xây dựng các bài thí nghiệm viễn thông trực tuyến trên bộ emona datex

Nhận thấy sự cần thiết và lợi ích to lớn của việc đào tạo từ xa chuyên ngành viễn thông, tôi chọn đề tài “Thiết kế phòng thí nghiệm viễn thông trực tuyến sử dụng board Emona DATEx” để cả

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

- -

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

XÂY DỰNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM

VIỄN THÔNG TRỰC TUYẾN

TRÊN BỘ EMONA DATEx

Cần Thơ 5/2015

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

- -

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

XÂY DỰNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM

VIỄN THÔNG TRỰC TUYẾN

TRÊN BỘ EMONA DATEx

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN



Trang 4

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN



Trang 5

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN



Trang 6

LỜI CAM ĐOAN

Đào tạo từ xa qua Internet không còn quá xa lạ đối với sinh viên nói chung, nhưng đào tạo từ xa chuyên ngành Điện tử - Viễn thông mang lại một phương pháp học tập, nghiên cứu hoàn toàn mới, giúp sinh viên chuyên ngành viễn thông

dễ dàng tiếp cận, nắm bắt kiến thức, nâng cao hiệu quả học tập, nghiên cứu

Nhận thấy sự cần thiết và lợi ích to lớn của việc đào tạo từ xa chuyên ngành

viễn thông, tôi chọn đề tài “Thiết kế phòng thí nghiệm viễn thông trực tuyến sử dụng board Emona DATEx” để cải thiện và nâng cấp thành đề tài “Xây dựng các bài thí nghiệm viễn thông trực tuyến trên bộ Emona DATEx” với mong

muốn đáp ứng nhu cầu học tập ngày càng cao của sinh viên

Trong quá trình thực hiện đề tài, có thể còn nhiều thiếu sót do chưa có nhiều kinh nghiệm nhưng những nội dung trình bày trong quyển báo cáo này là những hiểu biết và thành quả của tôi đạt được dưới sự hướng dẫn của thầy Lương Vinh Quốc Danh

Tôi xin cam đoan rằng: những nội dung trình bày trong quyển báo cáo luận văn tốt nghiệp này không phải là bản sao chép từ bất kỳ công trình đã có trước nào Nếu không đúng sự thật, chúng tôi xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường

Cần Thơ, ngày 15 tháng 05 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thuận Thành

Trang 7

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy Lương Vinh Quốc Danh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp “Xây dựng các bài thí nghiệm viễn thông trực tuyến trên bộ Emona DATEx”

Bên cạnh đó, tôi cũng xin chân thành cảm ơn đến thầy Nguyễn Tăng Khả Duy đã nhiệt tình hướng dẫn, đóng góp ý kiến giải quyết các vấn đề khó khăn

trong thời gian thực hiện đề tài

Cảm ơn sự hỗ trợ nhiệt tình của bạn Nguyễn Trọng Nghĩa học ngành Điện

tử - Viễn thông K37 và anh Phan Thanh Hoàng khoa công nghệ thông tin

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn và tri ân đến gia đình đã ủng hộ, giúp đỡ tôi về vật chất và tin thần Xin cảm gửi lời cảm ơn đến tất cả các bạn bè đã ủng hộ, động viên tôi hoàn thành tốt đề tài

Trang 8

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1

1.3 PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI 1

1.4 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN PHÒNG THÍ NGHIỆM VIỄN THÔNG TRỰC TUYẾN 3

2.1 PHÒNG THÍ NGHIỆM VIỄN THÔNG Ở CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÊN THẾ GIỚI 3

2.2 CÁC CÔNG CỤ XÂY DỰNG PHÒNG THÍ NGHIỆM VIỄN THÔNG 5

2.2.1 Phần cứng 5

2.2.2 Phần mềm 13

CHƯƠNG 3 CÁC CẢI TIẾN CỦA PHÒNG THÍ NGHIỆM VIỄN THÔNG DLAB 16

3.1 PHÒNG THÍ NGHIỆM VIỄN THÔNG ILAB ĐÃ XÂY DỰNG 16

3.1.2 Phần mềm 20

3.1.3 Giao diện Web 21

3.1.4 Các ưu điểm và nhược điểm của ILab 22

3.2 CÁC CẢI TIẾN CỦA DLAB SO VỚI ILAB 22

Trang 9

4.1.1 VI server 35

4.1.2 Web server 37

4.1.3 Điều khiển LabVIEW VIs 40

4.1.4 Thiết lập mạng riêng ảo 45

4.1.5 Giao tiếp giữa LabVIEW và board Arduino 47

4.2 KẾT NỐI VÀO LAB SERVER 47

4.2.1 Các lỗi thường gặp và cách xử lý 48

CHƯƠNG 5 CÁC BÀI THỰC HÀNH 50

5.1 GIỚI THIỆU BOARD NI ELVIS II VÀ CÁC THIẾT BỊ ĐO ẢO 50

5.1.1 Mục tiêu 50

5.1.2 Cơ sở lý thuyết 50

5.1.3 Chuẩn bị ở phòng thí nghiệm 50

5.1.4 Phần thực hành cho sinh viên 52

5.2 CÁC MODULE TRÊN BOARD DATEx 56

5.2.1 Mục tiêu 56

5.3 GIỚI THIỆU SOFT FRONT-PANEL CONTROL 60

5.3.1 Mục tiêu 60

5.4 SỬ DỤNG EMONA DATEx ĐỂ THỰC HIỆN BIỂU THỨC 65

5.4.1 Mục tiêu 65

5.5 LẤY MẪU VÀ KHÔI PHỤC TÍN HIỆU 69

5.5.1 Mục tiêu 69

Trang 10

5.7 GIẢI MÃ PCM 86

5.7.1 Mục tiêu 86

5.8 GIỚI HẠN BĂNG THÔNG VÀ KHÔI PHỤC TÍN HIỆU SỐ 91

5.8.1 Mục tiêu 91

5.9 GIỚI HẠN BĂNG THÔNG VÀ KHÔI PHỤC TÍN HIỆU SỐ 96

5.9.1 Mục tiêu 96

5.10 GIẢI ĐỒ MẮT EYE DIAGRAMS 101

5.10.1 Mục tiêu 101

5.11 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ DIRECT SEQUENCE SPEARD SPECTRUM 105

5.11.1 Mục tiêu 105

Trang 11

KẾT QUẢ VÀ ĐỀ NGHỊ 117

PHỤ LỤC 118

TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

NGUỒN HÌNH 124

Trang 12

KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

Workbench

Instrumentation Suite

Trang 13

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Mô hình của iLab Shared Architecture 3

Hình 2.2: Ông Olusoji O.Iiori, giảng viên của trường OAU, đang chuẩn bị một tiết học dùng LabVIEW và NI ELVIS 4

Hình 2.3: Cấu trúc mô hình DLab 5

Hình 2.4: Board Emona DATEx 6

Hình 2.5: Sơ đồ khối 7

Hình 2.6: Các module trên board NI ELVIS 7

Hình 2.7: Front Panel Socket (SFP) 8

Hình 2.8: Một module trên NI ELVIS II 9

Hình 2.9: Nên dùng tay tiếp xúc với Emona DATEx 10

Hình 2.10: Chắc chắn rằng nguồn đã được tắt 10

Hình 2.11: Đặt Emona DATEx vào NI ELVIS 10

Hình 2.12: Mở nguồn của NI ELVIS 11

Hình 2.13: Arduino uno 12

Hình 2.14: Mạch điều khiển role 13

Hình 2.15: VPN điểm-nối-điểm 14

Hình 3.1: Arduino Mega 2560 16

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý của một phần tử trong mạch ma trận 17

Hình 3.3: Sơ đồ một hàng trong mạch ma trận 18

Hình 3.4: Sơ đồ điều khiển một hàng của mạch ma trận trong LabVIEW 19

Hình 3.5: LabVIEW 2010 20

Hình 3.6: Form đăng kí thực hành 21

Hình 3.7: Giao diện Oscilloscope chạy trên web của iLab 22

Hình 3.8: Sơ đồ mỗi phần tử role của DLab 23

Hình 3.9: Giao diện điều khiển role bằng LabVIEW 24

Hình 3.10: Sơ đồ một hàng của mạch role lập trình bằng LabVIEW 25

Hình 3.11: Mạch role của ILab khi kết nối với board Arduino Mega 2560 26

Hình 3.12: Mạch role của DLab khi kết nối với Arduino Uno 26

Hình 3.13: Giao diện NI ELVISmx Instrucment Launcher 27

Hình 3.14: LabVIEW 2012 Service Pack 1 28

Hình 3.15: Giao diện của phần mềm Emona DATEx SFP 29

Hình 3.16: Sơ đồ cấu trúc website của DLab 30

Hình 3.17: Đăng kí tài khoản 31

Hình 3.18: Đăng kí lớp thực hành 32

Hình 3.19: Xem thông tin lớp thực hành 32

Hình 3.20: Quản lý phòng thí nghiệm 33

Hình 4.1: Thiết lập VI Server 35

Hình 4.2: Tùy chỉnh Web Server 38

Hình 4.3: Web Publishing Tool 41

Trang 14

Hình 4.9: Tạo server VPN cho DLab 46

Hình 4.10: Đăng nhập vào server VPN của DLab 47

Hình 4.11: Xem thông tin thực hành 47

Hình 4.12: Link bài thực hành 48

Hình 5.1: NI ELVIS II và các thiết bị đo 50

Hình 5.2: Mạch thực hành NI ELVIS II Digital Multimeter 51

Hình 5.3: Mạch thực hành NI ELVIS II Varible Power Supplies 51

Hình 5.4: Mạch thực hành NI ELVIS II Oscilloscope 52

Hình 5.5: Giao diện NI ELVIS II Digital Multimeter 53

Hình 5.6: Giao diện Varible Power Supplies 53

Hình 5.7: Giao diện của NI ELVIS II Function Generator 55

Hình 5.8: Mạch thực hành module Master Signals 56

Hình 5.9: Mạch thực hành module 57

Hình 5.10: Mạch thực hành module Adder 57

Hình 5.11: Sơ đồ khối mạch thực hành module Amplifier 58

Hình 5.12: Sơ đồ khối mạch thực hành module Adder 59

Hình 5.13: Front panel 60

Hình 5.14: Mạch thực hành NI ELVIS II Variable Power Supplies và Function Generator 61

Hình 5.15: Mạch thực hành Emona DATEx 62

Hình 5.16: Set voltage cho VPS 63

Hình 5.17: Oscilloscope và Function Generator 63

Hình 5.18: Emona DATEx 64

Hình 5.19: Mạch thực hành cộng 2 tín hiệu cùng biên độ 65

Hình 5.20: Mạch thực hành cộng 2 tín hiệu biên độ dịch pha 66

Hình 5.21: Sơ đồ khối mạch thực hành cộng 2 tín hiệu cùng biên độ 66

Hình 5.22: Sơ đồ khối mạch thực hành cộng 2 tín hiệu dịch pha 67

Hình 5.23: Sự lấy mẫu tín hiệu 69

Hình 5.24: Mạch thực hành lấy mẫu tín hiệu tin tức 70

Hình 5.25: Mạch thực hành khôi phục tín hiệu 71

Hình 5.26: Mạch thực hành aliasing 71

Hình 5.27: Sơ đồ khối mạch lấy mẫu tín hiệu tin tức 72

Hình 5.28: Sơ đồ khối mạch lấy mẫu 73

Hình 5.29: NI ELVIS II Dynamic Signal Analyzer 75

Hình 5.30: Con trỏ trên màn hình hiển thị của Dynamic Signal Analyzer 76

Trang 15

Hình 5.42: Mạch thực hành giải mã dữ liệu PCM 87

Hình 5.43: Sơ đồ khối mạch thực hành mã hóa PCM 87

Hình 5.44: Nối FUNC OUT vào input của PCM Encoder 88

Hình 5.45: Kết quả mạch role 89

Hình 5.46: Mạch thực hành băng thông và PCM encoder 92

Hình 5.47: đưa tín hiệu PCM qua bộ lọc 92

Hình 5.48: Sơ đồ khối giới giạn băng thông và giãi mã PCM 92

Hình 5.49: Đưa tín hiệu PCM qua mạch lọc 94

Hình 5.51: Mạch thực hành ảnh hưởng của băng thông với tín hiệu số 97

Hình 5.52: Mạch thực hành khôi phục tín hiệu số 97

Hình 5.53: Đưa tín hiệu số qua mạch lọc 98

Hình 5.55: Sơ đồ khối mạch khôi phục tín hiệu số 100

Hình 5.56: Mạch thực hành giản đồ mắt 102

Hình 5.57: Sơ đồ khối mạch thực hành giản đồ mắt 102

Hình 5.58: Quan sát tín hiệu qua Channel 0 103

Hình 5.59: Mạch thực hành phát tín hiệu DSSS 105

Hình 5.60: Mạch thực hành quan sát tín hiệu trên miền tần số 106

Hình 5.61: Mạch thực hành giải điều chế DSSS 106

Hình 5.62: Sơ đồ khối mạch phát tín hiệu DSSS 107

Hình 5.63: Sơ đồ khối quan sát tín hiệu DSSS trên miền tần số 109

Hình 5.65: Sơ đồ khối mạch giải điều chế DSSS 111

Hình 5.66: Mạch thực hành phát tín hiệu FSK 112

Hình 5.67: Sơ đồ khối mạch phát tín hiệu FSK 113

Hình 5.68: Sơ đồ khối mạch phát GFSK 115

Hình 6.1: Kí hiệu nối role trên hình vẽ 118

Hình 6.2: Cách mắc một điểm với nhiều điểm 119

Hình 6.3: Load wiring Diagram 120

Hình 6.4: Đăng nhập vào lab server 121

Hình 6.5: Màn hình điều khiển lab server qua Remote Desktop Connection 121

Hình 6.6: Camera từ lab server 122

Trang 16

DANH MỤC BẢNG

Bảng 5.1: Giá trị nhỏ nhất và lớn nhất của VPS 54Bảng 5.2: Kết quả đo tín hiệu bằng Oscilloscope 54Bảng 5.3: Điện thế ngõ ra theo tín hiệu của module Master Signal 58

Trang 17

TÓM TẮT

Phòng thí nghiệm viễn thông trực tuyến Dlab (Development Laboratory) là một phiên bản phát triển từ Ilab (Internet Laboratory) chỉ có thể hoạt động trong phạm vi mạng LAN, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên có thể thực hành mọi lúc mọi nơi qua mạng Internet, sinh viên thực hành có thể làm chủ được thời gian và địa điểm làm thực hành

mà không cần phải đến phòng thí nghiệm truyền thống, giải quyết khó khăn về thiếu hụt các thiết bị thực hành ở các trường đại học, Bằng việc kết hợp các board mạch EMONA DATEx ETT-202, NI ELVIS II và phần mềm lập trình đồ họa LabVIEW đã tạo nên phòng thí nghiệm viễn thông trực tuyến Dlab mang lại lợi ích rất nhiều cho sinh viên nghành Điện tử - Viễn thông, giảng viên và quan trọng hơn Dlab có thể dùng để chia sẽ tài nguyên về thiết bị thực hành với các sinh viên trường khác

Từ khóa: Phòng thí nghiệm viễn thông, internet lab, dlab, ilab…

ABSTRACT

Development Laboratory is a developing version form Internet Laboratory It can only act in LAN area with aim to give a condition for students who can practice everywhen and everywhere via internet Practicing students can own time and location of practicing, and they don't need to go to the traditional Lab To solve the difficult problem about inadequate practicing facilities at university by combining the boards EMONA DATEx ETT-202, NI ELVIS II and graphical software LabVIEW which was become Development Laboratory, it brings many benifits for Telematic students, instructors and the more importance the easier to share the sources to save into practicing facilities with students at another universities

Keywords: iLabs, LabVIEW, EMONA DATEx TM ETT-202, NI ELVIS II

Title: Designing Online Telecommunication Laboratory

Trang 18

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Đào tạo từ xa là một phương thức đạo tạo dựa trên cơ sở phát huy khả năng

tự học, tự nghiên cứu của người học dưới sự tổ chức, hướng dẫn của giảng viên Đào tạo từ xa tạo cơ hội học tập cho các sinh viên không có điều kiện đến trường

do xa nơi ở, hoặc các sinh viên trường khác có nhu cầu nâng cao kiến thức Nhưng, đối với việc đào tạo từ xa cho sinh viên ngành kỹ thuật hoàn toàn không

dễ Do sinh viên ngành kỹ thuật ngoài học tập qua lý thuyết thì sinh viên cần phải thực hành để hiểu rõ lý thuyết, nên việc đào tạo từ xa với các sinh viên ngành kỹ thuật là rất khó khăn nói chung và sinh viên ngành Điện tử - Viễn thông nói riêng Với nhu cầu nâng cao chất lượng đào tạo cũng như tạo điều kiện để các sinh viên kỹ thuật nói chung và sinh viên ngành Điện tử - Viễn thông nói riêng, các trường đại học đã tìm mua các board thực hành nhằm cung cấp thiết bị để sinh viên có thể thực hành và hiểu rõ hơn lý thuyết Nhưng, các thiết bị thực hành cho sinh viên ngành kỹ thuật lại rất đắt tiền nên đã tạo nên trở ngại cho nhà trường Đồng thời, các thiết bị được thao tác trực tiếp dễ gây hư hỏng nên việc sửa cũng gây nhiều khó khăn cho nhà trường

Đề giải quyết các vấn đề nêu trên một giải pháp đưa ra là xây dựng một hệ thống giúp sinh viên và nhà trường giải quyết những vấn đề khó khăn Với ưu điểm kinh phí đầu tư hiệu quả, khả năng chia sẽ phần cứng, kết nối từ xa, dễ sử dụng, quản lý DLab một phiên bản mới của ILab sẳn sàng giúp sinh viên và nhà trường giải quyết những vấn đề khó khăn

1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Để giải quyết vấn đề trên “phòng thí nghiệm viễn thông trực tuyến ILab” là một ý tưởng hoàn hảo của nhóm thực hiện thiết kế ILab (Nguyễn Anh Tuấn, Trần Thanh Tùng, Đỗ Quang Vinh) học ngành Điện tử - Viễn thông, khoa Công Nghệ trường đại học Cần Thơ, thực hiện năm 2012 Do đề tài trước là đề tài mới mẻ và chưa được thực hiện hay công bố ở nước ta, nên đề tài trước cũng có khá nhiều nhược điểm DLab là một phiên bản hoàn toàn mới dựa trên ILab sẽ hoàn thiện phòng thí nghiệm viễn thông trực tuyến giúp sinh viên và nhà trường giải quyết được các khó khăn nói trên

Trang 19

server cơ sở dữ liệu cho client và người quản lý, xây dựng các bài thực hành, cải thiện các nhược điểm của đề tài cũ

1.4 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Để thực hiện đề tài tôi đã tiến hành qua các công đoạn sau:

Lập đề cương nghiên cứu, xác định phạm vi của đề tài, ước tính thời gian có thể hoàn thành, xin ý kiến của giáo viên hướng dẫn Sau khi được sự góp ý của giáo viên hướng dẫn, tiến hành sửa chữa và bổ sung để hoàn thiện đề cương nghiên cứu

Sưu tầm, lưu trữ và lập danh mục tư liệu phục vụ cho quá trình thực hiện đề tài Tìm nguồn tài liệu từ sách vở, giáo trình bài giảng trên mạng (trong và ngoài nước) Tiến hành sàng lọc và lựa chọn nguồn tài liệu tham khảo Ghi chú lại nguồn tài liệu tham khảo, tên tác giả, năm đăng xuất tài liệu để đưa vào phần nguồn tài liệu tham khảo sau này

Dựa vào đề cương nghiên cứu tiến hành từng bước thực hiện có sự phân chia thời gian thực hiện một cách hợp lý nhất:

1 Tìm hiểu cấu tạo, chức năng chính của các board NI ELVIS II, Emona DATEx, Arduino Mega 2560 thông qua các tài liệu hướng dẫn đi kèm và từ các tài liệu của đề tài trước

2 Tìm hiểu phần mềm LabVIEW, nghiên cứu cách lập trình để chia sẽ bài thí nghiệm xây dựng sẵn qua mạng LAN từ các tài liệu hướng dẫn của đề tài cũ

và các bài hướng dẫn từ website của National Instruments

3 Tìm hiểu cách lập trình kết nối giữa phần mềm LabVIEW và board Arduino Mega 2560 từ tài liệu của đề tài trước và các bài hướng dẫn từ website của National Instruments

4 Tìm hiểu cách chia sẽ bài thí nghiệm từ mạng LAN lên mạng Internet từ các phần cứng và phần mềm hiện có

5 Biên soạn các bài thí nghiệm dựa vào tài liệu hướng dẫn của các board NI ELVIS II, Emona DATEx

6 Nghiên cứu phương pháp cải thiện các nhược điểm từ phần cứng cũng như phần mềm từ đề tài trước

Trang 20

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN PHÒNG THÍ NGHIỆM

VIỄN THÔNG TRỰC TUYẾN 2.1 PHÒNG THÍ NGHIỆM VIỄN THÔNG Ở CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÊN THẾ GIỚI

Các nhà nghiên cứu tại học viện công nghệ Massachusetts đã phát triển các mô hình iLab – phòng thí nghiệm trực tuyến Với những công cụ phần mềm và dịch vụ được chuẩn hóa, iLab cung cấp khả năng truy cập đến phòng thí nghiệm từ xa qua Internet, đã trở thành trợ thủ đắc lực của nhiều sinh viên kỹ thuật ở nhiều nước trên thế giới iLab đã cho thấy lợi ích to lớn khi cung cấp một phòng thí nghiệm hoàn hảo, giúp các trường đại học giảm chi tiêu ngân sách cho cơ sở vật chất, khuyến khích sinh viên say mê thực tập, thí nghiệm, đưa ý tưởng ứng dụng vào thực tế cuộc sống Dù ở bất kỳ nơi đâu có kết nối Internet có tốc độ chấp nhận được, sinh viên đều dễ dàng truy cập đến iLab, bất chấp khó khăn về địa lý hay thời tiết

Học viện MIT đã xây dựng iLab và giới thiệu nó từ tháng 03 năm 2004, với mô hình ISA-iLab Shared Architecture ISA cung cấp một môi trường nơi mà các thiết

bị thí nghiệm có thể được tích hợp để tạo nên những phòng thí nghiệm từ xa Hình 2.1 cho ta thấy ISA là một cấu trúc gồm 3 tầng : Lab Client, Service Broker và Lab Server

Hình 2.1: Mô hình của iLab Shared Architecture

Trang 21

Năm 2005, quan hệ hợp tác được thiết lập giữa học viện MIT và các trường

đại học ở Châu Phi với dự án iLab-Africa Ba trường đại học là Obafemi Awolowo

University (OAU) thuộc Ile-Ife, Nigeria, University of Dar-es-Salaam (UDSM) thuộc Dar-es-Salaam, Tanzania và Makerere University (MUK) ở Kampala, Uganda, đưa iLab phát triển với tầm vóc quốc tế

Sinh ra từ dự án này, rất nhiều iLab đã làm nền giáo dục công nghệ kỹ thuật Châu Phi phát triển vượt bậc Khi lãnh đạo các trường đại học ở Châu Phi trong những năm 2003, 2004 nhận ra rằng, đào tạo kỹ sư điện - điện tử đang gặp phải rất nhiều khó khăn do thiếu hụt những trang thiết bị hiện đại cho thực hành thí nghiệm, việc đưa iLab vào sử dụng thực sự trở thành nguồn đào tạo đầy giá trị

Hình 2.2: Ông Olusoji O.Iiori, giảng viên của trường OAU, đang chuẩn bị một tiết học dùng

LabVIEW và NI ELVIS

Giai đoạn đầu, nhờ sự hợp tác này mà sinh viên ở các trường đại học sử dụng iLab, có host tại học viện MIT với những thiết bị có giá đắc đỏ Gần 700 sinh viên ở UDSM, OAU và MUK được sử dụng iLab Tuy nhiên, hiệu quả của iLab có phần hạn chế do kết nối Internet ở Châu Phi bị giới hạn Đông Phi không có cáp quang vì thế Tanzania và Uganda phải chấp nhận sử dụng đường truyền vệ tinh tốc

độ còn thấp, giá cao Không đủ chi trả cho đường truyền băng rộng khiến cho những iLab đặt host ở học viện MIT không phải là cách giải quyết tốt nhất

Đáp ứng đòi hỏi này, những phòng thí nghiệm mới đã được tích hợp những thiết bị giá thấp và có thể đặt ở khu đại học của mỗi trường Chính vì thế ELVIS được lựa chọn ELVIS đa năng, giá thấp, tạo điều kiện để các trường đại học xây dựng một iLab cho riêng mình

Trang 22

2.2 CÁC CÔNG CỤ XÂY DỰNG PHÒNG THÍ NGHIỆM VIỄN THÔNG

Phòng thí nghiệm viễn thông trực tuyến DLab được xây dựng theo mô hình cấu trúc như hình 2.3

Hình 2.3: Cấu trúc mô hình DLab

Lab server: lab server đặt ở phòng thí nghiệm, trong đó có máy tính server

cài đặt phần mềm LabVIEW cho phép máy tính server tạo một server có thể điều khiển mạch vi xử lý Arduino Uno qua Internet Board Arduino Uno được điều

khiển để ON hoặc OFF mạch role để kết nối hoặc ngắt kết nối được thiết lập sẳn trên board Emona DATEx ở phòng thí nghiệm

Client là người sử dụng DLab, client có thể kết nối với lab server bằng

mạng riêng ảo thông qua mạng Internet, client có thể sử dụng DLab bằng trình

duyệt web

2.2.1 Phần cứng

Trang 23

2.2.1.2 Emona DATEx

Giới thiệu chung

Tim Hooper, một giảng viên giàu kinh nghiệm về viễn thông tại Đại học New South Wales, Australia nghiên cứu và phát triển trong những năm 1970, sau này

và đang được hàng ngàn sinh viên trên khắp thế giới sử dụng trong học tập và nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực viễn thông

DATEx hay Digital Analog Telecommunication Experimenter, giúp sinh viên học tập những khái niệm cũng như những nguyên lý về viễn thông và truyền thông Board EMONA DATEx được tích hợp đầy đủ dựa trên nền NI ELVIS và môi trường làm việc NI LabVIEW Tất cả các nút vặn và các switch có thể được điều chỉnh bằng tay hay được điều khiển thông qua những thiết bị ảo trên nền LabVIEW (NI LabVIEW VIs)

Hình 2.4: Board Emona DATEx

Trang 24

Hình 2.5: Sơ đồ khối

Hình 2.5 mô tả cũng như giải thích nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mà không cần quan tâm mạch bên trong làm việc như thế nào Mỗi một khối thể hiện một phần của mạch, có chức năng và được đặt tên theo chức năng của khối đó Ví

dụ, các thiết bị viễn thông được sử dụng phổ biến như bộ cộng, bộ nhân, máy hiện sóng và nhiều thiết bị khác sẽ được giới thiệu sau

Qui ước trong DATEx TM

Board Emona DATEx là một tập hợp các khối chức năng (gọi là những module) Sinh viên có thể dễ dàng sử dụng bằng cách kết nối những module lại với nhau để thực hiện hay kiểm chứng những kiến thức viễn thông được học Các module hoàn toàn độc lập với nhau và có thể tái sử dụng để phục vụ cho nhu cầu

đa dụng của người dùng

Trang 25

Một vài lưu ý giúp sinh viên có thể nhanh chóng làm quen với module Emona Datex Đó là Front Panel Socket

Hình 2.7: Front Panel Socket (SFP)

Việc kết nối các đường tín hiệu thông qua Front Panel với lỗ cắm (socket) rộng 2mm Những socket bên trái là ngã vào của tín hiệu, bên phải là các ngã ra

Tất cả ngã vào đều có trở kháng cao, tùy thuộc vào từng module mà giá trị trở kháng là 10KΩ hay 56KΩ Ngược lại, tất cả ngã ra đều có trở kháng thấp (tiêu chuẩn là 330Ω, ngã ra số tiêu chuẩn là 47Ω) nhằm giảm ảnh hưởng xấu về điện khi kết nối được thiết lập hay ngắt

Những socket có dạng hình tròn  chỉ tín hiệu tương tự Tín hiệu tương tự được giữ ở mức tham chiếu chuẩn ETT-202 là 4V peak-to-peak

Những socket có dạng hình vuông  chỉ cho tín hiệu số từ 0V đến 5V

Những socket có dạng hình tròn  cùng với ký hiệu GND chỉ mass chung

Như đã được giới thiệu ở trên, tất cả các module được đặt tên theo đúng chức năng

mà nó đảm nhận, giúp sinh viên sử dụng module ngay vào bài thực tập của mình, Hình 2.8 là một ví dụ:

Trang 26

Hình 2.8: Một module trên NI ELVIS II

Module trên mô tả rất đầy đủ thông tin mà sinh viên cần: ngõ vào, ngõ ra, chức năng của module cũng như module xử lý tín hiệu vào như thế nào

Ngoài ra, việc điều khiển tùy biến những module không có mức chia hay định

cỡ Đây cũng là quan điểm của những người thiết kế, sinh viên được cài đặt và điều chỉnh hệ thống với việc quan sát hay đo lường tín hiệu, nhằm giúp sinh viên

có sự hiểu biết sâu sắc hơn, cảm nhận thực tế hơn quá trình vận hành một hệ thống viễn thông

Thêm vào đó, những socket ngõ vào ra được bảo vệ nếu bị nối dây nhầm Đây

là một trong những lợi ích lớn mà Emona DATEx mang đến cho sinh viên Board Emona DATEx chấp nhận những sai lầm trong cách mắc nối các module, hay những lỗi thường gặp đối với sinh viên Điện tử - Viễn thông mà khi học về lý thuyết quá trừu tượng và khó phát hiện khi mắc phải, kết quả là tín hiệu ngã ra sẽ không giống như mong muốn Điều này sẽ thôi thúc sinh viên đặt vấn đề: lỗi ở đâu, làm sao để sửa lỗi và đưa ra nhận xét theo nhiều hướng mới nhờ đó mà kinh nghiệm sinh viên tích lũy ngày càng nhiều, chuyên môn sinh viên trau dồi ngày

Trang 27

Hình 2.9: Nên dùng tay tiếp xúc với Emona DATEx

như hình trái và tránh thực hiện (phải)

Chắc chắn rằng Board NI ELVIS (NI ELVIS Prototype Board) đã được tắt nguồn, bằng cách kiểm tra switch “PROTOTYPING BOARD POWER” đang ở vị trí OFF

Hình 2.10: Chắc chắn rằng nguồn đã được tắt

Hình 2.11: Đặt Emona DATEx vào NI ELVIS

Cài đặt board DATEx lên nền NI ELVIS: luôn kiểm tra các cạnh và các điểm tiếp xúc đã phù hợp mới lắp board DATEx vào

Trang 28

Cấp nguồn cho DATEx: sau khi kiểm tra cẩn thận DATEx đã được lắp đúng vị trí, bật nguồn bằng cách nhấn nút POWER của board NI ELVIS về ON và DATEx

đã sẵn sàng được sử dụng

Hình 2.12: Mở nguồn của NI ELVIS

Chú ý: Khi muốn gỡ board DATEx ra khỏi Board NI ELVIS, phải chuyển nút POWER về OFF, kiểm tra các cạnh sao cho hướng kéo board DATEx không làm ảnh hưởng đến các mấu giữ board và không gây hư hại đến board

2.2.1.3 ARDUINO UNO

Giới thiệu Arduino Uno

Arduino Uno là một board vi xử lý với IC vi điều khiển ATmega328 Board mạch có 14 chân digital input/output (trong đó có 6 chân dùng được PWM), 6 ngõ vào analog, thạch anh 16 Mhz, cổng kết nối USB, jack cắm nguồn Arduino Uno là board mạch vi xử lý hổ trợ hầu hết các tính năng của vi điều khiển, dễ dàng kết nối với máy tính qua cáp USB hoặc cấp nguồn cho nó thông qua một DC adapter hoặc

từ các loại pin

Các thành phần của board

Trang 29

Mạch role điều khiển đóng ngắt các ngõ vào và ngõ ra của board Emona

DATEx, việc điều khiển đóng ngắt của role do phần mềm LabVIEW điều khiển output của Arduino

Trang 30

Hình 2.14: Mạch điều khiển role

Sử dụng phần mềm LabVIEW trong DLab có chức năng dùng để điều khiển mạch điều khiển role qua board Arduino Mega 2560 Giao tiếp giữa LabVIEW với Arduino được hỗ trợ qua 2 phần mềm là NI VISA và LabVIEW interface for

Arduino Ngoài ra LabVIEW còn có thể sử dụng để điều khiển các ứng dụng được tạo ra từ LabVIEW hay các ứng dụng có định dạng là *.Vi hoặc các ứng dụng exe

Trang 31

2.2.2.3 Mạng riêng ảo dùng phần mềm Logmein Hamachi

Khái Niệm mạng riêng ảo

Mạng riêng ảo VPN (Vitual Private Network) dùng để mở rộng một mạng nội bộ qua mạng công cộng như là Internet VPN cho phép các máy tính hay các thiết bị mạng có thể truyền và nhận dữ liệu được chia sẽ qua mạng công cộng Có hai loại phổ biến hiện nay là VPN truy cập từ xa (Remote-Access ) và VPN điểm-nối-điểm (site-to-site)

VPN truy cập từ xa còn được gọi là mạng Dial-up riêng ảo (VPDN), là một kết nối người dùng-đến-LAN, thường là nhu cầu của một tổ chức có nhiều nhân viên cần liên hệ với mạng riêng của mình từ rất nhiều địa điểm ở xa Ví dụ như

công ty muốn thiết lập một VPN lớn phải cần đến một nhà cung cấp dịch vụ doanh nghiệp (ESP) ESP này tạo ra một máy chủ truy cập mạng (NAS) và cung cấp cho những người sử dụng từ xa một phần mềm máy khách cho máy tính của họ Sau

đó, người sử dụng có thể gọi một số miễn phí để liên hệ với NAS và dùng phần

mềm VPN máy khách để truy cập vào mạng riêng của công ty Loại VPN này cho phép các kết nối an toàn, có mật mã

VPN điểm-nối-điểm là việc sử dụng mật mã dành cho nhiều người để kết nối nhiều điểm cố định với nhau thông qua một mạng công cộng như Internet Loại này có thể dựa trên Intranet hoặc Extranet Loại dựa trên Intranet: Nếu một công ty

có vài địa điểm từ xa muốn tham gia vào một mạng riêng duy nhất, họ có thể tạo ra một VPN intranet (VPN nội bộ) để nối LAN với LAN Loại dựa trên Extranet: Khi một công ty có mối quan hệ mật thiết với một công ty khác (ví dụ như đối tác cung cấp, khách hàng ), họ có thể xây dựng một VPN extranet (VPN mở rộng) kết nối LAN với LAN để nhiều tổ chức khác nhau có thể làm việc trên một môi trường

chung

Hình 2.15: VPN điểm-nối-điểm

Vai trò của mạng riêng ảo đối với DLab

Trang 32

LabVIEW Runtime Engine sẽ không thể download ứng dụng được chia sẽ và

thông báo là “Invalid server IP address”

Để khắc phục lỗi trên có 3 cách là:

client chỉ có thể truy cập vào ứng dụng được chia sẽ qua mạng nội bộ cụ thể là mạng LAN

- Client và máy chủ cần phải thiết lập địa chỉ IP cho router: đối với cách này rất phức tạp đối với client vì khó thực hiện, đồng thời gây rất nhiều khó khăn khi client duy chuyển sang một mạng khác sẽ phải thiết lập lại địa chỉ IP cho router

- Thiết lập một mạng riêng ảo: với phương pháp này client và server chỉ cần thiết lập một mạng riêng ảo với phần mềm được hỗ trợ sẳn, client có thể sử dụng DLab qua Internet và không cần quan tâm đến địa chỉ IP của máy chủ

LogMeIn Hamachi và những tiện ích với DLab

LogMeIn Hamachi là một hệ thống VPN sử dụng giao thức UDP với kiến trúc bảo mật mở

Mỗi máy tính kết nối vào mạng Hamachi lần đầu sẽ được gán cho một ID; một máy chủ sẽ có nhiệm vụ dẫn đường cho các máy khách kết nối được với nhau, tạo thành một mạng LAN ảo qua Internet Sau khi đã kết nối, các máy khách

không cần thêm sự hỗ trợ nào khác từ máy chủ Hamachi nữa

Mỗi mạng trong Hamachi chính là một mạng LAN ảo, với tên và mật khẩu khác nhau Sau khi gia nhập vào mạng bạn có thể kết nối, chia sẻ dữ liệu với các máy tính khác cùng ở trong mạng

Việc sử dụng LogMeIn Hamachi mang đến cho DLab các tiện ích sau:

- Miễn phí đối với số user truy cập vào mạng riêng ảo là 5 user, đối với số client truy cập vào mạng riêng ảo của một thiết bị của DLab là phù hợp

Trang 33

CHƯƠNG 3 CÁC CẢI TIẾN CỦA PHÒNG THÍ NGHIỆM VIỄN THÔNG DLAB 3.1 PHÒNG THÍ NGHIỆM VIỄN THÔNG ILAB ĐÃ XÂY DỰNG

Phần cứng của phòng thí nghiệm viễn thông trực tuyến ILab sử các mạch:

NI ELVIS II, Emona DATEx (đã được giới thiệu ở phần 2.2), Arduino Mega 2560

và mạch điều khiển role Ở phần này sẽ tập trung nói về board Arduino Mega 2560

và mạch điều khiển role mà phòng thí nghiệm viễn thông trực tuyến ILab đã sử

dụng

3.1.1.1 Board Arduino Mega 2560

Arduino Mega 2560 là một board mạch lập trình được, thành phần quan trọng nhất của board mạch này chính là vi điều khiển ATmega 2560 Arduino Mega

2560 có 54 ngõ vào/ra dạng số (trong đó có 14 chân có thể được sử dụng với chức năng PWM), 16 ngõ vào tương tự, 4 UART,1 thạch anh 16MHz, một cổng kết nối với cổng USB của máy tính, một jack cắm để cấp nguồn cho Arduino và một nút reset

Dễ dàng kết nối board này với máy tính qua một cáp USB hoặc cấp nguồn cho

nó thông qua một DC adapter hoặc từ các loại pin

Trang 34

SRAM 8KB

3.1.1.2 Mạch role

Mỗi rờle được mắc theo sơ đồ sau:

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý của một phần tử trong mạch ma trận

Trang 35

Hình 3.3: Sơ đồ một hàng trong mạch ma trận

Trang 36

Hình 3.4: Sơ đồ điều khiển một hàng của mạch ma trận

trong LabVIEW

Trang 37

3.1.2 Phần mềm

3.1.2.1 LabVIEW 2010

Lập trình đồ họa NI LabVIEW đã cách mạng hóa việc phát triển các ứng dụng kiểm tra, phép đo và điều khiển, cho phép các kĩ sư và nhà khoa học làm điều đó một cách dễ dàng và có hiệu quả về giá thành LabVIEW 2010 tiếp tục truyền thống này bằng việc giới thiệu một danh sách lớn những tính năng mới và cải tiến cho phép người dùng làm được nhiều hơn nữa, rất nhiều trong số đó đến từ phản hồi của người dùng Chúng bao gồm những cải tiến môi trường phát triển, các công cụ trực quan và quản lý dữ liệu tốt hơn, công cụ kĩ thuật phần mềm mới, và

hỗ trợ tốt hơn cho lập trình song song

Hình 3.5: LabVIEW 2010

Các tính năng mới của LabVIEW 2010 như là vẽ đồ thị toán 3D (3D Math Plots), công cụ đoạn (VI Snippet Tool), lập trình song song cho vòng lặp (Parallel For Loops), tích hợp Internet Toolkit và nhiều hơn nữa, những cải tiến trong ngôn ngữ cấp cao và hiệu năng trong LabVIEW 2010 có thể nâng cao năng suất và rút ngắn thời gian thiết kế ứng dụng

Trang 38

3.1.2.2 NI ELVISmx 4.3.1

NI ELVISmx 4.3.1 là phần mềm cung cấp các thiết như: Digital

Multimeter, Function Generator, Variable Power Supplies, Oscilloscope… chạy trên nền tảng LabVIEW 2010, nên nhờ đó mà các thiết bị này có thể chạy trên

trình duyệt web

3.1.2.3 ARDUINO DEBUGGER

3.1.3 Giao diện Web

Tại trang chủ của phòng thí nghiệm viễn thông trực tuyến, người dùng có thể tương tác mọi thứ với phòng thí nghiệm từ việc Đăng kí tài khoản mới, Đăng kí lịch thực tập trực tuyến và tiến hành thực tập online trên giao diện Web đã được hỗ trợ bởi LabVIEW

Một số hình ảnh cho phần tương tác với giao diện Web

Hình 3.6: Form đăng kí thực hành

Trang 39

Hình 3.7: Giao diện Oscilloscope chạy trên web của iLab

3.1.4 Các ưu điểm và nhược điểm của ILab

Ưu điểm:

Nhược điểm:

- Thiết kế phần mềm chưa điều khiển được các nút vặn trên board Emona DATEx

điều khiển mạch role của ILab chỉ phục vụ được cho người dùng sử dụng trình duyệt Internet Explorer

chưa hỗ trợ sinh viên tương tác với sinh viên và giáo viên hoặc lớp thực hành

3.2 CÁC CẢI TIẾN CỦA DLAB SO VỚI ILAB

Phòng thí nghiệm viễn thông trực tuyến được phát triển trên nền tảng mạch phần cứng là 2 board NI ELVIS II, Emona DATEx nên khi tiến hành cải tiến DLab chỉ có thể cải tiến mạch điều khiển role của ILab

Sơ đồ thiết kế mạch điều khiển role DLab hình 3.8

Trang 40

Hình 3.8: Sơ đồ mỗi phần tử role của DLab

Tính toán các giá trị cho mỗi phần tử:

Loại rờle 5V có điện trở cuộn dây tương đương 73Ω,và dòng điện qua cuộn dây để rờle đóng mở là từ 40mA đến 100mA, ta chọn 50mA

Để BJT hoạt động bão hòa thì:

V V R

mA mA

I I

b

c b

6 8 5

0

7 0 5

5 0 100

50



Để tiết kiệm lượng điện tiêu thụ, ILab đã chọn Rb=10KΩ và RLED = 470 Ω Để cải tiến mạch về dòng điện sử dụng, DLab đã đo lại dòng điện qua role của mạch role thực tế của ILab là 70mA, DLab đã khảo sát các giá trị điện trở cao hơn để tìm

ra dòng điện nhỏ nhất có thể kích cho role hoạt động bình thường, do đó giá trị Rb

mà DLab đã chọn là 15KΩ tương đương với dòng qua role là 50mA

Mạch role của DLab sử dụng transistor loại PNP để kích cho role hoạt động khác loại NPN của ILab, nguyên nhân DLab sử dụng loại transistor này là để hạn chế dòng điện đi ngược vào chân điều khiển làm ảnh hưởng đến mạch vi xử lý mà

Định dạng
Số trang	141
Dung lượng	3,94 MB