Hệ thống giám sát điều khiển thiết bị sử dụng vi điều khiển STM8S00F3P6 và sóng RF

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN STM8S003F3P6 VÀ SÓNG RF GVHD: ThS DƯƠNG THỊ CẨM TÚ SVTH: TRẦN KHẮC KIỆT MSSV: 08101065 SKL004247 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN STM8S003F3P6 VÀ SÓNG RF GVHD: Th.S Dƣơng Thị Cẩm Tú SVTH: Trần Khắc Kiệt Lớp: 081011C, Hệ qui MSSV: 08101065 Tp Hồ Chí Minh - 01/2016 GVHD: ThS DƢƠNG THỊ CẨM TÚ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực dựa vào số tài liệu không chép từ tài liệu hay cơng trình có trƣớc GVHD: ThS DƢƠNG THỊ CẨM TÚ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Để thực thành cơng đề tài này, nhóm thực nhận đƣợc nhiều giúp đỡ, tƣ vấn từ cô Dƣơng Thị Cẩm Tú Trong trình thực đề tài thầy hƣớng dẫn nhóm thực đề tài nhiệt tình Ln đốc thúc, nhắc nhở để nhóm hoàn thành đề tài yêu cầu, tiến độ Nhóm thực xin chân thành cảm ơn Cơ Ngƣời thực đề tài cung chân cam ơn tất ca cac Th ầy, Cô ̃̃ khoa điện - điện tử tạo điều kiện để đề tài hoàn thành thời hạn Cảm ơn tất baṇ đa nhiêṭtinh đong gop nhƣng y kiến ̃̃ thiêṇ Cuối cung ngƣời thực đề tài cung xin cam ơn gia đinh đa tich cƣcc̣ đôngc̣ ̃̀ viên, khuyến khich,́ tạo điều kiện vàtrƣcc̣ tiếp hỗtrơ c̣kinh phi ,́ tinh thần đểđề tài tốt nghiệp đƣơcc̣ hoàn thành thời hạn Trân trọng ! Tp.HCM, tháng 01 năm 2016 Ngƣời thực đề tài Trần Khắc Kiệt GVHD: ThS DƢƠNG THỊ CẨM TÚ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÓM TẮT Ngày phƣơng thức truyền nhận liệu không dây ngày phát triển đƣợc ứng dụng rộng rãi khoa học kỹ thuật, sống Các hệ thống không dây thƣờng nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí khơng phải sử dụng dây nối Các hệ thống khơng dây thƣờng sử dụng sóng wifi, sóng RF Những ứng dụng, hệ thống cỡ nhỡ, trung bình sử dụng sóng wireless để truyền nhận liệu lựa chọn hợp lí Sau thời gian thực đề tài nhóm đạt đƣợc kết quả: - Xây dựng đƣợc mơ hình hệ thống gồm master, 1slave sử dụng cảm biến nhiệt độ DS18B20 Trong master có khả truyền nhận liệu từ slaver qua sóng RF ngƣợc lại - Xây dựng đƣợc giao diện giám sát điều khiển máy tính ngơn ngữ C# sử dụng phần mềm Microsoft Visual studio 2010 - Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý, đặc tính vi điều STM8S003F3P6 - Tìm hiểu cách lập trình C IAR Embedded Workbench cho vi điều khiển STM8S003F3P6 - Tìm hiểu cảm biến nhiệt độ DS18B20 - Tìm hiểu có khả sử dụng module thu - phát sóng RFnRF24L01 hãng Nordic GVHD: ThS DƢƠNG THỊ CẨM TÚ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC ̃ CHƢƠNG I: DÂN NHÂPP 1.1.Lí Do Chọn Đề Tài 1.2.Giới Thiệu Đề Tài 1.3.Ý Nghĩa Đề Tài 1.4.Nội Dung Nghiên Cứu .2 1.5.Giới Hạn Đề Tài CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.Giới Thiệu Về Sóng RF Và Điều Khiển Từ Xa Bằng Sóng RF 2.1.1.Sóng vơ tuyến (RF) 2.1.2 Cách tạo sóng RF 2.1.3 Điều khiển từ xa sóng RF .5 2.2.Giới Thiệu Về Vi Điều Khiển 2.2.1 Giới thiệu vi điều khiển 2.2.2.Phân loại 2.2.3 Cấu trúc tổng quan vi điều khiển 2.3.Giới Thiệu Về Chuẩn Truyền Thông SPI Và UART 2.3.1 Truyền thông SPI 2.3.2.Truyền thông UART 10 CHƢƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 12 3.1.Sơ Đồ Khối 12 3.1.1.Sơ đồ khối tổng quan hệ thống 12 3.1.2.Sơ đồ khối Master 13 3.1.3.Sơ đồ khối Slave 13 3.2.Các Khối Cơ Bản 14 3.2.1 Khối xử lý 14 3.2.2.Khối truyền nhận 16 3.2.3.Khối cảm biến 18 3.2.4.Khối hiển thị 20 3.2.5.Khối UART 21 3.2.6 Khối RELAY 22 3.2.7.Khối nguồn 23 3.3.Lƣu Đồ Giải Thuật 25 3.3.1 Lƣu đồ giải thuật khối Master 25 3.3.2.Lƣu đồ giải thuật khối Slave 26 3.4.Sơ Đồ Nguyên Lý 27 3.4.1.Sơ đồ nguyên lý khối Master 27 3.4.2.Sơ đồ nguyên lý khối Slave 28 3.5.Sơ Đồ Mạch In 28 CHƢƠNG IV: THIẾT KẾ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 30 GVHD: ThS DƢƠNG THỊ CẨM TÚ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.1.Yêu Cầu 30 4.2.Giao Diện Giám Sát Và Điều Khiển 31 4.3.Lƣu Đồ Chƣơng Trình Điều Khiển 32 CHƢƠNG V : KẾT QUẢ 33 5.1 Kết Quả Thực Tế 33 5.2.Nhận Xét 39 CHƢƠNG VI : KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN 40 6.1.Kết Luận 40 6.2.Hƣớng Phát Triển 40 PHỤ LỤC 42 I.VI ĐIỀU KHIỂN STM8S003F3P6 42 1.Giới thiệu chung 42 2.Sơ đồ chân 44 3.Cấu trúc nhớ 47 4.Xung nhịp hoạt động 48 5.Các định thời 49 Hoạt động ngắt VĐK 51 7.Hoạt động giao tiếp VĐK với ngọa vi 53 Chuyển đổi ADC 56 9.Giao tiếp SPI 56 10.Giao tiếp UART 58 II GIỚI THIỆU VỀ MODULE nRF24L01 63 1.Giới thiệu 63 2.Khảo sát chip nRF24L01 64 2.1.Cấu trúc phần cứng 64 2.2.Điều kiện làm việc 65 2.3.Hoạt động nRF24L01 65 2.4.Chức Shockburst 68 2.5.Giao tiếp SPI nRF24L01 69 2.6.Hoạt động đọc/ghi chuẩn SPI 69 2.7.Các ghi nRF24L01 70 2.8.Module nRF24L01 79 III.CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DS18B20 80 1.Sơ lƣợc cảm biến nhiệt độ DS18B20 80 2.Cấu trúc cảm biến DS18B20 80 2.5.Giao tiếp Vi điều khiển DS18B20 84 IV.CHƢƠNG TRÌNH BIÊN DỊCH VÀ CODE CHƢƠNG TRÌNH 85 1.Chƣơng trình biên dịch 85 2.Code chƣơng trình 85 2.1.Chƣơng trình cho Master 85 GVHD: ThS DƢƠNG THỊ CẨM TÚ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.2.Chƣơng trình cho Slave 93 2.3.Các hàm dùng chƣơng trình 98 2.4.Code cho giao diện điều khiển .109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 116 MỤC LỤC HÌNH Hình 2.1:Master Slave độc lập Hình 2.2: Cách nối Daisy-Chained 10 Hình2.3: Giao tiếp UART 11 Hình 2.4: Khung liệu cho giao tiếp UART 11 Hình 3.1: Sơ đồ khối tổng quan hệ thống 12 Hình 3.2: Sơ đồ khối Master 13 Hình 3.3: Sơ đồ khối Slave 13 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý 15 Hình 3.5: Module nRF24L01IA 17 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý module nRF24L01IA 17 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý khối truyền nhận kết nối VĐK 18 Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến kết nối VĐK 19 Hình 3.9: Mạch nguyên lý kết nối LCD kết nối VĐK 21 Hình 3.10: Nguyên lý khối UART kết nối VĐK 22 Hình 3.11: Mạch nguyên lý khối Relay kết nối VĐK 23 Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý mạch hạ áp 24 Hình 3.13: Lƣu đồ giải thuật khối Master 25 Hình 3.14: Lƣu đồ giải thuật khối Slave 26 Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lý mạch Master 27 Hình 3.16: Sơ đồ nguyên lý khối Slave 28 Hình 3.17: Sơ đồ xếp linh kiện board Master board Slave 28 Hình 3.18: Mạch in board Master board Slave 29 Hình 4.1: Giao diện điều khiển máy tính 31 Hình 4.2: Lƣu đồ giải thuật giao tiếp máy tính 32 Hình 5.1: Cấp nguồn cho board Slave 33 Hình 5.2: Xác định cổng COM đƣợc kết nối 34 Hình 5.3: Cấp nguồn cho board Master 35 Hình 5.4: Nhiệt độ hiển thị Slave cấp nguồn cho Master 36 Hình 5.5: Lƣu file liệu 37 Hình 5.6: Giao điện điều khiển đƣợc kết nối 38 GVHD: ThS DƢƠNG THỊ CẨM TÚ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 5.7: File liệu đƣợc lƣu với thời gian cập nhât 2s 39 Hình 1: Hình ảnh thực tế STM8 42 Hình 2: Sơ đồ chân STM8S003F3P6 44 Hình 3: Cấu trúc bên STM8S 46 Hình 4: Bộ nhớ liệu 47 Hình 5: Bộ nhớ chƣơng trình 48 Hình 6: Các nguồn xung clock cho VĐK 49 Hình 7: Sơ đồ khối timer 50 Hình 8: Sơ đồ khối timer 51 Hình 9: Sơ đồ khối cấu trúc thah ghi VĐK 53 Hình 10: Sơ đồ khối giao tiếp SPI 56 Hình 11: Mơ tả khung hình truyền 59 Hình 12: Module USB to UART 62 Hình 13: Mạch nguyên lý USB to UART 62 Hình 14 : Sơ đồ khối chip nRF24L01 64 Hình 15: Sơ đồ chân chip nRF24L01 64 Hình 16: Biểu đồ hoạt động ghi SPI nRF24L01 70 Hình 17: Biểu đồ hoạt động đọc SPI nRF24L01 70 Hình 18: Sơ đồ ngun lí module nRF24L01 80 Hình 19 : Sơ đồ chân DS18B20 80 Hình 20: Sơ đồ khối DS18B20 81 Hình 21: Tổ chức nhớ đệm 81 Hình 22: Các cách cấp nguồn cho DS18B20 82 GVHD: ThS DƢƠNG THỊ CẨM TÚ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC BẢNG Bảng 2.1: Phân loại tần số Bảng 3.1: Chức chân LCD 20 Bảng 1: Một số thông số STM8S003F3P6 44 Bảng 2: Chức chân 46 Bảng 3: Các kiện ngắt 52 Bảng 4:Bảng ghi địa port 54 Bảng 5: Bảng cấu hình ngõ ra/vào cho ghi CR1 CR2 55 Bảng 6: Đặc tính pha xung giao tiếp SPI 57 Bảng 7: Các ghi sử dụng giao tiếp SPI 58 Bảng 8: Mô tả tốc độ baud 60 Bảng 9: Cách kiểu định dạng Frame hình để truyền 60 Bảng 10: Thanh ghi sử dung vùng địa chúng giao tiếp UART 60 Bảng 11: Chức chân nRF24L01 64 Bảng 12: Điều kiện làm việc nRF24L01 65 Bảng 13: Các chế độ hoạt động nRF24L01 65 Bảng 14: Thời gian chuyển đổi chế độ 67 Bảng 15: Mã lệnh SPI nRF24L01 69 Bảng 16: Kí hiệu biểu đồ hoạt động SPI 70 Bảng 17: Register CONFIG 70 Bảng 18: Register EN_AA 71 Bảng 19: Register EN_RXADDR 72 Bảng 20: Register SETUP_AW 72 Bảng 21: Register SETUP_RETR 73 Bảng 22: Register RF_CH 73 Bảng 23: Register RF_SETUP 73 Bảng 24: Register STATUS 74 Bảng 25: Register OBSERVE_TX 74 Bảng 26: Register CD 75 Bảng 27: Register TX_ADDR 76  Bảng 28: Register RX_PW_P0 RX_PW_P0 77 Bảng 29: Register FIFO_STATUS 78 Bảng 30: Register RX_PLD 79 Bảng 31: Register TX_PLD 79 Bảng 32: Lựa chọn độ phân giải cho DS18B20 83 GVHD: ThS DƢƠNG THỊ CẨM TÚ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHỤ LỤC SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, TX_ADDRESS5, RX_ADR_WIDTH); // */ SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x01); // EN P0, >P1 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x01); //Enable data P0 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 0); // Chanel RF = 2400 + RF_CH* (1or M) SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RX_PW_P0, RX_PLOAD_WIDTH); // Do rong data truyen 32 byte SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x07); // 1M, 0dbm SPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0e); // Enable CRC, byte CRC, Send } /************************************************************************ **** //unsigned char SPI_RW(unsigned char Buff) //NRF24L01 /************************************************************************ **** unsigned char SPI_RW(unsigned char Buff) { unsigned char bit_ctr; for(bit_ctr=0;bit_ctr