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 SKL 0 0 4 2 4 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 do an 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 chính qui MSSV: 08101065 Tp.
Hồ Chí Minh - 01/2016 GVHD: ThS. DƢƠNG THỊ CẨM TÚ do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trƣớc đó. DƢƠNG THỊ CẨM TÚ do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Để có thể thực hiện thành công đề tài này, nhóm thực hiện đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ, tƣ vấn từ cô Dƣơng Thị Cẩm Tú. Trong quá trình thực hiện đề tài thầy đã hƣớng dẫn nhóm thực hiện đề tài rất nhiệt tình.
Luôn đốc thúc, nhắc nhở để nhóm có thể hoàn thành đề tài đúng yêu cầu, đúng tiến độ. Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn Cô. Ngƣời thực hiện đề tài cũng chân thành cảm ơn tấ t cả các Th ầy, Cô trong khoa điện - điện tử đã tạo điều kiện để đề tài hoàn thành đúng thời hạn. Cảm ơn tất cả các ba ̣n đã nhiê ̣t tiǹ h đóng góp nhƣ̃ng ý kiế n , giúp đỡ để cho đ ề tài hoàn thiê ̣n hơn.
Cuố i cùng ngƣời thực hiện đề tài cũng xin cảm ơn gia đình đã tích cƣ̣c đô ̣ng viên, khuyế n khích, tạo mọi điều kiện và trƣ̣c tiế p hỗ trơ ̣ kinh phí , tinh thần để đề tài tốt nghiệp đƣơ ̣c hoàn thành đúng thời hạn. Trân trọng ! Tp.HCM, tháng 01 năm 2016 Ngƣời thực hiện đề tài Trần Khắc Kiệt GVHD: ThS. DƢƠNG THỊ CẨM TÚ do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÓM TẮT Ngày nay phƣơng thức truyền nhận dữ liệu không dây đang ngày càng phát triển và đƣợc ứng dụng rộng rãi trong khoa học kỹ thuật, trong cuộc sống. Các hệ thống không dây thƣờng nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí do không phải sử dụng dây nối.
Các hệ thống không dây thƣờng sử dụng sóng wifi, sóng RF. Những ứng dụng, hệ thống cỡ nhỡ, trung bình thì sử dụng sóng wireless để truyền nhận dữ liệu là một lựa chọn hợp lí. Sau một thời gian thực hiện đề tài nhóm đạt đƣợc những kết quả: - Xây dựng đƣợc một mô hình của hệ thống gồm 1 master, 1slave sử dụng cảm biến nhiệt độ DS18B20. Trong đó master có khả năng truyền và nhận dữ liệu từ slaver qua sóng RF và ngƣợc lại.
- Xây dựng đƣợc giao diện giám sát và điều khiển trên máy tính bằng ngôn ngữ C# sử dụng phần mềm Microsoft Visual studio 2010. - Tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý, các đặc tính của vi điều STM8S003F3P6 - Tìm hiểu về cách lập trình C trong IAR Embedded Workbench cho vi điều khiển STM8S003F3P6. - Tìm hiểu cảm biến nhiệt độ DS18B20. - Tìm hiểu và có khả năng sử dụng module thu - phát sóng RFnRF24L01 của hãng Nordic.
DƢƠNG THỊ CẨM TÚ do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC CHƢƠNG I: DẪN NHẬP .Lí Do Chọn Đề Tài.Giới Thiệu Đề Tài.Nội Dung Nghiên Cứu.Giới Hạn Đề Tài. 2 CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .Giới Thiệu Về Sóng RF Và Điều Khiển Từ Xa Bằng Sóng RF .Sóng vô tuyến (RF). Cách tạo sóng RF. Điều khiển từ xa bằng sóng RF .Giới Thiệu Về Vi Điều Khiển.
Giới thiệu về vi điều khiển. Cấu trúc tổng quan của vi điều khiển .Giới Thiệu Về Chuẩn Truyền Thông SPI Và UART. Truyền thông SPI .Truyền thông UART. 10 CHƢƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG.Sơ đồ khối tổng quan của hệ thống .Khối truyền nhận .Khối cảm biến .Khối hiển thị.1 Lƣu đồ giải thuật khối Master .Lƣu đồ giải thuật khối Slave .Sơ đồ nguyên lý khối Master .Sơ đồ nguyên lý khối Slave.
28 CHƢƠNG IV: THIẾT KẾ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN. DƢƠNG THỊ CẨM TÚ do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.Giao Diện Giám Sát Và Điều Khiển .Lƣu Đồ Chƣơng Trình Điều Khiển. 32 CHƢƠNG V : KẾT QUẢ. Kết Quả Thực Tế.
39 CHƢƠNG VI : KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN .Hƣớng Phát Triển.VI ĐIỀU KHIỂN STM8S003F3P6 .Giới thiệu chung.Cấu trúc bộ nhớ .Xung nhịp hoạt động .Các bộ định thời. Hoạt động ngắt VĐK.Hoạt động giao tiếp của VĐK với các ngọa vi. Chuyển đổi ADC .Giao tiếp SPI .Giao tiếp UART. GIỚI THIỆU VỀ MODULE nRF24L01.Khảo sát chip nRF24L01.Cấu trúc phần cứng.Điều kiện làm việc.Hoạt động của nRF24L01.Chức năng Shockburst.Giao tiếp SPI của nRF24L01.Hoạt động đọc/ghi của chuẩn SPI.Các thanh ghi trong nRF24L01.CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DS18B20.Sơ lƣợc về cảm biến nhiệt độ DS18B20 .Cấu trúc cảm biến DS18B20.Giao tiếp giữa Vi điều khiển và DS18B20.CHƢƠNG TRÌNH BIÊN DỊCH VÀ CODE CHƢƠNG TRÌNH .Chƣơng trình biên dịch.Code chƣơng trình.Chƣơng trình cho Master.
DƢƠNG THỊ CẨM TÚ do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.Chƣơng trình cho Slave.Các hàm dùng trong chƣơng trình.Code cho giao diện điều khiển. 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 116 MỤC LỤC HÌNH Hình 2.1:Master và Slave độc lập .2: Cách nối Daisy-Chained .3: Giao tiếp UART .4: Khung dữ liệu cho giao tiếp UART .1: Sơ đồ khối tổng quan của hệ thống.4: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý .5: Module nRF24L01IA .6: Sơ đồ nguyên lý module nRF24L01IA .7: Sơ đồ nguyên lý khối truyền nhận kết nối VĐK.8: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến kết nối VĐK .9: Mạch nguyên lý kết nối LCD kết nối VĐK .10: Nguyên lý khối UART kết nối VĐK.11: Mạch nguyên lý khối Relay kết nối VĐK .12: Sơ đồ nguyên lý mạch hạ áp.13: Lƣu đồ giải thuật khối Master .14: Lƣu đồ giải thuật khối Slave .15: Sơ đồ nguyên lý mạch Master .16: Sơ đồ nguyên lý khối Slave .17: Sơ đồ sắp xếp linh kiện trên board Master và board Slave .18: Mạch in trên board Master và board Slave .1: Giao diện điều khiển trên máy tính .2: Lƣu đồ giải thuật giao tiếp máy tính.1: Cấp nguồn cho board Slave .2: Xác định cổng COM đƣợc kết nối .3: Cấp nguồn cho board Master .4: Nhiệt độ hiển thị trên Slave khi cấp nguồn cho Master .5: Lƣu file dữ liệu .6: Giao điện điều khiển đƣợc kết nối. DƢƠNG THỊ CẨM TÚ do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 5.7: File dữ liệu đƣợc lƣu với thời gian cập nhât 2s.
39 Hình 1: Hình ảnh thực tế của STM8. 42 Hình 2: Sơ đồ chân của STM8S003F3P6. 44 Hình 3: Cấu trúc bên trong của STM8S. 46 Hình 4: Bộ nhớ dữ liệu.
47 Hình 5: Bộ nhớ chƣơng trình. 48 Hình 6: Các nguồn xung clock cho VĐK. 49 Hình 7: Sơ đồ khối timer 1. 50 Hình 8: Sơ đồ khối timer 2.
51 Hình 9: Sơ đồ khối cấu trúc thah ghi của VĐK. 53 Hình 10: Sơ đồ khối giao tiếp SPI. 56 Hình 11: Mô 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 của nRF24L01.
70 Hình 17: Biểu đồ hoạt động đọc SPI của nRF24L01. 70 Hình 18: Sơ đồ nguyên lí module nRF24L01. 80 Hình 19 : Sơ đồ chân của DS18B20. 80 Hình 20: Sơ đồ khối của DS18B20.
81 Hình 21: Tổ chức của bộ nhớ đệm. 81 Hình 22: Các cách cấp nguồn cho DS18B20. DƢƠNG THỊ CẨM TÚ do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC BẢNG Bảng 2.1: Phân loại tần số .1: Chức năng các chân của LCD. 20 Bảng 1: Một số thông số của STM8S003F3P6.
44 Bảng 2: Chức năng của các chân. 46 Bảng 3: Các sự kiện ngắt. 52 Bảng 4:Bảng thanh ghi và địa chỉ của các port. 54 Bảng 5: Bảng cấu hình ngõ ra/vào cho thanh ghi CR1 và CR2.
55 Bảng 6: Đặc tính và pha của xung trong giao tiếp SPI. 57 Bảng 7: Các thanh ghi sử dụng trong giao tiếp SPI. 58 Bảng 8: Mô tả các tốc độ baud. 60 Bảng 9: Cách kiểu định dạng Frame hình để truyền.
60 Bảng 10: Thanh ghi sử dung và vùng địa chỉ của chúng trong giao tiếp UART. 60 Bảng 11: Chức năng các chân của nRF24L01. 64 Bảng 12: Điều kiện làm việc của nRF24L01. 65 Bảng 13: Các chế độ hoạt động của nRF24L01.
65 Bảng 14: Thời gian chuyển đổi giữa các chế độ. 67 Bảng 15: Mã lệnh SPI của nRF24L01. 69 Bảng 16: Kí hiệu trong 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. DƢƠNG THỊ CẨM TÚ do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG I CHƢƠNG I: DẪN NHẬP 1.Lí Do Chọn Đề Tài.
Ngày nay phƣơng thức truyền nhận dữ liệu không dây đang ngày càng phát triển và đƣợc ứng dụng rộng rãi trong khoa học kỹ thuật, trong cuộc sống. Các hệ thống không dây thƣờng nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí do không phải sử dụng dây nối. Các hệ thống không dây thƣờng sử dụng sóng wifi, sóng RF. Những ứng dụng, hệ thống cỡ nhỡ, trung bình thì sử dụng sóng wireless để truyền nhận dữ liệu là một lựa chọn hợp lí.
Một hệ thống không dây không chỉ nhỏ gọn nó còn đòi hỏi phải tiết kiệm năng lƣợng để hệ thống có thể sử dụng trong thời gian dài với các nguồn cấp độc lập nhƣ pin, năng lƣợng mặt trời. Dựa trên những đòi hỏi này nhóm đã quyết định sử dụng dòng vi điều khiển STM8 của hãng STMicroelectronic, một dòng vi điều khiển sử dụng nguồn áp thấp 3.3V và module thu phát sóng RF nRF24L01 của Nordic cũng sử dụng điện áp 3. Với module nRF24L01 có ƣu điểm là dễ sử dụng, khoảng cách truyền nhận xa, sử dụng tần số sóng RF ở 2.4GHz nên độ chính xác cao, ít nhiễu.Giới Thiệu Đề Tài.