CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN nhận thông tin xử lý kết hợp google maps và lưu vào database hiển thị bởi một Website Application.3 Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Nghiên cứu chip xử lý STM32 F103 C8t6 và Sim 808 Nội dung 2: Thiết kế thi công mạch Nội dung 3: Thiết kế lưu đồ giải thuật điều khiển Nội dung 4: Viết chương trình cho vi xử lý theo giải thuật Nội dung 5: Chạy thử nghiệm hệ thống và cân chỉnh chương trình cho phù hợp thực tế Nội dung 6: Viết báo cáo thực hiện.4 Giới hạn đề tài Thời gian thực hiện đề tài có hạn Mạch hoạt động chưa được tối ưu, thời gian chạy thử hạn chế Thiết kế web application đơn giản Cần khắc phục những sự cố ngoài thực tiễn BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP- Y SINH 3 do an Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong phạm vi đề tài có sử dụng chip xử lý trung tâm stm32f103c8t6 kết hợp với module Sim808 và UART TTL-RS232, trong khi đó Sim808 được thiết kế tối ưu phục vụ cho việc giám sát GPS, điều khiển các thiết bị từ xa thông qua GSM/GPRS. Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu từng khối module cũng như hoạt của chúng để phục vụ cho công việc thực hiện đề tài. Đề tài nhằm mục đích giám sát xe ô tô thông qua thông tin GPS, và gửi dữ liệu nhận được lên webserver.
Mọi thông tin về xe sẽ được lưu trữ bằng SQL và để tiện nhận diện quan sát ta xem trên Google maps. Một số ngoại vi có thể bổ sung cho mạch vd: cảm biến xăng, cảm biến mở thùng hàng, cảm biến gia tốc,… trong tầm đề tài nhóm em đã để sẵn các chân output để tiện kết nối điều khiển tùy vào mục đích của người sử dụng.1 KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM 2.1 Giới thiệu về vi xử lý ARM Cortex-M3. Trong vài năm trở lại đây,một trong những xu hướng chủ yếu trong các thiết kế với vi điều khiển là sử dụng các chip lõi ARM như một vi điều khiển đa dụng. Dòng STM32 thiết lập các tiêu chuẩn mới về hiệu suất ,chi phí,cũng như khả năng đáp ứng các ứng dụng tiêu thụ năng lượng thấp.Với ứng dụng rộng, ngoại vi nhiều(GPIO, I2C, SPI, ADC, USB, CAN, Ethernet……) ST cung cấp cho chúng ta các thư viện trực tiếp cho mỗi dòng ARM (gọi là CMSIS-Cortex Microcontroller Software Interface Standard) chúng ta dễ dàng hơn:khai báo và sử dụng.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Có rất nhiều dòng vi xử lý STM: STM32 F1, STM32 F3, STM32 F4, STM32 F7,… nhưng để phù hợp với đề tài cho hiệu năng cũng như về mặt giá thành nhóm quyết định chọn STM32 F1 và chọn STM32 F103 C8T6, vì dòng này có 48 chân và số chân giao tiếp vừa đủ để giao tiếp với các ngoại vi mình cần.2 Khối xử lý trung tâm. Với các đăc điểm hiện tại nhóm chúng em chọn chip xử lý là STM32F103 C8T6, giá thành thấp và hiệu năng đủ để thực hiện những tính năng mong muốn, đồng thời được hỗ trợ rất nhiều về phần mềm. Sau đây em xin giới thiệu sơ qua về chip xử lý: STM32F103 C8T6 là vi điều khiển 32bit Cortex-M3 của STMicroelectronics, một số thông tin chung về chip xử lý: - Lõi : ARM 32 bit Cortex M3 - Tần số hoạt động 72 MHz - Bộ nhớ : 64 Kb Flash , 20Kb SRAM - Xung clock, Reset và nguồn cấp: Điện áp cung cấp cho chip và ngõ vào/ra IO từ 2V đến 3.6V Bộ giao động thạch anh từ 4 Mhz đến 16 Mhz(HSE) Bộ tạo giao động nội RC tốc độ cao 8Mhz(HSI) Bộ tạo giao động nội RC tốc độ thấp(LSI) Có bộ nhân tạo xung clock Bộ giao động 32Khz cho RTC(LSE) - Chế độ tiết kiệm năng lượng: Chế độ Sleep(ngủ), Stop( dừng hoạt động), Stand by(chờ) Có chân Pin cung cấp cho RTC và thanh ghi cập nhật (back up register) - ADC: 2 chân ADC (12 bit), tốc độ chuyển đổi là 1µs (tần số lấy mẫu 1MHz) Khoảng chuyển đổi từ 0V đến 3.6V Khả năng lấy mẫu kép và lưu giữ mẫu Cảm biến nhiệt độ chip BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT - DMA : Điều khiển 7 kênh DMA và hỗ trợ cho các ngoại vi: I2C, SPI, Timer, UART. - Timer : có 3 bộ 16 bit(2 watch dog, hỗ trợ bộ đếm xuống 24 bit, có điều khiển động cơ bằng PWM va chế độ dừng khẩn cấp).
- Hỗ trợ nạp theo chuẩn SW và JTAG. - Kiểu chân : LQFP48. - Ứng dụng : điều khiển động cơ, thiết bị y tế và thiết bị cầm tay, máy tính và thiết bị ngoại vi chơi game, GPS, ứng dụng công nghiệp,… Hình 2.1 Thông tin các dòng vi điều khiển.[Tài liệu tham khảo 2.1] BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Sơ đồ khối cấu trúc vi xử lý: Hình 2.[Tài liệu tham khảo 2.2] Sơ đồ chân vi xử lý: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.[Tài liệu tham khảo 2.3 ] Sơ đồ cấu trúc xung clock: Hình 2.4 Sơ đồ các bộ chia xung clock.[Tài liệu tham khảo 2. Tổng quan về Sim808 Sim 808 được thiết kế tích hợp đầy đủ chức nắng GPS, GSM, GPRS, Bluetooth góp phần tiết kiệm chi phí và thiết kế cho người dùng.
Sim808 phát triển cải tiến hơn sim 908 ở sự ổn định và có thêm chức năng bluetooth. GPS của sim808 hoạt động ổn định, chính xác ngay cả khi anten đặt trong nhà. Giao tiếp của sim808 theo chuẩn UART với các tập lệnh AT như sim900a hay sim 908. Giới thiệu về UART: còn gọi là cổng giao tiếp (Serial port) là một cổng thông dụng trong các máy tính trong các máy tính truyền thống dùng kết nối các thiết bị BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ngoại vi với máy tính như: bàn phím, chuột điều khiển, modem, máy quét.Cổng nối tiếp còn có tên gọi khác như: Cổng COM, communication.
- Bit đầu tiên. - Dữ liệu truyền. - Bit kiểm tra. - Bit kết thúc.
Băng tần hoạt động của sim808 phù hợp với viễn thông Việt Nam, cụ thể là băng tần hoạt động ở tần số GSM 850MHz, EGSM 900MHz, DCS 1800MHz và PCS 1900MHz. Sim808 tích hợp hổ trợ người dùng rất nhiều như: Hỗ trợ 4 * 4 bàn phím theo mặc định Một cổng nối tiếp modem đầy đủ (giao diện UART) Một USB, hỗ trợ gỡ lỗi và nâng cấp phần mềm. Kênh âm thanh bao gồm đầu vào micrô và đầu ra máy thu. Một giao diện thẻ SIM.
Giao diện sạc. Có thể lập trình đầu vào và đầu ra chung (GPIO). Hỗ trợ chức năng Bluetooth. Hỗ trợ chức năng GPS.
Hỗ trợ hai PWM và hai ADCs. Giao diện PCM / SPI. Ngoài ra, SIM808 tích hợp giao thức TCP / IP và các lệnh TCP / IP AT mở rộng rất hữu ích cho việc truyền dữ liệu các ứng dụng. Để biết chi tiết về các ứng dụng TCP / IP.
Song song đó, Sim808 còn được thiết kế với công nghê tiết kiệm năng lượng với dòng điện là 1.2mA ở chế độ Sleep.2 Sơ đồ khối của Module Sim808 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 do an Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.5 Sơ đồ khối Module Sim808[Tài liệ tham khảo 2.5] Trong đó, bao gồm các khối cơ bản như sau: Power supply: là khối nguồn cấp cho sim 808, nguồn từ 3.4V dòng vọt lố có thể tới 2A. PMU: bộ chia nguồn đến các đơn vị lân cận. Khối xử lý trung tâm: thanh ghi xử lý tín hiệu analog và số. Khối nhận tần số sóng vô tuyến: thu nhận sóng vô tuyến bluetooth, GSM.
Công cụ GPS: thu sóng GPS đưa tín hiệu vào bộ xử lý Mạch analog: tiếp nhận và xử lý tín hiệu analog, có bộ xử lý audio. Các chuẩn kết nối khác: Sim, UART, PCM, USB… 2.3 Sơ đồ chân Sim808 Hình 2.6 Sơ đồ chân của sim808[Tài liệu tham khảo 2.1 Chi tiết chân sim808. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10 do an Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tên chân Chân số I/O Miêu tả VBAT 4,5,6 I SIM808 có 3 chân VBAT, và nguồn khoảng từ 3. VRTC 17 I/O Nguồn cung cấp cho RTC VDD_EXT 7 O Nguồn ngõ ra 2.8V GND 1,2,3,18,28,34 GND ,36,40,51,52,5 4,64,65,67,68 PWRKEY 8 I PWRKEY được kéo xuống mức thấp 1 giây để bật/tắt module MIC1P 19 MIC1N 20 I Ngõ vào Audio SPK1P 21 SPK1N 22 O Ngõ ra Audio PCM_OUT 48 O PCM_IN 47 I PCM_SYNC 45 O Giao diện PCM cho Audio PCM_CLK 46 I KBC3 59 I KBC2 60 I KBC1 61 I KBC0 62 I KBR3 55 O Hỗ trợ bàn phím 4x4 KBR2 56 O KBR1 57 O KBR0 58 O GPIO19 43 I/O GPIO17 44 I/O Các chân vào/ ra (I/O) DTR 9 I Thiết bị đầu cuối dữ liệu đã sẵn sàng RI 10 O Chân báo BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 11 do an Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT DCD 11 O Phát hiện dữ liệu CTS 12 O Xóa yêu cầu RTS 13 I Gửi yêu cầu TXD 14 O Chuyển dữ liệu RXD 15 I Nhận dữ liệu VCHG 25 I USB_DP 26 I/O Gỡ lỗi và nâng cấp Firmware USB_DN 27 I/O ADC0 23 Dùng để chuyển đổi từ Analog ADC1 24 I PWM1 42 O.
PWM GPIO2 PWM2 41 O PWM GPIO3 SDA 38 I/O Dữ liệu bus nối tiếp I2C SCL 39 O Xung clock I2C SIM_VDD 29 O Cung cấp điện cho thẻ SIM, hỗ trợ 1.8V hoặc 3V SIM_DATA 30 I/O Dữ liệu vào / ra của SIM SIM_CLK 31 O Xung clock SIM_RST 32 O SIM reset SIM_DET 33 I Nhận dạng, phát hiện sim GSM_ANT 66 I/O Kết nối ăng-ten GSM BT_ANT 53 I/O Kết nối ăng-ten Bluetooth GPS_ANT 35 I Kết nối ăng-ten GPS RF_SYNC 63 O Tín hiệu đồng bộ RF RESET 16 I Reset 1PPS 37 I Đèn báo tín hiệu GPS NETLIGHT 50 O Đèn báo tính hiệu mạng STATUS 49 O Đèn báo nguồn Đặc điểm của sim808 về GMS/GPRS: - Nguồn cấp : 3. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 12 do an Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Tiêu thụ điện năng chế độ sleep là 1mA. - Tốc độ tải dữ liệu xuống tối đa là 85. - Tốc độ truyền dữ liệu lên tối đa là 85.
- Tích hợp giao thức TCP/IP, PPP(point to point protocol). - Hỗ trợ tin nhắn đa phương tiện: Text, MO(tin nhắn gửi đi điện thoại ), MT (tin nhắn gửi đến điện thoại) và tin nhắn tin nhắn được lưu trong sim.