ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA QUA MẠNG ETHEMET

MỤC LỤC MỤC LỤC .1 Lời Cảm ơn .4 Lời mở đầu Mục tiêu đề tài Nhiệm vụ đề tài Chương 1: Tổng quan Ethernet 1.5.1 Các hệ thống Ethernet 10 Mb/s 14 2.2.4 Cấu trúc gói tin ARP (Adrees Resolution Protocol) .26 2.2.5 Cấu trúc gói tin UDP 30 Chương 3: Phần cứng 32 3.1 Vi điều khiển PIC 32 3.1.1 Giới thiệu vi điều khiển PIC 32 3.1.2 Một số ưu điểm Microchip PIC 34 3.1.3 Vi điều khiển PIC18F4550 35 3.3 Cảm biến nhiệt độ LM35 43 3.4 Module Ethernet ENC28J60 chuẩn giao tiếp SPI 45 3.4.1 Vi Mạch Ethernet ENC28j60 .45 3.4.2 Sơ đồ chân sơ đồ khối ENC28j60 .45 3.4.3 Sơ đồ ghép nối vi điều khiển với ENC28j60 47 3.4.4 Sơ đồ nguyên lý Module Ethernet 49 3.4.5 Module Ethernet 50 3.4.6 Chuẩn truyền thông SPI 51 3.5.3 Điều khiển hiển thị 60 3.5.4 Mạch RJ14 62 Chương 4: Trình biên dịch CCS webserver 63 4.1 Trình dịch CCS (PIC C Compiler) 63 4.1.1 Vì ta sử dụng CCS 63 4.1.2 Giới thiệu CCS 64 4.1.3 Tạo PROJECT CCS 65 4.2 Web động 74 4.3 CSS 75 4.3.1 Ưu điểm CSS 75 4.3.2 Các đặc tính CSS .76 4.3.3 CSS có tính kế thừa kết hợp .77 Chương 5: Sơ đồ khối mô 80 5.1 Sơ đồ khối 80 5.2 Mạch nguyên lý 82 5.2.1 Khối nguồn 83 5.2.2 Khối công suất (RELAY) .83 5.2.3 Khối hiển thị (LCD 16x2) 84 5.2.4 Khối Key điều khiển đèn (Nút nhấn) 85 5.2.5 Khối đo nhiệt độ Header giao tiếp với Module Ethernet 85 5.2.6 Khối reset, Xung thạch anh, Lọc nguồn .86 5.2.7 Khối Vi xử lý trung tâm (Pic 18F4550) .86 5.3 Mô Phỏng 87 KẾT LUẬN 87 Tài liệu tham khảo: 88 HÌNH ẢNH: BẢNG: Lời Cảm ơn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy cô khoa Điện – Điện Tử, quý Thầy cô thuộc môn Điện Tử Viễn Thông giảng dạy truyền đạt kiến thức chuyên ngành cho người thực đồ án thời gian vừa qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô Vũ Thị Thu Hương tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho em để có thể thực hoàn thành tốt đề tài Em cũng không quên cảm ơn bạn lớp trao đổi, góp ý để em hoàn thành đề tài cách tốt đẹp thời gian Mặc dù có nhiều cố gắng nỗ lực thực hiện, kiến thức khả thân nhiều hạn chế nên trình thực đề tài tránh khỏi sai phạm, thiếu sót… Rất mong nhận góp ý, dẫn từ nơi quý thầy cô bạn sinh viên Lời mở đầu Trong thời đại công nghiệp hoá đại hoá Việc phát minh chế tạo thiết bị thông minh có khả điều khiểu từ xa quan tâm hữu ích cho sống ngày Vì mục tiêu công nghệ đại hoá ngày phát triển, định làm đồ án điều khiển thiết bị qua mạng Ethernet Khi dự án hoàn thành điều khiểu thiết điện nhà thông qua mạng internet, tương tác bằng tay qua nút nhấn, kiểm soát nhiệt độ phòng; hiển thị trạng thái hoạt động thiết bị LCD… Dù nơi có mạng internet điều khiển thiết bị kết nối với module điều khiển ethernet Khi dự án thành công áp dụng rộng rãi hữu ích cho đời sống ngày Giúp cho đất nước ngày phát triển Giáo Viên Hướng Dẫn Vũ Thị Thu Hương Người Thực Hiện Nguyễn Văn Vượng - 0541050263 Mục tiêu đề tài   Thực giao tiếp mạng phần cứng mạch điện tử với máy tính qua mạng Ethernet Điều khiển hoạt động thiết bị (trong đề tài đền LED tượng trưng cho thiết bị), điều khiển giám sát người  Giám sát nhiệt độ thông qua cảm biến nhiệt LM35 Nhiệm vụ đề tài Để đạt mục tiêu đề ra, người thực đề tài đưa nhiệm vụ cần phải thực hiện:       Nghiên cứu vi điều khiển PIC18f4550 trình biên dịch CCS (PIC C Compiler) Lý thuyết mạng Ethernet cách thức truyền nhận liệu Nghiên chuẩn giao tiếp SPI ứng dụng thực tế module Ethernet ENC28J60 Tìm hiểu ngôn ngữ html CSS lập trình giao diện web Tính toán, thiết kế thi công phần cứng mạch điện tử (mô phỏng) Xây dựng thuật toán viết code cho ứng dụng dựa theo mục tiêu đề Chương 1: Tổng quan Ethernet ETHERNET kiểu mạng cục (LAN) sử dụng rộng rãi Hiện thời Ethernet thường sử dụng nhiều cáp đôi xoắn 10Mbps Ethernet phát minh trung tâm nghiên cứu Xerox Palo Alto vào năm 70 tiến sỹ Robert M.Metcalfe Nó thiết kế mục đích phục vụ nghiên cứu “hệ thống công sở tương lai”, bao gồm trạm cá nhân giới, trạm Xerox Alto Trạm Ethernet chạy với tốc độ xấp xỉ 3Mbps Chuẩn Ethernet 10Mbps xuất vào năm 1980 với phối hợp phát triển hãng DEC, Intel, Xerox Chuẩn có tên Dix Ethernetn (lấy tên theo chữ hãng) Ủy ban 802.3 IEEE lấy Dix Ethernet làm tảng để phát triển, năm 1985 chuẩn 802.3 đời với tên IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple access with Collition Detection (CSAM/CD) Mặt dù không sử dụng Ethernet hầu hết người hiểu phần chuẩn công nghệ Ethernet.Ngày chuẩn IEEE 802.3 chuẩn thức Ethernet.IEEE phát triển chuẩn Ethernet nhiều công nghệ truyền dẫn khác có nhìu loại mạng Ethernet khác Đặc biệt với phiên 100 Mbit/s (fast Ethernet, IEEE 802.3u), Ethernet ngày đóng vai trò hệ thống công nghiệp, bên cạnh việc sử dụng cáp đồng trục, đôi dây xoắn cáp quang, gần Ethernet không dây (Wirless LAN, IEEE 802.11) thu hút quan tâm lớn 1.1 Cấu trúc khung tin Ethernet Các chuẩn Ethernet hoạt động tầng Data link mô hình lớp OSI đơn vị liệu mà trạm trao đổi với khung (famer) Cấu trúc khung Ethernet sau: Bảng 1: Cấu trúc khung MAC theo IEEE 802.3/ Ethernet Preamble (mở đầu): bytes (không tính vào kích thước frame Ethernet) trường đánh dấu xuất khung bit, mang giá trị 10101010 Từ nhóm bit này, phía nhận tạo xung đồng hồ 10Mhz SFD (Start Frame Delimiter): bytes (không tính vào kích thước frame Ethernet) trường hợp thực xác định bắt đầu khung Nó mang giá trị 10101011 Destination Address (địa đích): bytes • Đây địa MAC Ethernet card nơi đến (nơi khung frame gửi đến) • Ý nghĩa bit thấp xác định bytes này: o 0: địa unicast  bytes dùng để nhà sản xuất 00-00-0C: CISCO 00-00-3D: AT&T  bytes nhà sản xuất định o 1: địa multicast  01-80-C2-00-00-00: dùng bridges cho giải thuật tản rộng (spanning trê algorithm)  FF-FF-FF-FF-FF-FF: địa quảng bá (broadcast) • Ở chế độ hoạt động bình thường, Ethernet tiếp nhận frame có địa nơi đến trùng với địa (duy nhất) nó, địa nơi đến thể thông điệp quản bá Tuy vậy, hầu hết Ethernet card đặt chế độ "promiscuous" Trong chế độ này, nhận tất frame xuất mạng LAN Source Address (địa nguồn): bytes Đây địa MAC Ethernet card nguồn (nơi khung frame gửi đi) LEN/TYLE (độ dài/kiểu gói): bytes giá trị trường nói lên độ lớn phần giữ liệu mà khung mang theo • Có loại cấu trúc Ethernet frame o IEEE 802.3 MAC  Dùng để độ dài Ethernet frame o DIX Ethernet: công bố DEC, Intel Xeror vào năm 1980 (phổ biến hơn)  Dùng để giao thức lớp phía  0800: IP  0860: ARP Phần thông tin: từ 46 tới 1500 bytes: • Do kích thước frame tối thiểu 64 bytes, kích thước tối thiểu phần thông tin 6418=46 bytes • Kích thước phần thông tin tối đa 1500 bytes Do đó, kích thước gói IP Ethernet tối đa 1500 bytes, ba kích thước gói IP thông dụng (40, 576, 1500) FCS mang CRC (cyclic redundancy checksum): phía gửi tính toán trường trước truyền khung Phía nhận tính toán lại CRC theo cách tương tự Nếu hai kết trùng nhau, khung xem nhận đúng, ngược lai khung coi bị lỗi bị loại bỏ 1.1 Cấu trúc địa Ethernet Mỗi giao tiếp mạng Ethernet định dạng 48 bit địa (6 octet) Đây địa ấn định sản xuất thiết bị, gọi địa MAC (Media Access Control Address) Địa MAC biểu diễn chữ số hexa ( hệ số 16), ví dụ: 00:60:97:8F:4F:86 00-60-97-8F-4F96 Khuôn dạng địa MAC chia làm phần: - octet xác định hãng sản xuất, chịu quản lý tổ chức IEEE - octet sau nhà sản xuất ấn định - Kết hợp ta có địa MAC cho giao tiếp mạng Ethernet Địa MAC sử dụng làm địa nguồn địa đích khung Ethernet 1.2 Đặc tính điện Tín hiệu Ethernet mã hóa theo mã Manchester Mã hóa Manchester sử dụng cách đảo ngược bit khoảng thời gian để đồng miêu tả bit - Bit ‘0’ Nửa chu kỳ đầu bit điện áp +V nửa chu kỳ lại điện áp –V - Bit ‘1’ Nửa chu kỳ đầu bit điện áp -V nửa chu kỳ lại điện áp + V Hình 1: Mã hóa Manchester 1.3 Các loại khung Ethernet 1.3.1 Các loại khung uniscat Giả sử trạm cần truyền khung tới trạm 2.Khung Ethernet trạm truyền có địa chỉ: - MAC nguồn: 00-60-08-93-DB-C1 - MAC đích : 00-60-08-93-AB-12 10 trang web Ví dụ làm động hình ảnh text trang web Cấu trúc DHTML: Điều khiển LED

Bảng điều khiển LED thông qua internet

4.3 CSS CSS chữ viết tắt “Cascading Style Sheet”, kiểu thiết kế sử dụng nhiều lớp định dạng chồng lên CSS tổ chức World Wide Web giới thiệu vào năm 1996 Cách đơn giản để hiểu CSS coi phần mở rộng HTML để giúp đơn giản hoá cải tiến việc thiết kế cho trang web Một tiện ích CSS định nghĩa Style (kiểu dáng, định dạng ….) lần trình duyệt áp dụng Style nhiều lần đoạn văn 4.3.1 Ưu điểm CSS CSS tách riêng phần định dạng khỏi nội dung trang web, thuận tiện thay đổi giao diện trang web CSS sợi xuyên suốt trình thiết kế website cho phép nhà thiết kế kiểm soát toàn giao diện, kiểu cách đặt nhiều trang hay nhiều đối tượng lần định nghĩa Để thay đổi tổng thể hay nhiều đối tượng có style, cần thay đổi style tất thành phần áp dụng Style thay đổi theo Nó giúp tiết kiểm công sức nhiều Do định nghĩa style tách riêng khỏi nội dung trang web, chúng trình duyệt tải lần sử dụng cho nhiều lần, giúp trang web nhẹ chạy nhanh 75 4.3.2 Các đặc tính CSS CSS quy định cách hiển thị thẻ HTML cách quy định thuộc tính thẻ (font chữ, màu sắc) Để thuận tiện đặt toàn thuộc tính thẻ vào file riêng có phần mở rộng “.css” CSS phá vỡ giới hạn thiết kế Web, cần file CSS quản lý định dạng layout nhiều trang web khác Các nhà phát triển Web định nghĩa sẵn thuộc tính số thẻ HTML sau dùng lại nhiều trang khác Có thể khai báo CSS nhiều cách khác Có thể đoạn CSS phía thẻ … tạo file riêng chèn vào tài liệu HTML chèn trực tiếp vào đâu tài liệu HTML 4.3.2.1 Cú pháp CSS Css_selector_1{ Thuộc_tính_1 : giá_trị_của_thuộc_tính_1; Thuộc_tính_2 : giá_trị_của_thuộc_tính_2; ……… Thuộc_tính_n : giá_trị_của_thuộc_tính_n; } Css_selector_2{ Thuộc_tính_1 : giá_trị_của_thuộc_tính_1; Thuộc_tính_2 : giá_trị_của_thuộc_tính_2; ……… Thuộc_tính_n : giá_trị_của_thuộc_tính_n; } Css_selector_3{ Thuộc_tính_1 : giá_trị_của_thuộc_tính_1; Thuộc_tính_2 : giá_trị_của_thuộc_tính_2; ……… Thuộc_tính_n : giá_trị_của_thuộc_tính_n; } 4.3.2.2 Ví dụ minh hoạ mã CSS Body{ Background: #ffffff; /*Nền có màu trắng*/ Color: blue; /*Chữ có màu xanh*/ } 76 4.3.2.3 Thứ tự xếp lớp Tuỳ vào cách đặt khác mà mức độ ưu tiên cho style khác Mức độ ưu tiên tuân theo thứ tự sau: - Style nội tuyến - Style đặt thẻ HTML riêng biệt - Style bên – Style đặt cặp thẻ … - Style bên – style đặt file riêng có đuôi “.css” - Style theo mặc định trình duyệt 4.3.3 CSS có tính kế thừa kết hợp 4.3.3.1 Tính kế thừa Giả sử đầu file styleshet.css khai báo cho body có thuộc tính sau: Body{ Color: #000000; Font-size: 24px; } Nhưng trường hợp muốn khai báo phần tử nhỏ nằm div có id main-content: #main-content{ Color: #ffffff; Background: #000000; } Như div có id main-content không chịu ảnh hưởng thuộc tính body mà mang thuộc tính Chữ màu trắng màu đen 4.3.3.2 Tính kết hợp Có thể định nghĩa nhiều CSS thuộc tính thay phải định nghĩa riêng lẻ Ví dụ: h1,h2,h3{ Color: #c9c9c9; } Thay cho việc định nghĩa riêng tường thuộc tính sau: h1 { Color: #c9c9c9; } 77 h2 { Color: #c9c9c9; } h3{ Color: #c9c9c9; } 4.3.3.3 Tạo bảng html css Trong html để tạo bảng ta dùng Khi thực lệnh ta dẽ có bảng ta dùng thuộc tính border để chỉnh đường viền cho bảng Trong bảng có thẻ dòng bảng dòng cho bảng Ngoài có thẻ cột cho bảng Mỗi cột cho bảng Để gộp cột lại với ta dùng code sau: Câu lệnh colspan="3" nghĩa gộp cột lại thành Còn nghĩa ta gộp dòng lại thành 78 Hình 12: websever 79 Chương 5: Sơ đồ khối mô 5.1 Sơ đồ khối Khối hiển thị LCD 16x2 Thiết bị điều khiển mạch Khối điều khiển VĐK PIC18F4550 Module Ethernet ENC26j80 WEB INTERNE T Khối nguồn Bảng điều khiển trình duyệt thông qua internet Hình 1: Sơ đồ khối giao tiếp mạch 80 81 5.2 Mạch nguyên lý Hình 2: Mạch nguyên lý 82 5.2.1 Khối nguồn Hình 3: Khối nguồn 5.2.2 Khối công suất (RELAY) Hình 4: khối công suất (relay chân 12v DC/ 240v AC) 83 5.2.3 Khối hiển thị (LCD 16x2) Hình 5: khối hiển thị (LCD 16x2) 84 5.2.4 Khối Key điều khiển đèn (Nút nhấn) Hình 6: Khối Nút nhấn 5.2.5 Khối đo nhiệt độ Header giao tiếp với Module Ethernet Hình 7: LM35(nhiết độ) & Header kết nối với Module Ethernet 85 5.2.6 Khối reset, Xung thạch anh, Lọc nguồn a, b, c, Hình 8: a:xung thạch anh b: lọc nguồn c: khối reset 5.2.7 Khối Vi xử lý trung tâm (Pic 18F4550) 86 Hình 9: Khối xử lý dùng vi điều khiển PIC18F4550 5.3 Mô Phỏng Hình 10: Mô KẾT LUẬN Việc thiết kế Module Ethernet vi điều khiển PIC18F4550 nhằm ứng dụng đo lường điều khiển có ý nghĩa lớn, ứng dụng nhiều lĩnh vực đời sống xã hội công nghiệp Ngoài ra, module Ethernet vi điều khiển PIC18F4550 phục vụ cho việc học tập nghiên cứu 87 sinh viên Việc xây dựng module liên quan đến nhiều mảng kiến thức, từ kiến thức lý thuyết kiến thức thực tiễn  Những kết thực • Tìm hiểu nguyên lý chung chuẩn truyền thông Ethernet IEÊ 802.3 quy định, tìm hiểu kiến thức họ giao thức TCP/IP • Kết nối thành công mạch demo với máy tính thông qua chuẩn truyền thông Ethernet • Lập trình cho mạch demo phần mềm CCS, sử dụng thư viện TCP/IP Stack cảu hang Microchip để thực điều khiển ứng dụng bật tắt đèn, hiển thị lên LCD đo tham số nhiệt độ hiển thị lên web Trong trình làm nhiều thiếu sót mặt khiến thức lên sản phẩm chưa thực hoàn thiện Trong tương lại sản phẩm phát triển thêm ứng dụng cho nhà thông minh Tài liệu tham khảo: [1] [2] [3] [4] [5] Datasheet PIC18F4550 Datasheet ENC28J60 Datasheet LM35 File Help trình biên dịch PIC C Compiler (CCS) Tài liệu tham khảo từ trang web, diễn đàn Internet: http://www.hocavr.com/index.php/vi/lectures/spi http://www.pic24.ru/doku.php/en/osa/ref/intro http://mcu.banlinhkien.vn/threads/261/ http://codientu.org http://www.dientuvietnam.net/forums/vi-dieu-khien-avr-55/giao- thuc-tcp-ip-va88 web-server-voi-avr-87172/ 89