Thiết kế hệ thống chọn menu tự động thực hiện lệnh điều khiển và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.67 MB, 83 trang )
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC.........................................................................................................................................1
Danh mục các hình vẽ.......................................................................................................................1
Danh mục các bảng...........................................................................................................................3
LỜI MỞ ĐẦU...................................................................................................................................4
CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ, YÊU CẦU THIẾT KẾ HỆ THỐNG................................7
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG.....................................................10
CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG.....................................................45
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN...............................................................................................................79
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................................82
Danh mục các hình vẽ
Hình 1-1: Sơ đồ khối của hệ thống............................................................................9
Hình 2-1: Sơ đồ các chân của ATmega16..............................................................14
Hình 2-2: Sơ đồ khối của bộ USART.......................................................................17
Hình 2-3: Sơ đồ khối cách phát tốc độ Baud...........................................................18
Hình 2-4: Sơ đồ bộ biến đổi A/D.............................................................................20
Hình 2-5: Đặc điểm của LCD TG240128A-04........................................................21
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
1
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
Hình 2-6: Sơ đồ khối của LCD TG240128A-04......................................................22
Hình 2-7: Cấu trúc liên kết mạng............................................................................26
Hình 2-8: Cấu trúc mạng hình sao (Star)...............................................................27
Hình 2-9: Cấu trúc mạng lưới (Mesh).....................................................................27
Hình 2-10: Cấu trúc mạng hình cây........................................................................28
Hình 2.11: Mô hình giao thức của ZigBee..............................................................29
Hình 2.12: dịch vụ dữ liệu PHY và dịch vụ quản lý PHY........................................30
Hình 2-13: Băng tần hệ thống của Zigbee...............................................................31
Hình 2-14: Sơ đồ điều chế.......................................................................................32
Hình 2-15: Lưu đồ thuật toán..................................................................................37
Hình 2-16: Liên lạc trong mạng không hỗ trợ beacon............................................39
Hình 2-17: Liên lạc trong mạng có hỗ trợ beacon.................................................39
Hình 2-18: Kết nối trong mạng hỗ trợ beacon.......................................................40
Hình 2-19: Kết nối trong mạng không hỗ trợ phát beacon......................................41
Hình 2-20: Khung tin mã hóa tầng MAC................................................................43
Hình 2-21: Khung tin mã hóa tầng mạng..............................................................44
Hình 3-1: Sơ đồ khối Master-Slave.........................................................................47
Hình 3-2: Sơ đồ khối của thiết bị lựa chọn..............................................................48
Hình 3-3: Sơ đồ giao tiếp giữa vi điều khiển và máy tính.......................................49
Hình 3-4: Khối nguồn.............................................................................................50
Hình 3-5: Khối RS485.............................................................................................51
Hình 3-6: Khối phím bấm........................................................................................53
Hình 3-7: Khối hiển thị...........................................................................................55
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
2
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
Hình 3-8: Khối vi điều khiển...................................................................................56
Hình 3-9: Sơ đồ mạch nguyên lý.............................................................................57
Hình 3-10: Sơ đồ mạch in.......................................................................................58
Hình 3-11: Mạch lắp ráp 3D...................................................................................59
Hình 3-12: Mạch 3D phím bấm...............................................................................59
Hình 3-13: Hệ thống hoàn chỉnh.............................................................................60
Hình 3-14: Giao diện của Altium Designer.............................................................66
Hình 3-15: Sơ đồ thuật toán cho Master.................................................................71
Hình 3-16: Sơ đồ thuật toán cho Slave....................................................................75
Hình 3-17: Sơ đồ thuật toán ngắt cho Master – Slave.............................................78
Danh mục các bảng
Bảng 2-1: Chức năng các chân của LCD TG240128A-04......................................23
Bảng 2-2: Băng tần và tốc độ dữ liệu......................................................................30
Bảng 2-3: Kênh truyền và tần số.............................................................................31
Bảng 2.4: Sơ đồ biến đổi Symbol to chip.................................................................33
Bảng 2-5: Định dạng khung PPDU.........................................................................35
Bảng 2-6: Định dạng khung MAC...........................................................................42
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
3
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
Bảng 3-1: Chức năng các đường điều khiển...........................................................52
Bảng 3-2: Chức năng truyền...................................................................................52
Bảng 3-3: Chức năng nhận.....................................................................................53
Bảng 3-4: Hướng dẫn sử dụng thiết bị....................................................................64
LỜI MỞ ĐẦU
Các hệ thống tự động ngày càng có nhiều ứng dụng trong cuộc sống hiện đại.
Đặc biệt là cuộc sống dân dụng hàng ngày với rất nhiều ứng dụng hữu ích làm thay
đổi cuộc sống của con người trên thế giới. Một số ứng dụng được đưa vào thực tế
rất hữu ích như: bãi giữ xe thông minh, thay vì mỗi khi gửi xe bạn phải dừng lại và
có người ra ghi, bấm số thì nay bạn chỉ cần tới gần và quẹt thẻ là có thể được, nhân
viên giữ xe cũng có thể lưu trữ và biết được thông tin giờ vào ra một cách dễ dàng;
máy chấm công, các công ty có thể quản lý giờ làm của nhân viên một cách chính
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
4
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
xác bằng việc quẹt thẻ mỗi lần ra vào công ty; cửa tự động, tự động mở cửa khi có
người tới gần và đóng lại khi không có người một cách dễ dàng;… Xuất phát từ ý
tưởng ứng dụng tự động hóa hàng ngày tôi muốn trình bày hệ thống chọn menu tự
động trong các quán ăn, nhà hàng, khách hàng tới quán ăn hay nhà hàng chỉ cẩn
ngồi vào bàn chọn món ăn, bằng một màn hình tại mỗi bàn, sau đó vài phút sẽ có
người mang đồ ăn ra, khách hàng có thể xem menu, gọi món, xem giá tiền, gọi phục
vụ một cách nhanh chóng mà không cần phải đứng dậy và xem trước được hóa đơn
tính tiền của bàn mình, nhà hàng cũng dễ dàng quản lý được tình trạng các bàn,
món ăn, và doanh thu một cách dễ dàng. Để hiểu rõ hơn em xin trình bày luận văn:
“Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển và trao đổi
thông tin bằng truyền thông không dây”
Nội dung của luận văn bao gồm 4 chương như sau:
CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ, YÊU CẦU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG
CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
5
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
Do thời gian cho đồ án không nhiều và trình độ bản thân có hạn nên bản đồ
án này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được nhiều sự góp
ý của các thầy cô và bạn bè để bản đồ án này được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn tới cô giáo hướng dẫn: GS.TS Phạm Thị
Ngọc Yến, người đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này. Nhân đây cho
phép em gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn Kỹ thuật đo & Tin học công
nghiệp – Viện Điện, trung tâm MICA, trường đại học Bách Khoa Hà Nội, cảm ơn
bạn bè và người thân trong gia đình đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em
hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Ngày
tháng 09 năm 2012
Học viên
Ninh Viết Ngọc
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
6
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ, YÊU CẦU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
1.1. Ý TƯỞNG THIẾT KẾ
Khách hàng đến ngồi tại bàn, tại mỗi bàn sẽ có màn hình hiển thị thực đơn
điện tử, khách hàng lựa chọn món ăn và số lượng cho mỗi món bằng các nút nhấn.
Sau đó xem tổng hợp lại lần cuối trước khi gửi đi. Nếu đã đồng ý với thực đơn vừa
chọn, khách hàng nhấn nút gửi đi, thực đơn sẽ được chuyển ngay vào máy trung
tâm hay nhà bếp.
Một máy tính trung tâm dùng để nhận thực đơn từ khách và phân phối cho các
đầu bếp thực hiện. Các món ăn chuyển về trung tâm thông qua các chuẩn truyền
thông được sắp theo thứ tự thời gian, món nào kêu trước thì xếp trước. Sau đó,
trung tâm sẽ phân phối món kế tiếp cho đầu bếp. Tiến trình cứ lặp lại như thế. Trên
màn hình tại bàn của mình, khách hàng có thể biết được tình trạng của món ăn mình
đã đặt: Chưa làm, đang làm hoặc đã làm xong. Nếu chưa làm, khách hàng hoàn toàn
có thể hủy món này để đặt món khác. Khi cần tính tiền, từ trong thu ngân, máy in
lập tức hoạt động, đồng thời gửi thông báo cho nhân viên phục vụ biết để mang hóa
đơn ra cho khách.
1.1.1. Các tính năng chính:
•
Xem tất cả món ăn qua các trang menu, giá cả
•
Xem trạng thái món ăn đã làm tới đâu: Chưa làm, đang làm hoặc đã làm xong
•
Có thể hủy món để đặt món khác, nếu món ăn đó chưa làm
•
Yêu cầu tính tiền, in hóa đơn được thực hiện ngay cũng chỉ với một nút nhấn,
không cần chờ đợi
1.1.2. Lợi ích của việc sử dụng hệ thống:
•
Sử dụng hệ thống gọi thức ăn giúp cho khách hàng chủ động trong việc lựa
chọn món ăn và các yêu cầu khác cũng được nhanh chóng thực hiện. Điều này
mang lại tâm lý thoải mái, yên tâm và hài lòng cho khách hàng.
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
7
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
•
2012
Về phía nhà hàng, hệ thống này giúp xử lý tức thời các yêu cầu của khách
hàng, không để cho khách hàng phải chờ đợi quá lâu. Chỉ cần vài nhân viên
phục vụ cũng đủ đáp ứng nhanh chóng và chính xác yêu cầu của một lượng
lớn khách hàng.
1.2. MÔ TẢ HỆ THỐNG
Từ những ý tưởng ở trên em thấy rằng hệ thống cần thiết kế gồm 3 thiết bị:
•
Mỗi bàn ăn là một thiết bị dùng để lựa chọn thực đơn rồi truyền về (thiết bị
lựa chọn gọi là Slave), gồm có màn hình hiển thị LCD và nút nhấn lựa chọn.
•
Một thiết bị tiếp nhận sự lựa chọn từ mỗi bàn ăn (thiết bị tiếp nhận gọi là
Master), gồm có màn hình LCD và nút nhấn lựa chọn như Slave.
•
Một thiết bị quản lý hệ thống (thiết bị quản lý) sẽ là một máy vi tính để quản lý.
Hình 1-1: Sơ đồ khối của hệ thống
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
8
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
Mỗi thiết bị tuy đứng riêng rẽ nhưng chúng liên kết với nhau theo một chuẩn
truyền thông thống nhất. Chúng ta có thể thực hiện lệnh điều khiển và trao đổi thông tin
giữa các thiết bị bằng truyển thông không dây Zigbee nhưng do thời gian và điều kiện
chưa cho phép nên em xin thực nghiệm kết nối bằng chuẩn RS485.
Thiết kế hệ thống truyền tin kết nối các điểm mạng khác nhau (thử nghiệm
với tối thiểu 3 điểm) với hệ thống quản lý nhà hàng. Một điểm mạng là một thiết bị
chọn món (tối thiếu 10 món) có đặc tính sau:
•
Khách hàng có thể lựa chọn một trong nhiều món của Menu bằng các nút
bấm hoặc trên màn hình cảm ứng.
•
Tên món được khách hàng lựa chọn được gửi cho nhà hàng.
•
Nhân viên nhà hàng sau khi nhận được đơn đặt hàng phải khẳng định cho
khách hàng đã nhận được đơn và có khả năng phục vụ món hay không và thời
gian cần chờ đợi.
•
Thời gian chờ đợi được tính theo tần số gọi món hoặc khoảng cách giữa hai
lần gọi món của một bàn.
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
9
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG
Ngày nay, những ứng dụng của vi điều khiển, màn hình LCD, máy vi tính,…
đã đi sâu vào đời sống sinh hoạt và sản xuất của con người. Thực tế hiện nay hầu
hết các thiết bị điện dân dụng đều có sự góp mặt của vi điều khiển và vi xử lý. Ứng
dụng vi điều khiển trong thiết kế hệ thống làm giảm chi phí thiết kế và hạ giá
thành sản phẩm đồng thời nâng cao tính ổn định của thiết bị và hệ thống.
2.1. VI ĐIỀU KHIỂN AVR ATMEGA16
Vi điều khiển AVR ATmega16 do hãng Atmel (Hoa Kỳ) sản xuất được giới
thiệu lần đầu năm 1996. AVR có rất nhiều dòng khác nhau đây là loại vi điều khiển
mới rất mạnh có rất nhiều ưu điểm so với các vi điều khiển khác như 89C5x v.v…
Công ty Atmel là nhà xuất hàng đầu về vi mạch (IC) là một kiến trúc phổ biến
của các bộ vi xử lý hiện đại.
Kiến trúc RISC với hầu hết các lệnh có chiều dài cố định, truy nhập bộ nhớ
nạp - lưu trữ (Load-Store) và 32 thanh ghi đa năng.
Kiến trúc đường ống lệnh kiểu hai tầng (Two-Stage in struction pipeline) cho
phép làm tăng tốc độ thực thi lệnh.
Có chứa nhiều bộ phận ngoại vi ngay trên chíp bao gồm cổng I/O số, bộ
biến đổi ADC, bộ nhớ EEPROM, bộ định thời, UART, bộ định thời RTC, bộ điều
chế độ rộng xung (PWM) v.v. đặc điểm này được xem là nổi bật so với nhiều họ vi
điều khiển khác vì trong khi nhiều bộ vi xử lý khác phải tạo bộ truyền nhận UART
hoặc giao diện SPI bằng phần mền hay máy ảo thì trên vi điều khiển AVR
Atmega16 lại được thực hiện bằng phần cứng trên các vi điều khiển AVR
Atmega16 đã tích hợp sẵn.
2.1.1. Đặc điểm chung
-
Là một vi điều khiển 8-bit mạnh, chỉ tiêu chất lượng cao tiêu thụ năng lượng thấp.
-
Kiến trúc RISC (Reduce Instruction Set Computer) cao cấp.
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
10
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
-
Với 132 lệnh mạnh hầu hết các lệnh được thực thi trong một chu kỳ máy.
-
Có 32 thanh ghi 8-bit đa năng.
-
Tốc độ xử lý lên đến 16 triệu lệnh trong 1 giây (gấp 16 lần 89 C51x).
2012
I.1.1.1. Bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình không tự mất dữ liệu
-
16 Kb bộ nhớ dành cho việc lập trình chịu được 10 ngàn lập trình/ xoá.
-
512 byte EEPROM, chịu được 10 ngàn lần viết/ xoá.
-
1 Kb SRAM.
-
Chế độ bảo mật cho chương trình lập trình được.
-
Giao diện JTAG.
I.1.1.2. Có nhiều thiết bị ngoại vi được tích hợp sẵn
-
Hai Timer trên bộ đếm 8-bit, với chế độ chia tầng riêng biệt và chế độ so sánh.
-
Bộ đếm thời gian thực với chế độ dao động riêng biệt.
-
Một Timer trên bộ đếm 16-bit với chế độ chia tầng riêng biệt và chế độ so sánh.
-
Bốn kênh PWM.
-
ADC 8 kênh với độ phân giải 10-bit.
-
8 kênh biến đổi ADC đơn cực.
-
2 kênh biến đổi vi sai với độ khuyếch đại 1, 10 hay 200 lần.
-
Giao tiếp I2C.
-
Khối USART lập trình được.
-
Giao diện chủ/tớ SPI.
-
Bộ định thời Watchdog lập trình được với dao động riêng lẻ.
-
Bộ so sánh Analog trên Chip.
I.1.1.3. Những điểm đặc biệt
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
11
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
-
Tự Reset khi cấp nguồn.
-
Có bộ giao động RC bên trong chip.
-
Các nguồn ngắt trong và ngắt ngoài.
-
Có 6 chế độ nghỉ (Sleep): Dừng (Idle), tiết kiệm năng lượng (Power save), nguồn
giảm (Power Down), giảm nhiều khi biến đổi ADC chế độ chờ (Standby) và
chế độ chờ mở rộng.
I.1.1.4. Số lượng I/O và dạng đóng gói
-
Có 32 đường I/O lập trình được với các chức năng khác nhau.
-
40 chân kiểu đóng gói PDIP, 44 chân kiểu TQFP và 44 chân kiểu MLF.
I.1.1.5. Điện thế
-
Từ 2.7V đến 5.5V cho ATmega 16L.
-
Từ 4.5V đến 5.5V cho ATmega 16.
I.1.1.6. Tần số
-
Từ 0 đến 8 MHz cho ATmega 16L.
-
Từ 0 đến 16 MHz cho ATmega 16.
I.1.1.7. Năng lượng tiêu thụ ở chế độ 1MHz, 3Volt, 25ºC đối với ATmega16L
-
Chế độ làm việc: 1.1 mA.
-
Chế độ dừng (Idle): 0.35mA.
-
Chế độ giảm nguồn < 1µA.
2.1.2. Nguyên lý làm việc
II.1.2.1.Mô tả các chân
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
12
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
Hình 2-1: Sơ đồ các chân của ATmega16
•
VCC: Chân cấp nguồn V+
•
GND: Chân cấp nguồn V-
•
PortA (PA0...PA7):
PortA có chức năng là các đầu vào của bộ biến đổi A/D. PortA cũng có
chức năng như là một cổng xuất nhập 8-bit, hai hướng. Nếu chức năng biến đổi A/D
không được sử dụng thì các chân của PortA có thể có khả năng cung cấp các điện
trở kéo lên bên trong (có khả năng lựa chọn cho từng bit). Khi PortA được sử dụng
chức năng là các cổng xuất, các bộ đệm xuất nhập của nó có một tính năng đối
xứng là có khả năng hút hoặc cấp nguồn cao. Khi PortA được sử dụng như những
chân (Input), chúng sẽ có khả năng hút dòng rất mạnh nếu những điện trở kéo
xuống bên trong được kích hoạt. Các chân của PortA sẽ ở trạng thái Tri-Stated khi
chế độ Reset được kích hoạt, thậm chí nếu xung đồng hồ bị ngưng.
•
PortB (PB0...PB7):
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
13
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
PortB có chức năng như là một cổng xuất nhập 8-bit, hai hướng. PortB có thể
có khả năng cung cấp các điện trở kéo lên bên trong (có khả năng lựa chọn cho
từng bit). Khi PortB được sử dụng chức năng là các cổng xuất, các bộ đệm xuất
nhập của nó có một tính năng đối xứng là có khả năng hút hoặc cấp nguồn cao.
Khi PortB được sử dụng như những chân (Input), chúng sẽ có khả năng hút dòng
rất mạnh, nếu những điện trở kéo xuống bên trong được kích hoạt. Các chân của
PortB sẽ ở trạng thái Tri- Stated khi chế độ Reset được kích hoạt, thậm chí nếu xung
đồng hồ bị ngưng. Ngoài ra PortB cũng có chức năng đặc biệt khác.
•
PortC (PC0...PC7):
PortC có chức năng như là một cổng xuất nhập 8-bit, hai hướng. PortC có thể
có khả năng cung cấp các điện trở kéo lên bên trong (có khả năng lựa chọn cho
từng bit). Khi PortC được sử dụng chức năng là các cổng xuất, các bộ đệm xuất
nhập của nó có một tính năng đối xứng là có khả năng hút hoặc cấp nguồn cao.
Khi PortC được xử dụng như những chân (Input), chúng sẽ có khả năng hút dòng
rất mạnh, nếu những điện trở kéo xuống bên trong được kích hoạt. Các chân của
PortC sẽ ở trạng thái Tri- Stated khi chế độ reset được kích hoạt, thậm chí nếu xung
đồng hồ bị ngưng.
Nếu giao diện JTAG được cho phép, các điện trở kéo lên trên các
chân PC5(TDI), PC3(TMS), PC2(TCK), sẽ được kích hoạt thập chí nếu có reset
xảy ra. Ngoài hai chức năng là xuất nhập và giao diện JTAG thì PortC còn có các
chức năng đặc biệt khác.
•
PortD (PD7...PD0):
Cũng như PortA, PortB, PortC, PortD cũng có chức năng xuất nhập tương
tự như các Port khác, ngoài ra PortD cũng có chức năng là một giao diện nối
tiếp USART, và chân vào của các ngắt ngoài.
•
Reset:
Khi một mức điện áp thấp được đặc vào được đặt vào chân này kéo dài hơn
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
14
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
một thời gian tối thiểu thì trái thái Reset sẽ được kích hoạt, thậm chí nếu xung đồng
hồ bị ngưng, xung có thời gian ngắn hơn thời gian tối thiểu không được đảm bảo
sẽ phát sinh ra Reset.
•
XTal1: Lối vào của bộ khuyếch đại dao động đảo và là lối vào của xung
đồng hồ để vi điều khiển hoạt động.
•
Xtal2: Lối ra từ bộ khuyếch đại đảo.
•
AVCC: Là nơi cung cấp nguồn cho bộ biến đổi A/D bên trong vi điều khiển,
mặc dù nếu ta không sử dụng chế độ biến đổi A/D thì ta cũng nên mắc chân
này lên VCC.
•
AREF: Là chân Vref của bộ biến đổi ADC.
II.1.2.2.Giao diện nối tiếp USART
Bộ truyền nhận nối tiếp USART (Universal Synchronous And Asynchonous
Serial Receiver And Transmitter) là một bộ truyền nhận nối tiếp linh động cao
được tích hợp sẵn trong vi điều khiển. Có các chức năng chính sau:
-
Chế độ truyền phát song công hoàn chỉnh (các thanh ghi truyền nhận là
những thanh ghi độc lập với nhau).
-
Chế độ truyền nhận đồng bộ và không đồng bộ.
-
Chế độ hoạt động đồng bộ với các thiết bị chủ tớ.
-
Độ phân giải cao về các tốc độ Baud.
-
Hỗ trợ kích thước các khung truyền là: 5, 6, 7, 8 hoặc 9 bit dữ liệu và một
hay 2 bit Stop.
-
Tự động phát bit kiểm tra chẵn lẻ và tự kiểm tra chẵn lẻ.
-
Tự động dò khi dữ liệu bị tràn.
-
Tự động dò lỗi khung truyền.
-
Chế độ lọc nhiễu gồm lỗi bit Start và bộ lọc thông thấp số.
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
15
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
-
2012
Hỗ trợ ba ngắt riêng biệt: TX (ngắt khi truyền xong), RX (ngắt khi thu
xong), ngắt khi thanh ghi truyền rỗng.
-
Hỗ trợ chế độ thông tin đa vi điều khiển.
-
Hỗ trợ tốc độ truyền gấp đôi ở chế độ truyền bất đồng bộ. Sơ đồ khối của bộ
USART như sau:
Hình 2-2: Sơ đồ khối của bộ USART
II.1.2.3.Tốc độ Baud
Tốc độ baud phụ thuộc vào tần số thạch anh chuẩn mắc vào vi điều khiển ta
có thể sử dụng những giá trị chuẩn để gán giá trị cho thạch anh phù hợp với tốc độ
baud.
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
16
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
Hình 2-3: Sơ đồ khối cách phát tốc độ Baud
•
Txclk: Xung clock phát (tín hiệu bên trong).
•
Rxclk: Xung clock thu (tín hiệu bên trong).
•
Fosc: Tần số dao động của hệ thống.
-
Cách thông dụng nhất để đặt tốc độ baud là cài đặt các giá trị tương ứng với
tốc độ baud mà ta mong muốn vào thanh ghi tốc độ baud UBRR. Bảng giá
trị tương ứng với tốc độ baud mà ta muốn đặt trong trường hợp sử dụng
một số thạch anh thông dụng.
II.1.2.4.Bộ biến đổi A/D
Vi điều khiển ATmega16 có một bộ biến đổi ADC tích hợp trong chip với
các đặc điểm:
•
Độ phân giải 10bit.
•
Sai số tuyến tính: 0.5LSB.
•
Độ chính xác +/-2LSB.
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
17
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
•
Thời gian chuyển đổi: 65-260s.
•
8 kênh đầu vào có thể lựa chọn được.
•
Có hai chế độ chuyển đổi free running và single conversion.
•
Có nguồn báo ngắt khi hoàn thành chuyển đổi.
•
Loại bỏ nhiễu trong chế độ ngủ.
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
18
2012
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
Hình 2-4: Sơ đồ bộ biến đổi A/D
Tám đầu vào của ADC là tám chân của PORTA và chúng được chọn thông
qua một MUX. Để điều khiển hoạt động vào ra dữ liệu của ADC và CPU chúng ta
có 3 thanh ghi: ADMUX là thanh ghi điều khiển lựa chọn kênh đầu vào cho ADC,
ADCSRA là thanh ghi điều khiển và thanh ghi trạng thái của ADC, ADCH và
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
19
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
ADCL là 2 thanh ghi dữ liệu.
2.2.
MÀN HÌNH HIỂN THỊ LCD TG240128A-04
Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng rất
nhiều trong các ứng dụng của vi điều khiển. Modul LCD được kết nối với vi
điều khiển thông qua các port xuất nhập, cũng có thể kết nối trực tiếp với bus dữ
liệu kết hợp với mạch giải mã địa chỉ. Kiểu modul LCD được sử dụng ở đây là
TG240128A-04 của TINSHARP được thiết kế trên cơ sở vi điều khiển T6963C
(TOSHIBA). Sau đây là những mô tả chính về LCD:
2.2.1. Đặc điểm chung
Hình 2-5: Đặc điểm của LCD TG240128A-04
2.2.2. Sơ đồ khối
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
20
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
Hình 2-6: Sơ đồ khối của LCD TG240128A-04
2.2.3. Chức năng các chân điều khiển
Modul LCD có các chân được bố trí thành một hàng ngang trên một bo
mạch, được dùng để kết nối với vi điều khiển có tất cả 21 chân được đánh số thứ
tự. Chức năng của các chân này được mô tả trong bảng dưới đây:
Số thứ tự
Ký Hiệu
Chân
Chân
1
FGND
0V
Nối đất vỏ
2
VSS
0V
Đất
3
VDD
+5.0V
Nguồn cho LCD
4
V0
--
Điện áp input cho LCD
5
/WR
H/L
Ghi (từ AVR vào LCD)
6
/RD
H/L
Đọc (từ LCD vào AVR)
7
/CS(CE)
H/L
Chọn chíp (tích cực mức thấp)
Mức
Mô tả
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
21
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
C/D=H: D0 đến D7: lệnh
8
C/D
H/L
9
/RST
H/L
Rest chip ( tích cực mức thấp)
10
DB0
11
DB1
12
DB2
13
DB3
14
DB4
H/L
Đường dữ liệu
15
DB5
16
DB6
17
DB7
18
FS
H/L
Lựa chọn font. FS=L:8*8. FS=H:6*8
19
VEE
--
Chỉnh độ tương phản
20
LED+
+5.0V
Nguồn cho đèn nền
21
LED-
0V
Đất cho đèn nền
Bảng 2-1: Chức năng các chân của LCD TG240128A-04
2.3. CHUẨN TRUYỀN THÔNG ZigBee/IEEE 802.15.4
Viết tắt
Viết đầy đủ
CAP
Contention-Access Period
CCA
Clear Cannel Assessment
CFP
Contention-Free Period
CID
Cluster Identifier
CLH
Cluster Head
CSMA-CA
Carrier Sense Multiple Access-Collision Avoidance
ED
Energy Detection
FFD
Full-Function Device
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
22
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
GTS
Guaranteed Time Slots
IEEE
Institute of Electrical and Electronics Engineers
LCD
Liquid Crystal Display
LQI
Link Quality Indicator
LR-WPAN
MAC
MC
MLMESAP
MPDU
PAN
PAN ID
PC
PHY
Low-Rate Wireless Personal Area Networks
Media Access Control
Microcontroller
MAC sub Layer Management Entity Service Access
Point
MAC Protocol Data Unit
Personal Area Network
Personal Area Network Identifier
Personal Computer
Physical
PLME
Physical Layer Management
PPDU
PHY Protocol Data Unit
RFD
2012
Reduced-Function Device
2.3.1. Đặc điểm
Đặc điểm của công nghệ ZigBee là tốc độ truyền tin thấp, tiêu hao ít năng
lượng, chi phí thấp, và là giao thức mạng không dây hướng tới các ứng dụng điều
khiển từ xa và tự động hóa. Các thiết bị không dây sử dụng công nghệ ZigBee có
thể dễ dàng truyền tin trong khoảng cách 10-75m tùy thuộc và môi trường truyền và
mức công suất phát được yêu cầu với mỗi ứng dụng, Tốc độ dữ liệu là 250kbps ở
dải tần 2.4GHz (toàn cầu), 40kbps ở dải tần 915MHz (Mỹ+Nhật) và 20kbps ở dải
tần 868MHz (Châu Âu).
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
23
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
Hiện nay thì IEEE 802.15.4 tập trung vào các chi tiết kỹ thuật của tầng vật lý
PHY và tầng điều khiển truy cập MAC ứng với mỗi loại mạng khác nhau (mạng
hình sao, mạng hình cây, mạng mắt lưới). Các phương pháp định tuyến được thiết
kế sao cho năng lượng được bảo toàn và độ trễ trong truyền tin là ở mức thấp nhất
có thể bằng cách dùng các khe thời gian bảo đảm (GTSs_guaranteed time slots).
Tính năng nổi bật chỉ có ở tầng mạng Zigbee là giảm thiểu được sự hỏng hóc dẫn
đến gián đoạn kết nối tại một nút mạng trong mạng mesh. Nhiệm vụ đặc trưng của
tầng PHY gồm có phát hiện chất lượng của đường truyền (LQI) và năng lượng
truyền (ED), đánh giá kênh truyền (CCA), giúp nâng cao khả năng chung sống với
các loại mạng không dây khác.
2.3.2. Thành phần Mạng ZigBee/ IEEE 802.15.4 LR-WPAN
Đặc điểm chính của chuẩn này là tính mềm dẻo, tiêu hao ít năng lượng, chi phí
nhỏ, và tốc độ truyền dữ liệu thấp trong khoảng không gian nhỏ, thuận tiện khi áp
dụng trong các khu vực như nhà riêng, văn phòng....
2.3.2.1. Thành phần của mạng LR-WPAN
Một hệ thống ZigBee/IEEE802.15.4 gồm nhiều phần tạo nên. Phần cơ bản
nhất tạo nên một mạng là thiết bị có tên là FFD (full-function device), thiết bị này
đảm nhận tất cả các chức năng trong mạng và hoạt động như một bộ điều phối
mạng PAN, ngoài ra còn có một số thiết bị đảm nhận một số chức năng hạn chế có
tên là RFD (reduced-function device). Một mạng tối thiểu phải có 1 thiết bị FFD,
thiết bị này hoạt động như một bộ điều phối mạng PAN.
FFD có thể hoạt động trong ba trạng thái: là điều phối viên của toàn mạng
PAN (personal area network), hay là điều phối viên của một mạng con, hoặc đơn
giản chỉ là một thành viên trong mạng. RFD được dùng cho các ứng dụng đơn giản,
không yêu cầu gửi lựợng lớn dữ liệu. Một FFD có thể làm việc với nhiều RFD hay
nhiều FFD, trong khi một RFD chỉ có thể làm việc với một FFD.
2.3.2.2. Kiến trúc liên kết mạng
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
24
Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
2012
Hiện nay Zigbee và tổ chức chuẩn IEEE đã đưa ra một số cấu trúc liên kết
mạng cho công nghệ Zigbee. Các node mạng trong một mạng Zigbee có thể
liên kết với nhau theo cấu trúc mạng hình sao (Star) cấu trúc mạng hình lưới (Mesh)
cấu trúc bó cụm hình cây. Sự đa dạng về cấu trúc mạng này cho phép công nghệ
Zigbee được ứng dụng một cách rộng rãi. Hình 2-7 cho ta thấy ba loại mạng mà
ZigBee cung cấp: tô pô sao, tô pô mắt lưới, tô pô cây.
Hình 2-7: Cấu trúc liên kết mạng
2.3.2.3. Cấu trúc liên kết mạng hình sao (Star)
Hình 2-8: Cấu trúc mạng hình sao (Star)
Đối với loại mạng này, một kết nối được thành lập bởi các thiết bị với một
thiết bị điều khiển trung tâm điều khiển được gọi là bộ điều phối mạng PAN. Sau
khi FFD được kích hoạt lần đầu tiên nó có thể tạo nên một mạng độc lập và trở
thành một bộđiều phối mạng PAN. Mỗi mạng hình sao đều phải có một chỉ số nhận
HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
25
