hệ thống chống trộm cho xe máy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO MÔN: HỆ THỐNG NHÚNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM CHO XE MÁY MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU .4 Lời nói đầu Đặt vấn đề .4 2.1 Nguyên cứu nước 2.2 Tài liệu kiến thức liên quan .5 2.3 Tính cấp thiết đề tài 2.4 Mục tiêu đề tài 2.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 2.6 Phương pháp nghiên cứu PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN STM32F103C8T6 CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC CHUNG CỦA KIT 2.1 Các tài nguyên phần cứng giao thức hỗ trợ 2.2 Sơ đồ mạch chi tiết STM32F103C8T6 .8 CHƯƠNG 3: NHỮNG KIẾN THỨC LIÊN QUAN 3.1 Giao tiếp ADC 3.2 Giao tiếp GPIO vi điều khiển STM32F103C8T6 12 3.2.1 GPIO Input: .13 3.2.2 Các ghi liệu: .13 3.2.3 TTL Schmitt Trigger: 14 3.2.4 Điện trở kéo .15 3.3 Giao tiếp DMA 17 3.4 Giao thức USART : 18 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG .19 4.1 Nạp chương trình vào kit 19 4.2 nguyên lí hoạt động 22 CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT .29 5.1 kết quả: .29 5.2 ưu điểm .29 5.3 nhược điểm .29 5.4 hướng phát triển 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 PHẦN MỞ ĐẦU Lời nói đầu Xuất từ năm đầu thập niên 1960, hệ thống nhúng (Embedded system) dần trở thành ngành phát triển mạnh mẽ lĩnh vực Cơng nghệ thơng tin với đóng góp to lớn cho lĩnh vực công nghiệp đời sống Hệ thống nhúng định nghĩa hệ thống điện tử sử dụng chip máy tính để thực chức chun biệt khơng phải máy tính đa dụng (multi-purpose computer) Hệ thống nhúng tập hợp phần cứng phần mềm máy tính thiết kế hệ thống lớn, đồng thời xử lý thông tin nhúng vào hệ thống điều khiển với thời gian thực (real-time) Hệ thống nhúng ứng dụng cho nhiều lĩnh vực ta bắt gặp chúng đâu Từ máy móc cơng nghiệp, ô tô, xe lửa, máy bay, tàu không gian thiết bị y khoa, thiết bị di động, thiết bị gia dụng, đồ chơi trẻ em trang thiết bị khác Tùy vào mục đích đáp ứng mà hệ thống nhúng lại chia thành mảng viễn thơng, xử lý tín hiệu, điều khiển hay tự động hóa hàng khơng vũ trụ Ngày nay, hệ thống nhúng phát triển theo hướng đa xử lý, gia tăng tính phức tạp, mức độ tích hợp cao đảm bảo yêu cầu an toàn hiệu suất cao, ra, hiệu thời gian chạy lượng phải đảm bảo Việc nghiên cứu giảng dạy hệ thống nhúng dần dược trọng ngành nghề mà công ty công nghệ lưu tâm tuyển dụng Để chuẩn bị kiến thức sau trường trình học tập, nghiên cứu việc giao tiếp với phận, thiết bị hệ thống nhúng Và để hiểu hoạt động board hệ thống nhúng ta có số giao tiếp nhóm trình bày số giao tiếp với board hệ thống nhúng như: ADC, USART, DMA, PWR,GPIO board STM32F103C8T6 Đặt vấn đề 2.1 Nguyên cứu nước  Ngoài nước: Hệ thống nhúng Apollo Guidance Computer (Máy tính Dẫn đường Apollo) phát triển Charles Stark Draper phịng thí nghiệm trường đại học MIT Hệ thống nhúng sản xuất hàng loạt máy hướng dẫn cho tên lửa quân vào năm 1961 Nó máy hướng dẫn Autonetics D-17, xây dựng sử dụng bóng bán dẫn đĩa cứng để trì nhớ Khi Minuteman II đưa vào sản xuất năm 1996, D-17 thay với máy tính sử dụng mạch tích hợp Tính thiết kế chủ yếu máy tính Minuteman đưa thuật tốn lập trình lại sau để làm cho tên lửa xác hơn, máy tính kiểm tra tên lửa, giảm trọng lượng cáp điện đầu nối điện Từ ứng dụng vào năm 1960, hệ thống nhúng giảm giá phát triển mạnh mẽ khả xử lý Bộ vi xử lý hướng đến người tiêu dùng Intel 4004, phát minh phục vụ máy tính điện tử hệ thống nhỏ khác Tuy nhiên cần chip nhớ hỗ trợ khác Vào năm cuối 1970, xử lý bit sản xuất, nhìn chung chúng cần đến chip nhớ bên Vào thập niên 80, kỹ thuật mạch tích hợp ạt trình độ cao dẫn đến nhiều thành phần đưa vào chip xử lý Các vi xử lý gọi vi điều khiển chấp nhận rộng rãi Với giá thấp, vi điều khiển trở nên hấp dẫn để xây dựng hệ thống chuyên dụng Đã có bùng nổ số lượng hệ thống nhúng tất lĩnh vực thị trường số nhà đầu tư sản xuất theo hướng  Trong nước: Hiện nay, lĩnh vực hệ thống nhúng Việt Nam có bước chập chững ban đầu, với sản phẩm “made in Vietnam” ứng dụng vào thực tế Công việc chủ yếu lắp ráp, gia cơng phần mềm cho nước ngồi, chiếm tỷ lệ lớn thị trường Nhật, Mỹ châu Âu Rất nhiều hãng sản xuất phần mềm lớn “đổ bộ” vào thị trường Việt Nam để tận dng lợi nguồn nhân lực giá rẻ khai thác thị trường tiềm IBM, CSC, Altera… 2.2 Tài liệu kiến thức liên quan  Trước tìm hiểu đề tài, cần trang bị kiến thức liên quan đến hệ thống nhúng board mạch, vi xử lý, vi điều khiển, giao thức board nhúng  Nắm vững tảng môn học Điện tử bản, Kiến trúc máy tính hợp ngữ, sơ đồ nguyên lý hoạt động board mạch  Phần nội dung đề tài có tham khảo kiến thức từ giáo trình thức môn Hệ thống nhúng nguồn tư liệu từ Internet 2.3 Tính cấp thiết đề tài  Hệ thống nhúng nói riêng lập trình nhúng nói chung ngày trở thành mảng đào tạo trường, cơng ty quan tâm Trong nhu cầu nhân lực thực tế ngành nghề cực Chính việc tìm hiểu nghiên cứu hệ thống nhúng bước đệm quan trọng giúp sinh viên định hướng, có lý thuyết mảng  Đề hiểu cách thức hoạt động board nhúng số giao tiếp với giao thức vô quan trọng, việc thực số giao tiếp RTC, ADC, UART, DMA, PWM quan trọng 2.4 Mục tiêu đề tài  Đề tài đời với mục đích giúp sinh viên tổng hợp lại kiến thức tiếp thu q trình học mơn Hệ thồng nhúng, đồng thời có nhìn tổng quan ngành lập trình nhúng  Có kiến thức board mạch, giao tiếp thiết bị, bước đệm tốt hướng đến công việc sau trường  Hiểu lý thuyết áp dụng lý thuyết vào số thí nghiệm với kit STM32F103C8T6 2.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu:  Kit STM32F103C8T6 hãng ARM  Các thiết bị hỗ trợ cho làm thí nghiệm kit STM32F103C8T6 b Phạm vi nghiên cứu:  Nghiên cứu mức lập trình cho thí nghiệm kit STM32F103C8T6  Xây dựng thuật toán code nhúng vào thiết bị  Hiểu nguyên lý hoạt động board mạch thí nghiệm giao tiếp làm 2.6 Phương pháp nghiên cứu  Đi từ kiến thức board mạch, cách vận hành cấu hình đến lập trình nhúng  Tìm hiểu cách giao tiếp với kit STM32F103C8T6 PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN STM32F103C8T6 Bộ vi xử lý ARM Cortex-M3 hệ xử lý ARM cho hệ thống nhúng Nó phát triển để cung cấp tảng chi phí thấp, đáp ứng yêu cầu thực thi MCU với việc giảm số bóng bán dẫn lõi ARM Cortex dẫn tới tiêu thụ lượng thấp giảm giá thành vi xử lí, đồng thời cung cấp hiệu tính tốn cao hệ thống tiên tiến để đáp ứng ngắt Bộ vi xử lý ARM Cortex-M3 32-bit RISC đạt hiệu suất cao so với ARM7TDMI-S Dịng vi xử lý hiệu suất cao STM32F103C8T6 có lõi ARM nhúng tương thích với tất công cụ phần mềm cho ARM có thị trường Nó kết hợp ARM Cortex-M3 CPU hiệu suất cao với nhiều thiết bị ngoại vi mở rộng I/O cải tiến STM32F103C8T6 board mạch phát triển với chi phí thấp cho vi điều khiển dựa lõi ARM Cortex-M3 STMicroelectronis Board STM32F103C8T6 mang đến giải pháp hoàn hảo cho phát triển ngoại vi USB Tất cổng vi điều khiển có sẵn kết nối mở rộng CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC CHUNG CỦA KIT 2.1 Các tài nguyên phần cứng giao thức hỗ trợ MCU: STM32F103C8T6 ARM 64KB CORTEX M3™ FLASH MEM 48LQFP có Vendor: STMicroelectronics, Category: Integrated Circuits(ICs), kích thước Program Memory: 64KB (64K x 8), 20Kx8 Bytes RAM, USB Device 2.0, CAN 2.0B Active, I2C, SPI (18 Mbit/s), 3x ADC 12 bit, USART, 16-bit Timers with Input Capture, Output Compare and PWM, 12-bit 10-ch A/D Converter, Fast I/O Ports, tần số hoạt động tối đa 72Mhz, điện áp hoạt động 2.03.6V Cổng debug có SWD (Serial wire debug) Cortex-M3 ETM (Embedded Trace Macrocell) Điện áp cấp 5VDC qua cổng Micro USB chuyển đổi thành 3v3 qua IC nguồn cấp cho vi điều khiển Ra chân đầy đủ tất GPIO giao tiếp: UART/ USART, ADC, PWR, DMA, I2C SPI, USB, CAN Có Led trạng thái nguồn, led PC13  ADC (đọc từ biến trở, cảm biến nhiệt độ, ánh sáng )  UART (giao tiếp PC dùng boot loader để nạp chương trình )  GPIO (Led, Button )  Nút Reset  USB (2.0 full speed)  MMC/SD/I2S  CAN (2.0)  Power (lấy từ nguồn Adapter 5VDC USB)  Kích thước: 53.34mm x 15.24mm 2.2 Sơ đồ mạch chi tiết STM32F103C8T6 CHƯƠNG 3: NHỮNG KIẾN THỨC LIÊN QUAN 3.1 Giao tiếp ADC a Giới thiệu ADC hay mạch chuyển đổi tương tự số hay Analog-to-digital converter, linh kiện bán dẫn thực chuyển đổi đại lượng vật lý tương tự liên tục (thường điện áp) sang giá trị số biểu diễn độ lớn đại lượng b Hoạt động Để thuận tiện mơ tả, sau coi tín hiệu vào điện áp Sự chuyển đổi liên quan đến việc lượng tử hóa tín hiệu ngõ vào, thiết mắc lượng lỗi Thay làm chuyển đổi nhất, ADC thực việc chuyển đổi theo định kỳ gọi "mẫu" ngõ vào (sample) Kết trình thời gian liên tục (continuous-time) giá trị liên tục (continuous-amplitude) chuyển đổi sang dãy số rời rạc hai thứ Như có hai đặc trưng quan trọng liên quan đến độ phân giải hai chiều:  Nhịp lấy mẫu khoảng thời gian hai lần thực số hóa, nghịch đảo tần số số hóa  Bậc số hóa số bit xác định số mức số hóa cho dải giá trị điện áp danh định Hệ M bit có 2M mức cho tín hiệu đơn cực, dương âm Nếu tín hiệu song cực, phải dành bit dấu, mức bị dính nên hệ cho 2M-11 mức Dải giá trị điện áp danh định gọi dải động Điện áp lớn gây tràn (overflow) Lý thuyết số hóa q trình tương tự không nêu Điểm ý tác động tượng Aliasing đến đặc trưng số hóa, dẫn đến địi hỏi tần số số hóa phải lớn gấp đơi tần cực đại băng tần tín hiệu nhu cầu thơng thường, cịn nhu cầu kỹ thuật gấp 4, ví dụ phải dùng KHz để số hóa tín hiệu có băng tần 10-250 Hz Tại ngõ vào ADC chip có phần tử Multiplexer, cho ADC đa ngõ vào hay ADC đa kênh Trước giá thành ADC cao, nên bố trí đến 64 ngõ vào Hiện xuất chip bố trí 1, ngõ vào  Nguyên lí hoạt động o Flash ADC Flash ADC dạng đơn giản nhất, thực dãy điện trở phân áp comparator điện áp Nó minh hoạ nhập đề cho hoạt động ADC Trong hình vẽ ADC 16 mức "khơng âm", thực bẳng 15 comparator Kết so mạch lập mã Encoder tiếp nhận chuyển sang mã nhị phân, trường hợp bit  Nhịp lấy mẫu phần nhận mã tự định, đạt cao  Thay cho Bậc số hóa phải dùng mức số hố (nếu số mức khơng trùng vào số 2M) o o o o o ADC xấp xỉ nối tiếp Ramp-compare ADC ADC tích phân sườn đơi đa sườn ADC mã hoá delta ADC sigma-delta 10 17 3.3 Giao tiếp DMA a Định nghĩa: - DMA (Direct memory access): chế truyền liệu tốc độ cao từ ngoại vi tới nhớ từ nhớ tới nhớ Dữ liệu di chuyển cách nhanh chóng mà khơng cần tới tác vụ từ CPU, tiết kiệm tài nguyên CPU cho hoạt động khác b DMA STM32: - STM32 có DMA với 12 kênh (7 kênh DMA1 kênh DMA2), quản lý việc truy cập nhớ từ nhiều ngoại vi DMA có chức phân xử độ ưu tiên DMA request - 12 kênh DMA độc lập, thiết lập kênh DMA1 kênh DMA2 - Software trigger hỗ trợ cho kênh, lập trình phần mềm - Độ ưu tiên kênh DMA lập trình phần mềm (có cấp ưu tiên very high, high, medium, low) phần cứng - Phụ thuộc vào kích thước nguồn đích (byte, half word, word) Địac nguồn/đích phải phù hợp với kích thước liệu - Hỗ trợ truyền tải giữa:     Memory to memory Peripheral to memory Memory to peripheral Peripheral to peripheral - Có thể truy cập vào Flash, Sram, APB1, APB2 AHB nguồn đích - Dữ liệu truyền nhận hỗ trợ tới 65536 18 3.4 Giao thức USART : Là giao tiếp “không đồng bộ” điều khiển chuyển đổi byte liệu đến thành luồng bit nối tiếp tức là có thiết bị chuyển liệu vào thời điểm Một UART tạo đồng hồ liệu bên cho vi điều khiển đồng hóa đồng hồ với luồng liệu cách sử dụng trình chuyển đổi bit start Khơng có tín hiệu đồng hồ đến liên kết với liệu, để nhận luồng liệu, người nhận cần biết trước tốc độ truyền nên USART stack yêu cầu thiết bị xếp hàng vào tốc độ cao UART 4Mbps USART hỗ trợ nhìu giao thức UART 19 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG 4.1 Nạp chương trình vào kit Dùng nạp ST-Link để nạp code vào Kit Đầu tiên ta cần phải cài Driver cho ST-Link Tiếp theo ta phải nối dây thiết bị ST-link với ngõ vào Kit STM32F103C8T6 sau - Vào tab “Debug” chọn ST-Link Debugger 20 - Vào setting ST-Link Debugger -> Flash Download -> tick vào ô Reset and Run 21 Như thiết lập xong cấu hình nạp cho KelC Bây cần gắn ST-Link có nối kit vào build code 22 4.2 nguyên lí hoạt động 23 Ta cấp nguồn cho thiết bị = micro USB, chờ khoảng 5s đèn sáng lên, lúc đầu mạch chế độ không bảo vệ, ta nhấn KEY A để kích hoạt chế độ bảo vệ, kích hoạt kêu tín hiệu tít tít 24 25 - Khi nghiêng rung lắc cảm biến, phận lò xo bên đập vào thành kim loại, tạo thành mạch kín, truyền lại tính hiệu điện ADC tiếp nhận tín hiệu từ port xử lý thành tín hiệu digital (212 = 4096) Ngắt chế độ bảo vệ KEY B, ngắt tín hiệu kêu “tít”, lúc vơ hiệu tín hiệu từ cảm biến rung trả 26 Cấu hình chân kit để nhận tín hiệu phím từ remote 27 Hàm KEY_Scan() sau để trả giá trị phím nhấn vào, sau gửi đến hàm main() để xử lí Cấu hình chân port cho cảm biến rung, ta dùng giao thức ADC DMA 28 Ở hàm main có hàm KEY_Scan() để liên tục quét xem có KEY nhấn hay khơng, xử lí theo chức 29 Ta có hàm xử lí xe chế độ bảo vệ mà có tác động xấu vào (trường hợp xe bị dắt đi) CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT 5.1 kết quả: Hiểu giao thức USART, PWR, ADC, GPIO, DMA làm việc Biết cách tạo project keil điều chỉnh thông số phù hợp với kit STM32F103C8T6 Biết chức năng, modul board STM32F103C8T6 cách thao tác với modul Biết nạp file hex vào mạch 5.2 ưu điểm Giao tiếp thành công với board STM32F103C8T6 với giao thức USART, PWR, ADC, GPIO, DMA 5.3 nhược điểm Chỉ giao tiếp với board Chưa hiểu sâu board chuẩn giao tiếp 5.4 hướng phát triển 30 Board STM32F013 có nhiều modul có chức khác nên tìm hiểu vận dụng hết tất chức modul để phục vụ cho sống học tập TÀI LIỆU THAM KHẢO STM32F103C8T6 datasheet : https://datasheet4u.com/datasheet-pdf/STMicroelectronics/STM32F103C8T6/pdf.php?id=1145507 uart vs usart: https://www.edn.com/electronics-blogs/embedded-basics/4440395/USART-vs-UART Know-thedifference?fbclid=IwAR0im1S6niX8IzxhQd-gvP1cf2yGODXtmQm8H_EzcQsBBcOhVXFotzMrxrY DMA http://hethongnhung.com/huong-dan-lap-trinh-dma-voi-stm32/? fbclid=IwAR1oX7wuqb0w8LZ66ECT1NLRmZDxophMP8F71vLNNBtgVCCzHN1HJJRT8pc GPIO http://vimach.net/threads/gpio-xuat-nhap-i-o-trong-msp430.64/ https://laptrinharmst.blogspot.com/2018/02/bai-02-gpio-voi-stm32f1.html? fbclid=IwAR3zz7KM4tcBrr54DuqeDVVvNvsF6bTpuDemI82hOVqWXcDa4pYBPYzFAaQ ADC https://vi.wikipedia.org/wiki/ADC link full đồ an: https://drive.google.com/file/d/1XTlTbLTzvXxY-qmOwmApRydz2w0lvZpH/view? usp=sharing 31 ... 1960, hệ thống nhúng (Embedded system) dần trở thành ngành phát triển mạnh mẽ lĩnh vực Công nghệ thông tin với đóng góp to lớn cho lĩnh vực cơng nghiệp đời sống Hệ thống nhúng định nghĩa hệ thống. .. thơng tin nhúng vào hệ thống điều khiển với thời gian thực (real-time) Hệ thống nhúng ứng dụng cho nhiều lĩnh vực ta bắt gặp chúng đâu Từ máy móc cơng nghiệp, tơ, xe lửa, máy bay, tàu không gian... điện tử sử dụng chip máy tính để thực chức chuyên biệt khơng phải máy tính đa dụng (multi-purpose computer) Hệ thống nhúng tập hợp phần cứng phần mềm máy tính thiết kế hệ thống lớn, đồng thời