3.1.1. Sơ đồ khối board điều khiển
Hình 3.1 : Sơ đồ khối board điều khiển.
Nhiệm vụ các khối :
- Khối RJ45 + ENC28J60 : Kết nối với jack mạng từ modem hoặc trực tiếp từ máy tính sau đó ENC28J60 thực hiện đóng gói dữ liệu theo đúng chuẩn Ethernet (10BASE-T).Sau đó được điều khiển thông qua chuẩn SPI.
- PIC 18F4620 : Lưu trữ chương trình điều khiển, truyền nhận dữ liệu. Khi khối giao tiếp mạng hoạt động thì khối vi điều khiển sẽ đọc cấu hình từ trong bộ nhớ, cấu hình này được load từ các thư viện sau đó kiểm tra xem có dữ liệu SPI từ ENC 28J60 không. Sau khi cấu hình xong vi điều khiển sẽ chờ xem có yêu cầu từ web xuống hay không, nếu có thì đáp ứng thông qua HTML. Ngoài ra nó còn xuất tín hiệu ra để đưa ra khối giao tiếp để điều khiển thiết bị.
- Khối hiển thị : Nhận tín hiệu từ vi điều khiển để hiện thị và thông báo cho người sử dụng trạng thái hoạt động của PIC với ENC28J60.
- Khối thiết bị : Gồm các thiết bị cần điều khiển như quạt, đèn…được lấy tín hiệu từ khối giao tiếp thông qua trạng thái hoạt động của role.
- Khối nguồn : Là khối cung cấp nguồn 3,3V, 5V, 12V đảm bảo năng lượng cho các khối hoạt động.
:
:
.
ENC28J60: ethernet controller (100Base-T).
18f4620.
Vi điều khiển PIC18F4620 kết hợp với chip giao tiếp ethernet ENC28J60. Hệ thống được lập trình như một HTTP server chạy trên bộ giao thức TCP/IP. Kết quả là từ bất kì trình duyệt web nào cũng có thể truy cập vào server và người dùng có thể điều khiển mạch điện ( ON/OFF các led) với giao diện trên trình duyệt. Ngoài ra, người dùng cũng có thể quan sát một số thông tin mà server gửi lên trình duyệt như trạng thái các nút bấm. Ethernet controller ENC28J60 làm nhiệm vụ đóng gói dữ liệu theo đúng chuẩn ethernet (10BASE-T). Mọi hoạt động có liên quan tới giao tiếp ethernet của ENC28J60 được điều khiển thông qua chuẩn SPI mà nhiều họ vi điều khiển đã hỗ trợ.
:
- TCPIP Stack v5.10: là một bộ cài đặt chứ ần mề theo:
- Ethernet Discoverer: giúp nhận biết thiết bị ethernet của Microchip - TCPIP Stack Help: Hướng dẫn cách dùng bộ công cụ TCPIP Stack v5.10 - MPLAB IDE : Môi trường lập trình vi điều khiển PIC. Với chương trình này ta có thể tùy chọn bộ chương trình dịch, debug, nạp chương trình cho PIC.
- MPLAB-C18-Std-Eval-v3_34.exe: Trình biên dịch cho PIC18 với cấu trúc ngôn ngữ lập trình C, phù hợp với chuẩn ANSI.
3.1.2. Thiết kế sơ đồ nguyên lý
3.1.2.1. Khối giao tiếp mạng
Vi điều khiển giao tiếp với IC chuyên dụng ENC28J60 thông qua giao tiếp SPI. Chip chuyên dụng này được nối với đường dây Internet thông qua jack RJ45. Jack RJ45 được sử dụng ở đây là loại có sẵn biến áp bên trong, kết hợp với 4 điện trở ngoài và một cuộn dây để đảm bảo tín hiệu truyền nhận đạt chất lượng tốt. Toàn bộ mạch Ethernet được tích hợp trên board mạch SPI Ethernet. Các chức năng được tích hợp cho IC này đều đảm bảo các tiêu chuẩn kĩ thuật theo chuẩn IEEE 802.3. Bên cạnh đó ENC28J60 còn được tích hợp module DMA cho phép truyền dữ liệu ở tốc độ cao, hỗ trợ kiểm tra truyền nhận dữ liệu một cách mềm dẻo tương thích với nhiều giao thức khác nhau.
Khối giao tiếp SPI phục vụ trao đổi thông tin từ vi điều khiển trung tâm với ENC28J60. Sau đó các thanh ghi điều khiển sẽ điều khiển và kiểm tra trạng thái hoạt động của nó rồi cho Ram đệm xử lý gói dữ liệu nhận và gửi đi khi có yêu cầu. Trong quá trình truyền nhận có trạm giao tiếp thể hiện dữ liệu và các lệnh nhận được theo đường SPI, tín hiệu được module MAC thực thi chuỗi địa chỉ MAC theo tiêu chuẩn IEEE802.3 sau đó mã hóa và giải mã tín hiệu analog bằng module PHY. Khi sử dụng các thanh ghi PHY, giao thức truyền nối tiếp chuẩn SPI, khi gửi 1 byte đi, thì 2 bit cuối dùng để xác định Bank, và 5 bit thấp dùng để xác định địa chỉ các thanh ghi.
Lệnh đọc bộ nhớ đệm cho phép vi điều khiển đọc 8 Kbyte dữ liệu gửi và nhận từ bộ nhớ đệm của ENC28J60. Khi bit AUTOINC trong thanh ghi ECON2 được set lên mức 1, con trỏ ERDPT sẽ tự động tăng đến địa chỉ kế tiếp sau khi bit cuối của mỗi byte được đọc. Địa chỉ đọc bắt đầu từ 0000h tăng đến 1FFFh. Lệnh đọc bộ nhớ đệm bắt đầu khi chân CS được đưa xuống mức thấp, tiếp sau đó là 3 bit mã vận hành được gửi đi. Sau đó là 5 bit địa chỉ được gởi bắt đầu từ 1Ah. Lúc này lệnh đọc dữ liệu đã được gửi đi. Tiếp đó dữ liệu tại vị trí con trỏ sẽ được xoay và được gửi lên chân SO.
Lệnh ghi bộ nhớ đệm cho phép vi điều khiển ghi 8 Kbyte dữ liệu gửi và nhận vào bộ nhớ đệm của ENC28J60. Khi bit AUTOINC trong thanh ghi ECON2 được set lên mức 1, con trỏ ERDPT sẽ tự động tăng đến địa chỉ kế tiếp sau khi bit cuối của mỗi byte được ghi. Địa chỉ ghi bắt đầu từ 0000h tăng đến 1FFFh. Lệnh ghi bộ nhớ đệm bắt đầu khi chân CS được đưa xuống mức thấp, tiếp sau đó là 3 bit mã vận hành được gửi đi. Sau đó là 5 bit địa chỉ được gửi bắt đầu từ giá trị 1Ah. Lúc này lệnh ghi dữ liệu đã được gửi đi. Tiếp đó dữ liệu tại vị trí con trỏ sẽ được xoay và được gửi lên chân SI.
3.1.2.2. Khối vi điều khiển
PIC18F4620 thuộc dòng vi điều khiển 8bit của Microchip. Vi điều khiển này có modul giao tiếp SPI, bộ nhớ chương trình 64kbyte, đủ lớn để chứa giao thức TCP/IP. Và quan trọng nhất, Microchip đã cung cấp phần code ví dụ cho việc tạo
một HTTPServer từ PIC18 và ENC28J60. Việc thiết kế một ứng dụng dựa trên sự hỗ trợ của Microchip trở nên đơn giản hơn.
Hình 3.3 : Khối xử lí trung tâm.
Khi tín hiệu này được đưa lên mức cao tối thiểu hai chu kì máy thì các thanh ghi trong PIC18F4620 được tải các giá trị để khởi động hệ thống. Chân Reset được thiết kế để có thể tự Reset ngay khi kích nguồn cho hệ thống nhờ một mạch RC, hay có thể Reset bằng tay qua một nút nhấn.
Khi khối giao tiếp mạng hoạt động, vi điều khiển 18F4680 sẽ đọc cấu hình từ trong bộ nhớ, cấu hình này được load từ các thư viện. Cấu hình này sẽ kiểm tra xem có dữ liệu SPI gửi từ IC ENC, các dữ liệu đó là địa chỉ MAC, IP. Sau khi đã cấu hình xong, nhận được IP từ DHCP, vi điều khiển sẽ chờ xem có yêu cầu từ Web brower không, nếu có thì đáp ứng các yêu cầu đó thông qua html, sau khi nhận được dữ liệu từ trình duyệt gửi về thì dữ liệu này sẽ được truyền ngay cho vi điều khiển để xuất ra tín hiệu điều khiển cho mạch kích cho các thiết bị hoạt động. Trong quá trình thực hiện các yêu cầu thì khối vi điều khiển luôn đưa thông báo trạng thái lên màn hình LCD để báo cho người sử dụng biết.