNG ẠNGINTE NET ĐỂ ĐIỀU THIẾT BỊ ĐIỆN T ONG GI Đ NH NGUYỄN ĐỨC HIỂU HÀ NỘI -2015 HIỂN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ ỨNG DỤNG ẠNGINTE NET ĐỂ ĐIỀU HIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN T ONG GI Đ NH NGUYỄN ĐỨC HIỂU CHUYÊN NGHÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN MÃ SỐ: 60480201 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Quang Hoan HÀ NỘI -2015 LỜI C ĐO N Em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu em chưa công bố cơng trình chưa đăng tài liệu, tạp chí, hội nghị khác Những kết nghiên cứu luận văn trung thực Hà Nội, tháng 10 năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Đức Hiểu i LỜI CẢ ƠN Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn trân thành đến thầy PGS.TS Nguyễn Quang Hoan, người tận tình giúp đỡ em nhiều kiến thức chuyên môn tài liệu kỹ thuật phục vụ cho công tác nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo giảng dạy Viện Đại học Mở - Hà Nội thầy cô Khoa Sau Đại học tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Em cảm ơn tất bạn bè, đồng nghiệp nhiệt tình giúp đỡ, động viên góp ý cho luận văn Mặc dù em nỗ lực cố gắng để hoàn thành luận văn tốt nghiệp song chắn khơng thể tránh khỏi sai sót định Vì vậy, em mong hướng dẫn bảo, góp ý thầy, đồng nghiệpđể luận văn em ngày hoàn thiện ii MỤC LỤC LỜI C ĐO N i LỜI CẢ ƠN ii MỤC LỤC iii BẢNG DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH vii LỜI MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỘT SỐ THIẾT BỊ TỪ XA TRONG GI Đ NH 1.1 Vấn đề đo điều khiển thiết bị gia đình từ xa 1.2 Mạng Internet ứng dụng điều khiển thiết bị gia đình từ xa 1.2.1 Mạng cục giao thức 1.2.2 Một số giao thức mạng Internet 1.2.3 ng dụng điều hiển thiết bị qua giao thức UDP .17 1.3 Các thành phần đo điều khiển thiết bị gia đình .17 1.3.1 Các đầu đo 17 1.3.2 Ghép nối .19 1.4 Các thiết bị thu thập số liệu 21 1.4.1 PLC 21 1.4.2 Vi điều khiển 22 Chƣơng2: CẤU T ÚCVI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A 26 2.1 Giới thiệu chung 26 2.1.1 Sơ đồ khối Vi điều khiển 16F877A 27 2.1.2 Các chân củaVi điều khiển PIC 16F877A 28 2.1.3 Các chân chức Vi điều khiển 29 iii 2.1.4 Các đặc điểm Vi điều khiển 16F877A 30 2.1.5 Các phương pháp tổ chức nhớ 31 2.2 Các cổng vào PIC 16F887A 33 2.2.1 Các PORTA PIC 33 2.2.2Giao tiếp nối tiếp 38 2.2.3Cổng giao tiếp song song 39 2.3 Các đặc tính CPU .39 2.3.1 Bộ giao động 39 2.3.2 Các chế độ RESET 40 2.3.3 Chế độ nghỉ 41 Chƣơng 3: ỨNG DỤNG VÀ THỬ NGHIỆM 43 ng ứng dụng điều khiển cho PIC 16F887A 43 3.1.1 Một số ứng dụng cụ thể .43 3.1.2 Thiết kế giao diện điều khiển .45 3.1.3 Thiết kế mạch điện .46 3.2 Mô tả hoạt động trao đổi liệu .48 3.2.1 Trao đổi liệu Client, Server, PIC 48 3.2.2 Cài đặt 52 KẾT LUẬN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 iv BẢNG DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AC Dòng điện xoay chiều Alternating Current ADC ALU ARP AT CGI Analog to Digital Converter Arithmetic Logic Unit Address Resolution Protocol Advanced Technology Common Gateway Interface Carrier Sense Multiple Access CSMA/CD with Collision Detection DC Direct Current DNS Domain Name System Electrically Erasable EEPR Programmable Read Only Memory FIN Finish FTP File Transfer Protocol HSC High Speed Crystal Bộ chuyển đổi tương tự sang số Đơn vị số học logic Giao thức phân giải địa Công nghệ tiên tiến Giao diện cổng chung Tổ chức thâm nhập cảm nhận sóng mạng có dị xung đột Dịng điện chiều Hệ thống tên miền Bộ nhớ đọc lập trình xóa Internet Group Management Protocol Internet Protocol Kết thúc Giao thức truyền tập tin Tinh thể tốc độ cao Giao thức vận chuyển siêu văn Giao thức thông báo điều hiển mạng Giao thức quản trị nhóm Internet Giao thức Internet IRC Infrared Remote Control Điều khiển hồng ngoại ISP LED LP Internet Service Provider Light Emitting Diode Low Power Multipurpose Internet Mail Extension Network Information Server Nhà cung cấp dịch vụ Internet Diode phát quang Bộ nguồn thấp Phần mở rộng thư Internet đa Máy chủ thông tin mạng POP3 Post Office Protocol Giao thức bưu điện PPP PSH PWM RC RF Point-to-Point Push Pulse Width Modulation Resistor Capacitor Radio Frequency Giao thức kết nối điểm điểm Đẩy Điều biến độ rộng xung Dao động mạch RC tạo Tần số vô tuyến HTTP HyperText Transfer Protocol ICMP Internet Control Message Protocol IGMP IP MIME NIS v RIP RST SCI SMTP SYN Telnet TOS Routing Information Protocol Reset Serial Communication Interface Simple Mail Transfer Protocol The Synchronous Idle Character Transmission Control Protocol Internet Protocol TErminaL NETwork Type of Service UDP User Datagram Protocol USART UniversialSynchronous Asynchronous Receiver Transmitter TCP/IP VĐK VXL WAP WDT Thông tin định tuyến mạng Khởi động lai Giao diện truyền thông nối tiếp Giao thức chuyển thư đơn giản Ký tự đồng hoá Giao thức Điều khiển - giao thức Internet Thiết bị đầu cuối Loại dịch vụ Giao thức gói liệu người dùng Chuyển đổi hơng đồng bộ, bất đồng Wireless Application Protocol Watchdog Timer Reset vi Vi điều hiển Vi xử lý Giao thức ứng dụng hơng dây Thiết bị tính thiết lập lại DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ kết nối ngơi nhà thơng minh SmartHome Hình 1.2: Bộ điều khiển trung tâm LUMI Hình 1.3: Cấu trúc họ giao thức TCP/IP Hình 1.4: Cấu trúc gói TCP 10 Hình 1.5: Lưu đồ trạng thái kết nối TCP 12 Hình 1.6: Cấu trúc gói tin IP 14 Hình 1.7: Cấu trúc gói tin ARP 16 Hình 1.8: Mơ hình sử dụng Client/Server 17 Hình 1.9: Đầu đo cảm biến hồng ngoại 18 Hình 1.10: Đầu đo hạ áp đện trở 19 Hình 2.1: Sơ đồ hối vi điều hiển 16F877A 27 Hình 2.2: Sơ đồ chân vi điều hiển 16F877A 28 Hình 2.3: Bộ nhớ chương trình PIC 16F887A 32 Hình 2.4: Bộ chuyểnđổi ADC 37 Hình 3.1:Mạch nguyên lý ứng dụng điều hiển PORT vi điều hiển 44 Hình 3.2: Giao diện điều hiển thiết bị 45 Hình 3.3: Giao diện điều hiển điện hoa CNTT 46 Hình 3.4: Thiết ế mạch in thiết bị điều hiển PIC 16F877A .46 Hình 3.5: Sơ đồ mạch thiết bị điều hiển PIC 16F877A .47 Hình 3.6: Sơ đồ mô tả trao đổi liệu .48 Hình 3.7: Sơ đồ mơ tả hoạt độngcủa hệ thống điều hiển 48 Hình 3.8: Bộ điều hiển thiết bị trung tâm chưa ết nối 50 vii Hình 3.9: Bộ điều hiển thiết bị trung tâm ết nối 50 Hình 3.10: Thiết bị cảnh báo chuyển động .51 Hình 3.11: Sơ đồ mạch lớp điều hiển 51 Hình 3.12: Cấu hình máy chủ .53 Hình 3.13: Cấu hình máy chủ .53 Hình 3.14: Cấu hình máy chủ .54 Hình 3.15: Cấu hình máy chủ .54 Hình 3.16: Cấu hình máy chủ .55 Hình 3.17: Nhập mật hẩu 56 Hình 3.18: Cấu hình máy chủ .56 Hình 3.19: Cấu hình IP máy chủ 56 Hình 3.20:Thiết lập IP tĩnh cho máy chủ 57 Hình 3.21: Thiết lập IP tĩnh cho máy chủ 57 Hình 3.22: Thiết lập IP tĩnh cho máy chủ 58 Hình 3.23: Cấu hình Modem .59 Hình 3.24: Cấu hình tạo Host 59 viii - Một số linh kiện chưa xác dẫn đến thời gian trễ cho điều khiển trung tâm - Chế độ hẹn kịch chưa hoàn thiện Hƣớng phát triển đề tài Tiếp tục nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển thông qua Web Server tìm hiểu lập trình điều khiển thơng qua RJ45 Thiết kế lại giao diện số ứng dụng báo cháy báo,khí ga, báo nhiệt độ… Thiết kế công tắc trao đổi liệu hai chiều Sử dụng đường truyền Internet cáp quang có địa IP tĩnh để tối ưu hệ thống Trong tương lai, em cố gắng nghiên cứu, học hỏi, tìm tịi nâng cao trình độ hiểu biết thân để tiếp tục phát triển đề tài Từ đó, đưa sáng tạo để tối ưu, nâng cấp, phát triển hệ thống như: Xây dựng hệ thống nhà thông minh, phần mềm hoạt động thiết bị di động cầm tay Điều khiển hệ thống qua điều khiển trung tâm trực tiếp không phụ thuộc Server 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO A Tiếng Việt [1] Lê Văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hòa,Võ Thạch Sơn,Đào Văn Tân(2006), Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [2] Vũ Chấn Hưng (2004), Kiến trúc máy tính , Nxb Giao thông Vận tải, Hà Nội [3] Đặng Minh Hoàng (2001), Xử lý & nâng cấp mạch logic, Nxb Thống kê,TP.HCM [4] Đặng Hồng Quang (2001),Những mạch điện nhiều tính thiết kế mới, Nxb Trẻ TP.HCM [5] Nguyễn Thanh Trà,Thái Vĩnh Hiển (2010),250 tập Kỹ thuật điện tử,Nxb Giáo dục Việt Nam [6] Nguyễn Văn Nguyên (2004),Giáo trình linh iện điện tử ứng dụng, Nxb Giáo dục Việt Nam [7] Vũ Thị Thu Hương,Vũ Trung Kiên (2009) Vi điều khiển cấu trúc-Lập trình ứng dụng , Nxb Giáo dục Việt Nam [8] Tống Văn On, Hoàng Đức Hải (2008), Họ vi điều khiển 8051, Nxb Lao động – Xã hội B Tiếng Anh [9] Anna Ha´c, (2003), Wireless Sensor Networks Designs, John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England [10] Holger Karl and Andreas Willig, Protocols and Architecture for Wireless Sensor Networks, John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England C Mạng Internet [11] http://khoahoc.tv/congnghemoi/cong-nghe-moi/25975_nhat-ban-phat-trienremote-dieu-khien- khong-can-pin.aspx 63 [12] http://quantrimang.com/so-hoa-thiet-bi-dien-trong-nha-bang-he-thong-x1036396 [13] http://www.smarthome.com.vn/smarthome [4] http://www.lumi.vn/nha-thong-minh [5] www.picvietnam.com [6] http://sinhvienit.net/forum/giao-trinh-css-co-ban.351725.html 64 PHỤ LỤC A: CHƢƠNG T NH ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A #include "D:\DucHieu\PIC16F877A\tk2.h" #include char b_den1[4] = "bd1",b_den2[4] = "bd2",b_den3[4] = "bd3",b_den4[4] = "bd4",b_den5[4] = "bd5",b_den6[4] = "bd6",b_den7[4] = "bd7",b_den8[4] = "bd8"; char t_den1[4] = "td1",t_den2[4] = "td2",t_den3[4] = "td3",t_den4[4] = "td4",t_den5[4] = "td5",t_den6[4] = "td6",t_den7[4] = "td7",t_den8[4] = "td8"; char b_role1[4] = "br1",b_role2[4] = "br2"; char t_role1[4] = "tr1",t_role2[4] = "tr2"; char b_buzzer[4] = "bon", t_buzzer[4] = "bof"; char nd_lenh[4]; int1 nut1=1,nut2=1,nut3=1,nut4=1,nut5=1,nut6=1,nut7=1,nut8=1; int8 i,var; #int_RDA void RDA_isr(void) { if (getc () == '$') { for (i=0; i