intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Đề tài: Hệ thống giám sát, truyền phát nhiệt độ sử dụng sóng RF tần số 2.4GHz

Chia sẻ: Tào Tuấn Mạnh | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:24

294
lượt xem
45
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Hệ thống giám sát, truyền phát nhiệt độ sử dụng sóng RF tần số 2.4GHz" trình bày nội dung thông qua các chương sau: chương 1 mô tả đề tài, chương 2 thiết kế phần cứng, chương 3 hoàn thiện sản phẩm.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Hệ thống giám sát, truyền phát nhiệt độ sử dụng sóng RF tần số 2.4GHz

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ====o0o====    BÁO CÁO                                          PROJECT 2                       ĐỀ TÀI:                  HỆ THỐNG GIÁM SÁT,TRUYỀN PHÁT NHIỆT ĐỘ SỬ  DỤNG SÓNG RF TẦN SỐ 2.4GHZ                              GVHD         : Ths.Dương Thanh Ph ương                              Sinh viên     : Tào Tuấn Mạnh              ĐTTT7­K56       20111842                                                     Trần Thị Minh Tuyến    ĐTTT8­K56       20112466                               
  2.                                                             Hà Nội,12/2014
  3. BÁO CÁO PROJECT 2                                                      GVHD: Ths.Dương Thanh Phương LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay phương thức truyền nhận dữ  liệu không dây đang ngày càng phát triển và  được ứng dụng rộng rãi trong khoa học kỹ thuật, trong cuộc sống. Các hệ thống không   dây thường nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí do không phải sử  dụng dây nối. Các hệ  thống   không dây thường 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 lượng  để  hệ  thống có thể  sử  dụng trong thời gian dài với các nguồn cấp độc lập như  pin,   năng lượng mặt trời. Vì vậy,chúng em lựa chọn đề tài “Hệ thống giám sát, truyền phát  nhiệt độ sử dụng sóng RF tần số 2.4GHz” .Do kiến thức còn hạn chế nên bài báo cáo   không tránh khỏi còn nhiều sai sót, chúng em mong nhận được sự  góp ý của thầy để  bài báo cáo hoàn thiện hơn. Page 3
  4. BÁO CÁO PROJECT 2                                                      GVHD: Ths.Dương Thanh Phương Lời nói  đầu……………………………………………………………………… …………1 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Sơ đồ khối chức năng………………………………………………........……..4  Hình 2.1. Sơ đồ khối vi điều khiển MSP430x2xx..............................................................5  Hình 2.2. Sơ đồ chân MSP430G2553................................................................................6  Hình 2.3. Sơ đồ các thanh ghi trong CPU MSP430……………………………………...9  Hình 2.4. Sơ đồ khối module nRF24L0…………............................................................10 Page 4
  5. BÁO CÁO PROJECT 2                                                      GVHD: Ths.Dương Thanh Phương Hình 2.5 Sơ đồ chân nRF24L01……………………………………………………….....11 Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý module  nRF24L0….................................................................12  Hình   2.7.  Sơ   đồ   khối  DS18B20…………………………………………………………..12 Hình   2.8.  Sơ   đồ   chân   của  DS18B20...................................................................................13  Hình   2.9.  Sơ   đồ   khối   hiển   thị  LCD.....................................................................................14  Hình 2.10. LCD 16x2…………………………………………………………………….15 Hình 3.1. Layout Master.....................................................................................................16  Hình 3.2. Layout Slave.......................................................................................................17 Hình   3.3.  Hình   ảnh   sản  phẩm.............................................................................................18 Page 5
  6. BÁO CÁO PROJECT 2                                                      GVHD: Ths.Dương Thanh Phương DANH SÁCH BẢNG BIỂU Hình   2.1.  Tổ   chức   bộ  nhớ…………………………………………………………...........10  Hình   2.2.  Điều   kiện   làm   việc   của  nRF24L01…………………………………………….12 Hình   2.3.  Các   chế   độ   hoạt   động   cảu  nRF24L01.................................................................12 Page 6
  7. BÁO CÁO PROJECT 2                                                      GVHD: Ths.Dương Thanh Phương NỘI DUNG Chương 1 Mô tả đề tài 1.1. Yêu cầu chức năng Giám sát, truyền phát song song giữa một Master và một Slave,hiển thị nhiệt độ lên  LCD 1.2. Yêu cầu phi chức năng  Sử dụng dòng vi điều khiển MSP430 của Texas Instrument,cụ thể là  MSP430G2553   Module thu phát sóng RF nRF24L01 của Nordic  Cảm biến nhiệt độ DS18B20  PCB nhỏ gọn  Nguồn áp thấp 3.3V  Khoảng cách truyền nhận dữ liệu của các module từ 30m – 40m. 1.3. Sơ đồ khối chức năng Hình 1.1 Sơ đồ khối chức năng Page 7
  8. BÁO CÁO PROJECT 2                                                      GVHD: Ths.Dương Thanh Phương Chương 2 Thiết kế phần cứng 2.1. Khối xử lý : vi điều khiển MSP430G2553 a)Giới thiệu về dòng VĐK MSP430 của TI. MSP430 là một họ vi điều khiển 16 bit có cấu trúc RISC của Texas Instrument.Đây là   dòng vi điều khiển sử  dụng điện áp thấp 1.8V­3.6V, tiêu thụ  dòng thấp. Nó kết hợp   các đặc tính của CPU hiện đại và các thiết bị ngoại vị. Với CPU sử dụng nguồn xung   dao động nội nên khả năng xử lí CPU nhanh và tiện lợi cho việc thiết kế mạch. MSP430 hỗ  trợ  các chuẩn giao tiếp : UART, SPI, I2C, IrDA để  VĐK MSP430 có thể  giao tiếp với các thiết bị ngoại vi, các bộ nhớ ngoại, các vi điều khiển khác. Bên trong VĐK còn tích hợp một cảm biến nhiệt độ. Ngoài ra nó còn hỗ trợ bộ chuyển đổi ADC, DAC nội tích hợp trong VĐK. MSP430 là một lựa chọn hợp lí cho các ứng dụng nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng. b)VĐK MSP430G2553. b1)Thông số kỹ thuật của MSP430G2553. +Nguồn điện thế sử dụng trong khoảng từ 1.8V đến 3.6V. Chế độ hoạt động: 270 µA tại 1MHz và 2.2V. Chế độ ngủ: 0.7 µA. Chế độ không hoạt động: 0.1 µA. Thời gian thức dậy từ chế độ ngủ ít hơn 1µs. +Cấu trúc RISC 16 Bit, mỗi chu kỳ lệnh hoạt động mất 62.5ns. +Hỗ trợ các giao diện giao tiếp như: UART, SPI. +Hỗ trợ một timer A. +Bộ chuyển đổi ADC 10­Bit với tốc độ chuyển đổi lên đến 200ksps. +Bộ nhớ flash 16KB. +Bộ nhớ RAM 512B. Page 8
  9. BÁO CÁO PROJECT 2                                                      GVHD: Ths.Dương Thanh Phương Hình 2.1: Sơ đồ khối vi điều khiển MSP430x2xx   Hình 2.2 : Sơ đồ chân MSP430G2553. ­DVCC(Pin 1): Nối với nguồn cung cấp ­ P1.0/ TA0CLK/ ACLK/A0/CA0(Pin 2): Chân chức năng vào/ra số.  Timer0_A, tín hiệu clock ngõ vào TACLK . Ngõ ra xung ACLK. Ngõ vào tương tự  A0 của ADC10. Bộ so sánh Comparator_A+, ngõ vào CA0. ­ P1.1/ TA0.0/ UCA0RXD/ UCA0SOMI/ A1/CA1 (Pin 3): Chân chức năng vào/ra số. Timer0_A, capture: ngõ vào CCI0A, compare: Out0 ngõ ra / BSL transmit. USCI_A0 ngõ vào nhận dữ liệu trong chế độ UART. USCI_A0  Dữ liệu ra Slave/ vào Master trong chế độ SPI . Page 9
  10. BÁO CÁO PROJECT 2                                                      GVHD: Ths.Dương Thanh Phương (1). ADC10 ngõ vào tương tự A1  Comparator_A+,  ngõ vào CA1. ­ P1.2/ TA0.1/ UCA0TXD/ UCA0SIMO/ A2/CA2 (Pin 4): Chân chức năng vào/ra số Timer0_A, capture: CCI1A ngõ vào, compare: Out1 ngõ ra. USCI_A0 ngõ ra truyền dữ liệu trong chế độ UART . USCI_A0 Dữ liệu vào Slave/ra Master trong chế độ SPI. (1)  ADC10 ngõ vào tương tự A2  Comparator_A+, CA2 ngõ vào. ­ P1.3/ ADC10CLK/ A3/VREF­/VEREF­/ CA3/CAOUT( Pin 5): Chân chức năng vào/ra số  . (1). ADC10, ngõ ra xung nhịp chuyển đổi ADC10 ngõ vào tương tự A3  ADC10 Đi ệ n áp tham chi ế u âm. Comparator_A+, CA3 ngõ vào. Comparator_A+, ngõ ra. ­ P1.4/ SMCLK/ UCB0STE/ UCA0CLK/ A4/VREF+/VEREF+/ CA4/TCK  (Pin 6): Chân chức năng vào/ra số. SMCLK tín hiệu ngõ ra. USCI_B0 Cho phép Slave truyền. USCI_A0 clock ngõ vào/ngõ ra . (1). ADC10 ngõ vào tương tự A4  ADC10 điện áp tham chiếu dương. Comparator_A+, CA4 ngõ vào. JTAG xung nhịp kiểm tra, ngõ vào nối tiếp cho thiết bị n ạp và kiểm tra   chương trình. ­ P1.5/ TA0.0/ UCB0CLK/ UCA0STE/ A5/CA5/TMS (Pin 7):\ Chân chức năng vào/ra số. Timer0_A, compare: Out0 ngõ ra / BSL nhận . USCI_B0 clock ngõ vào/ngõ ra. USCI_A0 cho phép slave truyền. ADC10 ngõ vào tương tự A5 . Comparator_A+, CA5 ngõ vào. JTAG lựa chọn chế độ kiểm tra, ngõ vào nối tiếp cho thiết bị nạp và kiểm tra  chương trình. Page 10
  11. BÁO CÁO PROJECT 2                                                      GVHD: Ths.Dương Thanh Phương ­ P2.0/TA1.0 (Pin 8): Chân chức năng vào/ra số. Timer1_A, capture: CCI0A ngõ vào, compare: Out0 ngõ ra. ­ P2.1/TA1.1 (Pin 9): Chân chức năng vào/ra số. Timer1_A, capture: CCI1A ngõ vào, compare: Out1 ngõ ra. ­ P2.2/TA1.1( Pin 10): Chân chức năng vào/ra số. Timer1_A, capture: CCI1B ngõ vào, compare: Out1 ngõ ra. ­ P2.3/TA1.0 (Pin 11): Chân chức năng vào/ra số. Timer1_A, capture: CCI0B ngõ vào, compare: Out0 ngõ ra. ­ P2.4/TA1.2( Pin 12): Chân chức năng vào/ra số . Timer1_A, capture: CCI2A ngõ vào, compare: Out2 ngõ ra. ­ P2.5/TA1.2 (Pin 13): Chân chức năng vào/ra số . Timer1_A, capture: CCI2B ngõ vào, compare: Out2 ngõ ra. ­ P1.6/ TA0.1/ A6/ CA6/UCB0SOMI/ UCB0SCL/TDI/TCLK (Pin 14): Chân chức năng vào/ra số  . Timer0_A, compare: Out1 ngõ ra . ADC10 ngõ vào tương tự A6 . Comparator_A+, CA6 ngõ vào. USCI_B0  ngõ ra slave/ngõ vào master trong chế   độ  SPI USCI_B0   xung  nhịp  SCL I2C trong chế độ I2C. JTAG kiểm tra dữ liệu ngõ vào hoặc kiểm tra xung nhịp ngõ vào trong khi chạy  hoặc kiểm tra chương trình. ­ P1.7/ A7/ CA7/CAOUT/ UCB0SIMO/ UCB0SDA/ TDO/TD I (Pin 15): Chân chức năng vào/ra số   Chân chức năng vào/ra số. ADC10 ngõ vào tương tự A7  Comparator_A+, CA7 ngõ vào  Comparator_A+, ngõ ra USCI_B0 Ngõ vào slave, ngõ ra master trong chế độ SPI USCI_B0 SDA I2C dữ liệu vào trong chế độ I2C JTAG JTAG kiểm tra dữ liệu ngõ ra hoặc kiểm tra xung nhịp ngõ vào trong khi  Page 11
  12. BÁO CÁO PROJECT 2                                                      GVHD: Ths.Dương Thanh Phương chạy hoặc kiểm tra chương trình. ­ RST/ NMI/SBWTDIO( Pin 16): Reset Ngắt ngõ vào không che Spy­Bi­Wire  kiểm tra dữ  liệu ngõ vào/ngõ ra trong khi chạy và kiểm tra  chương trình ­ TEST/SBWTCK( Pin 17): Lựa chọn chế độ kiểm tra chân  JTAG trên Port 1.  Cầu chì bảo vệ thiế bị đến TEST. Spy­Bi­Wire kiểm tra xung nhịp ngõ vào trong khi chạy và kiểm tra chương trình ­ XOUT/P2.7( Pin 18): Ngõ ra nội của bộ giao động thạch anh Chân chức năng vào/ra số ­ XIN/ P2.6/TA0.1 (Pin 19): Ngõ vào nội của bộ giao động thạch anh Chân chức năng vào/ra số  Timer0_A, compare: Out1 ngõ ra ­ DVSS (Pin 20) :Chân nối mass. b2)Tìm hiểu CPU của MSP430G2553. CPU của vi điều khiển MSP430g2553 có kiến trúc RISC 16 Bit (Reduced Intruction Set   Computer) là một kiến trúc vi xử lý theo hướng đơn giản hóa tập lệnh. Các lệnh được  xây dựng để có thể thực hiện với chỉ 1 chu kỳ máy. Mặt khác, bus dữ  liệu và bus địa   chỉ  (có độ  rộng 16 Bit) tách rời nhau điều này giúp cho quá trình đọc dữ  liệu và mã  lệnh có thể diễn ra đồng thời do đó nâng cao hiệu suất làm việc của vi điều khiển. CPU của vi điều khiển MSP430g2553 gồm 16 thanh ghi 16 Bit. Trong đó R0 đến R3 có   các chức năng đặc biệt như: thanh ghi đếm chương trình, thanh ghi con trỏ, thanh ghi   trạng thái, thanh ghi hằng. Các thanh ghi còn lại được sử dụng với mục đích chung.  Page 12
  13. BÁO CÁO PROJECT 2                                                      GVHD: Ths.Dương Thanh Phương Hình 2.3: Sơ đồ các thanh ghi trong CPU MSP430  Tổ chức bộ nhớ. Bảng 2.1: Tổ chức bộ nhớ. Bộ nhớ Dung lượng Địa chỉ ROM: 16kB + Bộ nhớ vector ngắt 0xFFFF to  + Bộ nhớ chương trình 0xFFC0 0xFFFF to 0xC000 RAM 512 Byte 0x03FF to 0x0200 Ngoại vi: + 16 bit. 0x01FF to  + 8 bit. 0x0100 + 8 bit FSR. 0x0FF to 0x010 0x0Fh to 0x00 2.2. Khối truyền phát : Module nRF24L01 a) Giới thiệu nRF24L01 là một trong những dòng sản phẩm của nhà sản xuất Nordic (Nauy), có  chức năng thu phát tín hiệu qua sóng RF sử dụng điện áp thấp (3.3V). Một vài điểm chính của chip nRF24L01:  Thực hiện chức năng thu phát dữ liệu bằng sóng RF tần số 2.4GHz.  Sử dụng dạng sóng điều chế GFSK. Page 13
  14. BÁO CÁO PROJECT 2                                                      GVHD: Ths.Dương Thanh Phương  Tốc độ truyền tải dữ liệu trong không khí 1Mbp – 2Mbp.  Tiêu thụ năng lượng thấp, sử dụng điện áp thấp (3.3V).  Sử dụng giao thức phần cứng Shockburst. +  Tự động tạo gói dữ liệu (Preamble, Address, CRC). +  Tự động phát hiện gói dữ liệu và xác nhận. +  Lựa chọn dữ liệu từ 1­32 Byte. +  Có khả năng truyền lại dữ liệu +  Tự động xác nhận mã ACK. +  Có 6 đường dẫn để truyền nhận dữ liệu.  Sử dụng giao thức SPI để trao đổi dữ liệu với Vi điều khiển, tốc độ truyền  nhận dữ liệu lên tới 10Mbp. Một số ứng dụng cơ bản của nRF24L01:  Thiết bị ngoại vi máy tính không dây.  Ứng dụng trong chuột, bàn phím và điều khiển từ xa.  Điều khiển từ xa bằng sóng RF cho các thiết bị điện tử tiêu dùng.  Mạng cảm biến với điện năng cực thấp.  Tự động hóa  trong thương mại và gia dụng  Ứng dụng trong đồ chơi. b) Sơ đồ khối Hình 2.4 : Sơ đồ khối module nRF24L01 c) Sơ đồ chân Page 14
  15. BÁO CÁO PROJECT 2                                                      GVHD: Ths.Dương Thanh Phương Hình 2.5: Sơ đồ chân nRF24L01 d) Điều kiện làm việc Bảng 2.2: Điều kiện làm việc của nRF24L01. Symbol Thông số Notes Min. Typ. Max. Units VDD Điện áp cung cấp 1.9 3.0 3.6 V VDD Điện áp tín hiệu ngõ vào  >3.6V 2.7 3.0 3.3 V TEMP Nhiệt độ làm việc ­40 +27 +85 ºC e) Hoạt động của nRF24L01. nRF24L01 có năm chế  độ  hoạt động cơ  bản được điều khiển bởi các bit PWR_UP,  PRIM_RX trong thanh ghi CONFIG và chân CE.  Bảng 2.3 : Các chế độ hoạt động của nRF24L01. Mode PWR_UP Bit PRIM_RX Bit CE RX mode 1 1 1 TX mode 1 0 1 1 0 Xung cao tối thiểu  TX mode 10μs Standby­II 1 0 1 Standby­I 1 ­ 0 PowerDow 0 ­ ­ n Page 15
  16. BÁO CÁO PROJECT 2                                                      GVHD: Ths.Dương Thanh Phương g) Sơ đồ nguyên lý Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý module nRF24L01 2.3. Khối cảm biến : DS18B20 a) Giới thiệu ­ Là cảm biến nhiệt độ digital của hãng Dalas. ­ Sử dụng giao thức chuẩn One­wire để giao tiếp dữ liệu với thiết bị điều khiển. ­ Có thể đo nhiệt độ từ ­55o C đến 1250C. ­ Nguồn cung cấp từ 3V đến 5.5V. ­ Chuyển đổi nhiệt độ thành dữ liệu số 9­12 bit. b) Sơ đồ khối Page 16
  17. BÁO CÁO PROJECT 2                                                      GVHD: Ths.Dương Thanh Phương Hình 2.7: Sơ đồ khối DS18B20 c) Sơ đồ chân Hình 2.8 : Sơ đồ chân của DS18B20. Pin 1 : Chân GND Pin 2: Chân DQ dữ liệu ngõ ra. Pin 3: Chân Vdd nối nguồn. d) Hoạt động chuyển đổi nhiệt độ Nhiệt độ được chuyển đổi thành dữ liệu số từ 9­12 bit, tương đương với độ phân giải  0.5oC, 0.25oC, 0.125oC, 0.0625oC thông qua mã lệnh chuyển đổi 44h. Độ  phân giải mặc định của DS18B20 là 12 bit (0.0625oC). Để  cài đặt độ  phân giải ta  thay đổi thanh ghi cấu hình của DS18B20( Byte 4 của bộ nhớ đệm). Page 17
  18. BÁO CÁO PROJECT 2                                                      GVHD: Ths.Dương Thanh Phương Bảng 4.1 : Lựa chọn độ phân giải cho DS18B20 R1 R0 Độ phân giải 0 0 9 bit 0 1 10 bit 1 0 11 bit 1 1 12 bit Dữ liệu sau khi chuyển đổi sẽ được lưu trong byte 0, byte 1 của bộ nhớ đệm. Page 18
  19. BÁO CÁO PROJECT 2                                                      GVHD: Ths.Dương Thanh Phương Trong đó S: là bit dấu: S = ‘0’ nếu nhiệt độ dương, =’1’ nếu nhiệt độ âm. Với các độ  phân giải thấp hơn các bit thấp nhấp trong byte 0 sẽ lưu ‘0’. 2.4. Khối hiển thị : LCD 16x2 LCD 16x2 được sử  dụng để  hiển thị  giao diện trong quá trình đăng nhập, hiển thị  và  thiết  lập thời gian a) Sơ đồ nguyên lý Hình 2.9 : Sơ đồ khối hiển thị LCD b) Cấu tạo và hoạt động Page 19
  20. BÁO CÁO PROJECT 2                                                      GVHD: Ths.Dương Thanh Phương Hình 2.10 : LCD 16x2 LCD  16x2  là Text  LCD  được  chia  sẵn  thành  từng  ô  và ứng với mỗi ô chỉ có thể  hiển thị một ký tự ASCII, được phân chia thành 2 hàng, mỗi hàng có 16 ô. Nguyên lý hoạt động: Chân VCC, VSSvà VEE: Các chân VCC, VSSvà VEE: Cấp dương nguồn ­ 5v và  đất tương ứng thì VEE được dùng để điều khiển độtương phản của LCD.   Chân chọn thanh ghi RS (Register Select): Có hai thanh ghi trong LCD, chân  RS(Register  Select)  được  dùng  đểchọn  thanh  ghi,  nhưsau: Nếu  RS  =  0  thì  thanh ghi mà lệnh được chọn đểcho phép người dùng gửi một lệnh chẳng hạn  như  xoá màn  hình,  đưa  con  trỏvề  đầu  dòng  v.v… Nếu RS =  1  thì  thanh   ghi dữ liệu được chọn cho phép người dùng gửi dữliệu cần hiển thịtrên LCD.   Chân đọc/ ghi (R/W): Đầu vào đọc/ ghi cho phép người dùng ghi thông tin lên  LCD khi R/W = 0 hoặc đọc thông tin từnó khi R/W = 1.   Chân cho phép E  (Enable): Chân cho phép E được sửdụng bởi LCD để chốt dữ  liệu  của nó. Khi dữliệu được  cấp đến  chân dữliệu  thì một xung mức  cao   xuống  thấp  phải  được  áp  đến  chân  này  đểLCD  chốt  dữliệu  trên  các   chân dữ liêu. Xung này phải rộng tối thiểu là 450ns.   Chân D0 ­ D7: Đây là 8 chân dữliệu 8 bít, được dùng đểgửi thông tin lên LCD  hoặc  đọc  nội  dung  của  các  thanh  ghi  trong  LCD. Tuy  nhiên  trong mạch  sử  dụng LCD 4 bit nên 4 chân D0­D3 sẽ không sử  dụng. Đểhiển thịcác chữcái  Page 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
3=>0