Nghiên cứu thiết kế thiết bị đầu cuối cho nhà thông minh

Nghiên cứu thiết kế một thiết bị đầu cuối dùng cho nhà thông minh là cần thiết, hướng tới sản phẩm có chất lượng tốt với chi phí hợp thuật của các thành phần trong hệ thống Chương 3: Thi

-*** -

NHÀ THÔNG MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS HOÀNG PHƯƠNG CHI

Hà Nội – 2015

LỜI CAM ĐOAN

Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể các thầy, cô giáo

môi trường tốt để tôi học tập và nghiên cứu Tôi cũng xin cảm ơn các thầy cô trong

viên có điều kiện thuận lợi để học tập và nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các

sắc đến cô giáo TS Hoàng Phương Chi và thầy giáo TS Nguyễn Đức Minh đã tận

Tôi xin cam đoan rằng nội dung của luận văn này là hoàn toàn do tôi tìm

hướng, sửa chữa của giáo viên hướng dẫn

Tôi xin chịu trách nhiệm với những nội dung trong bản luận văn này

Vi Thị Ngọc Mĩ

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

LỜI CAM ĐOAN iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC HÌNH VẼ vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 3

1.1 Smart home 3

1.2 Thành phần trong Smart home 5

1.2.1 Hệ thống chiếu sáng 6

1.2.2 HVAC 7

1.2.4 Hệ thống an ninh 7

1.3 Mục tiêu của đồ án 8

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC HỆ THỐNG 9

2.1 Tổng quan hệ thống Smart Home 9

2.2 Phân tích hệ thống 10

2.2.1 Module trung tâm 10

2.2.2 Mạng ZigBee 11

2.2.3 Node 12

2.3 Kiến trúc hệ thống 13

2.4 Phần cứng 14

2.4.1 Main – board 14

2.4.2 Sub – board 16

2.5 Phần mềm 17

2.5.1 Android Application 17

2.5.2 Phần mềm nhúng 18

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 22

3.1 Công cụ thiết kế mạch nguyên lý và layout Orcad 22

3.2 Sơ đồ nguyên lý 23

3.2.1 Main – board 23

3.2.2 Sub – board 24

3.2.3 Khối nguồn 25

3.2.4 Khối MCU 25

3.2.5 Khối Wifi 26

3.2.6 Khối ZigBee 29

3.3 Sơ đồ mạch in 31

3.3.1 MainBoard 31

3.3.2 SubBoard 32

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 34

4.1 Phần mềm nhúng cho module ZigBee 34

4.1.1 ZAP 34

4.1.2 Giao tiếp giữa ZAP và ZNP 35

4.2 Phần mềm trên mạch chính 39

4.2.1 WiFi App 39

4.2.2 ZigBee Application 49

4.3 Phần mềm trên mạch phụ 53

4.3.1 Khởi tạo ứng dụng 54

4.3.2 Kiểm tra bộ đệm 54

4.3.3 Xử lý lệnh 59

4.4 Android Application 59

4.4.1 Thiết kế hệ thống 59

4.4.4 Thiết kế cơ sở dữ liệu 64

4.4.5 Triển khai sơ đồ thuật toán 65

4.4.6 Thiết kế giao diện 69

CHƯƠNG 5: THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 71

5.1 Kiểm thử 71

5.1.1 Kiểm thử nguồn 71

5.1.2 Kiểm thử khối Wi-Fi 71

5.1.3 Kiểm thử khối Zigbee 72

5.1.4 Kiểm thử hệ thống 73

5.2 Kiểm thử chức năng 74

5.3 Tính ổn định 75

KẾT LUẬN 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

PHỤ LỤC 80

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Engineers

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Tổng quan hệ thống Smarthome 4

Hình 1.2: Các thành phần trong Smart hom 6

Hình 2.1: Mô hình tổng quát hệ thống 9

Hình 2.2: Sơ đồ truyền dữ liệu 10

Hình 2.3: Đồ hình mạng Mesh của hệ thống 11

Hình 2.4: Sơ đồ khối của Main – board 14

Hình 2.5: Sơ đồ khối Sub – board 17

Hình 2.6: Kiến trúc ZNP [15] 18

Hình 2.7: Kiến trúc ZAP [17] 19

Hình 2.8: Mô hình kết nối giữa ZAP và ZNP [3] 20

Hình 2.9: CC3000 Smart Config [8] 21

Hình 3.1: Orcad Capture 22

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý của Main – board 23

Hình3.3: Sơ đồ nguyên lý của Sub – board 24

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý của khối nguồn 25

Hình 3.5: Khối MCU 25

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý khối Wifi 26

Hình 3.7: CC3000 [13] 27

Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý kết nối CPU và khối Zigbee qua chuẩn SPI 29

Hình 3.9: Module CC2530 30

Hình 3.10: Sơ đồ layout lớp TOP của Mainboard 31

Hình 3.11: Sơ đồ layout lớp BOTTOM của MainBoard 32

Hình 3.12: Sơ đồ layout lớp TOP của SubBoard 32

Hình 3.13: Sơ đồ layout lớp BOTTOM của SubBoard 33

Hình 4.1: Sơ đồ phân tầng của ZAP 34

Hình 4.2: Giao tiếp giữa ZAP và ZNP 35

Hình 4.3: Lệnh AREQ 36

Hình 4.4: Lệnh POLL 37

Hình 4.5: Lệnh SREQ 38

Hình 4.6: Quan hệ giữa các ứng dụng trong phần mềm trên mạch chính 39

Hình 4.7: Kiến trúc tổng quan của process trên Module CC3000 [8] 39

Hình 4.8: Luồng dữ liệu trong CC3000 40

Hình 4.9: Biểu đồ luồng hoạt động của wifi 41

Hình 4.10: Các bước cấu hình lần đầu cho CC3000[10] 42

Hình 4.11: Quá trình cấu hình lần đầu [10] 43

Hình 4.12: Cấu trúc gói cấu hình lần đầu [10] 44

Hình 4.13: Các bước tạo kết nối WLAN của CC3000 45

Hình 4.14: Quá trình đặt IP tĩnh cho CC3000 46

Hình 4.15: Quá trình khởi tạo Server TCP Socket 47

Hình 4.16: Quá trình truyền dữ liệu thông qua CC3000 48

Hình 4.17: Khởi tạo ZigBee 49

Hình 4.18: Cấu trúc gói tin quảng bá 51

Hình 4.19: Thêm thiết bị mới 51

Hình 4.20: Cập nhật thiết bị 52

Hình 4.21: Quan hệ giữa các ứng dụng trong phần mềm trên mạch phụ 53

Hình 4.22: Biểu đồ luồng hoạt động của ứng dụng 53

Hình 4.23: Quá trình khởi tạo ứng dụng 54

Hình 4.24: Thư viện ZCL và ứng dụng [21] 56

Hình 4.25: Mô hình kết nối hệ thống 59

Hình 4.26: Sơ đồ liên kết tổng thể của apps 60

Hình 4.27: Sơ đồ kết nối giữa client và server 61

Hình 4.28: Bảng cơ sở dữ liệu của device 65

Hình 4.29: Sơ đồ thuật toán voice to activity 65

Hình 4.30: Sơ đồ thuật toán add new device 66

Hình 4.31: Sơ đồ thuật toán Send 67

Hình 4.32: Sơ đồ thuật toán Receiver 68

Hình 4.33: Giao diện chưa có device 69

Hình 4.34: Giao diện sau khi thêm devices 69

Hình 4.35: Lịch sử điều khiển devices 69

Hình 4.36: Điều khiển cường độ devices 69

Hình 4.37: Các thuộc tính của device 70

Hình 4.38: Xem thông tin của device 70

DANH MỤC BẢNG BIỂU

đặc điểm của các chuẩn nguyên thủy – chưa cải tiến) 5

Bảng 2.1: Thành phần module trung tâm 11

Bảng 2.2: Thành phần trong node ZigBee 13

Bảng 2.3: Chỉ tiêu kĩ thuật khối MCU 15

Bảng 2.4: Chỉ tiêu kĩ thuật khối ZigBee 15

Bảng 2.5: Đặc điểm kĩ thuật khối Wifi 16

Bảng 2.6: Thông số của khối nguồn 16

Bảng 3.1: CC3000 Specification[8] 28

Bảng 4.1: Mô tả các trường của gói tin Beacon/Probe [10] 44

Bảng 4.2: Lệnh cấu hình module ZigBee 50

Bảng 4.3: Các trường trong gói tin quảng bá 51

Bảng 4.4: Miền chức năng định nghĩa trong ZCL [22] 55

Bảng 4.5: Cấu trúc của Cluster 57

Bảng 4.6: ON/OFF Cluster 58

Bảng 4.7: Level Control cluster 58

Bảng 4.8: Temperature measurement cluster 59

Bảng 5.1: Bảng đánh giá kết quả kiểm thử nguồn 71

Bảng 5.2: Bảng đánh giá kết quả kiểm thử khối WiFi 72

Bảng 5.3: Bảng đánh giá kết quả kiểm thử khối WiFi 73

Bảng 5.4: Kết quả kiểm thử hệ thống 73

Bảng 5.5: Chức năng được kiểm thử 74

Bảng 5.6 Kết quả kiểm thử tính ổn đinh 75

LỜI MỞ ĐẦU

khác các nguồn năng lượng và vật liệu cạn kiệt dần do đó nhu cầu của con người về

điều tất yếu nhằm giảm thiểu tiêu hao năng lượng, tận dụng nguồn nguyên vật liệu

Trong những năm gần đây, sự phổ biến của nhà thông minh tăng mạnh nhờ

của mỗi người Ngoài ra, Internet và các mạng thông tin di động 3G, 4G cũng là

đâu, đáp ứng nhu cầu cho người bận rộn thường xuyên xa nhà

Hiện nay, các hệ thống nhà thông minh đã được triển khai tại Việt Nam khá

nước ngoài với giá thành đắt Nghiên cứu thiết kế một thiết bị đầu cuối dùng cho nhà thông minh là cần thiết, hướng tới sản phẩm có chất lượng tốt với chi phí hợp

thuật của các thành phần trong hệ thống

Chương 3: Thiết kế phần cứng

Chương này đưa ra sơ đồ nguyên lý của main – board, sub – board

Chương 4: Thiết kế phần mềm

Trình bày về phần mềm trong hệ thống, bao gồm phần mềm nhúng trên vi điều khiển, và phần mềm được cài đặt trên điện thoại di động

Chương 5: Thử nghiệm hệ thống

năng, độ ổn định của hệ thống

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

Chương này giúp ta có cái nhìn tổng quan về “nhà thông minh” (Smarthome) cũng như các thành phần có trong nhà thông minh Đồng thời đưa ra các tiêu chuẩn

được với người sử dụng

1.1 Smart home

trong đó không thể không nhắc đến loại hình là nhà thông minh - Smarthome

cuộc sống thoải mái, an toàn, tiện nghi là điều tất yếu Chính vì vậy, ý tưởng về nhà thông minh (SmartHomes, SmartHouses, hay Home Automation ) đã ra đời như là

ý tưởng về một ngôi nhà thân thiện với các thiết bị vận hành một cách tự động theo

ý muốn hay trạng thái của chủ nhân

Trong những năm gần đây, Smarthome đang phát triển cực kì mạnh mẽ, cùng với sự phát triển của các thiết bị điện tử cá nhân như máy tính bảng - tablet và điện thoại thông minh - smartphone cùng hạ tầng thông tin ngày càng tiên tiến như internet hoặc các mạng thông tin di động 3G, 4G Ngày nay các hệ thống nhà thông minh còn cung cấp khả năng tương tác với người dùng thông qua các thiết bị điện tử

cá nhân cho phép con người có thể giám sát và điều khiển ngôi nhà từ bất cứ đâu

Hình 1.1: Tổng quan hệ thống Smarthome

những điều khiển tự động bằng cảm ứng như thay đổi ánh sáng, nhiệt độ phòng tùy

đổi để tạo sự dễ chịu nhất cho chủ nhân Cũng vì sự đa dạng ấy nên cũng đã có rất nhiều những kĩ thuật khác nhau đã từng được áp dụng trong các giải pháp về nhà thông minh như điều khiển ánh sáng và khí hậu, điều khiển đóng/ mở cửa, những hệ

các hệ thống tự động chăm sóc vườn cây Và các thành phần để triển khai những

kĩ thuật này có một số loại như sau: các thiết bị được điều khiển bằng phần cứng

điện ) hay không dây (các loại sóng radio bao gồm wi-fi, GPRS, bluetooth, Zigbee

Bảng 1.1: So sánh một số đặc điểm của Zigbee, Bluetooth, và Wifi (bảng này với đặc điểm của các chuẩn nguyên thủy – chưa cải tiến)

trong giao tiếp máy tính – thiết bị ngoại vi

ZigBee tuy có tốc độ dữ liệu thấp nhưng nếu mục tiêu của truyền thông không dây

là để truyền và nhận các lệnh đơn giản hoặc thu thập thông tin từ các cảm biến như

kiệm chi phí hiệu quả nhất so với Bluetooth và IEEE 802.11b

1.2 Thành ph ần trong Smart home

Các thành phần trong Smart home bao gồm các cảm biến (như cảm biến

thiết bị giao tiếp, giúp con người tương tác được với hệ thống để quản lý và điều

chuẩn khác nhau như M2M, CAN… Các thiết bị thông minh trong Smart home được đặt xung quanh nhà và được điều khiển bởi bộ điều khiển trung tâm

Các thành phần kể trên được tích hợp với nhau tạo thành các hệ thống nhỏ,

Smart home:

1.2.1 Hệ thống chiếu sáng

khi có người vào

Khi tích hợp hệ thống ánh sáng vào Smart home, các tác vụ có thể điều khiển

1.2.2 HVAC

HVAC được sử dụng để điều khiển độ ẩm, nhiệt độ Hệ thống này cho phép người dùng điều khiển độ ẩm, nhiệt độ bằng cách điều khiển chế độ làm việc của các thiết bị như máy phát nhiệt, điều hòa nhiệt độ hoặc có thể đóng, mở cửa sổ để không khí được thông thoáng hơn

1.2.3 Hệ thống âm thanh trung tâm

Với hệ thống này, bạn có thể nghe bản nhạc mình yêu thích tại các khu vực

thống điều khiển tự động, qua đó có thể điều khiển qua lại với nhau (ví dụ có thể kết

1.2.4 H ệ thống an ninh

Hệ thống an ninh là phần không thể thiếu cho mỗi ngôi nhà Hệ thống an

chuyển động, cảm biến kính vỡ và camera an ninh Với Smart Home tích hợp hệ

Camera cho phép người dùng xác định được các hành động xảy ra xung quanh ngôi nhà của họ Hệ thống anh ninh cũng chứa các cảm biến chuyển động Cảm biến

người dùng thông qua điện thoại di động Cảm biến khí gas, khói giúp phát hiện ra cháy, chuông báo cháy sé kêu liên tục, hệ thống báo cho chủ nhà, sau 1 khoảng thời

tránh chập cháy lan truyền

1.3 Mục tiêu của đồ án

bật tắt các thiết bị có trong mạng Zigbee bằng cách sử dụng phần mềm trên điện

hình, tự khắc phục sự cố khi có các node bị hỏng trong quá trình vận hành hoặc do

khiển nhà và kết nối với mạng Internet Thiết bị cho phép người dùng điều khiển

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC HỆ THỐNG

Chương này giới thiệu cơ bản về kiến trúc hệ thống Mục tiêu chính là đề cập đến phương pháp thiết kế, thông số kỹ thuật của các thành phần có trong hệ thống

2.1 T ổng quan hệ thống Smart Home

Trong ngôi nhà chúng ta thấy các thiết bị được bố trí xung quanh căn phòng,

mạng ZigBee sang mạng Internet sử dụng module Wifi Trên điện thoại smartphone được cài đặt phần mềm cho phép người dùng tương tác với hệ thống Trên phần

Nghiên c ứu thiết kế thiết bị đầu cuối cho nhà thông minh GVHD: TS Hoàng Phương Chi

Khi người dùng thao tác với các node (thiết bị) trong hệ thống được liệt kê

truyền sang ZigBee Coordinator ZigBee Coordinator sẽ truyền gói dữ liệu tới thiết

thúc một chu trình hoạt động

2.2 Phân tích h ệ thống

Với hệ thống Smart home như trên, chúng ta có thể thấy hệ thống bao gồm

2.2.1 Module trung tâm

Module trung tâm là thành phần quan trọng nhất của hệ thống Nhiệm vụ của

ZigBee Ngoài ra, module này cũng cho phép chuyển đổi dữ liệu từ mạng ZigBee sang mạng Wifi Với những chức năng như vậy, các thành phần chứa trong module trung tâm được thể hiện trong bảng 2.1:

liệu từ router và end device

các thiết bị cùng mạng có thể kết nối vào

2.2.2 M ạng ZigBee

Mạng kết nối trong Smart home có mật độ từ 2 đến khoảng 500 node

hình hình sao, đồ hình dạng cây, đồ hình dạng lưới Đặc điểm của các thiết bị trong mạng Smart home là sự phân bố rời rạc, gần nhau Vì vậy đồ hình dạng lưới (Mesh

ZigBee Coordinator ZigBee router ZigBee end device

Mạng hình lưới không tập trung cao độ như đồ hình hình sao, mạng hoạt động theo chế độ ad – hoc, cho phép chuyển tiếp nhiều chặng

Có ba loại thiết bị chính trong mạng ZigBee, bao gồm: ZigBee Coordinator, ZigBee router, ZigBee end device

khác kết nối vào mạng, định tuyến các message trong mạng Ngoài các vai trò chính

chuyển tất cả dữ liệu nhận được đến phần mềm trên điện thoại smartphone qua

ZigBee router cũng có chức năng chuyển tiếp các gói tin đến đích

- ZigBee End device là thiết bị đơn giản nhất trong mạng ZigBee Không

năng tìm và kết nối vào một mạng đã được tạo ra bởi ZigBee Coordinator Một đặc điểm khác của ZigBee End device là có thể tắt sóng và vào trạng thái ngủ đông để

2.2.3 Node

Node là nơi nhận dữ liệu và chấp hành lệnh từ ngươi dùng Node là một thiết bị điểm được ghép nối lại cùng với nhiều thiết bị khác tạo nên một mạng ZigBee Mỗi

thành phần chứa trong bảng sau:

Bảng 2.3: Thành phần trong node ZigBee

liệu từ Coordinator

2.3 Kiến trúc hệ thống

và phần mềm

• Phần cứng:

liệu từ mạng Zigbee sang mạng Wifi và ngược lại

kết nối tới Main – board để nhận lệnh và gửi dữ liệu lên mạng ZigBee

cho phép người dùng tương tác với hệ thống

- Phần mềm nhúng: Được cài đặt lên các phần cứng (trên bo mạch) để điều

mạng ZigBee…

2.4 Phần cứng

2.4.1 Main – board

a Yêu cầu chức năng:

802.11b/g

- Kết nối ZigBee: Dùng để kết nối với các thiết bị, sử dụng chuẩn IEEE 802.15.4/ZigBee

b Yêu cầu phi chức năng:

động khôi phục khi có sự cố bất thường xảy ra)

- Tự động kết nối, phát hiện các node được thêm vào

c Sơ đồ khối của Main – board

mạng Wifi, tạo ra server cho phép smartphone/tablet có thể kết nối vào và điều

2.4.1.1 Khối MCU

Đây là khối quan trọng nhất trong Main – board, khối MCU có nhiệm vụ khởi tạo, duy trì hoạt động của các khối ZigBee và Wifi Đây chính là cầu nối giữa hai khối này Đặc biệt, khối MCU phải đảm bảo mức năng lượng tiêu thụ thấp nhưng vẫn đủ

Bảng 2.4: Chỉ tiêu kĩ thuật khối MCU

2.4.1.2 Khối ZigBee

Đây chính là cầu nối giữa thiết bị với người dùng Khối này sử dụng nguồn năng lượng từ pin nên cũng phải đảm bảo năng lượng tiêu thụ thấp

2.4.1.3 Khối Wifi

Wifi truyền dữ liệu giữa người dùng và mạng ZigBee Bảng 2.5 biểu diễn các thông

thiết của khối nguồn được biểu diễn trong bảng 2.6 dưới đây

a Yêu cầu chức năng

- Thực hiện đo công suất tiêu thụ của thiết bị, rồi gửi về Main – board thông qua

- Hệ thống hoạt động ổn định

- Giá thành phù hợp

c Sơ đồ khối của Sub – board

Sub – board làm nhiệm vụ nhận dữ liệu điều khiển từ Main – board thông qua

2.5 Phần mềm

2.5.1 Android Application

Android Application được cài đặt trên smartphone/ tablet Nó có chức năng nhận lệnh từ người dùng, truyền qua mạng Wifi đến module Wifi Người dùng điều khiển

trên điện thoại Khi muốn tắt/ bật thiết bị, người dùng có thể nhấn nút trên phần

Android Application

khi ển SPI

Nghiên c ứu thiết kế thiết bị đầu cuối cho nhà thông minh GVHD: TS Hoàng Phương Chi

2.5.2 Phần mềm nhúng

2.5.2.1 Phần mềm nhúng cho module ZigBee

Phần mềm nhúng cài đặt cho module ZigBee có chức năng điều khiển mạng

Alliance

Phần mềm nhúng cho module ZigBee được chia ra làm hai loại, bao gồm ZAP (ZigBee Application Processor) và ZNP (ZigBee Network Processor) Trong đó,

điều phối, cấu hình mạng, cấp phát địa chỉ IP ZNP được cài đặt trên chip CC2530

2.5.2.1.1 ZNP

a Kiến trúc

b Chức năng

quản lý bộ nhớ trên chip CC2530, OSAL có chứa hàng đợi tác vụ, mỗi tác vụ có 1

vụ đó, tác vụ được thực hiện dựa theo quyền ưu tiên ID càng nhỏ thì độ ưu tiên

- HAL/I/O: Lớp này thực hiện việc giao tiếp với phần cứng, ví dụ như ADC, UART, LED…

- Endpoint User App: lớp này dùng để phân biệt giữa các ứng dụng trên hệ thống

hình TCP/IP Nó được dùng để phân phối dữ liệu đến các ứng dụng khác nhau trên

nó có nhiệm vụ điều khiển mạng, tạo bảng liên kết giữa các ứng dụng trên các thiết

- TI-MAC: Mỗi thiết bị trong mạng đều có hai loại địa chỉ Địa chỉ logic và địa chỉ

b Chức năng

cứng, quản lý bộ nhớ trên chip CC2530 OSAL có chứa hàng đợi tác vụ, mỗi tác

hàng đợi OSAL liên tục kiểm tra hàng đợi, nếu có tác vụ trong hàn đợi, nó sẽ thực hiện tác vụ đó, tác vụ được thực hiện dựa theo quyền ưu tiên ID càng nhỏ thì độ ưu

ứng dụng được sử dụng trong thiết bị Ví dụ như ứng dụng bật tắt đèn, ứng dụng đo

2.5.2.1.3 Giao ti ếp giữa ZNP và ZAP

Trong mô hình này, CC2530 được cài đặt ZNP, các ứng dụng được cài đặt

SPI/UART Với phương giải pháp này, vi xử lý ngoài có nhiều tài nguyên hơn để

2.5.2.2 Phần mềm nhúng cho module Wifi

nối thiết bị kích hoạt CC3000 cho mạng không dây Công nghệ này tận dụng các

cơ chế tiêu chuẩn hiện tại trong Wifi để cấu hình thông tin liên kết của CC3000,

cho phép Wifi như smartphone, PC, tablet, máy tính xách tay được sử dụng để gửi

của máy chủ, do đó có thể sử dụng bởi các ứng dụng nhúng sâu sắc Nó có thể được sử dụng để kết hợp nhiều thiết bị với cùng AP cùng một lúc Quá trình cấu hình được bảo vệ với mã AES-128, và SSID và chiều dài KEY được hỗ trợ lên đến 32 byte Và hơn nữa, các thiết bị được sử dụng để cấu hình (điện thoại thông

Hình 2.11: CC3000 Smart Config [8]

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

Chương này giới thiệu về phần mềm vẽ mạch điện tử Orcad, đồng thời đưa

ra sơ đồ nguyên lý của Main – board, sub- board cũng như sơ đồ các khối trong đó

3.1 Công cụ thiết kế mạch nguyên lý và layout Orcad

Protel, Eagle, Winboard,… tuy nhiên chúng ta nên chọn Orcad vì phần mền này được đánh giá là khá mạnh Orcad là phần mềm thiết kế mạch điện của công ty Cadence, nói chính xác hơn Orcad là một bộ phần mềm bao gồm nhiều phần mềm trợ giúp cho chúng ta trong quá trình thiết kế mạch trong khuôn khổ bài đồ án thì

và Orcad Layout để chuyển từ mạch nguyên lý sang mạch in

Hình 3.12: Orcad Capture

3.2 Sơ đồ nguyên lý

3.2.1 Main – board

3.2.2 Sub – board

3.2.3 Khối nguồn

và dòng 800mA đảm bảo cho hoạt động của toàn bộ hệ thống, các tụ lọc để nguồn

ra ổn định hơn, đèn led D2 là đèn báo nguồn

3.2.4 Khối MCU

Hình 3.16: Khối MCU

MCU được lựa chon để sử dụng cho hệ thống là MSP430F5438 của TI, một

- Timer 16 bit, ADC 12 bit

3.2.5 Kh ối Wifi

Trong hệ thống này module Wifi được sử dụng là module CC3000BoostPack của

Mục đích của việc sử dụng module là:

- Tiết kiện không gian thiết kế bo mạch

- Xác nhận dễ dàng

CC3000 được cung cấp là một giải pháp nền tảng hoàn chỉnh gồm trình điều

Hình 3.18: CC3000 [13]

Một số tính năng nổi bật của CC3000:

vào Ipv4 TCI/IP

- Hiệu suất vô tuyến tốt với công suất phát +18dBm tại 11 Mbps và độ nhạy thu -88 dBm, 8% PER, 11 Mbps

- WLAN: Theo chuẩn 802.11b/g tích hợp radio, modem, và MAC hỗ trợ

Mbps ở băng tần 2.4 Ghz Quản lý kết nối mạng nâng cao với 7 profile cho người

trợ tất cả các chuẩn bảo mật cho mạng cá nhân như WEP, WPA, WPA2 Smart

dụng smart phone, tablet hoặc laptop

internet đơn giản với bất kì vi điều khiển, vi xử lý hoặc ASIC nào Hỗ trợ đồng thời

4 kết nối TCP hoặc UDP, được xây dựng trong các giao thức mạng: ARP, ICMP,

giao tiếp nối tiếp SPI với tốc độ xung clock lên tới 16 Mhz APIs đơn giản cho phép

đường điện áp I/O riêng biệt cho phép tích hợp linh hoạt với bộ vi xử lý máy chủ,

địa chỉ MAC, có thể lập trình được thông qua chuẩn giao tiếp nối tiếp I2C hoặc SPI

dữ liệu của người dùng

CC3000’s Characteristics

mDNS, ARP) WiFi Driver, Security supplicant

Shut - down Mode (<5uA)

Hình 3.19: Sơ đồ nguyên lý kết nối CPU và khối Zigbee qua chuẩn SPI

mạng với một chi phí thấp Các CC2530 là sự kết hợp bộ thu phát RF với một MCU