Thiết kế hệ thống đo và điều khiển tự động độ ẩm không khí trong gia đình

Chính vì thế mà các loại máy phun sương không có các chức năng theo dõi, giám sát độ ẩm luôn được người dân ưu tiên số một để sử dụng, điều này đồng nghĩa với việc người sửdụng sẽ không

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Ngành: Kỹ thuật đo và tin học công nghiệp

1 Đầu đề thiết kế/Tên đề tài

………

………

………

2 Các số liệu ban đầu ………

………

………

………

………

………

………

3 Các nội dung tính toán, thiết kế ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

*** 4 Cán bộ hướng dẫn

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

5 Ngày giao nhiệm vụ thiết kế ………

6 Ngày hoàn thành nhiệm vụ ………

Ngày tháng năm

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

SINH VIÊN THỰC HIỆN

(Ký, ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT i

DANH MỤC HÌNH ẢNH iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ, MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ 2

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 2

1.1 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ 4

1.1.1 Mục tiêu 4

1.1.2 Nhiệm vụ 4

1.2 BỐ CỤC ĐỒ ÁN 5

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 MÁY PHUN SƯƠNG 6

2.1.1 Giới thiệu 6

2.1.2 Các thông số kỹ thuật của máy phun sương mini công suất nhỏ 6

2.2 ĐỘ ẨM 7

2.2.1 Khái niệm 7

2.2.2 Phân loại độ ẩm 8

2.2.3 Mối liên hệ giữa độ ẩm và nhiệt độ 9

2.2.4 Phương pháp đo độ ẩm 10

2.3 CHUẨN TRUYỀN THÔNG ZIGBEE/IEEE 802.15.4 11

2.3.1 Tổng quan về mạng WPAN 11

2.3.2 Chuẩn truyền thông Zigbee – IEEE 802.15.4 12

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI VÀ LỰA CHỌN LINH KIỆN 19

3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI 19

3.1.1 Yêu cầu của hệ thống 19

3.1.2 Sơ đồ kết nối của toàn hệ thống 19

3.2 LỰA CHỌN LINH KIỆN 21

3.2.1 Cảm biến độ ẩm 21

3.2.2 Module truyền tin không dây 26

3.2.3 Vi điều khiển 31

3.2.4 Khối hiển thị 36

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 38

4.1 THIẾT KẾ MẠCH MASTER 38

4.1.1 Khối nguồn 38

4.1.2 Khối phím bấm 39

4.1.3 Khối hiển thị 40

4.1.4 Khối truyền thông Zigbee 41

4.1.5 Khối vi điều khiển 42

4.1.6 Khối điều khiển 44

4.1.7 Sơ đồ mạch nguyên lý và mạch in của mạch Master 45

4.1.8 Hình ảnh thật của mạch Master 45

4.2 THIẾT KẾ MẠCH SLAVE 45

4.2.1 Khối nguồn 45

4.2.2 Khối cảm biến 46

4.2.3 Khối vi điều khiển 47

4.2.4 Khối truyền thông Zigbee 49

4.2.5 Sơ đồ mạch nguyên lý và mạch in của mạch Slave 49

4.2.6 Hình ảnh thật của mạch Slave 49

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 50

5.1 YÊU CẦU HỆ THỐNG 50

5.1.1 Yêu cầu đối với mạch Slave 50

5.1.2 Yêu cầu đối với mạch Master 50

5.2 LỰA CHỌN PHẦN MỀM CHO VI ĐIỀU 50

5.2.1 Lựa chọn ngôn ngữ lập trình 50

5.2.2 Lựa chọn trình biên dịch 50

5.3 XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN CHO MẠCH SLAVE 51

5.3.1 Chương trình chính 51

5.3.2 Chương trình con đọc nhiệt độ, độ ẩm 52

5.3.3 Chương trình con truyền dữ liệu qua Module MRF24J40MA 52

5.4 XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN CHO MẠCH MASTER 53

5.4.1 Chương trình chính 53

5.4.2 Chương trình con nhận dữ liệu qua Module MRF24J40MA 54

5.4.3 Chương trình con phím bấm 55

5.4.4 Chương trình con hiển thị LCD 56

5.4.5 Chương trình con điều khiển máy phun sương 56

CHƯƠNG 6 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 58

6.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 58

6.1.1 Kết quả đạt được 58

6.1.2 Sai số và tính toán công suất 60

6.2 HẠN CHẾ VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 61

6.2.1 Những hạn chế, thiếu sót của đồ án 61

6.2.2 Phương hướng phát triển 61

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

PHỤ LỤC 65

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

3 Third-generation technology Công nghệ thế hệ thứ ba

ADC Analog- to-Digital Converter Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang

tín hiệu sốAES Advanced Encryption Standard Chuẩn mã hóa cao

hiệu tương tự

GTS FIFO Guarantee Time Slot First In First

LCD Liquid-Crystal Display Màn hình hiển thị tinh thể lỏngLED Light-Emitting Diode

LR-WPAN Low-rate Wireless Local Area

Network

Mạng cá nhân không dây tốc độthấp

MCU Multipoint Control Unit Đơn vị điều khiển đa điểm

NASA National Aeronautics and Space

Administration Cơ quan Hàng không và Vũ trụMỹOSI Open Systems Interconnection Cấu trúc mô hình hệ thống kết nối

mở

PLC Programmable Logic Controller Bộ điều khiển Logic khả trình

RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên

RFD Reduced Function Devide

SPI Serial Peripheral Interface Giao tiếp ngoại vi nối tiếp

SSP Synchronous Serial Port Chuẩn giao tiếp nối tiếp

UART Universal Asynchronous Receiver/

Transmitter Bộ truyền nhận nối tiếp đồng bộvà không đồng bộ

WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây

WPAN Wireless Personal Area Network Mạng cá nhân không dây

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Máy phun sương mini công suất nhỏ 6

Hình 2.2 Nhiệt độ đọng sương và nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí 10

Hình 2.3 Mối quan hệ giữa điện trở và độ ẩm 11

Hình 2.4 Dải tần số hoạt động của Zigbee 14

Hình 2.5 Các cấu trúc mạng Zigbee 15

Hình 2.6 Cấu trúc giao thức truyền thông ZigBee 16

Hình 2.7 Các lĩnh vực ứng dụng Zigbee 18

Hình 2.8 Một số Module Zigbee hiện có trên thị trường 18

Hình 3.1 Sơ đồ khối toàn hệ thống 19

Hình 3.2 Sơ đồ khối mạch Master 20

Hình 3.3 Sơ đồ khối mạch Slave 21

Hình 3.4 Hình ảnh của SHT10 22

Hình 3.5 Ghép nối SHT10 với Vi điều khiển 23

Hình 3.6 Trình tự đo độ ẩm 24

Hình 3.7 Hình ảnh của Module MRF24J40MA 26

Hình 3.8 Sơ đồ Module MRF24J40MA 27

Hình 3.9 Sơ đồ kết nối Module MFR24J40MA với Vi điều khiển 28

Hình 3.10 Đọc Short Address 28

Hình 3.11 Ghi vào Short Address 28

Hình 3.12 Đọc Long Address 29

Hình 3.13 Ghi vào Long Address 29

Hình 3.14 Mô hình truyền nhận dữ liệu 29

Hình 3.15 Gói tin truyền đi của Module MRF24J40MA 30

Hình 3.16 Gói tin nhận được của Module MRF24J40MA 30

Hình 3.17 Hình ảnh PIC16F876A 31

Hình 3.18 Hình ảnh PIC16F1828 32

Hình 3.19 Sơ đồi khối PWM 33

Hình 3.20 Hình ảnh xung điều chế 34

Hình 3.21 Sơ đồ kết nối chuẩn giao tiếp SPI 35

Hình 3.22 Giản đồ thời gian SPI mode 0 35

Hình 3.23 Giản đồ thời gian SPI mode 1 35

Hình 3.24 Giản đồ thời gian SPI mode 2 36

Hình 3.25 Giản đồ thời gian SPI mode 3 36

Hình 3.26 Khối SPI của PIC16F876A (a) và PIC16F1828 (b) 36

Hình 3.27 Hình ảnh thực của LCD 16x2 37

Hình 3.28 Sơ đồ kết nối LCD 16x2 với Vi điều khiển 37

Hình 4.1 Sơ đồ khối của mạch Master với các linh kiện đã được chọn 38

Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn mạch Master 39

Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý khối phím bấm 40

Hình 4.4 Khối hiển thị LCD 16x2 41

Hình 4.5 Khối thu phát Zigbee MRF24J40 42

Hình 4.6 Khối vi điều khiển PIC16F876A của mạch Master 42

Hình 4.7 Mạch Reset vi điều khiển PIC16F876A 43

Hình 4.8 Mạch dao động thạch anh của PIC16F876A 43

Hình 4.9 Khối điều khiển máy phun sương 44

Hình 4.10 Hình ảnh thật của mạch Master 45

Hình 4.11 Sơ đồ khối mạch Slave với các linh kiện đã được chọn 45

Hình 4.12 Khối nguồn cung cấp cho mạch Slave 46

Hình 4.13 Khối cảm biến SHT10 47

Hình 4.14 Khối vi điều khiển PIC16F1828 của mạch Slave 47

Hình 4.15 Mạch reset PIC16F1828 48

Hình 4.16 Mạch tạo dao động cho PIC16F1828 48

Hình 4.17 Khối thu phát Zigbee MRF24J40MA 49

Hình 4.18 Hình ảnh thật của mạch Slave 49

Hình 5.1 Giao diện phần mềm PIC-C Compiler 50

Hình 5.2 Lưu đồ thuật toán của chương trình chính mạch Slave 51

Hình 5.3 Lưu đồ thuât toán của chương trình con đọc nhiệt độ, độ ẩm 52

Hình 5.4 Lưu đồ thuật toán chương trình con truyền dữ liệu qua Module MRF24J40 52

Hình 5.5 Lưu đồ thuật toán chương trình chính mạch Master 53

Hình 5.6 Lưu đồ thuật toán chương trình con nhận dữ liệu qua Module MRF24J40 54

Hình 5.7 Lưu đồ thuật toán chương trình con phím bấm 55

Hình 5.8 Chương trình con hiển thị LCD 56

Hình 5.9 Mạch nguyên lý khối điều khiển 56

Hình 5.10 Chương trình con điều khiển điện áp 57

Hình 6.1 Mạch phần cứng gồm 1 Master và 2 Slaves 58

Hình 6.2 Slave đo và gửi tín hiệu nhiệt độ, độ ẩm lên máy tính 59

Hình 6.3 Hình ảnh mô tả đo và hiển thị độ ẩm, nhiệt độ lên LCD dùng cảm biến SHT10 59

Hình 6.4 Cấu trúc mạng hình cây 62

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Bảng so sánh giữa các chuẩn không dây 3

Bảng 2.1 Thành phần phần trăm của không khí khô theo thể tích – ppmv (phần triệu theo thể tích) 7

Bảng 2.2 Phân loại mạng WPAN 12

Bảng 3.1 Bảng thống kê các loại cảm biến, độ chính xác và bảng giá 21

Bảng 3.2 Các lệnh của SHT10 23

Bảng 3.3 Mối liên hệ giữa điện áp cấp và hệ số tính toán nhiệt độ 25

Bảng 3.4 Các hệ số tính toán độ ẩm 25

Bảng 3.5 Hệ số bù nhiệt độ 26

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại kinh tế xã hội phát triển mạnh mẽ, dân trí ngày càng tăng cao như hiệnnay thì việc đảm bảo sức khỏe luôn được đặt lên hàng đầu Xã hội ngày càng phát triển thìchất lượng cuộc sống cũng ngày càng được nâng cao Các thiết bị gia dụng như điều hòa, tủlạnh, máy giặt đang ngày càng phổ biến trong mỗi gia đình Với một đất nước khí hậu nhiệtđới như Việt Nam thì nhu cầu sử dụng điều hòa lại càng tăng cao, nhất là vào mùa hè Điềuhòa giúp tránh được cái nóng, cái rét nhưng mặt khác nó lại làm độ ẩm không khí giảm mạnh.Điều này rất có hại cho sức khỏe, nhất là đối với trẻ nhỏ Trên thị trường hiện nay có bán máyphun sương để duy trì độ ẩm trong phòng Nhưng điều bất tiện là hầu hết các loại máy phunsương có giá cả phù hợp thì lại có công suất nhỏ và không có chức năng điều khiển, giám sát

độ ẩm một cách tự động Còn các loại máy phun sương có các chức năng này thì lại có giáđắt Chính vì thế mà các loại máy phun sương không có các chức năng theo dõi, giám sát độ

ẩm luôn được người dân ưu tiên số một để sử dụng, điều này đồng nghĩa với việc người sửdụng sẽ không biết được khi nào độ ẩm là đủ và phù hợp với sức khỏe Độ ẩm quá thấp hoặcquá cao không những gây ảnh hưởng đến sức khỏe người sử dụng mà còn ảnh hưởng đến cácthiết bị điện - điện tử cũng như nhiều vật dụng khác trong phòng

Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên nhóm em quyết định chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống

đo và điều khiển tự động độ ẩm không khí trong gia đình” Dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Việt Sơn, nhằm giải quyết bài toán đo lường - giám sát - điều khiển độ ẩm trong

phòng có diện tích nhỏ, khép kín, có sử dụng máy điều hòa không khí, bằng cách điều khiểnmáy phun sương công suất nhỏ, để bảo vệ sức khỏe cho các thành viên trong gia đình cũngnhư các thiết bị điện trong phòng

Sinh viên thực hiệnTrần Thị HiênNguyễn Gia Long

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ, MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ

ẩm mốc hàng hóa trong kho và làm hư hỏng máy móc, dụng cụ điện tử, cơ khí, khí tài quân sự

và nhất là rất dễ gây chập cháy hư hỏng các trang thiết bị y tế Để bảo quản chúng, ta phảithực hiện nhiều biện pháp chống ẩm như dùng các chất hút ẩm, sấy nóng, thông gió, bôi dầu

mỡ lên các chi tiết máy

Khi độ ẩm thấp, mồ hôi sẽ bay hơi nhanh làm da khô, gây nứt nẻ chân tay, môi Nhưvậy độ ẩm quá thấp cũng không tốt cho cơ thể con người

Độ ẩm tương đối thích hợp với cơ thể con người nằm trong khoảng từ 35% đến 70%,con người cảm thấy thoải mái nhất, khi độ ẩm tương đối (RH) khoảng 50% Trên trái đấtnhiều nơi có độ ẩm rất thấp (vùng cực, sa mạc, núi cao) và nhiều nơi có độ ẩm rất cao (rừngmưa nhiệt đới)

Ở những nơi có độ ẩm quá thấp thì cần bổ sung độ ẩm cho không khí để bảo đảm có độ

ẩm thích hợp cho con người cảm thấy thoải mái Điều này có thể thực hiện bằng cách phunnước ở dạng sương vào dòng không khí cung cấp, hoặc sử dụng thiết bị tạo ẩm Còn ởnhững nơi có độ ẩm quá cao thì ta cần phải kiểm soát độ ẩm một cách chặt chẽ và điều khiển

nó, bằng cách dùng các biện pháp hút bớt lượng hơi ẩm dư thừa

Chính vì thế, trong các gia đình có sử dụng điều hòa không khí trong phòng thì cần phải

sử dụng máy tạo hơi ẩm để bù vào lượng hơi ẩm bị mất do sử dụng máy điều hòa nhiệt độ.Các loại máy này có bán rất nhiều trên thị trường, phổ biến là loại máy phun sương tạo hơi

ẩm mini có công suất nhỏ và được bán rộng rãi trên thị trường với giá cả phải chăng Nhưngloại máy phun sương mini này lại không có chức năng điều khiển, giám sát độ ẩm một cách tựđộng Vì vậy, chúng em sẽ thiết kế hệ thống điều khiển độ ẩm trong phòng có diện tích nhỏ và

có sử dụng máy điều hòa không khí

Để điều khiển được độ ẩm trong phòng thì cần phải giám sát được độ ẩm trong phòng

Vì vậy, ta sử dụng các đầu đo đặt ở các vị trí khác nhau trong trong phòng để đo về giá trị độ

ẩm trong phòng Có thể chỉ cần sử dụng một điểm đo nhưng như thế độ chính xác sẽ khôngcao Vì vậy, ta nên dùng nhiều điểm đo để nâng cao độ chính xác Sau khi các điểm đo đođược độ ẩm sẽ truyền dữ liệu độ ẩm đo được đó về mạch điều khiển để tính toán và đưa ra tínhiệu điều khiển độ ẩm bằng cách điều khiển máy phun sương

Việc truyền tín hiệu giữa các điểm đo và mạch điều khiển thì ta có thể sử dụng côngnghệ truyền không dây Vì công nghệ truyền không dây có khả năng di động tự do, cho phépkết nối từ bất kỳ đâu, không bị hạn chế về không gian và vị trí kết nối, dễ lắp đặt và triển khai,không cần cáp, dễ dàng mở rộng

Với sự phát triền mạnh mẽ hiện nay thì công nghệ không dây đang là mối quan tâm củanhiều nhà khoa học trên thế giới để phát triển và đưa vào ứng dụng thực tế Hiện nay có rấtnhiều chuẩn không dây để truyền dữ liệu với tốc độ cao giữa các thiết bị với nhau nhưBluetooth, Wifi Nhưng trong một số trường hợp không đòi hỏi truyền tin tốc độ cao cũngnhư yêu cầu tiêu hao năng lượng thấp thì không thể dùng được những chuẩn này Chúng cónhiều khuyết điểm như sử dụng băng thông rộng làm tiêu hao nhiều điện năng không cầnthiết, sử dụng các nguồn điện trực tiếp, ít sử dụng Pin, phạm vi kết nối nhỏ hẹp, độ trễ cao, cơchế bảo mật đơn giản (Bluetooth), yêu cầu về các thiết bị phần cứng cao, chi phí lớn Và đểgiải quyết những khuyết điểm đó, Zigbee đã ra đời - Một trong những công nghệ không dâyđang được quan tâm rộng rãi hiện nay Đối tượng mà Zigbee nhắm vào là mạng điều khiểndành cho nhà thông minh, tự động hóa quá trình, trong các hoạt động theo dõi, tiếp nhận và

xử lý thông tin, quản lý năng lượng sao cho hiệu quả hơn… Và khi được sử dụng trong các hệthống này, Zigbee được phát huy tất cả những điểm mạnh của nó như:

- Độ trễ truyền tin thấp, độ tin cậy cao, có tính bảo mật cao

- Sử dụng công suất thấp, ít tiêu hao năng lượng

- Chi phí đầu tư thấp, ít lỗi, cài đặt bảo trì dễ dàng

IR Wireless

và 16 Mbits/s.Khoảng

Thiết bị kết nối đòi hỏi trên 10s

nào có từ 2 thiết bị Bluetooth trở lên.

Truy cập mạngkhông dây với khoảng cách dài

Thay thế cable các nhân (wireless USB) cho nhiều ứng dụng khác nhau

Hỗ trợ laptop hiện đại, nhiều điện thoại diđộng, các thiết bị văn phòng

Từ bảng so sánh Bảng 1 1, với yêu cầu của bài toán đặt ra là thu thập dữ liệu về độ ẩm

để điều khiển độ ẩm, chúng em lựa chọn mạng không dây Zigbee để giải quyết bài toán đưara

1.1 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ

1.1.1 Mục tiêu

Hoàn thành đề tài “Thiết kế hệ thống đo và điều khiển tự động độ ẩm không khí tronggia đình” Cụ thể là, điều khiển độ ẩm trong phòng (có diện tích nhỏ, khép kín, có sử dụngmáy điều hòa không khí) bằng cách điều khiển và sử dụng máy phun sương mini có công suấtnhỏ và không có chức năng theo dõi, điều khiển độ ẩm

Hệ thống điều khiển phải có mạch phần cứng và phần mềm điều khiển với các tínhnăng sau:

- Đo, thu thập, xử lý và điều khiển độ ẩm theo ý muốn của người dùng, sử dụng 2điểm đo

- Sử dụng công nghệ zigbee để truyền dữ liệu giữa mạch điều khiển và các điểm đo

- Gọn nhẹ, dễ sử dụng, tiết kiệm năng lượng, có thể sử dụng bằng Pin

- Có chức năng hiển thị nhiệt độ, độ ẩm lên LCD

- Có chức năng cài đặt giá trị độ ẩm trong phòng theo ý muốn của người dùng

1.1.2 Nhiệm vụ

Để đạt được mục tiêu trên thì nhiệm vụ đặt ra của nhóm là:

- Tìm hiểu các kiến thức về máy phun sương và cách thức điều khiển nó, độ ẩm

và cảm biến độ ẩm, Zigbee và cách thức truyền tin

- Kết nối giữa vi điều khiển và cảm biến đo độ ẩm Đo về giá trị độ ẩm, nhiệt độ

- Kết nối giữa Module Zigbee và vi điều khiển

- Kết nối giữa các Module Zigbee với nhau

- Thiết kế các điểm đo (Slave) có nhiệm vụ đo nhiệt độ, độ ẩm và truyền dữ liệu

về cho thiết bị điều khiển (Master)

- Thiết kế mạch điều khiển (Master) có nhiệm vụ thu thập các dữ liệu nhận được

từ các điểm đo, sau đó xử lý, đưa ra hiển thị lên LCD và điều khiển lưu lượnghơi thoát ra theo giá trị đặt đầu vào Ngoài ra, mạch còn có chức năng thay đổigiá trị độ ẩm đặt tùy theo nhu cầu người dùng

1.2 BỐ CỤC ĐỒ ÁN

Theo yêu cầu của đồ án thì báo cáo đồ án của chúng em gồm có 6 chương Chương 1 sẽgiới thiệu đề tài và đặt vấn đề, trình bày về mục tiêu, nhiệm vụ, và bố cục của đồ án Các kiếnthức về độ ẩm, chuẩn truyền thông Zigbee và máy phun sương sẽ được trình bày ở chương 2.Chương 3, chương 4 và chương 5 sẽ đi chi tiết về thiết kế mạch phần cứng, phần mềm và lựachọn linh kiện phù hợp Phần cuối cùng - chương 6 sẽ đánh giá về kết quả đạt được và hướngtriển

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 MÁY PHUN SƯƠNG

2.1.1 Giới thiệu

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại máy phun sương nhân tạo phong phú về cảkiểu dáng và giá cả giữa các loại máy Những dòng cao cấp có kiểu dáng sang trọng, thiết kếđẹp và đa chức năng Những loại máy này có thể điều chỉnh lượng hơi phun theo nhu cầu, tựngắt khi hết nước và còn có vạch đo mức nước Một số máy còn tích hợp thêm cả đèn ngủ.Những sản phẩm này thường dao động từ khoảng 500.000 cho đến 3.000.000 đồng, xuất xứ từHàn Quốc hoặc Nhật có bảo hành chính hãng 12 tháng

Ngoài ra, trên thị trường còn bán sản phẩm máy phun sương mini với hình dáng các convật ngộ nghĩnh, có xuất xứ từ Trung Quốc với giá cả phải chăng Những loại này có kết cấu

vỏ nhựa, mẫu mã đa dạng, màu sắc bắt mắt Chúng có giá dao động từ 250.000 cho đến400.000 đồng nhưng chỉ có một chức năng là tạo sương và công suất hoạt động nhỏ Thờigian bảo hành của loại sản phẩm này khá ngắn, chỉ từ 3 đến 6 tháng

Hình 2.1 Máy phun sương mini công suất nhỏ

Nguyên lý hoạt động của máy phun sương nhân tạo dựa trên công nghệ siêu âm Theo

đó, sóng siêu âm sẽ phá vỡ các phân tử nước, khiến chúng hóa thành hơi, máy sẽ có quạt thổi

để thổi các phân tử nước này bay lên, phát tán đều trong không khí Trong khi bốc hơi nhưvậy, sương hấp thu nhiệt độ từ môi trường và làm giảm nhiệt độ của môi trường xung quanh

từ 5 – 7 độ C

Ưu điểm khi sử dụng máy phun sương: Làm mát và giữ độ ẩm trong nhà Cân bằng độ

ẩm và làm giảm bụi trong nhà

Nhược điểm: Hơi nước bay lên có thể gây hư hỏng các đồ điện tử, do vậy không nên đểmáy phun sương gần các đồ điện tử

Loại máy phun sương được sử dụng để điều khiển độ ẩm trong khuôn khổ đồ án là máyphun sương mini công suất nhỏ

2.1.2 Các thông số kỹ thuật của máy phun sương mini công suất nhỏ

- Điện áp cung cấp: 220V - 50hHz

- Công suất: Từ 25W đến 40W.

- Lượng phun: Từ 300ml/h đến 400ml/h

- Dung tích: Từ 2.5dm đến 43 3

dm với thời gian sử dụng từ 10h đến 12h

- Phạm vi phun sương: dưới 30m 3

2.1.3 Phương pháp điều khiển máy phun sương mini công suất nhỏ

Điều khiển máy phun sương thực tế là điều khiển lưu lượng hơi nước phun ra Để làmđược điều này thì có 2 phương pháp: Thứ nhất, điều chỉnh độ mở van của ống dẫn hơi trongmáy phun sương Thứ hai là điều chỉnh áp suất hơi

Loại máy phun sương mini công suất nhỏ sử dụng cách điều khiển thứ hai Việc nàyđược thực hiện thông qua núm vặn ở thân máy, thực chất là vặn biến trở để thay đổi giá trịđiện áp đưa vào điều khiển áp suất hơi hay lượng hơi sương thoát ra của máy phun sương Dựa vào tính chất trên (điều khiển lưu lượng hơi sương thoát ra bằng các dải điện ápmột chiều) của máy phun sương mini, chúng em lựa chọn phương án điều khiển tự động máyphun sương mini bằng cách thay thế dải điện áp một chiều ra từ biến trở của máy phun sươngmini bằng dải điện áp một chiều được tạo ra từ vi điều khiển

Để làm được điều đó, chúng em sử dụng chức năng điều chế độ rộng xung (PWM) hoặcchức năng biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự (DAC) của vi điều khiển để tạo điện ápmột chiều Chi tiết phương pháp sẽ được trình bày ở phần tính toán, thiết kế phần cứng (thuộcchương 3, chương 4) và lưu đồ thuật toán điều khiển ở chương 5

Không khí không chứa hơi nước gọi là không khí khô Trong thực tế không có khôngkhí khô hoàn toàn, mà không khí luôn luôn có chứa một lượng hơi nước nhất định Đối vớikhông khí khô khi tính toán thường người ta coi là khí lý tưởng.

Khí có chứa hơi nước gọi là không khí ẩm Trong tự nhiên chỉ có không khí ẩm vàtrạng thái của nó được chia ra các dạng sau:

- Không khí ẩm chưa bão hòa: Là trạng thái mà hơi nước còn có thể bay hơi thêm vàođược trong không khí, nghĩa là không khí vẫn còn tiếp tục có thể nhận thêm hơi nước

- Không khí ẩm bão hòa: Là trạng thái mà hơi nước trong không khí đã đạt tối đa vàkhông thể nhận thêm hơi nước được Nếu tiếp tục cho bay hơi nước vào không khí thì

có bao nhiêu hơi bay vào không khí sẽ có bấy nhiêu hơi ẩm ngưng tụ lại

- Không khí ẩm quá bão hòa: Là không khí ẩm bão hòa và còn chứa thêm một lượnghơi nước nhất định Tuy nhiên trạng thái quá bão hoà là trạng thái không ổn định và có

xu hướng biến đổi đến trạng thái bão hoà do lượng hơi nước dư bị tách dần ra khỏikhông khí Ví dụ như trạng thái sương mù là không khí quá bão hòa

Tính chất vật lý và mức độ ảnh hưởng của không khí đến cảm giác của con người phụthuộc nhiều vào lượng hơi nước tồn tại trong không khí

Như vậy, không khí có thể coi là hỗn hợp của không khí khô và hơi nước

2.2.2 Phân loại độ ẩm

2.2.2.1 Độ ẩm tuyệt đối (Absolute humidity-AH)

Độ ẩm tuyệt đối là thuật ngữ được dùng để mô tả lượng hơi nước tồn tại trong một thểtích hỗn hợp dạng khí nhất định Các đơn vị phổ biến nhất dùng để tính độ ẩm tuyệt đối làgam trên mét khối (g/m³), tất nhiên điều này không có nghĩa là ta không được thay thế chúngbằng các đơn vị đo khối lượng hoặc đo thể tích khác Pounds trên foot khối là đơn vị dùngphổ biến ở Mỹ, và thậm chí đôi khi người ta còn sử dụng lẫn các đơn vị của hệ đo lường Anh

và Metric với nhau

Nếu tất cả nước trong một mét khối không khí được cô đọng lại trong một vật chứa, ta

có thể đem cân vật chứa đó để xác định độ ẩm tuyệt đối Độ ẩm tuyệt đối được định nghĩabằng tỷ số giữa khối lượng hơi nước (thường được tính bằng gam) trên thể tích của một hỗnhợp không khí nào đó (thường được tính bằng m³) chứa nó

là khối lượng hơi nước chứa trong hỗn hợp khí

- V(mixture) là thể tích hỗn hợp khí có chứa lượng hơi nước đó.

2.2.2.2 Độ ẩm cực đại

Nếu độ ẩm tuyệt đối của không khí càng cao thì lượng hơi nước có trong 1m3 không khícàng lớn nên áp suất riêng phần p của hơi nước trong không khí càng lớn Áp suất này khôngthể lớn hơn áp suất hơi nước bão hòa po ở cùng nhiệt độ cho trước nên độ ẩm độ ẩm tuyệt đốicủa không khí ở trạng thái bão hòa hơi nước có giá trị cực đại và được gọi là độ ẩm cực đại A

Độ ẩm cực đại có độ lớn bằng khối lượng riêng của hơi nước bão hòa trong không khí tínhtheo đơn vị g/m3

Ví dụ: Độ ẩm cực đại ở 28oC là 27.2 (g/m3).

2.2.2.3 Độ ẩm tương đối (Relative Humidity-RH)

Độ ẩm tuyệt đối AH chưa cho biết không khí ẩm nhiều hay ẩm ít, vì nhiệt độ càng thấpthì hơi nước càng dễ bão hòa và độ ẩm tuyệt đối càng gần độ ẩm cực đại

Để mô tả mức độ ẩm của không khí ở mỗi nhiệt độ, người ta dùng độ ẩm tương đối RH

Độ ẩm tương đối là tỷ số của áp suất hơi nước hiện tại của bất kỳ một hỗn hợp khí nào

( ep) với hơi nước so với áp suất hơi nước bão hòa (es) tính theo đơn vị là % Định nghĩakhác của độ ẩm tương đối là tỷ số giữa khối lượng nước trên một thể tích hiện tại so với khốilượng nước trên cùng thể tích đó khi hơi nước bão hòa Khi hơi nước bão hoà, hỗn hợp khí vàhơi nước đã đạt đến điểm sương

Công thức tính độ ẩm tương đối:

100%

p

s

e RH e

Ý nghĩa độ ẩm tỉ đối cho ta biết mức độ ẩm của không khí Không khí càng ẩm thì độ

ẩm tỉ đối của nó càng cao

Có thể đo độ ẩm của không khí bằng các ẩm kế: Ẩm kế tóc, ẩm kế khô – ướt, ẩm

kế điểm sương

2.2.3 Mối liên hệ giữa độ ẩm và nhiệt độ

Nhiệt độ là đại lượng biểu thị mức độ nóng lạnh Đây là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đếncảm giác của con người và tác động tới lượng hơi ẩm trong không khí Nhiệt độ càng cao thì

độ ẩm trong không khí càng giảm và ngược lại Trong kỹ thuật điều hòa không khí người tathường sử dụng 2 thang nhiệt độ là oC và oF Đối với một trạng thái nhất định nào đó củakhông khí ngoài nhiệt độ thực của nó trong kỹ thuật còn có 2 giá trị nhiệt độ đặc biệt cần lưu

ý trong các tính toán cũng như có ảnh hưởng nhiều đến các hệ thống và thiết bị là nhiệt độđiểm sương và nhiệt độ nhiệt kế ướt

Nhiệt độ điểm sương: Khi làm lạnh không khí nhưng giữ nguyên dung ẩm d (hoặc phân

áp suất ph) tới nhiệt độ ts nào đó hơi nước trong không khí bắt đầu ngưng tụ thành nước bãohòa Nhiệt độ ts đó gọi là nhiệt độ điểm sương (Hình 2 2)

Như vậy nhiệt độ điểm sương của một trạng thái không khí bất kỳ nào đó là nhiệt độứng với trạng thái bão hòa và có dung ẩm bằng dung ẩm của trạng thái đã cho Hay nói cáchkhác, nhiệt độ điểm sương là nhiệt độ bão hòa của hơi nước ứng với phân áp suất ph đã cho

Từ đây, ta thấy giữa nhiệt độ ts và d có mối quan hệ phụ thuộc Những trạng thái không khí cócùng dung ẩm thì nhiệt độ đọng sương của chúng như nhau Nhiệt độ đọng sương ts có ý nghĩarất quan trọng khi xem xét khả năng đọng sương trên các bề mặt cũng như xác định trạng tháikhông khí sau xử lý Khi không khí tiếp xúc với một bề mặt, nếu nhiệt độ bề mặt đó nhỏ hơnhay bằng nhiệt độ đọng sương ts thì hơi ẩm trong không khí sẽ ngưng kết lại trên bề mặt đó,trường hợp ngược lại thì không xảy ra đọng sương

Nhiệt độ nhiệt kế ướt: Khi cho hơi nước bay hơi đoạn nhiệt vào không khí chưa bão hòa(I = const) Nhiệt độ của không khí sẽ giảm dần trong khi độ ẩm tương đối tăng lên Tới trạngthái bão hoà φ = 100% quá trình bay hơi chấm dứt Nhiệt độ ứng với trạng thái bão hoà cuốicùng này gọi là nhiệt độ nhiệt độ nhiệt kế ướt và ký hiệu là tư Người ta gọi nhiệt độ nhiệt kếướt là vì nó được xác định bằng nhiệt kế có bầu thấm ướt nước (Hình 2 2) Như vậy, nhiệt độnhiệt kế ướt của một trạng thái là nhiệt độ ứng với trạng thái bão hòa và có entanpi I bằng

entanpi của trạng thái không khí đã cho Giữa entanpi I và nhiệt độ nhiệt kế ướt tư có mối quan

hệ phụ thuộc Trên thực tế ta có thể đo được nhiệt độ nhiệt kế ướt của trạng thái không khíhiện thời là nhiệt độ trên bề mặt thoáng của nước

Nhiệt độ không khí càng thấp, lượng hơi ẩm có thể chứa trong không khí càng giảm, vàngược lại, khả năng chứa ẩm của không khí tăng theo nhiệt độ

Hình 2.2 Nhiệt độ đọng sương và nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí

2.2.4 Phương pháp đo độ ẩm

2.2.4.1 Phương pháp điểm ngưng tụ

Với nhiều phương pháp đo độ ẩm khác nhau, phương pháp điểm ngưng tụ dù cổ điểnnhưng vẫn được dùng Vì với phương pháp này người ta có các giá trị đo rất chính xác và sựlập lại khá tốt cho bất cứ hàm lượng hơi nước với nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp

Khí cần đo độ ẩm được làm lạnh cho đến khi ngưng tụ trên bề mặt của tấm kim loạiđược đánh bóng Nhiệt độ mà ở đó có sự bão hoà, khi đó ta đọc được áp suất hơi nước haynhiệt độ đọng sương và theo đó ta có độ ẩm tương ứng

2.2.4.2 Phương pháp điện dung

Phương pháp dựa trên sự thay đổi điện dung của cảm biến phụ thuộc vào độ ẩm của môitrường

Ẩm kế điện dung sử dụng điện môi là màng mỏng polyme (hay Al2O3) có khả năng hấpthụ hơi nước Điện dung của tụ thay đổi tỉ lệ với độ ẩm được chuyển thành tín hiệu điện tươngứng

2.2.4.3 Ẩm kế điện trở (Resistive Humidity Sensors)

Ẩm kế điện trở dùng điện trở hút ẩm (dùng chất hút ẩm phủ lên) sau đó điện trở đượcnối tới cầu Wheatons có bù nhiệt Điện trở của cảm biến thay đổi tỉ lệ với độ ẩm được chuyểnthành tín hiệu điện tương ứng

Hình 2.3 Mối quan hệ giữa điện trở và độ ẩm.

- Dải đo RH: 15% đến 99%

- Dải nhiệt độ: -100C đến 600C

- Độ chính xác: ± 2%

- Thời gian hồi đáp: Khoảng 10s

- Kích thước nhỏ, rẻ, ít chịu ảnh hưởng ô nhiễm môi trường trừ nơi hoá chất ănmòn cao

2.3 CHUẨN TRUYỀN THÔNG ZIGBEE/IEEE 802.15.4

2.3.1 Tổng quan về mạng WPAN

2.3.1.1 Khái quát về mạng WPAN (Wireless Personal Area Network)

WPAN là mạng vô tuyến cá nhân Nhóm này bao gồm các công nghệ vô tuyến có vùngphủ nhỏ tầm vài mét đến hàng chục mét tối đa Các công nghệ này phục vụ mục đích nối kếtcác thiết bị ngoại vi như máy in, bàn phím, chuột, đĩa cứng, khóa USB, đồng hồ, với điệnthoại di động, máy tính Các công nghệ trong nhóm này bao gồm: Bluetooth, Wibree, Zigbee,UWB, Wireless USB, EnOcean Ưu điểm của mạng WPAN là liên lạc hiệu quả mà khôngđòi hỏi nhiều về cơ sở hạ tầng nên tiết kiệm chi phí, nhỏ gọn, kích thước bé, suy hao nănglượng nhỏ Tuy nhiên, nó cũng có một số nhược điểm là băng tần eo hẹp, khoảng cách truyềnhạn chế

2.3.1.2 Phát triển của mạng WPAN

Tổ chức WPAN ban đầu được thành lập chủ yếu hướng đến việc chuẩn hóa lớp PHY vàlớp MAC trong việc tạo ra chuẩn IEEE 802.15.1, vốn dựa trên công nghệ Bluetooth năm

1999 Năm sau, tổ chức này phân nhánh thành hai tổ chức con, đâu tiên là IEEE 802.15.3dành cho mạng WPAN tốc độ cao vốn dùng trong ứng dụng truyền thông đa phương tiện, vàsau đó vào tháng 12 năm 2000 là IEEE 802.15.4, tổ chức chuyên về LR-WPAN (low-rateWPAN hay mạng cá nhân “thấp”) ra đời, cung cấp loại hình kết nối không dây đơn giản giáthấp, tốc độ thấp giữa các thiết bị Công nghệ này báo trước một tương lai đầy sáng sủa chomạng cảm biến không dây WSN (Wireless Sensors Network)

2.3.1.3 Phân loại

Ta có thể chia làm 3 loại mạng WPAN theo tốc độ truyền, mức độ tiêu thụ năng lượng

và chất lượng dịch vụ (Quality of service):

- WPAN tốc độ cao (chuẩn IEEE 802.15.3): Phù hợp với các ứng dụng đa phươngtiện yêu cầu chất lượng dịch vụ cao

- WPAN tốc độ trung bình (chuẩn IEE 802.15.1/Bluetooth): Được ứng dụng trongcác mạng điện thoại tế bào đến máy tinh cá nhân bỏ túi PDA và có chất lượngdịch vụ phù hợp cho thông tin thoại

- WPAN tốc độ thấp (IEEE 802.15.4/LR - WPAN): Dùng trong các ngành côngnghiệp, các ứng dụng y học chỉ đòi hỏi mức tiêu hao năng lương thấp, khôngyêu cầu cao về tốc độ truyền tin và chất lượng dịch vụ (tốc độ truyền thấp chophép tiêu hao ít năng lượng) Trong chuẩn này thì công nghệ Zigbee/IEEE802.15.4 là một ví dụ điển hình

Bảng 2.3 Phân loại mạng WPAN

Ứng dụng Đa phương tiện Điện thoại, thiết bị

ngoại vi

Cảm biến, truyền dữliệu

Giao tiếp Truyền file có dung

lượng lớn

Truyền file hình ảnh,điện thoại

Truyền gói tin nhỏ

2.3.2 Chuẩn truyền thông Zigbee – IEEE 802.15.4

2.3.2.1 Khái quát về chuẩn truyền thông IEEE 802.15.4/Zigbee

Chuẩn IEEE 802.15.4 định nghĩa giao thức và mối tương thích trong việc trao đổi dữliệu giữa các thiết bị trong mạng WPAN với tốc độ truyền thấp, đơn giản và dải tần vô tuyếnhẹp

Zigbee là một giao thức được xây dựng theo chuẩn IEEE 802.15.4 Giao thức này đượctạo ra nhằm phục vụ cho những ứng dụng yêu cầu giá thành và công suất thấp nhưng phải cókhả năng linh động trong phạm vi rộng Chuẩn Zigbee được phát triển và xúc tiến bởi hãngZigbee Alliance, với sự hỗ trợ từ hơn 200 công ty trên thế giới như: SIEMENS, ATMEL, NI,NEC, TEXAS INSTRUMENTS, EPSON Về bản chất Zigbee cũng là một chuẩn giao tiếpkhông dây như những chuẩn không dây khác như UWB, Wi-Fi, IrDA, 3G, Bluetooth Nhưng nó mang những đặc tính kỹ thuật và đặc tính vật lý riêng và do đó sẽ chỉ phù hợp vớimột mảng ứng dụng nhất định

Cái tên Zigbee được xuất phát từ cách truyền thông tin của các con ong mật Đó là kiểu

“zig-zag” của loài ong “Honey-Bee” Cái tên Zigbee cũng được ghép từ 2 từ này

2.3.2.2 Lịch sử phát triển của chuẩn truyền thông IEEE 802.15.4/ Zigbee

Mạng Zigbee được hình thành năm 1998 khi các kỹ sư công nghệ nhận thấy Wifi vàBluetooth không thích hợp với nhiều ứng dụng Tháng 5 năm 2003, tiêu chuẩn IEEE 802.15.4được hoàn thành Các phiên bản Zigbee ra đời từ trước đến nay:

- Ngày 11/12/2004, phiên bản đầu tiên ra đời: Zigbee 2004, cũng trong thời giannày điện thoại Zigbee đầu tiên trên thế giới được giới thiệu với những tính năngnhư điều khiển các thiết bị điện gia dụng, theo dõi nhiệt độ, độ ẩm và hệ thốngbáo động

- Tháng 12/2006, Zigbee 2006 ra đời

- Năm 2007, Zigbee PRO ra đời với những tính năng vượt trội hơn

2.3.2.3 Đặc điểm của Zigbee

- Ưu điểm của Zigbee

 Tính ổn định: Mạng Zigbee hình lưới có đặc điểm tự thích nghi, tức là chúng

có khả năng tự xây dựng lại và hoạt động như bình thường ngay cả khi mộtvài nút bị hỏng, hoặc tìm đường đi khác khi đường đi thông thường bị chặn -đây đều là những tình huống có thể xảy ra trong hệ thống công nghiệp Tình

ổn định của mạng Zigbee do vậy được đánh giá khá cao

 Tính bảo mật: Chuẩn Zigbee hỗ trợ bảo mật trên nhiều tầng, gồm có tầng xácthực cơ bản, mã hóa AES 128 bit, bảo mật trong cơ cấu hình thành và sátnhập nút mới vào mạng

 Khả năng mở rộng: Bao gồm 16 bit địa chỉ và được mở rộng lên 64 bit Cơchế định địa chỉ 64 bit có thể mở rộng đến 65000 node mạng, có khả năngbao quát toàn bộ nhà máy công nghiệp với độ phủ sóng khá lớn

 Giá thành rẻ: Bao gồm chi phí mua thiết bị, chi phí lắp đặt và chi phí bảo trì.Các thiết bị Zigbee có thể hoạt động bằng Pin chính trong vài năm mà khôngcần có bộ sạc, đồng thời các nút có thể hoạt động ở chế độ nghỉ (sleep mode)giúp tiết kiệm đáng kể năng lượng

 Khả năng hỗ trợ: Chuẩn mở với nhiều nhà cung cấp, hỗ trợ nhiều ứng dụng

và ngày càng được cải tiến, phát triển rộng rãi

 Tiêu thụ công suất thấp

- Nhược điểm của Zigbee

 Tốc độ truyền thấp (250kbps, 40kbps, 20kbps)

 Băng thông hẹp

 Phạm vi áp rộng còn hẹp, chưa có nhiều chức năng

 Do độ rộng băng thông hạn chế nên chuẩn IEEE 802.15.4 không thể hỗ trợnhững ứng dụng đòi hỏi băng thông cao, chẳng hạn như hỗ trợ truyền hìnhảnh video và âm thanh audio

Ta có thể thấy rằng, với những ứng dụng cho nhiều phần tử, yêu cầu độ linh hoạt cao,giá thành thấp, tiêu thụ công suất nhỏ thì dùng chuẩn Zigbee là rất phù hợp

2.3.2.4 Băng tần của Zigbee

Tín hiệu truyền trong giao thức Zigbee thực chất là tín hiệu radio Zigbee được hỗ trợtrong các dải tần số cho trong Hình 2 4

Hình 2.4 Dải tần số hoạt động của Zigbee

2.3.2.5 Những phần tử và thiết bị cơ bản của hệ thống Zigbee

Zigbee có 2 phần tử cơ bản là:

- FFD (Full Function Devide): Đảm nhận tất cả các chức năng trong mạng FFD

có khả năng hoạt động như một điều phối viên của toàn mạng PAN (PANcoordinator), điều phối viên của một mạng con (coordinator), thiết bị trongmạng (Device)

- RFD (Reduced- Function Devide): Đảm nhận một số chức năng hạn chế với cácứng dụng đơn giản, dữ liệu nhỏ

Một mạng tối thiểu phải có một thiết bị FFD, một FFD có thể làm việc với nhiều RFDhay nhiều FFD, trong khi một RFD chỉ có thể làm việc được với một FFD

Có 3 loại thiết bị Zigbee cơ bản:

- Zigbee coordinator (ZC): Đây là một FFD, là thiết bị bắc cầu tới các mạng khác

 Hoạt động tiêu biểu là nhận trạng thái, điều khiển và giám sát mạng

 Lưu trữ thông tin mạng, khóa bảo mật

- Zigbee router (ZR): Đây là một FFD, nó là một thiết bị thông minh có các đặcđiểm sau:

 Định tuyến trung gian truyền dữ liệu

 Cho phép mở rộng mạng

 Theo dõi, điều khiển, thu thập dữu liệu như nút bình thường

 Nó có thể kết nối với ZC, ZR và cả ZED

2.4 GHz

PHY

- Zigbee end device (ZED): Đây là một FFD hoặc RFD, nó không có khả năngchuyển tiếp dữ liệu nhưng có một số đặc điểm sau:

 Yêu cầu về bộ nhớ và khả năng tính toán thấp nên giá thành thấp

 Chức năng chủ yếu là thu thập dữ liệu, theo dõi, điều khiển

2.3.2.6 Các kiểu cấu trúc mạng của Zigbee

Trong truyền thông dùng giao thức Zigbee thường hỗ trợ 3 mô hình mạng chính: mạnghình sao, mạng hình cây và mạng sơ đồ lưới

Hình 2.5 Các cấu trúc mạng Zigbee

Trong đó:

- ZC: Chỉ có duy nhất một ZC trong bất kỳ mạng Zigbee nào và nó có chức năngchính là kích hoạt thông tin về mạng thông qua cấu hình các kênh, PAN ID vàhiện trạng ngăn xếp

- ZR: Là một thành phần của hệ thống mạng mà chức năng của nó là thực hiệnviệc vận chuyển các gói tin trong mạng Nó thực hiện các bảng kết nối cũng nhưđịnh vị địa chỉ cho các ZED của nó

- ZED: Là một thành phần của hệ thống mạng nhưng không tham gia vào quátrình vận chuyển tin Nó có được tối ưu sao cho công suất tiêu thụ là nhỏ nhấtnhờ các chế độ bắt tín hiệu và kỹ thuật "sleep"

2.3.2.7 Mô hình giao thức của Zigbee

Giống như trong truyền thông công nghiệp, khi thực hiện một giao thức truyền thông,người ta thường phải dựa trên một mô hình kiến trúc chuẩn Bất kỳ một giao thức truyềnthông nào đều có thể qui chiếu tới một lớp nào đó trong mô hình của kiến trúc tương ứng.Trong truyền thông công nghiệp ta đã biết đến đó là mô hình qui chiếu OSI 7 lớp

Trong giao thức Zigbee, người ta cũng định nghĩa một kiến trúc giao tiếp, đó là kiếntrúc Zigbee Có thể hiểu kiến trúc này cũng tương tự như kiến trúc OSI 7 lớp trong truyềnthông công nghiệp

Hình 2.6 Cấu trúc giao thức truyền thông ZigBee

ZigBee/IEEE 802.15.4 là công nghệ mới và phát triển rất nhanh trong thời gian gần đâytrên thế giới Công nghệ này xây dựng và phát triển lớp ứng dụng và lớp mạng trên nền tảng

là hai lớp PHY và MAC theo chuẩn IEEE 802.15.4 Do đó, ZigBee được thừa hưởng những

ưu điểm của chuẩn IEEE 802.15.4 như: Tính tin cậy, đơn giản, tiêu hao ít năng lượng và khảnăng thích ứng cao với các môi trường mạng Dựa vào mô hình đưa ra theo Hình 2 6, cácnhà sản xuất khác nhau có thể chế tạo ra các sản phẩm khác nhau nhưng vẫn có thể tươngthích với nhau

Chuẩn Zigbee/IEEE 802.15.4 định nghĩa 2 lớp là PHY và lớp MAC dựa trên mô hìnhliên kết hệ mở (OSI) gồm 7 lớp

Lớp vật lý PHY: Theo chuẩn IEEE 802.15.4 Có nhiệm vụ truyền nhận tần số sóng vôtuyến, tín hiệu ED (Enegy Detection), LQI (Link Quality Indicator), chọn kênh, CCA (ClearChannel Assessment) và các gói tin

Lớp liên kết dữ liệu MAC: Theo chuẩn IEEE 802.15.4 Có nhiệm vụ quản lý truy cậptới các kênh vô tuyến trên lớp vật lý và có chức năng tạo tín hiệu beacon (đối với các thiết bịđiều phối), đồng bộ tín hiệu Beacon, hỗ trợ việc kết nối và rời bỏ PAN cũng như bảo mật.Hơn nữa, MAC điều khiển kỹ thuật truy nhập đường truyền CSMA – CA, kỹ thuật truy nhập

- Bảo mật: Gán các thông tin bảo mật vào gói tin và gửi xuống tầng dưới

- Định tuyến, giúp gói tin có thể đến được đúng tin mong muốn Có thể nói rằngthuật toán Zigbee là thuật toán định tuyến phân cấp sử dụng bảng định tuyếnphân cấp tối ưu được áp dụng từng trường hợp thích hợp

Lớp ứng dụng: Thực chất gồm có ba lớp là ZigBee Device Object (ZDO), ApplicationSupport Sublayer (ASP), Application Framework (AFG)

- Lớp ZDO: Định nghĩa vai trò của các thiết bị coordinator, router hay end device,

dò tìm các thiết bị mới trên mạng và xác định các dịch vụ của chúng, xác lậpmột đường truyền bảo mật với các thiết bị ngoài, và trả lời các yêu cầu binding

- Lớp ASP: Quản lí các gói, là cầu nối giữa lớp mạng và các thành phần khác củalớp ứng dụng cũng như luôn cập nhật binding table từ cơ sở dữ liệu nhằm tìm

thiết bị không dây thực sự hoạt động rất ít, thiết bị sử dụng hầu hết thời gian của nó trong chế

độ tiết kiệm năng lượng, hay chế độ ngủ (sleep mode) Kết quả là, Zigbee cho phép các thiết

bị có khả năng hoạt động trong nhiều năm trước khi cần phải nạp lại Pin hoặc thay Pin mới.Zigbee cho phép truyền thông tin tới nhiều thiết bị cùng lúc (mesh network) thay vì chỉ

có 2 sản phẩm tương tác với nhau như Bluetooth và Wifi Phạm vi hoạt động của Zigbee đangđược cải tiến từ 100 mét lên đến vài trăm mét

Tốc độ dữ liệu rất thấp của Zigbee đồng nghĩa nó không phải là sự lựa chọn tốt nhất choviệc cài đặt kết nối Internet hay một tai nghe nhạc CD không dây chất lượng cao, khi mà tốc

độ cho những ứng dụng này đòi hỏi từ 1 Mbps trở lên Tuy nhiên, nếu mục tiêu của giao tiếpkhông dây chỉ là truyền và nhận các lệnh đơn giản hay tập hợp thông tin từ các đầu dò nhưđầu dò nhiệt độ hay đầu dò độ ẩm thì Zigbee là giải pháp hiệu quả cho công suất cũng như chiphí cài đặt thấp nhất so với Bluetooth và IEEE 802.11b

Hình 2.7 Các lĩnh vực ứng dụng Zigbee

Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất và bán các IC cũng như các Module hỗ trợ truyềnnhận bằng Zigbee

Hình 2.8 Một số Module Zigbee hiện có trên thị trường

Hiện nay, trên thị trường đã xuất hiện rất nhiều thiết bị hỗ trợ giao thức Zigbee Cácthành phần cảm biến, cơ cấu chấp hành, PLC đều có phiên bản Zigbee tương đương vớichúng Bên cạnh đó, các hệ thống cũ đang hoạt động cũng có thể được trang bị truyền thôngZigbee bằng cách kết nối thêm các thành phần Zigbee Module, Modem cảm biến, cổng giaotiếp dữ liệu (gateway)…

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI VÀ LỰA CHỌN

LINH KIỆN

3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI

3.1.1 Yêu cầu của hệ thống

Hệ thống phải bao gồm 2 nodes mạng/điểm đo (Slave) thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm

để truyền về cho 1 thiết bị điều phối (PAN coordinator hay Master) để điều khiển độ ẩm trongphòng

Mạch Master là mạch điều khiển trung tâm, nhận tín hiệu truyền về từ các điểm đo 1 và

2 để đưa ra hiển thị, điều khiển độ ẩm trong phòng

Các mạch Slave 1 và 2 phải có kích thước nhỏ gọn để gắn vào các điểm đo

3.1.2 Sơ đồ kết nối của toàn hệ thống

Từ mục tiêu của đề tài, ta có sơ đồ khối kết nối của hệ thống như Hình 3 9

Zigbee

Vi điều khiển

Hình 3.9 Sơ đồ khối toàn hệ thống

Trong mạng kết nối hệ thống này có các điểm đo (Slaves) giao tiếp với Master quachuẩn không dây Zigbee/IEEE 802.15.4

Các điểm đo có vai trò đo nhiệt độ, độ ẩm tại các điểm cần đo Thông qua ModuleZigbee, nó gửi dữ liệu về Master đã được chỉ định sẵn Mỗi điểm đo được gán một địa chỉ duynhất bằng phần mềm để Master nhận dạng

Các điểm đo được thiết kế chạy bằng Pin Khi sử dụng Pin, ta cần đảm bảo việc tiếtkiệm năng lượng để tăng thời gian sử dụng của Pin Vì vậy các điểm đo chỉ thưc hiện việc đo

và truyền dữ liệu sau mỗi khoảng thời gian là 3 phút và không có khối hiển thị

Master có vai trò thu thập dữ liệu được gửi về từ các điểm đo cùng với các giá trị đượcđặt ở khối phím bấm để đưa ra tín hiệu điều khiển độ ẩm trong phòng (điều khiển máy phunsương) và hiển thị lên khối hiển thị.

3.1.2.1 Khối Master (điều khiển máy phun sương và hiển thị nhiệt độ, độ ẩm)

Zigbee

Vi điều khiển Điều khiển

Phím bấm

Hiển thị Khối nguồn

Hình 3.10 Sơ đồ khối mạch Master

Mạch Master bao gồm:

Khối vi điều khiển trung tâm: Đảm nhiệm tất cả các các công việc như nhận dữ liệu từcác Slaves gửi về, đưa tín hiệu ra điều khiển máy phun sương, đưa tín hiệu ra hiển thị…Khối phím bấm: Có 3 phím (Menu, Tăng, Giảm) để chọn chế độ hiển thị và cài đặt giátrị đặt của độ ẩm mong muốn

Khối hiển thị: Hiện thị các giá trị nhiệt độ, độ ẩm nhận được từ các Slaves sau khi tínhtoán

Khối điều khiển: Điều khiển độ ẩm bám theo độ ẩm đặt (được cài đặt từ khối phímbấm) thông qua việc điều khiển máy phun sương

Khối Zigbee: Có nhiệm vụ nhận dữ liệu từ các mạch Slave truyền về

Khối nguồn cung: Cấp cho toàn mạch Master Vì mạch Master có sử dụng khối hiển thịtiêu tốn khá nhiều điện năng, nên phương án dùng Pin không khả thi Do vậy, chúng em chọnphương án dùng trực tiếp nguồn điện từ điện lưới 220VAC qua Adapter 12VDC và mạch chỉnhlưu để đưa vào làm nguồn cung cấp năng lượng cho cho mạch

Mạch Master được gắn vào máy phun sương và bật liên tục trong quá trình hoạt độngcủa máy

3.1.2.2 Khối Slave (đo và truyền dữ liệu)

Zigbee

Pin Cảm biến Vi điều khiển

Hình 3.11 Sơ đồ khối mạch Slave

Mạch Slave bao gồm:

Khối vi điều khiển trung tâm: Đảm nhiệm tất cả các các công việc như gửi lệnh yêu cầucảm biến truyền dữ liệu về và nhận dữ liệu đo được từ cảm biến, truyền thông với thiết bị điềukhiển không dây Zigbee

Khối cảm biến: Là cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm đảm nhiệm việc đo nhiệt độ và độ ẩm.Sau đó, gửi tín hệu đo được lên vi điều khiển

Khối Module truyền thông không dây Zigbee: Kết nối với vi điều khiển, có nhiệm vụtruyền dữ liệu đến Master sau mỗi 3 phút

Khối nguồn cung cấp cho mạch Slave ở đây là Pin để tiết kiệm năng lượng

Các Slave được gắn vào các vị trí cần đo nhiệt độ, độ ẩm

3.2 LỰA CHỌN LINH KIỆN

3.2.1 Cảm biến độ ẩm

3.2.1.1 Lựa chọn cảm biến

Hiện nay có nhiều loại cảm biến với độ chính xác khác nhau Tùy vào nhu cầu sử dụng

mà lựa chọn cho phù hợp Bảng 3 4 thống kê các loại cảm biến, độ chính xác và bảng giácủa nó

Bảng 3.4 Bảng thống kê các loại cảm biến, độ chính xác và bảng giá.

Cảm biến Độ chính xác

độ ẩm(%RH)

Độ chính xácnhiệt độ (oC ) Chuẩn giaotiếp Chuẩn hóa Giá tại ViệtNam

(VNĐ)

hóa

60.000Dựa vào yêu cầu đặt ra của bài toàn ta có các tiêu chí để lựa chọn cảm biến độ ẩm nhưsau:

- Là cảm biến đo độ ẩm tương đối, có tích hợp đo nhiệt độ.

- Độ chính xác tương đối

- Dễ sử dụng, giá thành hợp lý, kích thước nhỏ gọn

- Mức tiêu hao năng lượng thấp

Từ đó ta chọn cảm biến SHT10 có độ chính xác độ ẩm (±4.5) và nhiệt độ (±0.5) ở mứcchấp nhận được khi sử dụng trong gia đình, chuẩn giao tiếp 2 dây dễ sử dụng và có giá cả rẻnhất trong họ SHT

3.2.1.2 Cảm biến SHT10

Cảm biến SHT10 thuộc họ cảm biến SHT1x Nó có khả năng đo nhiệt độ và độ ẩmtương đối của môi trường trong không khí và có phần chuyển đổi ra giá trị số đã được chuẩnđịnh

Cảm biến SHT10 đo nhiệt độ và độ ẩm ở 2 chế độ:

- Chế độ 1: Đo nhiệt độ 12 bit và đo độ ẩm 8 bit

- Chế độ 2: Đo nhiệt độ 14 bit và đo độ ẩm 12 bit

Kết quả cho ra tín hiệu chất lượng cao, thời gian trả lời nhanh, không bị ảnh hưởng củanhiễu và có giá cả cạnh tranh

Hình 3.12 Hình ảnh của SHT10

SHT10 có chân DATA (chân số 2) là chân truyền và nhận dữ liệu và chân SCK (chân số3) là chân xung clock đồng bộ, 2 chân số 1 và số 4 là chân nối đất và nguồn cung cấp, cácchân còn lại không sử dụng

SHT10 đo nhiệt độ và độ ẩm với độ chính xác điển hình là ±4.5 đối với độ ẩm và ±0.5đối với nhiệt độ

SHT10 ghép nối tiếp theo kiểu 2 dây với vi điều khiển nhưng không phải theo chuẩnI2C

Hình 3.13 Ghép nối SHT10 với Vi điều khiển

SHT1x có các lệnh đo nhiệt độ, độ ẩm riêng biệt theo Bảng 3 5

Bảng 3.5 Các lệnh của SHT10

lệnh

Dự trữ (Reserved) 0000x Ghi vào thanh ghi trạng thái 00110

0101x-1110x

Đo độ âm tương đối 00101 Reset bằng phần mềm, reset giao

diện, đưa thanh ghi trạng thái vềchế độ mặc định, đợi tối thiểu 11mstrước khi gửi lệnh tiếp theo

11110

Đọc thanh ghi trạng thái 00111

- Quá trình gửi lệnh lên SHT10 gồm 3 bước:

 Bước 1: Truyền xung start (Transmission Start)

SHT10 sẽ gửi số liệu khi vi điều khiển phát lệnh và tín hiệu xung SCK Quá trình truyềnnày được khởi động bằng 1 trình tự gọi là “Transmission Start”

Chân DATA ở mức cao CLK có xung (từ thấp lên cao) sau đó vi điều khiển kéo chânDATA xuống thấp CLK có xung tiếp theo, vi điều khiển giữ DATA ở mức thấp Khi đóSHT10 biết là vi điều khiển muốn giao tiếp với nó Ta đưa chân DATA lên 1 Chuẩn bị quátrình gửi lệnh xuống SHT10

Nếu quá trình truyền bị đứt thì phải khởi động lại quá trình này

 Bước 2: Gửi lệnh lên SHT

Gửi 0: Cho chân DATA xuống 0, sau đó kích xung SCK từ thấp lên Cao Khi đó SHT10

sẽ đọc tín hiệu tại chân DATA và nhận giá trị 0

Gửi 1: Cho chân DATA lên 1, sau đó kích xung SCK từ thấp lên cao Khi đó SHT10 sẽđọc tín hiệu tại chân DATA và nhận giá trị 1

Vi điều khiển gửi lệnh 8 bít xuống SHT10, 3 bit đầu là 3 bit địa chỉ (000), 5 bit sau xácđịnh yêu cầu của vi điều khiển với SHT10 (theo mã lệnh của SHT10 ở Bảng 3 5)

 Bước 3: Kiểm tra lỗi

Sau khi gửi đủ 8 bit lệnh xuống SHT10, thì chúng ta kiểm tra lỗi bằng cách cho chânDATA lên 1, sau đó chuyển chế độ chân là chân vào Kích 1 xung từ thấp lên cao tại SCK,đọc lại chân DATA

Nếu bằng 0: Gửi lệnh OK

Nếu bằng 1: Gửi lệnh có lỗi

Nếu gửi lệnh thành công, ta chờ một thời gian để SHT10 đo nhiệt độ và gửi lại dữ liệucho vi điều khiển Lúc này chân DATA vẫn là chân vào SHTT10 sẽ kéo chân DATA lên 1trong quá trình đo chờ kết quả

- Quá trình đọc dữ liệu.

Quá trình đọc dữ liệu bắt đầu sau khi gửi lệnh yêu cầu đo nhiệt độ, độ ẩm đến SHT10,khi đó chân DATA được SHT10 kéo xuống thấp Khi đó SHT10 thông báo với vi điều khiển

xử lý xong (đo xong nhiệt độ, hoặc độ ẩm)

Dữ liệu kết quả độ ẩm hay nhiệt độ SHT10 gửi tới vi điều khiển đều dạng 16 bit Cứ sau

8 bit được gửi từ SHT10, vi điều khiển lại truyền xuống 1 bit ACK = 0 tới SHT10 Khi nhậnđược bit này, SHT10 sẽ truyền byte tiếp theo lên

Ngoài 16 bit dữ liệu ra, SHT10 còn gửi lại 8 bit (1 byte) CheckSum Ta có thể sử dụnghoặc không Nếu không sử dụng thì sau khi nhận được 8 bit thấp ta cho tín hiệu ACK =1 Khi

đó SHT10 sẽ chuyển sang chế độ Sleep Và chuẩn bị cho lệnh tiếp theo

Đọc byte dữ liệu cao (MSB): Chân DATA của vi điều khiển là đầu vào Kích xung SCK

từ thấp lên cao, sau đó đọc dữ liệu từ chân DATA

Bit có giá trị bằng 0: DATA = 0;

Bit có giá trị bằng 1: DATA = 1;

Khi đọc được 8 bit Chuyển chân DATA của vi điều khiển thành chân ra Vi điều khiểnkéo chân DATA = 0 Có xung kích SCK từ thấp lên cao (truyền bit ACK) Lập lại quá trìnhtrên để đọc byte thấp Byte CheckSum có thể đọc hoặc không Nếu không đọc thì chú ý bitACK = 1 Để SHT10 chuyển vào trạng thái Sleep Chuẩn bị quá trình làm việc tiếp theo

Hình 3.14 Trình tự đo độ ẩm

- Chuyển đổi tín hiệu đầu ra

Do được tích hợp sẵn ADC bên trong nên đầu ra ở chân số 4 của cảm biến (chânDATA) là đầu ra số Tùy theo cách lập trình mà ta có thể lấy được số liệu đo nhiệt độ hay sốliệu đo độ ẩm (theo mã lệnh ở bảng Bảng 3 5, trang 34).

Sau khi cảm biến tiến hành đo giá trị nhiệt độ và độ ẩm, ta tiến hành chuyển đổi tín hiệuđầu ra

 Nhiệt độ

Nhiệt độ đo được trong cảm biến được thiết kế là tuyến tính Sử dụng công thức (3.1)với các hệ số theo Bảng 3 6 để chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ đọc về thành giá trị nhiệt độthực

Thật ra giá trị độ ẩm thực tế có sự khác biệt đáng kể so với giá trị của cảm biến đo được

Vì tín hiệu độ ẩm phải có bù nhiệt độ Nên độ ẩm thực sẽ được tính theo công thức (3.3) vớicác hệ số trong Bảng 3 8

1 2

RH T  t t SO RH (3.3)

Hình 3.15 Hình ảnh của Module MRF24J40MA

Module MRF24J40MA là bộ truyền nhận tương thích chuẩn IEEE 802.15.4, nó chophép người thiết kế dễ dàng thêm vào ứng dụng của mình mà không cần thêm anten thu phátsóng hay bất kỳ một thành phần nào khác Vì Module này đã được tích hợp sẵn mạch RF, baogồm anten và bộ điều khiển trong một bản mạch PCB nhỏ có thể để cắm hoặc dán lên mạchứng dụng Một giao diện 4 dây theo chuẩn SPI giúp Module giao tiếp với một vi điều khiểnbên ngoài

Module MRF24J40MA gồm có 12 chân Trong đó có 3 chân nối đất, 1 chân nối nguồn,

1 chân báo ngắt tới vi điều khiển, 1 chân reset, 1 chân báo thức (WAKE), và 4 chân dùng chogiao tiếp SPI 4 đây

Module MRF24J40MA có các đặc điểm chính sau:

- Sử dụng chuẩn IEEE 802.15.4

- Phục vụ truyền dữ liệu bằng RF

- Có khả năng tự điều chỉnh năng lượng

- Dễ lắp đặt, tiết kiệm chi phí sản xuất, dễ tiếp cận thị trường

- Thích hợp với chip điều khiển như Pic16F, Pic18F…

- Khoảng cách truyền khoảng 120m

- Kết nối kiểu dán hoặc headers cắm.

3.2.2.2 Module Zigbee MRF24J40MA

Module MRF24J40MA là một Module tích hợp chip đơn MRF24J40, mạch dao độngthạch anh và anten Module MRF24J40MA tích hợp toàn diện chuẩn IEEE 802.15.4 với băngtần 2.4GHz, tích hợp lớp PHY, lớp MAC và gần như đầy đủ phần cứng cần thiết cho truyềnnhận không dây theo chuẩn này, người sử dụng chỉ cần thêm vào một số tối thiểu thành phần

là có được một thiết bị thu phát hoàn chỉnh Mặt khác, Module MRF24J40MA còn được thiết

kế chuyên cho những ứng dụng đòi hỏi giá thành thấp, điện áp hoạt động thấp

Hình 3.16 Sơ đồ Module MRF24J40MA

Tổng quan, cấu trúc bộ nhớ của MRF24J40: Chia làm 4 phần chính

- Control Register: Các thanh ghi điều khiển

- Bộ đệm sử dụng khi kích hoạt beacon: TX Beacon FIFO, TX GTS1/2 FIFO

- Bộ đệm lưu dữ liệu trước khi truyền (không beacon): TX Normal FIFO

- Bộ đệm nhận: RX FIFO

Module MRF24J40MA kết nối với vi điều khiển theo chuẩn SPI 4 dây theo sơ đồHình 3 17

Hình 3.17 Sơ đồ kết nối Module MFR24J40MA với Vi điều khiển

Cơ chế ghi dữ liệu qua SPI với SHORT ADDRESS: Cơ chế này dùng để đọc/ghi dữliệu vào các thanh ghi có đại chỉ từ 0x00 đến 0x3F

Hình 3.18 Đọc Short Address

Hình 3.19 Ghi vào Short Address

Giả sử ta muốn ghi giá trị 0xAF vào địa chỉ 0x21 = 0b00100001 của MRF24J40, thì ta

sẽ truyền byte1 = “01000011”, rồi truyền byte2 = 0xAF Cùng thao tác trên nhưng là đọc từ0x21 thì byte1 = “01000010” và byte2 sẽ là một giá trị khác bất kì (giả định rằng MCU có SPItích hợp trong phần cứng)

Cơ chế ghi dữ liệu qua SPI với LONG ADDRESS: Cơ chế này dùng để đọc/ghi dữ liệuvào các thanh ghi có địa chỉ từ 0x200 đến 0x38F

Hình 3.20 Đọc Long Address

Hình 3.21 Ghi vào Long Address

Giả sử ta muốn ghi giá trị 0xAF vào địa chỉ 0x220 = 0b10’0010’0000 của MRF24J40,thì ta sẽ truyền byte1 = “110001000001”, rồi truyền byte2 = 0xAF Cùng thao tác trên nhưng

là đọc từ 0x21 thì byte1 = “110001000000” và byte2 sẽ là một giá trị bất kì (giả định rằngMCU có SPI tích hợp trong phần cứng)

Cấu hình cho Module MRF24J40MA: Các chế độ hoạt động của ModuleMRF24J40MA như cho phép ngắt, chọn khe tín hiệu, Beacon hay không Beacon…, tất cả đềuđược cấu hình thông qua các thanh ghi điều khiển ở các địa chỉ từ 0x00 đến 0x3F và từ 0x200đến 0x27F

Truyền/nhận data thô với Module MRF24J40MA: Trong đồ án này, chúng em chọn chế

độ truyền ở vùng nhớ TX Normal FIFO, không có tín hiệu phản hồi ACK và tín hiệu Beacon

Hình 3.22 Mô hình truyền nhận dữ liệu

Module 1, data được lưu trong chip eeprom, hoặc flash của MCU, hoặc được gửi đếnMCU qua UART Sau đó ghi lên vùng nhớ TX Normal FIFO của Module MRF24J40MA, vàchip này chia data thành các gói tin, đóng gói thêm các header, rồi truyền gói tin ra khônggian bằng cách set bit TXNTRIG (TXNCON 0x1B<0>) = ‘1’

Module MRF24J40MA trong Module 2, nhận gói tin khi có tín hiệu báo ngắt nhận dữliệu từ Module MRF24J40MA truyền đến cho vi điều khiển Nếu gói tin này thỏa mãn chuẩnIEEE 802.15.4 Lọc tách các header, lấy nội dung, và ta có data trong MCU