Đồ án báo trộm hồng ngoại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
CHUYÊN ĐỀ ĐIỆN TỬ TIÊN TIẾN

ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG BOARD CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ
NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG

GVHD: TS. Nguyễn Chí Hùng

Sinh viên thực hiện:
1. Hồ Thành Đạt

MSSV: 3113510008.

Thành phố Hồ Chí Minh, 12/2017
1


NỘI DUNG ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIAO THỨC TRUYỀN
THÔNG KHÔNG DÂY

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIAO THỨC ZIGBEE

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ
DỤNG CC2530

KẾT LUẬN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIAO
THỨC TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY
1.1 PAN ( Personal Area Network)
PAN là một mạng sử dụng cho việc kết nối giữa các thiết bị cá nhân gồm điện thoại và các thiết bị số cá nhân khác. Phạm vi truyền thông của PAN chỉ
vài mét. PAN có thể kết nối các thiết bị với nhau hoặc với mạng Internet.
1.2 LAN (Local Area Network)
Mạng LAN không dây là mạng kết nối hai hay nhiều thiết bị truyền thông với nhau mà không cần dây nối. Nó sử dụng sóng Radio để đạt được chức
năng tương tự như mạng LAN nối dây. LAN cho phép người dùng di chuyển trong phạm vi hẹp (nhà ở, phòng làm việc, trường học…) mà vẫn kết nối
được với mạng.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIAO
THỨC TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY
1.3 MAN (Metropolitan Area Network)
Mạng MAN không dây là tên được đặt bởi IEEE 802.16 – nhóm làm việc chuẩn không dây băng tần rộng (được biết đến trong thương mại là
WIMAX). Phạm vi phủ sóng của WIMAX có thể lên đến 16 km.
1.4 WAN (Wide Area Network)
WAN là mạng máy tính phủ sóng một vùng địa lý rộng, thường chỉ hoạt động trong một khuôn viên giới hạn. Ví dụ điển hình nhất của WAN chính là
mạng Internet. WAN là mạng kín được xây dựng cho các tổ chức đặc biệt.WAN cũng là tên gọi cho các mạng truyền thông dữ liệu di động như GSM,
GPRS và 3G.


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIAO THỨC ZIGBEE

2.1 GIỚI THIỆU



Zigbee là một giao thức truyền thông bậc cao được phát triển dựa trên chuẩn truyền thông không dây IEEE 802.15.4, sử dụng tín hiệu Radio cho
các mạng cá nhân PAN.



Tên gọi Zigbee lấy cảm hứng từ điệu nhảy Zig-Zag của ong mật, điệu nhảy này được loài ong sử dụng để trao đổi thông tin với nhau về vị trí của
hoa và nguồn nước.


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIAO THỨC ZIGBEE

2.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ ZIGBEE

-

Tốc độ truyền tin thấp.

-

Ít tiêu hao năng lượng.

-

Chi phí thấp.

-

Hướng tới các ứng dụng điều khiển từ xa và tự động hóa.

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIAO THỨC ZIGBEE

2.3 CHUẨN TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY IEEE 802.15.4



IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) là một tổ chức phi lợi nhuận nhằm mục đích nghiên cứu phát triển các công nghệ liên
quan đến thiết bị điện và điện tử.



IEEE 802.15.4 quy định truyền thông trên sóng radio trong phạm vi 10m – 100m và hoạt động ở ba dải tần chính:





Dải 868 – 868.8 MHz (Châu Âu): tốc độ truyền là 20kb/s.
Dải 902 – 928 MHz (Mỹ, Canada, Úc): tốc độ truyền là 40kb/s
Dải 2.4 – 2.4835 GHz( hầu hết các nước trên thế giới): tốc độ truyền 250kb/s.


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIAO THỨC ZIGBEE

2.4 CẤU TRÚC CỦA GIAO THỨC ZIGBEE
Zigbee có một kiến trúc ngăn xếp nhiều tầng, trong đó tầng vật lý và tầng MAC được định nghĩa giống chuẩn IEEE 802.15.4. Sau đó Zigbee Alliance
đã định nghĩa thêm 4 thành phần chính: tầng mạng, tầng ứng dụng, đối tượng thiết bị Zigbee và các đối tượng người dùng.

Hình 1: Cấu
trúc giao thức

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIAO THỨC ZIGBEE

2.5 THÀNH PHẦN MẠNG ZIGBEE



ZC (Zigbee Coordinator): Đây là thiết bị gốc có khả năng quyết định kết cấu mạng, quy định cách đánh địa chỉ và lưu giữ bảng địa
chỉ. Mỗi mạng chỉ có duy nhất một Coordinator và nó cũng là thành phần duy nhất có thể truyền thông với các mạng khác.



ZR (Zigbee Router): Có các chức năng định tuyến trung gian truyền dữ liệu, phát hiện và lập bản đồ các nút xung quanh, theo dõi,
điều khiển, thu thập dữ liệu.



ZED (Zigbee End Devide): Các nút này chỉ truyền thông với Coordinator hoặc Router ở gần nó, chúng được coi như là điểm cuối
của mạng và có nhiệm vụ hoạt động/đọc thông tin từ các thành phần vật lý. Chúng chỉ được đánh thức khi cần nhận hoặc gửi một
thông điệp nào đó.


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIAO THỨC ZIGBEE

2.6 MÔ HÌNH MẠNG ZIGBEE
Mạng hình sao (Star Network)

Mạng hình lưới (Mesh Network)

Mạng hình cây (Cluster Tree Topology)


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIAO THỨC ZIGBEE

2.7 ZIGBEE VÀ CÁC GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG KHÁC


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIAO THỨC ZIGBEE

2.8 ỨNG DỤNG CỦA ZIGBEE








Năng lượng thông minh.
Zigbee điều khiển từ xa.
Zigbee nhà thông minh.
Zigbee chăm sóc sức khỏe.
Zigbee xây dựng tự động.
Zigbee dịch vụ viễn thông.


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG
CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG
3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG

Hình 2: Sơ đồ khối hệ thống giám sát nhiệt độ môi trường


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG
CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG

3.2 PHẦN CỨNG

Hình 3:Cảm biến nhiệt độ DHT11

Hình 4: Zigbee UART CC2530 V1


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG
CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG

Hình 5: Arduino Uno R3


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG
CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG

3.2.1 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DHT11

DHT11 có cấu tạo 4 chân: VCC, DATA, NC (no connection), GND. Sử dụng giao tiếp theo
chuẩn 1 dây.

Thông số kĩ thuật:
• Đo nhiệt độ: 0 - 50 độ C.

• Sai số nhiệt độ: +/- 2 độ C.
• Nguồn: 3 - 5VDC.


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG
CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG

3.2.1 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DHT11



Sơ đồ sơ đồ khối DHT11



Nguyên lí hoạt động:

•
•

Gửi tín hiệu muốn đo (START) đến DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại
Khi đã giao tiếp được với DHT11, cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt độ đo được


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG
CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG

3.2.2 Zigbee UART CC2530

 Zigbee UART CC2530 V1 sử dụng IC CC2530 có 4 chân ra: VCC, TX, RX, GND mạch được lập

trình sẵn Firmwave để có thể dễ dàng sử dụng , dễ kết nối với vi điều khiển hoặc máy tính thông
qua giao tiếp UART.

 Đặc điểm: Chuẩn sóng Zigbee ổn định, khoảng cách truyền nhận xa, có khả năng cấu tạo thành
mạng không dây với nhiều nút.


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG
CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG

3.2.2 Zigbee UART CC2530



Thông số kĩ thuật:

•
•
•
•
•
•



Điện áp sử dụng: 3-5.5VDC.
Dòng tiêu thụ < 30mA.
Chuẩn truyền sóng: 2.4 GHz.
Tốc độ: 3300bps.
Khoảng cách lý tưởng: 250m.

Giao thức kết nối: UART TTL.

Kha năng giao têp va xư ly cua module CC2530 la rât cao. Trong m ôt h ê thông chi cân dung m ôt module CC2530 la co thê đam nhi êm đươc
cac nhiêm vu vê xư ly tn hiêu va ca nhiêm vu truyên nh ân dư li êu tư cac module CC2530 khac.


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG
CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG

3.2.3 Arduino Uno R3
Arduino la một nên tang mã nguồn mở đươc sư dung đê xây dựng cac ứng dung điện tư. Arduino gồm co board mạch co thê lập trình đươc
( thường gọi la vi điêu khiên ) va cac phân mêm hỗ trơ phat triên tch hơp IDE (Integrated Development Environment) dung đê soạn thao, biên dịch
code va nạp chương cho board.


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG
CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG

3.2.3 Arduino Uno R3



Thông số kĩ thuật:

•
•
•
•
•
•

Chip điều khiển chính: Atmega328
Chip nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2
Nguồn: 5VDC
Số chân Digital: 14
Số chân Analog: 6
Dòng ra tối đa trên chân cấp nguồn 3.3VDC: 150mA


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ THU/PHÁT ZIGBEE SỬ DỤNG
CC2530 ĐỂ TRUYỀN THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG
3.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Cam Biên nhiêt đô va đ ô âm DHT11 se gưi dư liêu nhi êt đ ô vê Arduino Uno. Sau đo Arduino se xư ly dư li êu va gưi dư li êu đã đươc xư ly cho
module Zigbee CC2530 thông qua giao têp UART. Tư đây Module se truyên thông tn dư li êu vê nhi êt đ ô tơi thông qua giao thức Zigbee. Module
Zigbee ở node chu se nhân thông tn va gưi vê may tnh thông qua giao têp UART.


KẾT LUẬN

•

Hệ thông ZigBee đươc tôi ưu hoa đê chắc chắn rằng sự têu thu năng lương rât thâp. Chi co cac nút co điêu khiên cam biên trung
tâm co sư dung nguồn điện còn lại cac nút khac hâu như không cân năng lương (co thê vận hanh ở chê độ sleep mode). Điêu nay
giúp cho pin dung trong cac thiêt bị sư dung công nghệ ZigBee co tuổi thọ rât cao tnh đên hang năm ma không cân thay thê.

•

Mặc du ngay cang co nhiêu sự lựa chon cho mạng không dây, nhưng ZigBee vẫn la sự lựa chọn cua cac nha san xuât thiêt bị hang
đâu bởi tnh ứng dung trong điêu khiên tư xa, cam biên va cac hệ thông thi hanh (Rờ le, van đong mở…), bởi tnh ổn định cao, bao
mật, kha năng mở rộng, gia thanh rẻ, têu thu điện năng thâp, hệ thông mở cho nhiêu nha san xuât, va ngay cang đươc cai tên tôt

hơn.