Phat trien ung dung tren KIT ez430 RF2500 full

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG TRÊN KIT eZ430-RF2500 Sinh viên thực hiện: Trương Văn Dượt MSSV:1063782 Nguyễn Hoàng Thi MSSV:1063827 Lớp: DI0671A1 Cán hướng dẫn ThS.GV.Trần Nhựt Khải Hoàn Cần Thơ, 2010 Luận văn tốt nghiệp – Điện tử CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN Chương trình bày vấn đề sau: - Đặt vấn đề - Yêu cầu mục tiêu đề tài - Hướng giải - Trình bày luận văn - Kết luận I ĐẶT VẤN ĐỀ MSP430 họ vi điều khiển 16-bits kiến trúc RISC AVR, PIC Ngồi tính vượt trội họ điều khiển trên, MSP430 có tính nỗi trội khác như: - Tiêu thụ lượng cực thấp - Nguồn nuôi thấp ( từ 1.8V- 3.6V) Hình 1.1 nói lên phát triển sản phẩm MSP430 tương lai đa dạng, khả xử lí cao mức độ tích hợp lớn Hình 1.1 Tiến trình phát triển MSP430 1 Mike Mitchell – slap111.pdf – trang Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang Luận văn tốt nghiệp – Điện tử Kit eZ430-RF2500 sản phẩm ứng dụng MSP430, tích hợp thêm phận truyền nhận liệu không dây hoạt động vùng tần số 2.4GHz phận cảm biến nhiệt thể hình 1.2 Hình 1.2 Tổng quan kit eZ430-RF2500 Đối với sinh viên, Kit eZ430-RF2500 sản phẩm tương đối mới, chưa có nhiều tài liệu nghiên cứu triển khai ứng dụng Dưới số kết nghiên cứu tác giả sử dụng MSP430 sau: Tìm hiểu vi điều khiển MSP430F2274 [18] Dùng MSP430 tính tốn đáp ứng xung hữu hạn DSP [5] Ứng dụng thiết kế lọc số FIR [6] Sử dụng MSP430 để giải mã tính hiệu remote [7] Điều khiển thiết bị qua mạng [8] Thiết kế máy đo đa [9] Trong luận văn này, chúng em tìm hiểu phát triển ứng dụng kit eZ430RF2500 Các kết luận văn góp vào nguồn tài liệu tham khảo để sinh viên khoá sau tiếp tục nghiên cứu triển khai ứng dụng kit II YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI Trong luận văn này, chúng em ứng dụng kit eZ430-RF2500 TI sử dụng cảm biến nhiệt độ truyền nhận khơng dây tích hợp sẵn kit để thiết kế hệ thống thu thập nhiệt độ môi trường gởi PC điều khiển thiết bị nơi thu thập nhiệt độ Hệ thống thiết kế bao gồm: AP (Access Point) trung tâm thu nhận liệu gởi từ ED (End Device) giao tiếp với PC truyền liệu lên giao Slau227A pdf – trang Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang Luận văn tốt nghiệp – Điện tử diện, ED việc thu thập nhiệt độ gởi AP thực điều khiển động hoạt động III HƯỚNG GIẢI QUYẾT Dựa vấn đề đặt sử dụng phương pháp sau để hoàn thành tốt luận văn: Sử dụng số tool có dành cho phần cảm biến nhiệt độ kit eZ430RF2500 để cập nhật nhiệt độ mơi trường xung quanh sau gửi liệu cho trung tâm hiển thị lên PC thông qua giao diện nguồn mở, đồng thời điều khiển động hoạt động dựa thay đổi nhiệt độ Dùng IAR Embedded Workbench IDE phần mềm hỗ trợ đầy đủ cơng cụ lập trình cho dòng sản phẩm MSP430 để thực việc viết chương trình, biên dịch, gỡ lỗi nạp, IAR có vài đặc tính phần mềm sau: + Trình biên dịch cấp cao tối ưu hóa MSP430 IAR C/C++ + Hỗ trợ trình biên dịch MSP430 IAR Assembler + Cơng cụ gỡ lỗi mạnh IAR C-SPY® debugger IV TRÌNH BÀY LUẬN VĂN Nội dung đề tài phân bố thành chương, chương cụ thể trình bày nội dung sau: Chương I nêu lên vấn đề mà Luận văn thực Chương II Tóm tắt lý thuyết có liên quan q trình thực đề tài Chương III Mô tả hệ thống thiết kế hoạt động thành phần hệ thống Chương IV trình bày chương trình cần thiết cho hệ thống hoạt động Cuối kết mà Luận văn đạt trình thực hướng phát triển tiếp đề tài V KẾT LUẬN Hệ thống thiết kế đem ứng dụng thực tế Kết cho thấy hệ thống thiết kế truyền nhận tốt khoảng cách  40m 50 mét môi trường truyền thẳng, môi trường truyền có nhiều chướng ngại khoảng cách truyền nhận ED đến AP 10m Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang Luận văn tốt nghiệp – Điện tử CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương trình bày chi tiết lý thuyết có liên quan đến luận văn sau: - Đặc điểm MSP430F2274: khái quát cấu trúc bên MSP430F2274 - Đặc điểm kit eZ430-RF2500 - Tổng quan mạng sử dụng hệ thống thiết kế - Tìm hiểu ADC10 tích hợp bên MSP430F2274 - Các chuẩn giao tiếp sử dụng I ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA MSP430F2274 Sau sơ đồ khối bên MSP430F2274 thể qua Hình 2.1 Hình 2.1 Sơ đồ khối MSP430F2274 Sơ đồ khối bao gồm số khối sau: khối nguồn xung, khối CPU, khối ADC10, khối Timer, khối chuẩn giao tiếp,… trình bày chi tiết bên  Đặc tính kỹ thuật MSP430F2274 Datasheet MSP430F2274.pdf – trang Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang Luận văn tốt nghiệp – Điện tử - Nguồn điện sử dụng khoảng từ 1.8V đến 3.6V - Nguồn tiêu thụ cực thấp  Chế độ hoạt động: 270 A 1MHz 2.2V  Chế độ ngủ :0.7 A  Chế độ không hoạt động:0.1 A - Thời gian thức dậy từ chế độ ngủ 1s - Cấu trúc RISC 16 bit , chu kỳ lệnh hoạt động 62.5ns - Có hai ghi cho Timer_A, Timer_B 16 bit - Hỗ trợ giao diện giao tiếp nối tiếp như: UART, SPI, I2C, IrDA - Bộ chuyển đổi ADC 10-bit với tốc độ chuyển đổi lên tới 200ksps - Bộ nhớ bao gồm 32KB + 256B Flash Memory, 1KB RAM  Chế độ hoạt động MSP430 có chế độ trạng thái hoạt động chế độ hoạt động trạng thái nguồn thấp Một kiện ngắt đánh thức chế độ hoạt động dạng nguồn thấp Sau chế độ vận hành thiết lập phần mềm Active mode (AM)  Tất xung hoạt động Chế độ nguồn thấp (LMP0)  CPU không cho phép  ACLK SMCLK trì hoạt động MCLK khơng cho phép Chế độ nguồn thấp (LMP1)  CPU khơng cho phép, ACLK SMCLK trì hoạt động MCLK không cho phép  DCO’s không cho phép phát DCO không dùng chế độ hoạt động Chế độ nguồn thấp (LMP2)  CPU không cho phép  MCLK SMCLK không cho phép  DCO’s cho phép trì  ACLK trì hoạt động Chế độ nguồn thấp (LMP3)  CPU không cho phép  MCLK SMCLK không cho phép  DCO’s không cho phép Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang Luận văn tốt nghiệp – Điện tử  ACLK trì hoạt động Chế độ nguồn thấp (LMP4)  CPU không cho phép  ACLK không cho phép  MCLK SMCLK không cho phép  DCO’s không cho phép  Không cho thạch anh dao động  CPU CPU có kiến trúc RISC (Reduced Intruction Set Computer) kiến trúc vi xử lý theo hướng đơn giản hóa tập lệnh Các lệnh xây dựng để thực với chu kỳ máy Mặt khác bus liệu bus địa (có độ rộng 16 bít) tách rời điều giúp cho trình đọc liệu mã lệnh diễn đồng thời nâng cao hiệu suất làm việc vi xử lý CPU gồm 16 ghi 16 bit R0 đến R3 có chức đặc biệt như: ghi đếm chương trình, ghi trỏ, ghi trạng thái, ghi Các ghi lại sử dụng với mục đích chung  Hệ thống xung clock Hệ thống xung clock hỗ trợ nguồn xung bao gồm dao động thạch anh 32768Hz, nguồn thấp bên trong, dao động tần số thấp, nguồn dao động điều khiển số bên DCO Hệ thống xung thiết kế nhằm hai mục đích: giảm giá thành hệ thống nguồn tiêu thụ thấp Dao động nội DCO cung cấp thời gian để nguồn hoạt động thiết lập 1s Những nguồn xung cung cấp tín hiệu xung sau:  ACLK nguồn dao động thạch anh 32768Hz  Nguồn xung MCLK, hệ thống xung dùng CPU  SMCLK hệ thống xung dùng cho module ngoại vi  Ngõ vào/ra số MSP430F2274 hỗ trợ port P1, P2, P3, P4 port bit lập trình độc lập nhiên có số bit port dùng cho chức giao tiếp kit eZ430-RF2500  WDT + Watchdog Timer Chức khối Watchdog timer vận hành điều khiển hệ thống khởi động lại sau phần mềm xuất vấn đề  Timer_A, Timer_B: Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang Luận văn tốt nghiệp – Điện tử Dùng định thời đồng cho ứng dụng chương trình Timer_A Timer/Counter 16 bit Với ba ghi lưu trữ ghi so sánh Là Timer đa chức Đếm thời gian, so sánh, PWM Timer_A có khả ngắt counter đếm tràn ghi đếm tràn Các đặc tính Timer_A bao gồm:  Là Timer/counter 16 bit không đồng với chế độ hoạt động  Có thể lựa chọn cấu hình nguồn xung  Hai tới ghi cấu hình capture/compare  Cấu hình đầu với chế độ PWM  Chốt ngõ vào ngõ khơng đồng Hình 2.2 cho ta thấy sơ đồ tổng quan Timer_A Hình 2.2 Sơ đồ khối Timer_A  Khối thứ nhất: khối chọn nguồn xung cho Timer_A có nguồn xung TACLK, ACLK, MCLK, INCLK nguồn chia nhỏ xuống chia 1, 2, 4,  Khối thứ 2: khối chọn chế độ hoạt động Timer_A, Timer_A có chế độ hoạt động bảng 2.1 bên Slau144e.pdf – Chương 12, trang 12-3 Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang Luận văn tốt nghiệp – Điện tử MCx Chế độ 00 Stop Timer tạm dừng 01 Up Timer thực việc đếm lặp lại từ tới giá trị ghi TACCR0 10 Continuous Timer lặp lại đếm từ tới 0FFFh 11 Up/Down Ý nghĩa Timer lặp lại việc đếm từ lên tới giá trị TACCR0 quay giá trị Bảng 2.1 Chế độ hoạt động Timer_A  Khối thứ 3: nơi chứa giá trị tham chiếu Timer_A trình hoạt động  Khối thứ 4: khối chứa ghi đếm chương trình Timer_A TAR Hoạt động Timer_A: Chọn nguồn xung cho q trình chuyển đổi ACLK thơng qua bit TASELLx, ACLK nguồn dao động thạch anh 32768Hz có độ xác cao Ghi giá trị định thời vào ghi TACCR0 Chọn chế độ hoạt động cho Timer_A Kích hoạt cho Timer hoạt động theo cách sau:  Timer đếm MCx > nguồn xung hoạt động  Timer khởi động lại giá trị ghi TACCR0 khác Hình 2.3 thể Timer hoạt động Up mode Hình 2.3 Timer_ A hoạt động chế độ Up mode Timer thực việc đếm lặp lại giá trị so sánh ghi TACCR0 Số timer đếm chu kỳ TACCR0 + Khi giá trị timer với TACCR0 timer khởi động lại đếm từ Nếu chế độ Up mode chọn timer có giá trị lớn TACCR0 timer khởi động lại đếm từ Slau144e.pdf – Chương 20, trang 20-9 Slau144e.pdf – Chương 12, trang 12-6 Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang Luận văn tốt nghiệp – Điện tử II ĐẶC ĐIỂM KIT eZ430-RF2500 Hình 2.2 hình ảnh tổng quan kit eZ430-RF2500 Hình 2.4 Board eZ430-RF2500 USB eZ430-RF2500 thẻ giao tiếp USB truyền nhận liệu không dây eZ430-RF2500 phát triển dựa MSP 430F2274 kết hợp với chíp CC2500 truyền nhận tín hiệu vùng tần số 2.4 GHz, tích hợp sẵn cảm biến nhiệt độ Do đặc điểm dòng MSP430 có ưu lượng nên đáp ứng nhu cầu thiết bị di động MSP430 dùng nguồn 3.6V nên thiết kế sử dụng pin Lithiun 3.7 V Bộ eZ430-RF2500T sản phẩm làm việc với đầu cắm USB hệ thống độc lập với cảm biến bên Hoặc sử dụng thiết kế mở rộng với module ngoại vi Với giao diện gỡ lỗi USB cho phép sản phẩm truyền nhận liệu từ xa từ máy tính cá nhân sử dụng truyền nhận nối tiếp UART Đặc tính eZ430-RF2500: + Giao diện lập trình gỡ lỗi + Có sẵn 21 chân + Mật độ tích hợp cao, MSP 430 có nguồn cực thấp siêu tiết kiệm lượng + Hai chân xuất/ nhập kết nối với hai led xanh đỏ cho phép người lập trình mơ trực quan + Một nút nhấn dùng để mô trực quan Thành phần kit eZ430-RF2500:  Hai eZ430-RF2500T target board  Một eZ430-RF USB debugging interface  Một AAA battery pack with expansion board (batteries includeed) Slau227E pdf – Trang Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang Luận văn tốt nghiệp – Điện tử Hình 4.1 Sơ đồ trạng thái AP Đầu tiên hệ thống thực việc khởi tạo phần cứng, chuẩn giao tiếp, mạng, khởi tạo thất bại hệ thống tiếp tục khởi tạo lại, ngược lại hệ thống thực việc lắng nghe chờ kết nối nhằm phát ngoại vi muốn gia nhập vào mạng sau có ngoại vi AP thực việc đọc nhiệt độ điện AP sau truyền lên PC AP đợi khung liệu đến từ ED nhận liệu truyền lên PC hiển thị lên giao diện sau kết thúc việc truyền liệu lên PC, AP tiếp tục lắng nghe kênh truyền thực bước Ý tưởng viết phần mềm AP (Access Point) thể qua sơ đồ trạng thái sau: Setup fail Setup Successful Read temp and vol enough 1s Not enough 1s Delay about 1s Send data to AP Scan key and read temp ED go to sleep (used for delay control step motor) Control step motor Hình 4.2 Sơ đồ trạng thái ED Đầu tiên hệ thống thực việc khởi tạo phần cứng, chuẩn giao tiếp, mạng, khởi tạo thất bại hệ thống tiếp tục khởi tạo lại, sau thực khởi tạo thành cơng thực việc cảm biến nhiệt độ chuyển đổi điện sau gởi nhiệt độ điện cho AP điều khiển động hoạt động quay thực việc theo Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang 42 Luận văn tốt nghiệp – Điện tử Hình 4.2 Sơ đồ trạng thái AP II LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT CỦA CHƯƠNG TRÌNH Thể q trình mà chương trình hoạt động II.1 Lưu đồ cho AP (Access Point ) Mơ tả cách tổng qt q trình AP thực việc khởi tạo mạng, lắng nghe liên kết, xử lý có ED tham gia vào mạng thu nhận liệu từ ED hệ thống mạng thiết kế truyền liệu lên PC BSP_Init ( ) SimpliciTI API gọi chương trình thích hợp để thiết lập thơng số cho MSP430, CC2500 phần cứng cụ thể mạch Switches/Led ứng dụng Sau khởi tạo phần cứng, AP ED mạng cảm biến không dây tạo địa ngẩu nhiên 4-byte, sau ghi địa ngẫu nhiên vào nhớ flash để tái sử dụng việc thiết lập lại hệ thống Kể từ giao thức SimpliciTI AP nhận dạng thiết bị mạng địa thiết bị chúng, lưu trữ ngẫu nhiên tạo địa flash kiểm tra địa điểm thực trước lúc khởi tạo thiết bị, đảm bảo ED mà bị điện hay đặt lại luôn nhận biết giống thiết bị khác (được cho liên kết ID) Các địa ngẫu nhiên tạo cách sử dụng kết từ hàm TI_getRandomIntegerFromVLO bên thư viện vlo_rand.s43 MCU_Init ( ) có chức khởi tạo thêm chế độ hoạt động cụ thể MP430 cho ứng dụng giao tiếp kit với PC Chúng bao gồm: • Các DCO MCLK thiết lập để hoạt động tần số MHz • Timer_B thiết lập để kích hoạt ngắt giây lần • Giao diện truyền thông nối tiếp (USCI) UART khởi tạo giao tiếp với máy PC thông qua cổng COM tốc độ 9600 Baud RX / TX: ngắt kích hoạt Sau khởi tạo phần cứng hồn tất, giá trị tham số TI chuyển đến cổng COM truyền lên PC chương trình gọi hàm SMPL_Init (sCB) để khởi tạo giao thức mạng Tham số sCB hàm trỏ trỏ đến hàm callback thực thi thường trình phục vụ ngắt (ISR) lúc tiếp nhận gói tin AP Con trỏ sCB gọi hàm lọc gói tin nhận theo liên kết ID để xác định nguồn gốc nơi truyền phân biệt gói liệu từ ED thành lập kết nối vào mạng truyền đến Một liên kết ID 0, nhận dạng Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang 43 Luận văn tốt nghiệp – Điện tử yêu cầu tham gia Sau chấp nhận yêu cầu tham gia ED AP liệt kê thành viên vào mạng tăng liên kết ID từ 0x01 đến 0x1D gán cho ED Một liên kết ID từ 0x01 đến 0x1D để xác định việc tiếp nhận gói từ mạng lưới ED.Giao thức mạng SimpliciTI cho phép hỗ trợ mức giới hạn 30 thiết bị EDs nối đến AP mang giá trị liệt kê từ 0x01 đến 0x1D Tuy nhiên, cảm biến không dây Monitor v1.02 cho phép số lượng tối đa tám ED nối đến AP Từ liên kết ID, chức hàm sCB xác định tăng tương ứng sPeerFrameSem [aphore] hay sJoinSem [aphore] để xử lý vòng lặp chương trình AP định nghĩa mã sSelfMeasureSem [aphore], Timer A lặp trình cho ngắt lần giây từ AP lấy mẫu nhiệt độ hiệu điện pin riêng sau cập nhật hiển thị lên PC Đó ba semaphores để kiểm sốt hoạt động chương trình sau khởi tạo mạng Chúng ta nên lưu ý đặc biệt giá trị trả hàm sCB Trả lại giá trị lớn số không báo cho giao thức SimpliciTI biết chức callback xử lý khung nhận giải phóng nhớ cho việc tái sử dụng Hàm sCB demo_AP.c trả số khơng, phần firmware nhận đệm đầu vào xử lý ứng dụng Khi thiết bị dự kiến trì vơ số liên kết đến ứng dụng khác / nút mạng, cần giữ mã số cụ thể ISRs nhỏ để giảm thiểu nguy gói tin thơng báo Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang 44 Luận văn tốt nghiệp – Điện tử Initialize radio YES Address already written into flash? NO Create random address (TI_getRandomIntegerFromVLO) and write address to flash Retreive device address from flash Overwrite device address and Initialize MSP430 Transmit splash screen and "Initializing Network" Initialize network SMPL_Init(sCB) sJoinSem, sSelfMeasureSem, or sPeerFrameSem? sJoinSem sSelfMeasureSem sPeerFrameSem Read temperature (ADC10) Listen for a link SMPL_LinkListen() Define input message buffer Read voltage (ADC10) sNumCurrentPeers++; Format ADC10 samples into a message for transmission Process all waiting frames Decrement join semaphore Transmit message to PC Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang 45 Luận văn tốt nghiệp – Điện tử Hình 3.1 Lưu đồ giải thuật AP 31 II.1.1 Nhánh sJoinSem Semaphore sJoinSem demo_AP.c thiết lập ED gọi hàm SMPL_Init( ), thể nổ lực muốn tham gia vào mạng Khi ED gọi hàm ứng dụng SMPL_Init( ) SimPliTi gửi khung tham gia vào mạng với liên kết 0, thông tin cho AP tăng semaphore sJoinSem Khi sJoinSem [aphore] AP thiết lập, số lượng ED số lượng tối đa liên kết (như quy định smpl_config.dat), AP khởi tạo SMPL_LinkListen() Hàm SMPL_LinkListen( ) có chức trỏ vào liên kết ID sử dụng để xác định tất tin nhắn từ ED yêu cầu liên kết Hàm SMPL_LinkListen ( ) hàm chặn gọi, có nghĩa khơng trả lại ứng dụng liên kết thành cơng tạo Do đó, điều quan trọng SMPL_LinkListen ( ) gọi thực người dùng biết thiết bị khác có yêu cầu liên kết cách sử dụng chức hàm SMPL_Link ( ) Khi liên kết tạo thành công, nhánh sJoinSem tăng lên đơn vị để báo cho AP có thêm thiết bị tham gia vào mạng II.1.2 Nhánh sPeerFrameSem Semaphore sPeerFrameSem tăng AP nhận khung liệu từ nút mạng Đầu tiên AP định nghĩa đệm tin dùng để lưu trữ khung liệu phân tích sau vòng qua hàng đợi ngõ vào để tìm kiếm tin xử lí tất khung hàng đợi 31 Slaa378B – Wireless Sensor Monitor Using the eZ430-RF2500, trang Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang 46 Luận văn tốt nghiệp – Điện tử i == sNumCurrentPeers Create a message buffer to strore incoming frame for (i = 0; i < sNumCurrentPeers; ++i) Main program loop Received a message from activeLinkIDs[i]? NO Received a message from activeLinkIDs[i]? YES Transmist RSSI data and message to the PC Toggle LED to indicate message receipt and decrement sPeerFrameSem[aphore] Hình 3.2 Sơ đồ nhánh sPeerFrameSem 32 II.1.3 Nhánh sSelfMeasureSem sSelfMeasureSem [aphore] semaphore cho ứng dụng cụ thể Người sử dụng đặt khoảng thời gian quy định để thực thi ứng dụng cần thiết Trong chương trình nhánh sSelfMeasureSem sau giây thiết lập cho ADC10 đọc liệu nhiệt độ từ cảm biến nhiệt độ tích hợp chíp, hiệu điện nguồn nuôi đồng thời xử lý liệu đóng khung sử dụng giao thức SimpliciTI RF phát truyền lên PC 32 Slaa378B – Wireless Sensor Monitor Using the eZ430-RF2500, trang Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang 47 Luận văn tốt nghiệp – Điện tử II.2 Lưu đồ cho ED (End Device) Mơ tả cách tổng qt q trình ED hoạt động gởi liên kết tham gia vào mạng thực việc gởi liệu cảm biến cho AP Initialize radio BSP_Init() Read temperature (ADC10) Address already Enter LPM3 until timer interrupt written into flash? Read battery voltage (ADC10) Retrieve device address from flash Create random address Read battery voltage (TI_getRandomIntegerFromVLO) Enter LPM3 until timer interrupt Format ADC samples for transmission Overwrite device address and Initialize MSP430 Initialize/join network SMPL_Init((uint8_t(*)(linkID_t))0) Send data to AP SMPL_Send() Link to Access Point SMPL_Link() Hình 3.3 Lưu đồ giải thuật cho ED 33 Việc thiết lập cho ED tương tự cho AP dùng hàm SMPL_Init( ) để khởi tạo cho mạng Thủ tục khởi tạo khác cho ED hai bước quan trọng là: việc tạo địa thiết bị hoạt động tham số truyền cho 33 Slaa378B – Wireless Sensor Monitor Using the eZ430-RF2500, trang Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang 48 Luận văn tốt nghiệp – Điện tử hàm SMPL_Init ( ) Trong ứng dụng ta tạo địa 4-byte ngẫu nhiên, viết địa vào nhớ flash để sử dụng lại hệ thống khởi động lại, AP nhận dạng ED mạng thơng qua địa ngoại vi chúng, lưu địa vào nhớ flash kiểm tra địa trước khởi tạo ED để đảm bảo ED không cấp nguồn khởi động lại nhận dạng AP Địa ngẫu nhiên tạo cách sử dụng kết từ bên chức hàm TI_getRandomIntegerFromVLO thư viện file vlo_rand.s43 cung cấp Thư viện sử dụng cạnh lên xung dao động tần số thấp ngoại vi để kích hoạt lấy mẫu đồng hồ hệ thống sau diễn giải thành địa thiết bị 4-byte Bằng cách thay đổi tần số xung hai lần kích hoạt, kết ngẫu nhiên địa thiết bị tăng lên, ta đảm bảo hai ngoại vi không tạo địa giống mạng Các ED hoạt động giây lần để giao tiếp với nhiệt độ môi trường nguồn điện áp pin để lấy mẫu xử lý liệu gởi cho AP Các EDs không nhận tin nhắn từ III KHỞI TẠO CHO CC2500 Để thực việc truyền thông qua không gian ta thực số cài đặt sau: Với dao động 26-MHz III.1 Thiết lập tốc độ liệu Việc thiết lập thực thông qua ghi MDMCFG4 (có địa 0x10) ghi MDMCFG3 (có địa 0x11) sau: Ta định nghĩa MDMCFG4 = 0x2D MDMCFG3 = 0x3B có cấu trúc ghi sau: 0 1 1 Ý nghĩa đại lượng Bit Field Name 7:6 CHANBW_E [ 1:0] 5:4 CHANBW_M[1:0] Dùng tính băng thơng kênh 3:0 DRATE_E[3:0] Dùng cho việc tính tốc độ liệu 0 1 Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 1 Trang 49 Luận văn tốt nghiệp – Điện tử Ý nghĩa đại lượng Bit Field Name 7:0 DRATE_M[7:0] Dựa số liệu thiết lập ta tính tốc độ liệu sau: RDATA  256  DRATE _ M .2 DRATE _ E f 28 XOSC  256  59 x 213 x 26.106  250kbps 28   RDATA 20 DRATE _ E  log   f XOSC  DRATE _ M      RDATA 28  256 f XOSC DRATE _ E Băng thông lọc kênh: thiết lập thông qua ghi ta có cơng thức sau: BWchannel  f XOSC 26.106   540kHz 8.4  CHANBW _ M .2CHANBW _ E 8x4  2x20 III.2 Điều chế Việc điều chế thiết lập thơng qua ghi MDMCFG2 (có địa 0x12), nhiệm vụ điều chế ghi cho phép ta thiết lập việc mã hóa/giải mã MANCHESTER xác định chiều dài từ đồng (sync word) Ta định nghĩa MDMCFG2 = 0x73 có cấu trúc ghi sau: 1 1 Bit Field Name DEM_DCFILT_OFF 6:4 MOD_FORMAT[2:0] Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 1 Ý nghĩa Setting 0(000) 1(001) Modulation FSK GFSK Trang 50 Luận văn tốt nghiệp – Điện tử MANCHESTER_EN …… 3(011) …… …… OOK …… …… …… 7(111) MSK = Không cho phép = Cho phép 2:0 SYNC_MODE[2:0] Setting Sync-word 0(000) no preamble/sync 1(001) 15/16 sync word … 3(011) 30/32 sync word III.3 Giải thuật cho việc kiểm tra FEC (Forward Error Check) Được thiết lập thơng qua ghi MDMCFG1 (có địa 0x13) 0 0 Ta định nghĩa MDMCFG1 = 0x22 có cấu trúc ghi sau Bit Field Name Ý nghĩa FEC_EN = Không cho phép = Cho phép 6:4 NUM_PREAMBLE[2:0] Thiết lập 0(000) 1(001) 2(010) 6(110) 7(111) 3:2 Số bytes mở đầu 16 24 Reserved Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang 51 Luận văn tốt nghiệp – Điện tử 1:0 CHANSPC_E[1:0] Phục vụ cho việc tính khoảng cách kênh Trong ghi ta định số byte preamble gói tin dựa vào việc thiết lập ghi bit 6:4 Tùy theo ta đặt giá trị cho bit vị trí 6:4 mà số byte preamble 2, 4, 6,… III.4 Khoảng cách kênh truyền Được thiết lập phần thơng qua ghi MDMCFG0 (có địa 0x14) Ta định nghĩa MDMCFG0 = 0xF8 có cấu trúc ghi sau: 1 1 0 Bit Field Name Ý nghĩa 7:0 CHANSPC_M[7:0] Giúp ta xác định khoảng cách kênh truyền Công thức sau: f CHANNEL  f XOSC 256  CHANSPC _ M .2CHANSPC _ E.CHAN  218 26.106 256  248x22 x235  47Mhz 18 Với bit CHAN thiết lập thông qua ghi CHANNR (địa 0x0A) có giá trị sau: 1 1 1 III.5 Thiết lập tần số sóng mang Thơng qua ghi FREQ2 (có địa 0x0D), FREQ1 (có địa 0x0E), FREQ0 (có địa 0x0F) sau: FREQ2 = 0x5D, FREQ1 = 0x93, FREQ0 = 0xB1 1 1 1 0 0 1 1 0 Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang 52 Luận văn tốt nghiệp – Điện tử Ta có cơng thức tính tần số sóng mang kết hợp ghi sau: f carrier  f XOSC 26.10 xFREQ  23 :   x6132657  2433Mhz 216 216 III.6 Thiết lập định dạng gói tin Ta thiết lập ghi PKTCTRL0 (có địa 0x08) phép chíp có thực kiểm tra CRC ( ) hay không xác định thuộc tính gói tin Ta định nghĩa PKTCTRL0 = 0x05 có cấu trúc ghi sau: 0 0 1 Bit Field Name Ý nghĩa CRC_EN 1:tính tốn CRC Tx cho phép kiểm tra CRC Rx 0:Không cho phép 1:0 LENGTH_CONFIG[1: Setting 0] 0(00) 1(01) 2(10) 3(11) Packet length configured Có chiều dài cố định Có chiều dài thay đổi Có chiều dài vơ hạn Giành riêng III.7 Chiều dài gói tin Được thiết lập thơng qua ghi PKTLEN (có địa 0x06) Ta định nghĩa PKTLEN = 0xFF có cấu trúc ghi sau: 1 1 1 1 Bit Field Name Ý nghĩa 7:0 PACKET_LENGTH Chỉ chiều dài gói tin ta chọn chế độ gói tin có chiều dài cố định chiều dài tối đa gói tin ta chọn gói tin có chiều dài thay đổi Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang 53 Luận văn tốt nghiệp – Điện tử Thiết lập ghi PKTCTRL0 (có địa 0x08) = 0x05 0 0 1 Hai bit 1:0 LENGTH_CONFIG[1:0] cấu hình chiều dài gói tin, ta đặt 01 tức chiều dài gói tin thay đổi chiều dài gói đặt sau từ đồng Hai bit 5:4 định dạng liệu truyền nhận, ta đặt 00 tức dùng chế độ thường dùng FIFO cho TX RX III.8 Kiểm tra địa gói tin Được thiết lập thơng qua ghi PKTCTRL1 (có địa 0x07) Ta định nghĩa PKTCTRL1 = 0x04 0 0 0 Hai bit 1:0 cho phép ta cấu hình kiểm tra địa gói tin nhận ta đặt 00 tức không cho phép địa gói tin nhận Bit ta đưa lên cho phép thêm vào bytes trạng thái RSSI LQI phần liệu cần truyền (payload of the packet) Bảng mô tả thông số q trình truyền khơng dây thiết lập tốc độ 250 kBaud Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang 54 Luận văn tốt nghiệp – Điện tử Bảng Thông số truyền 34 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau số công việc mà chúng em thực trình nghiên cứu đề tài như:  Sơ lược kit eZ430-RF2500  Tìm hiểu vi điều khiển MSP430F2274 IC thu phát khơng dây CC2500  Tìm hiểu phần mềm IAR để thực việc viết chương trình  Viết chương trình điều khiển động bước  Phát triển giao diện hiển thị source nguồn mở  Tìm hiểu chuẩn giao tiếp SPI UART  Thiết kế phần cứng phục vụ cho yêu cầu ứng dụng  Vẽ mạch sử dụng phần mềm Orcad  Thực khảo sát hoạt động hệ thống thiết kế thực tế I KẾT QUẢ Sau thời gian thực luận văn, chúng em đạt số kết sau:  Cài đặt hệ thống bao gồm AP giao tiếp với PC ED  Giao tiếp thành cơng mạng hình  Hệ thống tự động cập nhật liệu từ ED, sau truyền đến trung tâm giây lần có yêu cầu  Định thời cho việc truyền liệu ED trung tâm AP  Cập nhật thời gian thường xuyên giá trị thiết bị  Sao lưu liệu dạng file text  Phần cứng thiết kế hoạt động tốt Hệ thống thiết kế khảo sát khả hoạt điều kiện khoảng cách thay đổi Do hệ thống hoạt động dựa việc thu phát không dây nên vấn đề vật cản môi trường truyền có ảnh hưởng rõ nét đến hoạt động hệ thống, môi trường truyền có nhiều chướng ngại như: tường, kính, 34 Texas Instrument , SWR040C.pdf – Trang 10 Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang 55 Luận văn tốt nghiệp – Điện tử tòa nhà, cối,….thì khả thu nhận liệu trung tâm AP từ ngoại vi ED xung quanh giảm đáng kể, ngược lại hệ thống hoạt động môi trường truyền thẳng LOS (Line Of Sigth ) khả nhận tín hiệu tù AP đến ED gởi tốt Khảo sát thực tế sau:  Trong môi trường có vật cản khoảng cách nhận tín hiệu AP từ ED xung quanh  10 mét  Trong mơi trường khơng có vật cản LOS khoảng cách nhận tín hiệu tù AP đến ED xung quanh  40 mét  50 mét II KẾT LUẬN Hệ thống thiết kế hoạt động thực tế tốt điều kiện khoảng cách từ AP đến ED nhỏ 10 mét mơi trường có vật cản, mơi trường truyền khơng vật cản khoảng cách chúng lớn 40 mét nhỏ 50 mét Hoạt động cảm biến nhiệt độ môi trường -400C  t  850C, ngược lại hệ thống không hoạt động hoạt động không ổn định Đáp ứng yêu cầu đặt thiết kế hệ thống thu thập nhiệt độ máy tính (PC) trung tâm thiết bị từ xa không dây III HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI  Lập trình phát triển tiếp cấu hình mạng: hình mắt lưới  Xây dựng hệ thống có tính tổ chức, cộng đồng, giám sát, báo động,……như: “ nhà thông minh “ Giám sát điều khiển thiết bị trường học, khu công nghiệp,… Báo động cách linh hoạt cho hệ thống cần có an tồn cao dựa vào tính cấu trúc mạng ( hình sao, hình cây, mắt lưới )  Xây dựng giải thuật đo khoảng cách từ ED đến AP dựa vào số cường độ trường RSSI  Lập trình điều khiển ED (End Device) hoạt động tương tác với AP (Access Point) Phát triển ứng dụng kit eZ430 – RF2500 Trang 56 ... thống xung thiết kế nhằm hai mục đích: giảm giá thành hệ thống nguồn tiêu thụ thấp Dao động nội DCO cung cấp thời gian để nguồn hoạt động thiết lập 1s Những nguồn xung cung cấp tín hiệu xung sau:... Chọn nguồn xung cung cấp cho trình chuyển đổi: Nguồn ADC10CLK dùng xung chuyển đổi sử dụng để lấy mẫu tín hiệu vào Việc chọn nguồn xung ADC10 thông qua bit ADC10SSELx chia nguồn xung xuống thơng... Công cụ gỡ lỗi mạnh IAR C-SPY® debugger IV TRÌNH BÀY LUẬN VĂN Nội dung đề tài phân bố thành chương, chương cụ thể trình bày nội dung sau: Chương I nêu lên vấn đề mà Luận văn thực Chương II Tóm