3. Bố cục luận văn
1.1 Giới thiệu
Chương này giới thiệu tổng quan những đặc điểm và những yêu cầu của bộ trình diễn PICDEM Z. Những chủđề cần được hiểu trong chương này gồm:
• Những việc mà bộ trình diễn PICDEM Z làm. • Những thành phần của bộ trình diễn PICDEM Z. • Tổng quan về bộ trình diễn PICDEM Z. • Board mạch chủ PICDEM Z. • Card RF PICDEM Z. • Đĩa phần mềm PICDEM Z. 1.2 Ứng dụng
Bộ trình diễn PICDEM Z được thiết kế để cho phép những người phát triển đánh giá và thử nghiệm với những giải pháp Microchip cho giao thức Zigbee. Bộ trình diễn PICDEM Z cung cấp hai nút Zigbee để tạo một mạng hai nút đơn giản. Nếu có yêu cầu, thêm nút mạng có thể mua để bổ sung thêm cho mạng. Vì chương trình ứng dụng demo được lập trình trước cho phép nhiều cấu hình thao tác mà không có việc sửa đổi một đường dây đơn của mã. Việc sử dụng mã nguồn Microchip Stack cho giao thức Zigbee, thì sẵn có miễn phí và tích nạp từ trang web Microchip, người phát triển có thể
phát triển những ứng dụng cho riêng họ hoặc sửa những ứng dụng demo được cung cấp.
1.3 Thành phần của bộ trình diễn Picdem Z
Bộ trình diễn PICDEM Z gồm những món đồ sau:
• 2 board mạch chủ trình diễn PICDEM Z.
• 2 card RF PICDEM Z.
• 2 cục pin vuông 9V.
• Đĩa CD “The Microchip software CD for Zigbee CD-ROM”, trong đó giữ
chương chình demo và mã nguồn cho Microchip Stack.
• Tài liệu Manual (bao gồm trong đĩa CD-ROM định dạng Adobe)
• Một card đăng kí được chứng nhận.
1.4 Tổng quan về bộ trình diễn Picdem Z
Bộ trình diễn PICDEM Z (cũng có thể gọi tắt là bộ PICDEM Z) được thiết kế để
trình diễn cho giải pháp Microchip về giao thức Zigbee. Bộ PICDEM Z bao gồm 2 nốt Zigbee, mỗi cái được lập trình sẵn với bộ phối hợp demo và chương trình giảm bớt chức năng thiết bị (RFD). Mỗi nốt gồm có 2 board mạch một là board mạch chủ và một card RF. Board mạch chủ PICDEM Z được thiết kế để tương thích những kiểu khác nhau những bộ thu và phát RF. Microchip sẽ thêm vào hỗ trợ cho bộ phát nhận RF mới cho mỗi tiến trình. Để hoàn thành danh sách hỗ trợ thiết bị thu phát RF, vui lòng truy cập trang web Microchip.
Ngoài việc dùng để trình diễn chức năng chuẩn Zigbee, thì bộ PICDEM Z còn
được dùng để phát triển ứng dụng dựa vào giao thức Zigbee. Bộ này bao gồm mã nguồn hoàn chỉnh cho Microchip Stack theo giao thức Zigbee. Ứng dụng Microchip ghi chú ở tài liệu AN965 Microchip Stack For The Zigbee™ Protocol (DS00965) thảo luận Microchip Stack thêm nhiều chi tiết hơn.
1.5 Board mạch chủ Picdem Z
Board trình diễn PICDEM Z hay board chủ, thì có đầy đủ những đặc tính cần thiết
để bắt đầu phát triển những ứng dụng trên nền giao thức Zigbee sử dụng Microchip PIC18 họ Vi điều khiển. Vi chương trình được lập trình sẵn cho phép người dùng bắt
đầu ước lượng cho board khi lấy ra khỏi hộp mà không cần lập trình bổ sung hay cấu hình.
Hình 1.1: Bo mạch chủ Picdem Z
Những đặc điểm trên board mạch trình diễn PICDEM Z bao gồm:
• Microcontroller socket(U4): 40 và 28 chân DIP những chân này được cung cấp cho lựa chọn người dùng về vi điều khiển Microchip PIC18. Board mạch này thì được trang bị từ khi xuất xưởng với một PIC18LF4620 vi điều khiển hiệu năng cao, được khóa ở tần số 4Mhz và được lập trình trước với vi chương
trình ứng dụng demo dùng Microchip stack. Vi điều khiển trên mỗi board bao gồm trong bộ trình diễn chứa một nhãn để nhận diện nó như là một Zigbee Coordinator (hiểu như là trình phối hợp) hoặc Zigbee RFD (giảm bớt chức năng thiết bị)
• Temperature sensor(U3: TC77) Đây là một cảm biến nhiệt 5 chân với một PSI (per square inche = trên mỗi inche vuông) bề mặt của Microchip
• User-defined LEDs(D1,D2): Đây là 2 diode phát sáng được dẫn dắt điều khiển bởi những chân tín hiệu số vào ra, và có thểđược sử dụng để mô phỏng một tín hiệu ngỏ ra tới thiết bị được gài vào. Những diode phát sáng này được dùng hoặc tắt bằng bằng những chân nhảy JP2 và JP3. Mặc định, những diode phát sáng này được cho phép bật bởi những chân nhảy ngắn cố định theo đường vệt PCB. Nếu được yêu cầu, bạn có thể cắt vệt và cài chân nhảy theo ý mình.
• User-defined Push Buttons (S2,S3): Đây là những nút chuyển được kết nối
đến những chân tín hiệu vào ra trên bộ điều khiển, và có thể được sử dụng để
mô phỏng 1 tín hiệu ngỏ vào trong một ứng dụng đượ nhúng vào. Những nút chuyển này thì không có cần gạt bên ngoài điện trở. Như vậy thì bạn phải kích hoạt cho phép ở tùy chọn bật lên nằm trong PORTB để đọc đúng trạng thái chuyển đổi
• Reset Push Button (S1): Nút chuyển này cốđịnh đến chân MCLR trên bộđiều khiển, và nó được dùng để reset lại cho board mạch
• RJ-11(6 dây) Modular Connector (J5) : Chỗ kết nối này cho phép board mạch trình diễn kết nối đến Microchip MPLAB ICD 2 hệ thống cho việc lập trình và gỡ lỗi nâng cao cho vi điều khiển
• RS-232 (DB9F) Connector (P1) : Chỗ kết nối này cho phép board mạch trình diễn kết nối một board mach khác hay cổng PC Serial. Vi chương trình ứng dụng demo được lập trình sẵn sử dụng kết nối này để giao tiếp với 1 PC và đề
xuất tùy chọn cấu hình ứng dụng. Nếu được yêu cầu, ban có thể ngưng kết nối trên board RS-232 từ bộđiều khiển bằng cách làm gãy vệt PCB trên chân nhảy
• RF Card Connector (J2): Đây là đầu kết nối chung để kết nối tất cả được hổ
trợ những card RF. Đầu kết nối này được cung cấp nguồn DC +3.3V, mát, và 1 tuyến SPI, và một vài tín hiệu điều khiển tín hiệu số vào ra khác nhau.
• Prototype Area: Một vùng nguyên mẫu được cung cấp cho breadboard thêm vào circuitry để phát triển.
• On-board Power: Một bộ điều phối theo board mạch cung cấp 9V DC đến 3.3V DC ở 100mA. Board mạch có thể được cấp nguồn theo đường khác một nguồn 9V DC gắn ngoài vào(J1) hoặc cục pin 9V theo board mạch(B1). Board mạch chứa 1 con diode để bảo vệ chống lại những rủi ro khi kết nối nguồn đảo ngược. Khi sử dụng 1 pin 9V làm nguồn cho board, thì nút chuyển S7 phải
được bật lên ON. Jack 2.5mm cho 9V DC được cốđịnh bằng khung kim loại để
mà khi đưa vào 9V DC được chèn vào, pin theo board mạch được tựđộng ngắt
đi trên mạch
• Measure Current(JP4): Chân nhảy này có thể được sử dụng để đo lường sự
kéo hiện tại những vùng trên board mạch. Mặc định, những chân nhảy này được làm chạm bởi vệt PCB. Để đo hiện thời, cắt vệt JP4 và đưa vào một thiết bị đo ampe giữa những thiết bị đầu cuối JP4. Bạn còn có thểđặt vào điện trở tại R9 và đo điện áp đi qua để xác định dòng.
• Node ID: Số hiệu duy nhất này được sử dụng bởi vi chương trình ứng dụng trình diễn được lập trình trước để tạo 1 địa chỉ điều khiển truy nhập môi trường mở rộng 64 bit duy nhất (MAC). Địa chỉ mở rộng MAC của board mạch có thể
bị thay đổi bởi 1 cấu hình số hiệu khác hoặc bằng cách sửa đổi vi chương trình.
1.6 Card RF Picdem Z
Board mạch chủ PICDEM Z được thiết kếđể hổ trợ những card RF dùng những bộ
thu phát RF từ các nhà cung cấp khác nhau. Microchip lập kế hoạch thêm vào sự hỗ
trợ cho các bộ thu phát RF mới. Vui lòng truy cập trang web Microchip để biết thêm danh sách đã hỗ trợ những bộ thu phát RF.
Xem phụ lục B. “PICDEM Z 2.4 GHz RF Card” cho thông tin những card RF được cung cấp trong bộ trình diễn PICDEM Z của bạn.
1.7 Đĩa phần mềm Picdem Z
CD cung cấp mã nguồn đầy đủ cho Microchip Stack theo giao thức ZigBee. Nó cũng bao gồm 2 ứng dụng cơ sở demo cho Microchip Stack. Bạn cũng có thể tải về
CHƯƠNG II: CÀI ĐẶT BỘ TRÌNH DIỄN PICDEM Z
2.1 Giới thiệu
Những chủđề được đề cập trong chương này gồm:
• Những yêu cầu của máy chủ.
• Việc sử dụng những board mạch PICDEM Z lần đầu.
• Việc thực thi ứng dụng demo được lập trình sẵn.
2.2 Yêu cầu của máy chủ
Những ứng dụng demo được lập trình sẵn thì không yêu cầu máy chủ để quan sát chức năng. Tuy nhiên , một máy chủ được yêu cầu nếu muốn thay đổi cấu hình ứng dụng demo mặc định
Để thay đổi cấu hình ứng dụng demo, cần phải có một hệ thống nó gồm những yêu cầu phần cứng và phần mềm sau đây:
• Bất kì hệ thống máy tính có sẵng một tiêu chuẩn cổng nối tiếp (DB9)
• Bất kì hệ điều hành mà cung cấp một chuẩn chương trình đầu cuối RS-232 sử
dụng phần cứng có sẵng cổng nối tiếp.
Bộ trình diễn PICDEM Z bao gồm 1 CD nó chứa mã nguồn đầy đủ cho cả những
ứng dụng demo và cả Microchip Stack. Để thấy nội dung của CD, thay đổi những ứng dụng demo hoặc phát triển ứng dụng của riêng bạn bạn phải có một hệ thống đáp ứng
được yêu cầu của hệ thống Microchip MPLAB. Hãy truy cập trang web Microchip để
cập nhật những yêu cầu hệ thống mới và download về phần mềm mới cho Microchip MPLAB.
2.3.1 Lắp ráp các phần cho PICDEM Z
Bộ trình diễn PICDEM Z gồm có hai board mạch nút ZigBee. Mỗi nút ZigBee gồm có một board mạch chủ và một card RF được đóng gói rời nhau. Ta phải lắp ráp từng nút hoàn chỉnh trước khi cấp nguồn.
Hãy làm theo các bước sau đây để chuẩn bị cho mỗi nút:
• Mở hộp đựng và tháo bao đóng gói cho mỗi board mạch và đặt chúng trên một bề mặt không dẫn điện.
• Cẩn thận cắm card RF vào chỗ kết nối J2 trên board mach chủ. Lưu ý rằng những chỗ kết nối trên board mạch chủ và card RF đã được phân cực và sẽ
không cho phép sai khi cắm vào.
• Nếu cấp một nguồn điện DC 9V với đầu cắm là 2.5mm, board mạch sẽ bật nguồn. Nếu không, thì cấp một cục pin vuông 9V vào chỗ cắm BT1 và đẩy công tắc S7 lên vị trí ON. Quan sát những đèn Diode D1 và D2 đã sáng lên.
2.3.2 Cài đặt các tập tin phần mềm PICDEM Z
Bộ trình diễn PICDEM Z chứa đầy đủ mã nguồn cho Microchip Stack theo giao thức ZigBee và những ứng dụng demo. Microchip Stack theo giao thức ZigBee có thể được nạp miễn phí cho khách hàng Microchip. Như một phần của quá trình cài đặt, phải chấp nhận một thỏa thuận điện tử về bản quyền phần mềm để tiếp tục việc cài đặt.
Để cài đặt các tập tin thì theo các bước sau:
• Sử dụng Windows Explorer để mở CD và bắt đầu quá trình cài đặt bằng cách
đúp click vào biểu tượng MpZBeev1.00.00.exe. Con số phiên bản 1.00.00 có thể thay đổi bởi một phiên bản mới hơn.
• Thực hiện xong, xem lại thỏa thuận bản quyền phần mềm và click I accept để
chấp nhận thỏa thuận bản quyền và tiếp tục quá trình cài đặt. Nếu muốn hủy thì click I do not accept cài đặt sẽ bị hủy.
• Sau khi hoàn tất quá trình cài đặt, một nhóm chương trình mới có tên là “Microchip Stack for ZigBee” sẽ được tạo và tất cả những tập tin nguồn sẽ được sao chép đến thư mục “MpZBee” tại thư mục gốc máy tính. Nhóm chương trình này cung cấp các shortcut cho tất cả các tài liệu.
2.4 Việc thực thi ứng dụng demo được lập trình sẵn
Để mà quan sát đầy đủ các chức năng của những ứng dụng demo, thì ta phải có một node demo Coordinator và có một nốt DemoRFD với các card RF giống nhau. Ở
phần cuối của tài liệu này, ta có thể cấu hình lại các board mạch để có thể sử dụng nhiều hơn một nốt RFD.
Hai ứng dụng demo Coordinator và RFD được lập trình sẵn thực hiện một thường lệ điều khiển từ xa những ứng dụng LED và công tắc. Để hiểu thêm thông tin về các
ứng dụng demo đó, hãy tham khảo đến ghi chú AN965 Microchip application,
Microchip Stack for the ZigBee™ Protocol( DS00965)
Các ứng dụng demo thì hoàn toàn độc lập và không yêu cầu một giao diện cho một máy tính chủ. Tuy nhiên, nếu đã vào một máy tính chủ, ta có thể sử dụng nó để theo dõi các hoạt động nhật ký lại của những ứng dụng. Một giao diện cho một máy tính chủ thì rất có ích cho việc hiểu và sửa chữa bất kì những vấn đề cài đặt mà ta mắc phải.
Làm như sau để thực thi một ứng dụng demo được lập trình sẵng:
• Cắt nguồn cung cấp cho cả hai board mach, nếu nó được cấp nguồn từ trước
• Tại vị trí nút Coordinator tìm kiếm nhãn “COORD…”trên bộđiều khiển.
• Không bắt buộc: kết nối nút Coordinator tới một cổng nối tiếp của máy tính PC và bắt đầu chương trình Terminal, ví dụ hyerTerminal trong Windows XP. Chọn cổng COM thích hợp và đặt tốc độ 19200 bps, 8-N-1, no flow control.
• Cấp nguồn cho nút Coordinator. Theo dõi cả hai đèn diode D1 và D2 sáng đồng thời, sau đó đèn D2 sáng. Nếu kết nối được một PC, quan sát chương trình Terminal sẽ hiển thị thông điệp “ New network successfully started ”.
• Bây giờ xác định vị trí nút RFD bằng cách tìm nhãn “RFD…” trên bộ điều khiển.
• Không bắt buộc: kết nối nút RFD tới một cổng nối tiếp của máy tính PC và bắt
đầu chương trình Terminal. Chọn cổng COM thích hợp và đặt tốc độ 19200 bps, 8-N-1, no flow control.
• Trong khi giữ nút Coordinator cho đến khi có điện, cấp nguồn cho nút RFD. Quan sát cả hai đèn Diode D1 và D2 sáng đồng thời, sau đó đèn D2 sáng. Nếu kết nối được đến PC, quan sát đèn D2 trong vòng 1 đến 2 giây, thì chương trình Terminal sẽ hiển thị thông điệp “Rejoin successful”. Nếu không thấy bất kì thông điệp nào hoặc thấy thông điệp “Rejoint failed”, hãy chắc chắn rằng đã có một node Coordinator được hỗ trợ và chạy tốt; xác lập lại nút RDF và thử lại lần nữa.
• Tại thời điểm này, các node RFD đã liên kết thành công với các node Coordinator.
• Nhấn S2 trên node RFD và quan sát rằng D1 trên node Cordinator công tắc
on/off.
• Nhấn S2 trên Coordinator và quan sát rằng D1 trên nút RFD công tắc on/off. Khi nhấn S2 ở Coordinator, D1 trên node RDF sẽ thay đổi sau vài phút. Sự trì hoãn này xảy ra do tần số mà ởđó node RFD thăm dò node Coordinator.
Lưu ý : Trên thực tế phạm vi song vô tuyến cho các nút PICDEM Z phụ
thuộc vào loại card RF và anten sử dụng. Hãy tham khảo hướng dẫn sử dụng về card RF để biết thông tin phạm vi
CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM VỚI BỘ TRÌNH DIỄN PICDEM - Z
3.1 Giới thiệu
Những chủđề được đề cập trong chương này bao gồm:
• Sửa đổi những cấu hình ứng dụng demo. • Kiểm tra hiệu suất RF • Sửa đổi cấu hình phần cứng • Phát triển phần mềm • Tạo tập tin nguồn ứng dụng 3.2 Sửa đổi những cấu hình ứng dụng demo
Những ứng dụng demo được lập trình sẵn thì được cấu hình khi xuất sưởng với một số cấu hình cụ thể như là node nhận dạng, liên kết mạng và ràng buộc thông tin. Khi cần thiết, có thể dễ dàng thay đổi những cấu hình đó thông qua một PC đang chạy chương trình Terminal RS-232.
Hai ứng dụng Demo Coordinator và Demo RFD sử dụng một giao diện terminal tương tự với các phần nhỏ khác trong cấu hình tùy chon có sẵn. Một số tùy chọn yêu cầu sử dụng theo tiêu chuẩn phần mềm Terminal, trong khi đó một số tùy chọn khác
được thực hiện bởi một chuỗi chuyển đổi tiến trình mà không cần phần mềm Terminal.