6. Điểm: (Bằng chữ: )
3.3.4 Các loại khung Ethernet
3.3.4.1 Các loại khung uniscat
Giả sử trạm 1 cần truyền khung tới trạm 2. Khung Ethernet do trạm 1 truyền ra có địa chỉ:
MAC nguồn: 00-60-08-93-DB-C1.
MAC đích : 00-60-08-93-AB-12
Hình 3. 18 : Mô hình truyền thông unicast
Đây là khung unicast. Khung này được truyền tới 1 trạm xác định.Tất cả các trạm trong phân đoạn mạng trên sẽ đều nhận được khung này nhưng:
Chỉ có trạm 2 lấy được địa chỉ MAC đích của khung trùng với địa chỉ MAC của giao tiếp mạng của mình nên tiếp tục xử lý các thông tin khác trong khung.
Các trạm khác sau khi so sánh địa chỉ sẽ bỏ qua không tiếp tục xử lý khung nữa.
3.3.4.2 Các loại khung boardcast.
Các khung broadcast có địa chỉ MAC đích là FF-FF-FF-FF-FF-FF (48 bit 1). khi nhận được các khung này, mặc dù không trùng với địa chỉ MAC của giao tiếp mạng của mình nhưng các trạm đều phải nhận khung và tiếp tục xử lý.
Giao thức ARP sử dụng khung broadcast này để tìm địa chỉ MAC tương ứng với 1 địa chỉ IP cho trước. Một số giao thức định tuyến cũng sử dụng các khung broadcast để các router trao đổi bảng định tuyến.
3.3.4.2 Các khung Multicast
Trạm nguồn gửi khung tới một số trạm nhất định chứ không phải là tất cả. Địa chỉ MAC đích của khung là địa chỉ đặc biệt mà chỉ các trạm trong cùng một nhóm mới chấp nhận các khung gửi tới địa chỉ này.
(Chú ý: Địa chỉ MAC nguồn của khung luôn là địa chỉ MAC của giao tiếp mạng tạo ra khung. Trong khi đó địa chỉ MAC đích của khung thì phụ thuộc vào một trong ba loại khung nếu trên.)
3.3.5 Các loại Ethernet.
IEEE đã phát triển chuẩn Ethernet trên nhiều công nghệ truyền dẫn khác nhau vì thế có nhiều loại Ethernet. Mỗi loại mạng mô tả dựa theo 3 yếu tố: tốc độ, phương thức tín hiệu sử dụng và đặc tính đường truyền vật lý.
3.3.5.1 Các hệ thống Ethernet 10Mb/s
10base5. Đây là tiêu chuẩn Ethernet đầu tiên, dựa trên cáp đồng trục loại dày. Tốc độ đạt được 10Mb/s, sử dụng băng tần cơ sở, chiều dài cáp tối đa cho một phân đoạn mạng là 500m.
10base2. Có tên là “ thin Ethernet”, dựa trên các hệ thống cáp đồng trục mỏng với tốc độ 10Mb/s, chiều dài cáp tối đa của phân đoạn là 185m ( IEEE làm tròn thành 200m).
10baseT. Chữ T là viết tắt của “Twisted” cáp xoắn cạp. 10BaseT hoạt động với tốc đọ 10Mb/s dựa trên hệ thống xoắn cạp Cat 3 trở lên.
10BaseF. F là viết tắt của Fiber Optic ( sợi quang). Đây là chuẩn cho sợi quang hoạt động với tốc độ 10Mb/s, ra đời năm 1993.
3.3.5.2 Các hệ thống Ethernet tốc độ 100Mb/s- Ethernet cao tốc(fast Ethernet)
100BaseT. Chuẩn Ethernet hoat động với tốc độ 100Mb/s trên cả cáp xoắn cạp lẫn cáp sợi quang.
100BaseX. Chữ X nói lên được tính mã hóa đường truyền cả hệ thống này( sử dụng phương pháp mã hóa 4B/5B của chuẩn FDDI) bao gồm 2 chuẩn 100BaseFX VÀ 100BaseTX.
100BaseFX. Tốc độ 100Mb/s, dử dụng cáp sợi quang đa mode.
100BaseTX. Tốc độ 100Mb/s, sử dụng cáp xoắn cạp.
100BaseT2 và 100BaseT4. Các chuẩn này sử dụng 2 cặp và 4 cặp cáp xoắn cặp Cat 3 trở lên tuy nhiên hiện nay hai chuẩn này ít được sử dụng.
3.3.5.3 Các hệ thống Giga Ethernet
1000BaseX: Chữ X nói lên đăc tính mã hóa đường truyền( chuẩn này dựa trên kiểu mã hóa 8B/10B dùng trong hệ thống kết nối tốc độ cao Fiber channel được phát triển bởi ANSI) chuẩn 1000BaseX gồm 3 loại:
1000Base-SX: tốc độ 1000Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng ngắn.
1000Base-LX: tốc độ 1000Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng dài.
1000Base-cX: tốc độ 1000Mb/s, sử dụng cáp đồng.
1000BaseT: Hoạt động ở tốc độ Giga bit, băng tần cơ sở trên cáp xoắn cặp Cat 5 trở lên. Sử dụng kiểu mã hóa đường truyền riêng để đạt được tốc độ cao trên loại cáp này.
3.3.5.4 Chuẩn IEEE 802
IEEE 802 là hoc các chuẩn IEEE sành cho các mạng LAN và mạn MAN (metropolitan area network). Cụ thể hơn, các chuẩn IEEE 802 được giới hạn cho các mạng mang các gói tin có kích thước đa dạng. Khác với các mạng này, dữ liệu trong các mạng cell-based được truyền theo đơn vị nhỏ có cùng kích thước được gọi là cell. Các mạng Iosochronous, nơi dữ liệu được truyền theo một dòng liên tục các octet, hoặc nhóm các octet,tại các khoảng thời gian đều đăn, cũng nằm ngoài phạm vi của chuẩn này.
Các dịch vụ và giao thức được đặc tả trong IEEE 802 ánh xạ tới hai tầng thấp (tầng liên kết dữ liệu và tầng vật lý của mô hình 7 tầng OSI). Thực tế, IEEE 802 chia tầng liên kết dữ liệu OSI thành hai tầng con LLC (điều khiển liên kết lôgic) và MAC (điều khiển truy nhập môi trường truyền), do đó các tầng này có thể được liệt kê như sau:
Tầng liên kết dữ liệu
Tầng con LLC
Tầng con MAC
Tầng vật lý
Họ chuẩn IEEE 802 được bảo trì bởi Ban Tiêu Chuẩn LAN/MAN IEEE 802 (IEEE 802 LAN/MAN standards Committee (LMSC)). Các chuẩn được dùng rộng rãi nhất là dành cho họ Ethernet, Token Ring, mạng LAN không dây, cá mạng LAN dùng bridge và bridge ảo (Bridging and Virtual Bridged LANs). Chuẩn dành cho họ Ethernet là chuẩn IEEE 802.3.
Chương 4
THIẾT KẾ HỆ THỐNG 4.1 Sơ đồ khối của hệ thống 4.1.1 Yêu cầu của hệ thống
Yêu cầu đề ra là thiết kế một giàn phơi đồ thông minh, đáp ứng được những yêu cầu cơ bản của một giàn phơi đồ, bên cạnh những ứng dụng cơ bản đó hệ thống còn có những tính năng mới thông minh. Nhưng giá thành không quá cao, phù hợp với túi tiền của các hộ gia đình.
Giàn phơi được thiết kế nhằm cải thiện, giảm thiểu những bất cập, khó khăn mà giàn phơi đồ thủ công trước đây gặp phải như thu đồ một cách thủ công (bằng tay), không chủ động được về mặt thời tiết (nếu mưa mà không có người thu đồ vào thì sẽ bị ướt).
Hệ thống dung cảm biến để nhận dạng mưa hay không, dựa vào đó giàn phơi có thể tự động thu đồ vào hoặc kéo đồ ra phơi. Ngoài ra giàn phơi có thêm tính năng thông minh đó là người dung có thể điều khiển giàn phơi thông qua mạng internet, miễn là được kết nối mạng, người dùng có thể điều khiển hoạt động của giàn phơi.
Giàn phơi có thể điều khiển qua giao diện webserver đơn giản, dễ sử dụng, thân thiện với người dùng.
4.1.2 Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối 4.1.2.1 Sơ đồ khối 4.1.2.1 Sơ đồ khối
Hình 4. 2 : Sơ đồ khối của hệ thống
Sơ đồ khối của hệ thống bao gồm các khối chính sau:
Khối nguồn.
Khối xử lí trung tâm.
Khối cảm biến.
Khối công suất.
Khối động cơ.
Khối giao tiếp với thiết bị ngoại vi.
Khối nút nhấn.
4.1.2.2 Chức năng các khối.
Khối nguồn: Cung cấp nguồn hoạt động cho tất cả các khối của hệ thống
Khối xử lí trung tâm: là trung tâm xử lí mọi hoạt động của hệ thống, nhận và xử lí dữ liệu từ cảm biến mưa,nhận và xử lí tín hiệu điều khiển từ thiết bị ngoại vi để điều khiển hoạt động cũng như chế độ của động cơ.
Khối cảm biến: Nhận biết thời tiết mưa hay không mưa từ đó gửi tín hiệu về khối xử lí trung tâm.
Khối công suất: nhận tín hiệu điều khiển từ khối xử lí trung tâm,từ đó điều khiển động cơ.
Khối động cơ: nhận tín hiều điều khiển từ khối công suất,thực hiện các chế độ quay theo yêu cầu.
Khối giao tiếp với thiết bị ngoại vi: gửi tín hiệu điều khiển về khối xử lí trung tâm thông qua cáp mạng.
Khối nút nhấn: điều khiển chế độ quay của động cơ thông qua hoạt động thủ công bằng tay.
4.1.3 Hoạt động của hệ thống
Giàn phơi thông minh hoạt động dựa trên nguyên tắc tự động, điều khiển bằng tay khi cần thiết và điều khiển qua mạng.
Khi trời mưa: Cảm biến sẽ nhận biết và truyền tín hiệu về khối vi xử lí trung tâm, khối vi xử lí trung tâm sẽ xử lí tín hiệu sau đó điều khiển động cơ thu đồ vào mái che một cách tự động.
Khi trời không mưa: Cảm biến nhận biết và truyền tín hiệu về khối xử lí trung tâm,từ đó xử lí và xuất tín hiệu điều khiển động cơ kéo đồ ra phơi.
Khi đồ đã được phơi khô xong, tránh hiện tượng phơi ngoài nắng lâu làm ảnh hưởng tới đồ,người sử dụng có thể thu đồ vào hoặc kéo đồ ra thông qua hệ thống nút nhấn gắn trên giá phơi.
Ngoài ra, một điểm mới được ứng dụng trên giàn phơi là người dùng có thể điều khiển hoạt động của giàn phơi (phơi đồ, thu đồ) bằng cách điều khiển qua mạng, chỉ cần người dùng có một chiếc máy tính, table, smartphone được kết nối mạng, người dùng có thể điều khiển giàn phơi thông qua một địa chỉ web có giao diện đơn giản, dễ sử dụng.
4.1.4 Cấu hình cơ bản của hệ thống
Giàn phơi thông mình bao gồm một số thành phần chính sau:
Khung giàn phơi là nơi dùng để phơi đồ, nơi gắn các thiết bị điều khiển cũng như thiết bị cảm biến.
Cảm biến gắn trên khung, tiếp xúc trực tiếp với không gian bên ngoài.
Hộp điều khiển gồm vi điều khiển Arduino uno, động cơ, các module cũng như linh kiện cần thiết cho hoạt động của hệ thống. Là nơi chứa
đựng bộ xử lí của giàn phơi, được gắn trực tiếp lên thanh dọc của giàn phơi.
Móc phơi đồ được gắn lên thanh ngang của khung phơi. Kết nối với hệ thống dây kéo của giàn phơi.
Mái che đồ gắn trực tiếp lên khung phơi để che đồ mỗi khi gặp thời tiết mưa động cơ thu đồ vào, và dùng để che đậy hộp điều khiển trung tâm.
4.2. Thiết kế, tính toán hệ thống 4.2.1. Khối 1: Xử lý trung tâm 4.2.1.1.Phương án thiết kế
Ban đầu những người thực hiện lựa chọn hai phương án đó là dùng kit Arduino Mega 2560 và kit Arduino Uno. Nhưng xét thấy vi điều khiển là Kit Arduino UNO với thiết kế nhỏ gọn, có thể gắn phù hợp với module Arduino internet shield, số chân GPIO phù hợp với yêu cầu của đề tài. Giá thành không quá cao nên những người thực hiện đã quyết định chọn Vi điều khiển là kit Arduno Uno
Các module kết nối vào KIT gồm:
Mạch cầu điều khiển động cơ L298N.
Module cảm biến mưa.
Dây cáp mạng kết nối modem.
Nút nhấn.
Các module kết nối với KIT thông qua các chân GPIO vào ra.
Bằng việc điều khiển KIT xuất và nhận tín hiệu tại các chân GPIO, ta điều khiển được các module hoạt động theo yêu cầu đặt ra trước đó.
4.2.1.1.1. Phần cứng 4.2.1.1.1.1. Sơ đồ nguyên lý
Hình 4. 4 : Sơ đồ nguyên lí của nút nhấn 4.2.1.1.1.2. Sơ đồ, chức năng
4.2.1.1.1.3. Kết nối
Arduino UNO có 14 chân digital (từ chân 0 đến chân số 13) dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Ta chọn các chân này để kết nối với cảm biến,nút nhấn,mạch cầu L298N.
Kết nối module Arduino Ethernet shield với Kit Arduino UNO:
Ta chỉ cần chụp module Arduino Ethernet shied lên Kit Arduino Uno theo nguyên tắc tên GPIO trên module Arduino Ethernet shied sẽ trùng với GPIO của Kit Arduino Uno.
Hình 4. 7 : Sơ đồ nguyên lí kết nối của Arduino Uno và Arduino Ethernet shield.
4.2.1.1.2. Phần mềm
Hình 4. 8 : Lưu đồ giải thuật phần mềm Giải thích :
Đầu tiên ta kiểm tra 3 điều kiện sau:
Kiểm tra nút nhấn(kéo ra),nếu được nhấn nút thì động cơ sẽ kéo đồ ra.
Kiểm tra nút nhấn(kéo vào),nếu được nhấn nút thì động cơ sẽ thu đồ vào.
Kiểm tra cảm biến,nếu có mưa thì động cơ sẽ thu đồ vào.
Khi hát hiện trời mưa,động cơ thu đồ vào xong,tiếp tục kiểm tra điều kiện của cảm biến,nếu không mưa thì động cơ lại kéo đồ ra.
4.2.2 Khối 2: Module cảm biến mưa. 4.2.2.1 Phương án thiết kế 4.2.2.1 Phương án thiết kế
Những người thực hiện đề tài đã ìm hiểu các hệ thống điện tử phát hiện mưa chia ra làm hai loại: thứ nhất là dùng camera để nhận biết và loại thứ hai là dùng cảm biến (tương tự da của con người). Trong môi trường Arduino, bạn có thể dùng cả 2 cách trên để phát hiện mưa. Tuy nhiên, để tiết kiệm chi phí và dễ dàng trong việc lập trình, cài đặt, những người thực hiện đề tài thường chọn phương pháp thứ hai đó là sử dụng cảm biến mưa.
Hình 4. 9 : Cảm biến mưa
Mạch cảm biến mưa được đặt ngoài trời để kiểm tra trời có mưa không, qua đó truyền tín hiệu điều khiển đóng / ngắt rơ le.
Mạch cảm biến mưa gồm 2 bộ phận:
Bộ phận cảm biến mưa được gắn ngoài trời
Bộ phận điều chỉnh độ nhạy cần được che chắn
Mạch cảm biến mưa hoạt động bằng cách so sánh hiệu điện thế của mạch cảm biến nằm ngoài trời với giá trị định trước (giá trị này thay đổi được thông qua 1 biến trở màu xanh) từ đó phát ra tín hiệu đóng / ngắt rơ le qua chân D0.
Khi cảm biến khô ráo (trời không mưa), chân D0 của module cảm biến sẽ được giữ ở mức cao (5V-12V). Khi có nước trên bề mặt cảm biến (trời mưa), đèn led màu đỏ sẽ sáng lên, chân D0 được kéo xuống thấp (0V).
Mạch hoạt động với nguồn 5V. 4.2.2.2 Sơ đồ nguyên lí.
Hình 4. 10 : Sơ đồ nguyên lí 4.2.2.3 Kết nối
Chân VCC được nối với nguồn 5V của Module Arduino Ethernet Shield cung cấp nguồn cho module hoạt động.
Chân GND được nối với chân GND của Module Arduino Ethernet Shield.
Chân D0 được nối với chân số 6 (Digital) của Module Arduino Ethernet Shield.
4.2.3 Khối 3 : Khối công suất 4.2.3.1 Phương án thiết kế 4.2.3.1 Phương án thiết kế
Mạch cầu H L298N có khả năng chịu được điện áp 12V, 2A, dòng và áp này phù hợp với động cơ được lựa chọn. Module này có khả năng điều khiển 2 động cơ, điều khiển chiều thuận nghịch, điều khiển tốc độ của động cơ, giá thành phù hợp với khả năng cho phép. Ngoài ra có 4 lỗ nằm ở 4 góc của module thuận tiện cho việc cố định modue khi sử dụng.
Hình 4. 11 : Hình ảnh thực tế 4.2.3.2 Sơ đồ nguyên lí
4.2.3.3 Kết nối
Chân ENA được nối với chân Digital 5 của Arduino Ethernet Shield.Chân này cho phép điều khiển mạch cầu A gồm 2 ngõ ra OUT1 và OUT2.
Chân IN1 nối với chân Digital 2 của Arduino Ethernet Shield. Đây là chân nhận tín hiệu điều khiển từ Arduino Unno.
Chân IN2 nối với chân Digital 4 của Arduino Ethernet Shield. Đây là chân nhận tín hiệu điều khiển từ Arduino Unno.
Chân VCC nối với nguồn 12V được cung cấp từ adapter.
Chân VS nối với nguồn 5V của Arduino Ethernet Shield.
2 chân OUT1 và OUT2 nối với động cơ, 2 chân này điều khiển chế độ hoạt động cho động cơ.
4.2.4 Khối 4 : Động cơ 4.2.4.1 Phương án thiết kế
Những người thực hiện đề tài lựa chọn 2 phương án đó là sử dụng động cơ DC và động cơ DC giảm tốc hộp số vuông.
Vì yêu cầu của giàn phơi đặt ra là khi kéo đồ với một khối lượng đáng kể thì cần một động cơ khỏe, tốc độ không quá nhanh, khóa trục quay khi không cấp điện. Thiết kế nhỏ gọn, có thể đặt trong hộp điều khiển, thông số định mức phù hợp với ngõ ra điều khiển của Module mạch cầu L298N.
Do đó, những người thực hiện đề tài quyết định chọn động cơ DC giảm tốc hộp số vuông với thông số kỹ thuật công suất 20W, điện áp 12V, dòng điện nhỏ hơn 2A, tốc độ 90 vòng / phút. Cơ cấu bên trong hộp giảm tốc bằng cơ cấu trục vít nên khi không cấp điện, trục quay sẽ bị khóa.
4.2.4.2 Sơ đồ nguyên lí
Hình 4. 14 : Sơ đồ nguyên lí 4.2.4.3 Kết nối
Hai dây của động cơ nối với 2 ngõ ra điều khiển OUT1 và OUT2 của mạch cầu l298N.
4.2.5 Khối 5 : giao ti ếp thiết bị ngoại vi 4.2.5.1 Phương án thiết kế