6BỘ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNKHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN XÂY DỰNG HỆ THỐNG PHÁT HIỆN VÀ GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG VỚI CẢM BIẾN GYCOSCOPE MMA73XOL
Trang 16BỘ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜN
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
XÂY DỰNG HỆ THỐNG PHÁT HIỆN
VÀ GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG VỚI CẢM BIẾN
GYCOSCOPE MMA73XOL
Hà Nội , 2016
Trang 3TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
HOÀNG THÁI LONG
XÂY DỰNG HỆ THỐNG PHÁT HIỆN
VÀ GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG VỚI CẢM BIẾN
GYCOSCOPE MMA73XOL
Ngành : Công Nghệ Thông Tin
Mã ngành : D480201
NGƯỜI HƯỚNG DẪN: ThS Trần Mạnh Trường
Hà Nội , 2016
Trang 42
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU 3
DANH MỤC HÌNH VẼ 4
DANH MỤC VIẾT TẮT 6
LỜI CAM ĐOAN 7
LỜI CẢM ƠN 8
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG NHÚNG VÀ MẠNG NHÚNG ZIGBEE 2
1.1 Hệ thống nhúng 3
1.2 Mạng truyền thông nhúng 6
1.3 Mạng nhúng ZigBee 8
1.4 Kết luận 19
CHƯƠNG 2 VI ĐIỀU KHIỂN PIC VÀ THIẾT BỊ THU PHÁT SÓNG MRF24J40 CỦA MICROCHIP 20
2.1 Vi điều khiển PIC 20
2.2 Thiết bị thu phát sóng ZigBee MRF24J40MA 33
2.3 Kết luận 44
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠNG NHÚNG ZIGBEE ĐỂ PHÁT HIỆN VÀ GIÁM SÁT SỰ RUNG ĐỘNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG (DMVM) 45
3.1 Giới thiệu hệ thống DMVM (DMVM: Detection and Monitoring of Vibration and Movement) 45
3.2 Thiết kế hệ thống DMVM 46
3.3 Thực nghiệm 52
3.4 Kết luận 54
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO 56
PHỤ LỤC 1
Trang 53
DANH MỤC BẢNG BIỂU
B ảng 1 : Dải tần số, kênh và phân bố kênh/dải tần số của IEEE 802.14.5 10
B ảng 2 1: Các chế độ dao động của 18F4620 ……….28
B ảng 2 2: Các thanh ghi phục vụ cho hoạt động ngắt 30
B ảng 2 3 : Các kênh, tần số của MRF 24J40 39
B ảng 2 4 : Định dạng lọc gói tin 42
Trang 64
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1 1: Mô hình hệ thống nhúng 5
Hình 1 2: Ph ương pháp thiết kế hệ thống nhúng đồng thiết 5
Hình 1 3: Các thành ph ần của một nút cảm biến vô tuyến 7
Hình 1 4 C ấu hình mạng hỗn hợp mạng hình sao- hình cây 7
Hình 1 5: Mô hình ki ến trúc giao thức mạng ZigBee 9
Hình 1 6 : C ấu trúc siêu khung của ZigBee có sử dụng beacon 11
Hình 1 7: Các d ạng khung (Frame) của MAC 14
Hình 1 8 : Quá trình thi ết lập mạng đơn cụm 15
Hình 1 9 : Quá trình gán ID cho các nút c ủa CH 16
Hình 1 10 Quá trình thi ết lập mạng đa cụm 17
Hình 1 11 : Tr ường hợp CH là nút biến có 2 địa chỉ logic 18
Hình 2 1: Dòng s ản phẩm PIC với công nghệ nanoWatt ………20
Hình 2 2: Chu k ỳ xung nhịp/chu kỳ lênh của PIC 21
Hình 2 3: Dòng x ử lý Pipeline của PIC 21
Hình 2 4: S ơ đồ bố trí các pin của 18F4620, các kiểu: a)DIP, b)TQFP,c) QFN 24
Hình 2 5: C ấu trúc của PIC 18F4620 24
Hình 2 6: b ản đồ bộ nhớ chương trình và Stack 25
Hình 2 7: Các l ệnh trong bộ nhớ chương trình 25
Hình 2 8: B ản đồ bộ nhớ dữ liệu 26
Hình 2 9: Ch ọn dải bộ nhớ với thanh ghi BSR 26
Hình 2 10: Ho ạt động a) đọc bảng, b) viết bảng 27
Hình 2 11: M ạch dao động cho các chế độ LP, XT, HS, HSPLL 28
Hình 2 12: M ạch PLL trong chế độ HSPLL 29
Hình 2 13: Thanh ghi điều chỉnh bộ dao động 29
Hình 2 14: M ạch đồng hồ xung nhịp của 18F4620 30
Hình 2 15 M ạch logic ngắt của 18F4620 30
Hình 2 16 Các thao tác c ổng I/O của 18F4620 31
Hình 2 17 : Kh ối MSSP trong chế độ SPI 32
Hình 2 18 : K ết nối SPI chế độ Master/Slave 32
Trang 75
Hình 2 19: B ố trí các pin của MRF 24J40MA 34
Hình 2 20: Giao ti ếp SPI của MRF 24J40 với vi điều khiển 34
Hình 2 21: C ấu trúc của MRF 24J40 35
Hình 2 22: S ơ đồ mạch của mô đun MRF 24J40 35
Hình 2 23 T ổ chức bộ nhớ của MRF 24J40 36
Hình 2 24: Đọc địa chỉ ngắn 37
Hình 2 25 : Vi ết địa chỉ ngắn 37
Hình 2 26 : Đọc địa chỉ dài 37
Hình 2 27:Vi ết địa chỉ dài 37
Hình 2 28 : Các thanh ghi liên quan đến hoạt động Reset MRF 24J40 38
Hình 2 29 : Logic ng ắt MRF 24J40 39
Hình 2 30 : M ối quan hệ giữa giá trị RSSI và mức công suất nhận được 40
Hình 2 31 : Giá tr ị RSSI đặt trong một trường của gói tin nhận được 40
Hình 2 32 : B ản đồ bộ nhớ của các TX FIFO 43
Hình 3 1 Xác định vận tốc và vị trí từ dữ liệu gia tốc thực ……….45
Hình 3 2: H ệ thống thu thập tín hiệu rung động và chuyển động 46
Hình 3 3: C ấu trúc của nút cảm biến vô tuyến DMVM 47
Hình 3 4: S ơ đồ nguyên lý mạch điện tử của nút cảm biên 47
Hình 3 5: M ạch in (PCB) của nút mạng cảm biến 48
Hình 3 6: Các thành ph ần trên modul nút cảm biến 48
Hình 3 7 : M ạng DMVM sử dụng cấu trúc hình cây và phân với 4 nút 48
Hình 3 8: Thu ật toán chương trình nút SINK 50
Hình 3 9: Thu ật toán chương trình nút đầu cụm CH 50
Hình 3 10: Thu ật toán chương trình nút cuối S1-1, S1-2, 51
Hình 3 11:Thu ật toán chương trình thu thập và hiển thị dữ liệu 52
Hình 3 12: Hình ảnh bố trí 53
Hình 3 13 C ủa sổ giao diện chương trình khi khởi tạo 53
Hình 3 14: C ửa sổ chính của chương trình và kết quả thực nghiệm 53
Trang 86
DANH MỤC VIẾT TẮT
Từ viết tắt
PAN Private Area Net WSN Wireless Sensor Network MAC Media Access Control DLL Data Link Layer FFD Full Function Device RFD Reduced Function Device
AL Application Layer ZDO ZigBee Device Object ZAP ZigBee Application Profile
ZC ZigBee Coordinator
ZED ZigBee End Device
RREQ Route Request
HERA Hierarchical Routing Algorithm
CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/
Collision Avoidance OSI Open Systems Interconnection PPDU PHY protocol data unit
Trang 97
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là sản phẩm nghiên cứu của bản thân, được xuất phát từ yêu cầu bài toán phát sinh trong công việc để hình thành hướng nghiên cứu được thực hiện dưới sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn các nguồn tài liệu trong báo cáo và danh mục tài liệu tham khảo Các sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế của nhà trường, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm
Hà Nội, ngày tháng năm 2016
Tác giả đồ án
Hoàng Thái Long