Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ truyền tin bluetooth trong thiết kế mạng cảm biến không dây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN TIN BLUETOOTH TRONG THIẾT KẾ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY NGÀNH : ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÊ MINH THÙY Người hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN QUỐC CƯỜNG Hà Nội 2008 Luận văn thạc sỹ khoa học LỜI CAM ĐOAN Đề tài luận văn em "Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ truyền tin Bluetooth thiết kế mạng cảm biến không dây" Luận văn bao gồm vấn đề sau : • Nghiên cứu mạng cảm biến không dây ứng dụng • Nghiên cứu công nghệ Bluetooth • Nghiên cứu module Bluetooth ARF32 sử dụng vi mạch LMX9820A hãng National Semiconductor • Thiết kế, chế tạo mạng cảm biến không dây (thiết kế kiến trúc mạng, chế tạo nút cảm biến, chuyển tiếp, nút điều khiển) Ứng dụng mạng cảm biến nhiệt độ không dây với đầu đo nhiệt độ DS18B20, vi điều khiển ATMega32, Real-time clock DS1307, thẻ nhớ MMC • Thiết kế gói phần mềm máy tính: quan sát, điều khiển giao tiếp với mạng cảm biến không dây Em xin cam đoan luận văn em làm hướng dẫn TS Nguyễn Quốc Cường Hà Nội ngày tháng năm 2008 Học viên Lê Minh Thuỳ Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học MỤC LỤC PHẦN I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương I Mạng cảm biến không dây I.1 Mạng cảm biến không dây đặc trưng I.1.1 Mạng cảm biến không dây gì? I.1.2 Các đặc trưng mạng cảm biến không dây I.1.3 Những yêu cầu mạng cảm biến không dây 12 I.2 Cấu trúc mạng cảm biến không dây 13 I.2.1 Cấu trúc phần cứng nút cảm biến 13 I.2.2 Vấn đề tiêu thụ lượng mạng cảm biến không dây 17 I.2.2.1 Việc tiêu thụ lượng trạng thái hoạt động khác 18 I.2.2.2 Việc tiêu thụ lượng khối điều khiển 20 I.2.2.3 Việc tiêu thụ lượng nhớ 22 I.2.2.4 Việc tiêu thụ lượng truyền nhận sóng vô tuyến 22 I.2.2.5 Việc tiêu thụ lượng cảm biến 26 I.2.3 Các kiến trúc mạng mạng cảm biến không dây 26 I.2.3.1 Kiến trúc đơn bước (single-hop) 27 I.2.3.2 Kiến trúc đa bước (Multi-hop) 28 I.2.3.3 Kiến trúc mạng hỗn hợp 29 I.3 Một số dịch vụ giao thức truyền thông sử dụng mạng cảm biến không dây 30 I.3.1 Lớp vật lý (Physical layer) 30 I.3.2 Giao thức MAC (MAC protocol) 30 I.3.3 Vấn đề đồng thời gian 33 I.4 Các ứng dụng mạng cảm biến không dây 34 Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học I.4.1 Ứng dụng quân 34 I.4.2 Ứng dụng công nghiệp dân dụng 35 I.5 Các công nghệ không dây mạng cảm biến không dây 37 I.5.1 Công nghệ Zigbee 37 I.5.2 Công nghệ UWB 39 I.5.3 Công nghệ Bluetooth 40 Chương II Tổng quan công nghệ Bluetooth 41 II.1 Giới thiệu công nghệ Bluetooth 41 II.1.1 Các đặc trưng công nghệ Bluetooth 44 II.1.2 Cấu trúc hệ thống Bluetooth 46 II.1.3 Kỹ thuật nhảy tần công nghệ Bluetooth 47 II.2 Mô hình tầng giao thức công nghệ Bluetooth 50 II.2.1 Bluetooth radio 51 II.2.2 BaseBand 52 II.2.3 Link Manager Protocol 54 II.2.4 Logical link control and adaption protocol (L2CAP) 54 II.2.5 Service Discovery Protocol 55 II.2.6 RFCOMM Protocol 58 II.2.7 Host Controller Interface 59 II.3 Các chế độ hoạt động thiết bị Bluetooth 60 II.3.1 Standby 61 II.3.2 Active mode 61 II.3.3 Sniff mode 62 II.3.4 Hold mode 62 II.3.5 Park mode 62 II.4 Các kiểu địa thiết bị Bluetooth 64 II.5 Các kiến trúc mạng Bluetooth 65 Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học II.5.1 Mạng piconet 65 II.5.2 Mạng Scatternet 67 II.5.3 Vấn đề bảo mật công nghệ Bluetooth 70 PHẦN II THIẾT KẾ MẠNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ KHÔNG DÂY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ BLUETOOTH 73 Chương III Thiết kế mạng cảm biến nhiệt độ không dây sử dụng công nghệ Bluetooth 73 III.1 Tổng quan hệ thống 74 III.2 Thiết lập mạng cảm biến 75 III.2.1 Thiết lập cấu hình mạng 77 III.2.2 Định tuyến thông tin 79 III.2.3 Quản lý lượng 81 Chương IV Chế tạo thử nghiệm mạng cảm biến nhiệt độ 84 IV.1 Thiết kế phần cứng 84 IV.1.1 Nút cảm biến 84 IV.1.2 Nút chuyển tiếp 86 IV.1.3 Nút điều khiển 87 IV.2 Mô hình mạng thử nghiệm 88 IV.3 Kết thử nghiệm 90 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 PHỤ LỤC Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học DANH MỤC HÌNH VẼ Hình I.1 Mô hình mạng cảm biến không dây Hình I.2 Liên kết WSNs thông qua mạng Internet 10 Hình I.3 Kiến trúc WSN có nút cảm biến hai chế độ hoạt động 11 Hình I.4 Cấu trúc nút cảm biến 14 Hình I.5 Cấu trúc chung truyền-nhận (transceiver) 16 Hình I.6 Quá trình chuyển trạng thái hoạt động nút cảm biến 19 Hình I.7 mối liên quan lượng tiêu thụ với điện áp hoạt động xung nhịp clock Intel StrongARM SA-1100 22 Hình I.8 Cấu trúc khối truyền-nhận sóng vô tuyến 23 Hình I.9 Các liên kết mạng cảm biến đơn bước 27 Hình I.10 Một liên kết mạng cảm biến đa bước (Multi-hop) 28 Hình I.11 Mạng sử dụng nhiều thiết bị nguồn (Source) nhiều thiết bị đích (Sink) 29 Hình I.12 Hệ thống xác định vị trí địch để bắn 35 Hình I.13 Hệ thống xác định vị trí quĩ đạo di chuyển voi 36 Hình I.14 Hệ thống cảnh báo phát cháy rừng 37 Hình II.1 Cấu trúc phần cứng hệ thống Bluetooth 46 Hình II.2 Các packets kênh tần số khe thời gian khác 48 Hình II.3 Ví dụ việc truyền tin Master Slaves 49 Hình II.4 Mô hình phân lớp chuẩn Bluetooth 51 Hình II.5 Ví dụ minh hoạ việc sử dụng kiểu liên kết ACL SCO 53 Hình II.6 Định dạng gói liệu qui định thực lớp Baseband 53 Hình II.7 : Mô tả giao tiếp tìm kiếm dịch vụ chủ tớ 55 Hình II.8 : Các thành phần Bản ghi dịch vụ-Service Record 56 Hình II.9 : Các thành phần Service Attribute 56 Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học Hình II.10 Các trình để tiến đến trạng thái kết nối (connection) 60 Hình II.11: Cấu trúc gói liệu (packet) chuẩn Bluetooth 63 Hình II.12: Mô hình mạng piconet 65 Hình II.13 Mô hình mạng Scatternet 67 Hình II.14 : Slave piconet làm Slave Piconet 69 Hình II.15 : Slave Piconet trở thành Master Piconet 69 Hình III.1 Mô hình mạng cảm biến 74 Hình III.2 Cấu hình mạng cảm biến không dây 75 Hình III.3 Ví dụ minh họa bảng địa nút 3.2.2.1 mạng 77 Hình III.4 Lưu đồ thiết lập cấu hình mạng 78 Hình III.5 Lưu đồ truyền gói tin mạng 80 Hình III.6 Lưu đồ hoạt động nút chuyển tiếp nút cảm biến 81 Hình IV.1 Sơ đồ khối nút cảm biến 84 Hình IV.2 Sơ đồ nguyên lý nút cảm biến 86 Hình IV.3 Sơ đồ nguyên lý nút chuyển tiếp 87 Hình IV.4 Sơ đồ nguyên lý nút điều khiển 88 Hình IV.5 Mô hình mạng thử nghiệm 89 Hình IV.6 Giao diện thu thập trung tâm sử dụng công nghệ Bluetooth máy tính PC 90 Hình IV.7 Ảnh chụp thực tế nút cảm biến 90 Hình IV.8 Ảnh chụp thực tế nút chuyển tiếp 91 Hình IV.9 Ảnh chụp thực tế nút điều khiển 92 Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Với phát triển không ngừng công nghiệp vi mạch số, truyền tin không dây công nghệ MEMS (Micro-ElectroMechanical System), giới bắt đầu phát triển ứng dụng mạng cảm biến không dây (Wireless sensors Networks) Với công nghệ việc kết nối thiết bị điện tử trở lên đơn giản linh hoạt Do không bị bó buộc vấn đề dây dẫn, hệ thống sensor không dây cho phép người sử dụng dễ dàng thay đổi sơ đồ bố trí cảm biến cho phù hợp với yêu cầu thời điểm khác khâu sửa chữa, bảo trì Một công nghệ sử dụng mạng cảm biến không dây sử dụng công nghệ Bluetooth Đây công nghệ hãng Ericsson phát triển vào năm 1994 sau nhiều hãng hỗ trợ vào năm 1998 để trở thành chuẩn Bluetooth (bao gồm Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba) Ban đầu công nghệ Bluetooth ứng dụng thiết bị đa phương tiện máy tính, điện thoại di động, headphone, speaker, Tuy nhiên công nghệ bắt đầu tích hợp vào thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm để lắp đặt phương tiện giao thông, nơi mà việc dây dẫn khó khăn Hoặc thiết bị đo điều khiển hệ thống điện, điều hòa không khí, đóng mở cửa sổ tự động trời mưa mô hình nhà thông minh (smart home) [1] Trong nước có số nghiên cứu sử dụng công nghệ Bluetooth Tuy nhiên ứng dụng chủ yếu tìm hiểu công nghệ lập trình cho thiết bị di động có sử dụng truyền tin Bluetooth, ví dụ đề tài “Lập trình ứng dụng công nghệ Bluetooth J2ME” tác giả Phan Võ Minh Duy Phân viện công nghệ thông tin thành phố Hồ Chí Minh Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học Tính cấp thiết đề tài Cùng với tiến không ngừng khoa học kỹ thuật, lĩnh vực đo lường xuất nhiều hệ công nghệ Việc áp dụng công nghệ truyền tin không dây vào hệ thống đo cảm biến phân tán hướng phát triển xây dựng hệ thống đo lường thông minh Với công nghệ không dây, việc lắp đặt thiết bị đo trở nên đơn giản, việc sửa chữa thuận lợi Đặc biệt số ứng dụng giải pháp sử dụng truyền tin không dây từ đầu đo điều khiển trung tâm lựa chọn tối ưu nhất, mà việc nối dây trở nên khó khăn, phức tạp [1] [3] [9]: ví dụ xe ô tô chở thực phẩm đông lạnh, việc nối dây từ thiết bị đo nhiệt độ không khí bên ngăn lạnh điều khiển trung tâm khó khăn Hay bệnh viện, việc theo dõi tình hình sức khỏe bệnh nhân họ di chuyển vấn đề khó khăn sử dụng thiết bị theo dõi có dây truyền thông tin thông thường Trong ngành chế tạo công nghiệp robot, việc nối dây cảm biến đo phận xử lý trung tâm trở nên phức tạp số lượng cảm biến tăng Các công nghệ không dây thông dụng chủ yếu công nghệ truyền tin hồng ngoại (IrDA), công nghệ RFID (Radio Frequency Identification), công nghệ Bluetooth, công nghệ Zigbee (IEEE 802.15.4), công nghệ Wi-Fi (IEEE 802.11) hay công nghệ UWB (Ultra-Wideband) Trong ứng dụng khoảng cách truyền tin ngắn yêu cầu tốc độ truyền tin không cao công nghệ Bluetooth lựa chọn thích hợp, sử dụng phát triển hệ thống mạng cảm biến không dây Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ hệ thống đo lường hướng nghiên cứu ứng dụng có nhiều triển vọng Vì vậy, em chọn đề tài “Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ truyền tin Bluetooth thiết kế mạng cảm biến không dây” với mục tiêu thiết kế, chế tạo mô hình mạng cảm biến không dây sử dụng Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học công nghệ Bluetooth ứng dụng việc đo thu thập đại lượng đo lường, sản phẩm cụ thể luận văn mạng cảm biến nhiệt độ không dây Luận văn bao gồm hai phần chính: Phần I: toàn nghiên cứu lý thuyết để ứng dụng cho mục tiêu thiết kế đề tài Phần I gói gọn chương - Chương I: Mạng cảm biến không dây trình bày cách chi tiết kiến trúc mạng, cấu tạo phần cứng dịch vụ sử dụng mạng cảm biến không dây ứng dụng mạng cảm biến không dây - Chương II: Tổng quan công nghệ Bluetooth trình bày cấu trúc hệ thống Bluetooth, giao thức chuẩn Bluetooth chế độ hoạt động, chế độ bảo mật thiết bị sử dụng công nghệ truyền tin không dây Bluetooth Phần II: Thiết kế mạng cảm biến không dây sử dụng công nghệ Bluetooth Phần II bao gồm hai chương - Chương III: Thiết kế mạng cảm biến không dây sử dụng công nghệ Blueooth trình bày chi tiết thiết kế mạng cảm biến không dây: kiến trúc, mô hình, giao thức mạng cảm biến không dây trình định tuyến thông tin mạng - Chương IV: Chế tạo thử nghiệm mạng cảm biến nhiệt độ sở mô hình mạng xây dựng từ chương III, chương IV tiến hành việc thiết kế phần cứng mạng lập trình cho thiết bị tuân theo giao thức xây dựng: thiết kế nút cảm biến, nút chuyển tiếp, nút điều khiển, gói phần mềm máy tính quan sát, điều khiển giao tiếp với mạng Chạy thử nghiệm hệ thống đánh giá độ tin cậy hệ thống, thời gian truyền thông tin, tỉ lệ sai lệch thông tin truyền mạng, sai số thiết bị hệ thống Từ đưa hướng giải cho vấn đề tồn Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học 84 Chương IV Chế tạo thử nghiệm mạng cảm biến nhiệt độ Chương trình bày chế tạo thử nghiệm mạng cảm biến nhiệt độ không dây sử dụng truyền tin Bluetooh với mô hình mạng thiết kế trình bày chương IV.1.Thiết kế phần cứng IV.1.1 Nút cảm biến Nút cảm biến thiết kế với sơ đồ khối hình IV.1 : Hình IV.1 Sơ đồ khối nút cảm biến Nút cảm biến bao gồm vi điều khiển (VĐK), khối truyền tin Bluetooth, đầu đo nhiệt độ nguồn cung cấp VĐK điều khiển cảm biến việc thu thập số liệu nhiệt độ, quản lý hoạt động khối truyền tin Bluetooth hoạt động tìm kiếm (inquiry), hoạt động kết nối (paging) hay reset VĐK có nhiệm vụ điều khiển chế độ hoạt động khối, tích cực không tích cực (tiết kiệm lượng), để đảm bảo cho mạch tiêu thụ lượng nút cảm biến hoạt động thời gian dài với nguồn lượng hạn chế (nguồn pin) Đầu đo nhiệt độ Đầu đo đo nhiệt độ có nhiều loại thị trường, việc lựa chọn đầu đo phụ thuộc vào yêu cầu ứng dụng cụ thể Trong thiết kế sử dụng vi mạch đo nhiệt độ DS18B20 Maxim Integrated Products Inc Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học 85 Đây vi mạchcó tích hợp ADC 12 bit giao tiếp thông qua chuẩn dây (1wire®), độ xác đạt ±0.50C Khối truyền tin Bluetooth Khối Bluetooth lựa chọn module ARF32 sử dụng vi mạch LMX9820A hãng National Semiconductor [National, 2005] Đây module Bluetooth hỗ trợ phiên Bluetooth 1.1, giao tiếp với vi điều khiển thông qua cổng truyền tin UART Vi điều khiển Thiết bị đo sử dụng truyền tin không dây thông thường có nguồn lượng hạn chế không dùng trực tiếp nguồn từ lưới điện mà dùng pin Chính cần chọn loại VĐK có công suất tiêu thụ thấp có khả điều khiển chế độ tiết kiệm lượng Trong thiết kế sử sụng ATMega32 hãng ATMEL Hình IV.2 trình bày sơ đồ nguyên lý thiết bị cảm biến nhiệt độ sử dụng truyền tin Bluetooth Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học 86 Hình IV.2 Sơ đồ nguyên lý nút cảm biến IV.1.2 Nút chuyển tiếp Nút chuyển tiếp thiết kế giống nút cảm biến, có điều không cần chức đo nhiệt độ Hình IV.3 trình bày sơ đồ nguyên lý nút chuyển tiếp Nút chuyển tiếp gồm : • Một VĐK ATmega32 ATMEL có nhiệm vụ điều khiển chung toàn thiết bị Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học 87 • Một khối truyền tin Bluetooth, sử dụng module ARF32 • Một vi mạch gian thực DS1307 hãng Maxim • đèn Led • Nguồn cung cấp sử dụng nguồn pin nguồn từ lưới điện Hình IV.3 Sơ đồ nguyên lý nút chuyển tiếp IV.1.3 Nút điều khiển Bộ điều khiển gồm: • Một VĐK ATmega32 ATMEL có nhiệm vụ điều khiển chung toàn thiết bị • Một khối truyền tin Bluetooth, sử dụng module ARF32 • Một nhớ lưu trữ thông tin sử dụng thẻ nhớ MMC (Multimedia Memory Card) • Một vi mạch gian thực DS1307 hãng Maxim Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học 88 • Một hình LCD 16x2 ký tự • Các phím bấm cho phép người sử dụng xem xét giá trị đo, cài đặt thông số cho thiết bị • Nguồn cung cấp sử dụng nguồn từ lưới điện Hình IV.4 Sơ đồ nguyên lý nút điều khiển IV.2 Mô hình mạng thử nghiệm Mô hình mạng thử nghiệm gồm nút cảm biến, nút chuyển tiếp nút điều khiển (do có module Bluetooth ARF32) máy tính đóng vai trò thu thập trung tâm sử dụng truyền tin Bluetooth Hình IV.5 trình bày ví dụ thử nghiệm hệ thống Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học 89 Hình IV.5 Mô hình mạng thử nghiệm Thứ tự truyền tin mạng thử nghiệm đánh số ngoặc đơn Trong phần thử nghiệm này, máy tính đóng vai trò thu thập trung tâm sử dụng truyền tin Bluetooth thiết kế thành gói phần mềm dùng ngôn ngữ lập trình Visual Basic có giao diện sau: Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học 90 Hình IV.6 Giao diện thu thập trung tâm sử dụng công nghệ Bluetooth máy tính PC IV.3 Kết thử nghiệm Sản phẩm mạch phần cứng thiết kế nút cảm biến, nút chuyển tiếp nút điều khiển biểu diễn hình IV.7, IV,8, IV.9 đây: Hình IV.7 Ảnh chụp thực tế nút cảm biến Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học 91 Hình IV.8 Ảnh chụp thực tế nút chuyển tiếp Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học 92 Hình IV.9 Ảnh chụp thực tế nút điều khiển Sau thiết kế nút cảm biến, tiến hành lắp đặt chạy thử nghiệm Hệ thống hoạt động ổn định, nút cảm biến lập trình với chế độ tiết kiệm lượng Xin quan sát chi tiết hệ thống chạy thử nghiệm kèm luận văn Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học 93 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Đồ án trình bày ứng dụng công nghệ truyền tin không dây Bluetooth thiết kế mạng cảm biến nhiệt độ không dây Các phân tích thiết kế chi tiết đưa Các cảm biến sử dụng nguồn pin, để tăng thời gian hoạt động cảm biến, module Bluetooth lập trình hoạt động chế độ tiết kiệm lượng “sniff mode” Hệ thống thử nghiệm hoạt động môi trường phòng thí nghiệm Kiến trúc mạng cảm biến không dây hoàn toàn áp dụng với công nghệ không dây khác Trong báo vấn đề bảo mật chưa đề cập đến cách sâu sắc, thiết kế dừng lại việc sử dụng chế độ bảo mật cấp Module Bluetooth, cấp firmware nút cảm biến cấp giao thức mạng, đảm bảo độ an toàn liệu mức vừa phải Trong thực tế số mạng cảm biến, vấn đề bảo mật vấn đề quan trọng, đặc biệt ứng dụng quân Công việc phát triển cao vấn đề bảo mật, an ninh mạng tiến hành thời gian tới Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Al Mehairi, S.O.; Barada, H.; Al Qutayri, M., “Integration of Technologies for Smart Home Application”, IEEE/ACS International Conference, pp 241 – 246, 2007 [2] Bluetooth specification version 1.1 [3] Bluetooth Whitepaper 1.1, AU-System, Jannuary 2000 [4] Choi S-H, Kim B-K, Park J, Kang C-H, Eom D-S, “An Implementation of Wireless Sensor Network for Security System using Bluetooth”, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol 50, No 1, February 2004 [5] David Kammer, Gordon McNutt, Brian Senese, Jennifer Bray, “Bluetooth application developer's guide”, Syngress Publisher, 2002 [6] Holger Karl, Andreas Willig, “Protocols and Architectures for Wireless Sensor Networks”, Wiley, 2005 [7] Ivan Stojmenovíc-Editor, “Hanbook of Sensor Networks Algorithms and Architectures”, Wiley, 2005 [8] National Semiconductor, “LMX982x BluetoothTM Serial Port Module”, April 2005 [9] Nokia, “Bluetooth Technology Overview”, April 2003 [10] Shan Q, Brown D, Liu Y, “Wireless Intelligent Temperature Sensor for Vehicle Refrigerator”, 2005 IEEE Workshop on Soft Computing in Industrial Application, Finland, pp 222-225, 2005 [11] Web http://wikipedia.com Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học PHỤ LỤC Giới thiệu vi điều khiển Atmega32 Atmega32 họ AVR khác sản phẩm công ty Atmel sản xuất Atmega32 vi điều khiển CMOS bit công suất thấp dựa kiến trúc RISC Bằng việc thực đa số lệnh chu kỳ xung nhịp đơn, Atmega32 đạt tốc độ triệu phép tính giây với tần số 1MHz Vi điều khiển cho phép người thiết kế tối ưu hóa mức độ tiêu thụ lượng mà đảm bảo tốc độ xử lý Hình : Sơ đồ chi tiết chân vi điều khiển Atmega32 Các đặc điểm Atmega32 : - Vi điều khiển AVR 8-bit, tiêu thụ điện thấp, tốc độ thực nhanh - Sử dụng kiến trúc RISC : + 131 lệnh, đa số thực hiẹn chu kỳ xung nhịp + 32 ghi dùng chung 8-bit + Tốc độ xử lý lên tới 16 triệu lệnh giây với tần số 16 MHz - Bộ nhớ chương trình liệu sử dụng công nghệ “nonvolatile” Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học + Bộ nhớ Flash 32 Kbyte In-System Programmable (lập trình hệ thống) với khả Read-While-Write, cho phép 10.000 chu kỳ viết/xóa + 1024 Byte EEPROM, cho phép 100.000 chu kỳ viết/xóa + 2K Byte SRAM + Có bit “Programming Lock” cho phép bảo mật chương trình phần mềm vi điều khiển - Các đặc điểm ngoại vi : + Có hai Timer/Counter 8-bit có chia tần (prescaler) chế độ so sánh (compare mode) + Có Timer/Counter 16-bit có chia tần (prescaler), chế độ so sánh (compare mode) chế độ “capture mode” + Real Time Counter với tạo dao động riêng + Bốn khối điều chế độ rộng xung PWM + ADC 10-bit, kênh : + Có giao diện chuẩn truyền thông nối tiếp dây TWI (Two-wire Serial Interface) + Bộ truyền nhận nối tiếp đồng bộ-không đồng đa hợp (USART) có khả lập trình + Chuẩn giao tiếp nối tiếp SPI + Bộ định thời Watchdog Timer lập trình với tạo xung on-chip riêng + Bộ so sánh tương tự tích hợp chip - Có nguồn ngắt - Có mạch phát sụt áp - Có dao động RC tích hợp chip Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học - Có chế độ Sleep : Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, Standby Extended Standby - Điện áp hoạt động : 2,7 – 5,5V - Tần số hoạt động : – 16Mhz Hình 2: Sơ đồ khối Atmega32 Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học Bảng so sánh đặc tính ATmega8535 họ AT89C51 Đặc tính ATmega8535 AT89C51 Flash Memory 32 KByte In-System Programmable KB EEPROM 1024 Byte Không RAM KByte SRAM 128 Byte RAM Timer/Counter Timer/Counter bit Timer/Counter 16 bit Timer/Counter 16 bit Watchdog Timer Real time counter với dao động riêng Chuẩn SPI Có Không PWM kênh Không Bộ so sánh tương tự Có Không Nguồn ngắt 21 nguồn ngắt nguồn ngắt ADC Có Không Chuẩn giao tiếp nối tiếp dây Có Không Tần số hoạt – 16 Mhz – 24 Mhz 16 MIPS MIPS 60 000 VND 18 000 VND động Tốc độ thực (Max) Giá thành Qua bảng so sánh ta thấy ATmega8535 có đặc điểm hẳn so với dòng AT89C51 tốc độ xử lý cao, tiêu thụ công suất, nhớ lớn, hỗ trợ nhiều tài nguyên hoàn thiện Đo lường hệ thống điều khiển ... em "Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ truyền tin Bluetooth thiết kế mạng cảm biến không dây" Luận văn bao gồm vấn đề sau : • Nghiên cứu mạng cảm biến không dây ứng dụng • Nghiên cứu công nghệ Bluetooth. .. khai, thiết kế ứng dụng sử dụng mạng cảm biến không dây thực tế I.1.1 Mạng cảm biến không dây gì? Mạng cảm biến không dây WSN-(wireless sensor network) mạng bao gồm thiết bị cảm biến không dây kết... mật công nghệ Bluetooth 70 PHẦN II THIẾT KẾ MẠNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ KHÔNG DÂY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ BLUETOOTH 73 Chương III Thiết kế mạng cảm biến nhiệt độ không dây sử dụng công nghệ Bluetooth