Thiết kế chế tạo hệ đo nhiệt độ độ ẩm hiển thị lên web server

TỔNG QUAN VỀ KHÔNG DÂY VÀ CẢM BIẾN

Mạng không dây

Trong 30 năm qua, mạng Ethernet có dây đã trở nên phổ biến, trong khi mạng không dây vẫn đang trong quá trình phát triển Công nghệ mạng không dây, tương tự như nhiều công nghệ khác, lần đầu tiên được quân đội triển khai nhằm đáp ứng nhu cầu trao đổi dữ liệu an toàn và thuận tiện trong các tình huống chiến tranh.

Sự cải tiến trong công nghệ mạng không dây đã dẫn đến việc giảm giá thành sản xuất phần cứng, từ đó làm tăng số lượng đầu cuối trong mạng Các chuẩn riêng của mạng không dây không chỉ gia tăng khả năng thao tác giữa các phần mà còn cải thiện đáng kể tính tương thích.

1.1.2 Các loại mạng không dây

Hai chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản để phân loại mạng không dây là phạm vi phủ sóng và giao thức báo hiệu

Trên cơ sở phạm vi phủ sóng chúng ta có 3 loại mạng sau:

- WPAN (Wireless Personal Area Network)

- WLAN (Wireless Local Area Network)

- WWAN (Wireless Wide Area Network)

Dựa trên giao thức mạng ta có hai loại mạng sau:

- Mạng sử dụng giao thức báo hiệu cung cấp bởi người quản lý viễn thông cho hệ thống di động như mạng 3G

- Mạng không sử dụng giao thức báo hiệu như Ethernet, Internet

+ Giới thiệu và các khái niệm về Wireless LAN-WLAN

Wireless LAN (WLAN) là mô hình mạng không dây phù hợp cho các khu vực nhỏ như tòa nhà, công ty hoặc trường học WLAN mang lại sự linh hoạt và dễ dàng trong việc cấu hình lại so với mạng có dây Mô hình này được phát triển từ giữa thập kỷ 80 thế kỷ XX bởi tổ chức FCC (Ủy ban Truyền thông Liên bang).

Wireless LAN sử dụng sóng vô tuyến hoặc hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu qua hệ thống truyền dẫn không dây Mạng Wireless LAN rất lý tưởng cho việc điều khiển thiết bị từ xa và cung cấp dịch vụ mạng tại các địa điểm công cộng, khách sạn, văn phòng, và nhiều không gian khác.

Mạng LAN không dây hoạt động trên băng tần ISM (băng tần dành cho công nghiệp, khoa học và y tế) với tần số 2.4GHz và 5GHz, do đó không bị quản lý bởi chính phủ và không cần giấy phép sử dụng.

Trên thị trường hiện nay, có đa dạng sản phẩm phục vụ cho WLAN với các chuẩn khác nhau như IrDA, OpenAir, Bluetooth, HiperLAN 2, và các chuẩn IEEE 802.11b, 802.11a, 802.11g (Wi-Fi) Mỗi chuẩn này đều có những đặc điểm riêng biệt, đáp ứng nhu cầu sử dụng khác nhau của người tiêu dùng.

+ Các thiết bị cơ bản

Card mạng không dây (Wireless NIC):

Card mạng không dây kết nối máy tính với mạng không dây bằng cách điều khiển tín hiệu dữ liệu thông qua chuỗi trải phổ và thực hiện giao thức truy cập cảm ứng sóng mang.

Hình 1.1: Card mạng không dây Các điểm truy cập (Access Point):

Các điểm truy cập không dây (AP) tạo vùng phủ sóng bằng cách kết nối các thiết bị di động với hạ tầng LAN có dây Chúng không chỉ cho phép trao đổi thông tin với mạng có dây mà còn thực hiện chức năng lọc lưu lượng và cầu nối với các tiêu chuẩn khác Các AP tương tác qua mạng hữu tuyến để quản lý các nút di động một cách hiệu quả.

Hình 1.2: Access Point Bridge không dây (Wbridge):

Wbridge (cầu không dây) hoạt động tương tự như các điểm truy cập không dây nhưng được sử dụng cho các kết nối bên ngoài Wbridge được thiết kế đặc biệt để kết nối các thiết bị ở khoảng cách xa, mang lại hiệu suất ổn định và tin cậy cho mạng không dây.

Wbridge là giải pháp lý tưởng cho việc kết nối ba mạng khác nhau, đặc biệt trong các tòa nhà có khoảng cách lên tới 32 km Nó có khả năng lọc lưu lượng và đảm bảo rằng các hệ thống mạng không dây được kết nối ổn định, không bị mất lưu lượng cần thiết.

Hình 1.3: Wbridge Các router điểm truy cập (Access Point Router):

Một AP router là thiết bị tích hợp chức năng của Access Point và router, cho phép truyền dữ liệu giữa các trạm không dây và hệ thống truyền dẫn hữu tuyến Khi hoạt động như một router, nó kết nối hai hoặc nhiều mạng độc lập hoặc liên kết mạng nội bộ với mạng bên ngoài.

+ Các ứng dụng của hệ thống WLAN

Vai trò truy cập (Access Role):

WLAN chủ yếu được triển khai ở lớp truy cập, cho phép người dùng kết nối với mạng có dây thông thường Các WLAN hoạt động ở lớp liên kết dữ liệu, tương tự như các phương pháp truy cập khác Do tốc độ truyền dữ liệu thấp, WLAN ít được áp dụng trong các lớp lõi và phân phối của mạng.

Mở rộng mạng (Netwwork Extention):

Các mạng vô tuyến đóng vai trò như một phần mở rộng của mạng hữu tuyến Để mở rộng hệ thống mạng với đường truyền hữu tuyến, việc tích hợp mạng không dây là cần thiết.

4 rất tốn kém Các WLAN có thể được thực thi một cách dễ dàng, vì ít phải cài đặt cáp trong mạng không dây

Hình 1.5 Mở rộng mạng Văn phòng nhỏ -Văn phòng gia đình (Small Office – Home Office):

Các thiết bị Wireless SOHO thì rất có ích khi người dùng muốn chia sẽ một kết nối Internet với các doanh nghiệp, văn phòng nhỏ,…

Hình 1.6 SOHO Wireless LAN Văn phòng di động (Mobile Office):

Văn phòng di động mang lại sự linh hoạt cho người dùng, cho phép họ dễ dàng di chuyển đến các vị trí khác nhau Kết nối WLAN từ tòa nhà chính đến các lớp học di động giúp tạo ra sự kết nối hiệu quả với chi phí hợp lý.

Hình 1.7 Văn phòng di động

WiFi là một nhãn hiệu cho dòng sản phẩm theo các chuẩn WLAN của Viện kỹ thuật điện tử IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)

Wifi viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11 là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến

Tuy nhiên, sóng WiFi có một số khác biệt so với các sóng vô tuyến khác ở chỗ:

Các thiết bị truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz hoặc 5 GHz, cao hơn so với tần số của điện thoại di động, thiết bị cầm tay và truyền hình Tần số cao hơn này cho phép tín hiệu truyền tải nhiều dữ liệu hơn.

Bộ cảm biến

Cảm biến là thiết bị điện tử có khả năng nhận diện các trạng thái và quá trình vật lý hoặc hóa học trong môi trường khảo sát, sau đó chuyển đổi thông tin này thành tín hiệu điện nhằm thu thập dữ liệu về trạng thái hoặc quá trình đó.

Hình 1.8: Sơ đồ khối của cảm biến

Thông tin được phân tích nhằm rút ra các tham số định tính hoặc định lượng của môi trường, phục vụ cho nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật và đời sống, được gọi tắt là phân tích môi trường.

1.2.2 Đặc trưng của bộ cảm biến

Một bộ cảm biến phải đáp ứng được các tiêu chí kỹ thuật sau đây[1]

- Độ nhạy: Gia số nhỏ nhất có thể phát hiện

- Mức tuyến tính: Khoảng giá trị được biến đổi có hệ số biến đổi cố định

- Dải biến đổi: Khoảng giá trị biến đổi sử dụng được

- Ảnh hưởng ngược: Khả năng gây thay đổi môi trường

- Mức nhiễu ồn: Tiếng ồn riêng và ảnh hưởng của tác nhân khác lên kết quả

- Sai số xác định: Phụ thuộc độ nhạy và mức nhiễu

- Độ trôi: Sự thay đổi tham số theo thời gian phục vụ hoặc thời gian tồn tại

- Độ trễ: Mức độ đáp ứng với thay đổi của quá trình

- Độ tin cậy: Khả năng làm việc ổn định, chịu những biến động lớn của môi trường như sốc các loại

- Điều kiện môi trường: Dải nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, làm việc được

Tiêu chí đánh giá cảm biến có sự khác biệt tùy thuộc vào lĩnh vực áp dụng Đối với các thiết bị số, như cảm biến logic, độ tuyến tính không phải là yếu tố quan trọng.

Cảm biến hiện nay rất đa dạng với nhiều hiện tượng cần cảm biến và các phương pháp chế tạo khác nhau, đồng thời có sự phát triển liên tục của các loại cảm biến mới Việc phân loại cảm biến trở nên phức tạp do sự đa dạng này, nhưng có thể phân loại chúng theo một số phương pháp nhất định.

 Phân loại theo tính chất vật lý và tính chất hóa học

Cảm biến vật lý là thiết bị quan trọng giúp đo lường và phát hiện các yếu tố như sóng điện từ, ánh sáng, tia cực tím, hồng ngoại, tia X, tia gamma, hạt bức xạ, nhiệt độ, áp suất, âm thanh, rung động, khoảng cách, chuyển động, gia tốc, từ trường và trọng trường Những cảm biến này đóng vai trò thiết yếu trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ, cung cấp dữ liệu chính xác cho các ứng dụng khác nhau.

- Cảm biến hóa học: độ ẩm, độ PH, các ion, hợp chất đặc hiệu, khói,

 Phân loại chúng theo nguyên lý hoạt động

Cảm biến điện trở: Hoạt động dựa theo di chuyển con chạy hoặc góc quay của biến trở, hoặc sự thay đổi điện trở do co giãn vật dẫn

Cảm biến biến áp vi phân: Cảm biến vị trí (Linear variable differential transformer, LVDT)

Cảm biến cảm ứng điện từ: các antenna

Cảm biến dòng xoáy: Các đầu dò của máy dò khuyết tật trong kim loại, của máy dò mìn

Cảm biến cảm ứng điện động: chuyển đổi chuyển động sang điện như microphone điện động, đầu thu sóng địa chấn trên bộ (Geophone)

Cảm biến điện dung: Sự thay đổi điện dung của cảm biến khi khoảng cách hay góc đến vật thể kim loại thay đổi

Cảm biến từ trường: Cảm biến hiệu ứng Hall, cảm biến từ trường dùng vật liệu sắt từ, dùng trong từ kế

Cảm biến áp điện sử dụng gốm áp điện như titanat bari để chuyển đổi áp suất thành tín hiệu điện, được ứng dụng trong các microphone thu âm và đầu thu sóng địa chấn trong nước (Hydrophone), chẳng hạn như trong các thiết bị Sonar.

Cảm biến quang, bao gồm cảm biến ảnh CMOS và CCD, cùng với photodiode ở các vùng phổ khác nhau, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như đầu dò giấy trong khay máy in Chúng là những thiết bị nhỏ gọn, đáng tin cậy và đang dẫn đầu trong việc sử dụng hiện nay.

Cảm biến huỳnh quang, nhấp nháy: Sử dụng các chất phát quang thứ cấp để phát hiện các bức xạ năng lượng cao hơn

Cảm biến điện hóa: Các đầu dò ion, độ pH,

Cảm biến nhiệt độ: Cặp lưỡng kim, hoặc dạng linh kiện bán dẫn như Precision

Temperatur Sensor LM35 có hệ số 10 mV/°K

 Phân loại theo cảm biến chủ động và bị động

Cảm biến chủ động và cảm biến bị động phân biệt ở nguồn năng lượng dùng cho phép biến đổi lấy từ đâu

Cảm biến chủ động hoạt động mà không cần nguồn điện bổ sung để chuyển đổi tín hiệu thành điện Một ví dụ điển hình là cảm biến áp điện, được chế tạo từ vật liệu gốm, có khả năng chuyển đổi áp suất thành điện tích trên bề mặt Ngoài ra, các anten cũng được xếp vào loại cảm biến chủ động.

Cảm biến bị động là loại cảm biến sử dụng điện năng bổ sung để chuyển đổi tín hiệu thành dạng điện Một ví dụ điển hình là photodiode, khi ánh sáng chiếu vào, điện trở tiếp giáp bán dẫn p-n sẽ thay đổi do được phân cực ngược Ngoài ra, các cảm biến sử dụng biến trở cũng thuộc nhóm cảm biến bị động này.

Phân loại thì như vậy nhưng một số cảm biến nhiệt độ kiểu lưỡng kim dường như không thể xếp hẳn vào nhóm nào, nó nằm vào giữa

1.1.4 Cảm biến đo nhiệt độ Đối với các loại cảm biến nhiệt thì có 2 yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác đó là ―Nhiệt độ môi trường cần đo‖ và ―Nhiệt độ cảm nhận của cảm biến‖ Điều đó nghĩa là việc truyền nhiệt từ môi trường vào đầu đo của cảm biến nhiệt tổn thất càng ít thì cảm biến đo càng chính xác Điều này phụ thuộc lớn vào chất liệu cấu tạo nên phần tử cảm biến (cảm biến nhiệt đắt hay rẻ cũng do nguyên nhân này quyết định) Đồng thời ta cũng rút ra 1 nguyên tắc khi sử dụng cảm biến nhiệt đó là: Phải luôn đảm bảo sự trao đổi nhiệt giữa môi trường cần đo với phần tử cảm biến[5]

Cảm biến nhiệt có nhiều dạng cấu tạo, nhưng loại phổ biến nhất trong ứng dụng thương mại và công nghiệp thường được lắp trong khung thép không gỉ Loại cảm biến này được kết nối với một bộ phận định vị và có các đầu nối để liên kết với thiết bị đo lường.

Sau đây là một số cảm biến nhiệt thông dụng

 Cặp nhiệt điện (Thermocouple - Can nhiệt)

Hình 1.9 Cấu tạo của themocouple [5]

- Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu

- Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV)

- Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao

- Nhược điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số Độ nhạy không cao

- Cặp nhiệt điện được sử dụng chủ yếu trong lò nhiệt, trong các môi trường khắc nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,…

- Ứng dụng: sản xuất công nghiệp, luyện kim, giáo dục hay gia công vật liệu…

Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại Cặp nhiệt điện như E, J, K, R, S, T, B, mỗi loại được cấu tạo từ chất liệu khác nhau, dẫn đến sức điện động và dải đo cũng khác nhau Người sử dụng cần chú ý để lựa chọn loại Cặp nhiệt điện phù hợp với yêu cầu của mình Khi lắp đặt và sử dụng, cần lưu ý một số điểm quan trọng để đảm bảo hiệu quả và độ chính xác.

Để giảm thiểu sai số trong quá trình truyền tín hiệu điện áp mV, dây nối từ đầu đo đến bộ điều khiển nên được giữ ngắn nhất có thể.

Cài đặt giá trị bù nhiệt (Offset) là cần thiết để bù đắp tổn thất trên đường dây Giá trị Offset sẽ thay đổi tùy thuộc vào độ dài, chất liệu của dây và môi trường lắp đặt.

Không để các đầu dây nối của Cặp nhiệt điện tiếp xúc với môi trường cần đo Đấu nối đúng chiều âm, dương cho Cặp nhiệt điện

 Nhiệt điện trở (Resitance temperature detector –RTD)

1) Dây platin 2) Gốm cách điện 3) ống platin 4) Dây nối 5) Sứ cách điện

6) Trục gá 7) Cách điện 8) Vỏ bọc 9) Xi măng Hình 1.10 Cấu tạo của nhiệt điện trở [5]

- Cấu tạo của RTD: gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…được quấn tùy theo hình dáng của đầu đo

Nguyên lý hoạt động của thiết bị này dựa trên sự thay đổi điện trở giữa hai đầu dây kim loại khi nhiệt độ biến đổi Đặc điểm này phụ thuộc vào loại kim loại sử dụng, với độ tuyến tính của điện trở trong một khoảng nhiệt độ nhất định.

- Ưu điểm: độ chính xác cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây không hạn chế

- Nhược điểm: Dải đo bé hơn Cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn Cặp nhiệt điện

- Dải do: Nhiệt điện trở có daair đo từ -200~700 o C

PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM

Tổng quan về PIC

PIC là dòng vi điều khiển RISC được sản xuất bởi Microchip Technology, với thế hệ đầu tiên là PIC1650, được phát triển bởi bộ phận Microelectronics của General-Instrument.

PIC, viết tắt của "Programmable Intelligent Computer", là sản phẩm đầu tiên của hãng General Instruments, được gọi là PIC1650 Thiết bị này được thiết kế để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi của máy chủ 16 bit CP1600, do đó, PIC còn được biết đến với tên gọi "Peripheral Interface Controller" - bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi.

CP1600 là một CPU mạnh mẽ nhưng hạn chế trong các hoạt động xuất nhập Để khắc phục điều này, PIC 8-bit đã được phát triển vào năm 1975 nhằm hỗ trợ cho các chức năng xuất nhập của CP1600.

ROM được sử dụng để lưu trữ mã, và mặc dù khái niệm RISC chưa được phát triển vào thời điểm đó, PIC thực chất là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, thực hiện một lệnh trong một chu kỳ máy, bao gồm 4 chu kỳ của Oscillator.

Năm 1985, General Instruments đã bán công nghệ vi điện tử của mình, dẫn đến việc chủ sở hữu mới hủy bỏ hầu hết các dự án đã trở nên lỗi thời Tuy nhiên, PIC đã được cải tiến bằng cách bổ sung EEPROM, tạo thành một bộ điều khiển vào ra lập trình hiệu quả.

Hiện nay, nhiều dòng PIC được sản xuất với các module ngoại vi tích hợp sẵn như USART, PWM và ADC, cùng với bộ nhớ chương trình dao động từ 512 Word đến 32K Word.

Các dòng PIC và cách lựa chọn

Các kí hiệu của PIC là

- PIC12xxxxx có độ dài dòng lệnh 12 byte

C là PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có 16C84 có bộ nhớ EEPROM)

F là PIC có bộ nhớ flash

LF: là PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp

LV: cũng tương tự như LF nhưng đây là kí hiệu củ

Một số vi điều khiển có ký hiệu xxFxxx sẽ có bộ nhớ EEPROM, nhưng nếu có thêm chữ A ở cuối thì đó là bộ nhớ Flash Ví dụ, vi điều khiển 16F877 sở hữu bộ nhớ EEPROM, trong khi 16F877A lại trang bị bộ nhớ Flash.

Ngoài ra còn có thêm một dòng PIC mới nữa là dsPIC

Vi điều khiển PIC

PIC18F4550 là một vi điều khiển cao cấp trong dòng PIC18, nổi bật với hiệu suất tính toán lớn, giá cả hợp lý và độ bền cao Vi điều khiển này có dung lượng bộ nhớ chương trình được nâng cấp, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu hiệu suất cao và tiêu tốn ít năng lượng Điểm đặc biệt của PIC18F4550 là hỗ trợ USB toàn diện, với USB tích hợp sẵn và các chân đầu ra kết nối trực tiếp với máy tính mà không cần mạch kéo hay linh kiện bên ngoài.

Bộ xử lý hỗ trợ tinh thể và dao động ký nhiều tần số, cho phép hoạt động với tần số 48 MHz khi kết nối Việc điều chỉnh dao động ký được thực hiện qua các bit cấu hình sau khi kết thúc hoạt động Tốc độ 48 MHz là điều kiện cần thiết để chuyển sang chế độ toàn tốc qua cổng USB, với driver USB tương thích chuẩn USB 2.0, đạt tốc độ 1.5 Mbyte/giây Bộ xử lý cũng cung cấp 35 chân vào/ra số chung và đi kèm với vỏ bọc DIP-40, rất thuận tiện cho các nhà phát triển và những người đam mê.

Với bộ nhớ, có 32kb Flash lưu trữ chương trình, 2kb bộ nhớ SRAM bay hơi và

256 byte EEPROM (bộ nhớ không bay hơi) để lưu trữ dài hạn dữ liệu như cấu hình

+ Sơ đồ khối và sơ đồ chân của 18F4550:

Hình 2.1: PIC 18F4550 và Sơ đồ chân[9]

Sơ đồ khối của PIC 18f4550

- Khối ALU – Arithmetic Logic Unit

- Khối bộ nhớ chứa chương trình – Flash Program Memory

- Khối bộ nhớ chứa dữ liệu EEPROM – Data EPROM

- Khối bộ nhớ file thanh ghi RAM – RAM file Register

- Khối giải mã lệnh và điều khiển – Instruction Decode Control

- Khối thanh ghi đặc biệt

- Khối bộ nhớ ngăn xếp

- Khối giao tiếp nối tiếp

- Khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số –ADC

- Khối so sánh điện áp tương tự

- Khối tạo điện áp tham chiếu

- Khối các port xuất nhập

Hình 2.2 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC 18f4550[9]

+ Chức năng của các chân PIC18F4550

PIC 18f4550 có 40 chân chức năng trong đó có 32 chân dùng cho dữ liệu vào ra trên 5 PORT (PORTA, PORTB, PORTC, PORTD và PORTE)

Bảng 2.1 Bảng một số chân chức năng của PIC18F4550

MCLR 1 I ST Master clear: Chân reset đầu vào thiết lập

VPP P Đầu vào kênh 0 của bộ biển đổi A/D

RE3 1 I ST Đầu vào số

OSC1 1 I ANA Đầu vào nối với bộ giao động

CLKI 1 I ANA Đầu vào nguồn xung ngoài, Luôn gắn liền với chức năng pin OSC1

OSC2 0 O Đầu vào nối với bộ giao động

CLKO 0 O Đầu vào nguồn xung ngoài, Luôn gắn liền với chức năng pin OSC1

RA6 1/0 I/O TLL chân vào/ra bình thường

11,32 VDD P ST Nối nguồn dương

29 VUSB 0 O ST Nội bộ USB đầu ra điều chỉnh điện áp

Bảng 2.2 Bảng chức năng chân của PORTA

Chiều ra vào dữ liệu, không ảnh hưởng đầu vào tương tự

AN0 1 I ANA Đầu vào kênh 0 của bộ biển đổi A/D

VREF- 1 I ANA A/D và đầu vào điện áp tham chiếu mức thấp bộ so sánh CVREF X O ANA Đầu ra điện áp tham chiếu bộ so sánh

I TTL Chiều ra vào dữ liệu, không ảnh hưởng đầu vào tương tự AN3 1 I ANA Đầu vào kênh 3 của bộ biển đổi A/D

VREF+ 1 I ANA A/D và đầu vào điện áp tham chiếu mức cao bộ so sánh

I ST Chiều ra vào dữ liệu, không ảnh hưởng đầu vào tương tự

T0CKI 1 I ST Cấp xung cho timer0

C1OUT 0 O Đầu ra 1 bộ so sánh/ưu tiên hơn vào/ra dữ liệu RCV 1 I TTL Đầu vào USB thu phát RCV bên ngoài

I TTL Chiều ra vào dữ liệu, không ảnh hưởng đầu vào tương tự AN4 1 I ANA Đầu vào kênh 4 của bộ biển đổi A/D

SS 1 I TTL Đầu vào SS(lựa chọn thiết bị tơ) chế độ

N 1 I ANA Đầu vào module phát điện áp cao

C2OUT 0 O Đầu ra 2 bộ so sánh/ưu tiên hơn vào/ra dữ liệu

Bảng 2.3 Bảng chức năng chân của PORTB

RB0 1/0 I/O TTL Chiều ra /vào dữ liệu, không ảnh hưởng đầu vào tương tự AN12 1 I ANA Đầu vào kênh 12 của bộ biển đổi A/D

FLT0 1 I ST Đầu vào báo sự cố PWM(module

ECCP1) SDI 1 I ST Đầu vào dữ liệu chế độ SPI

SDA 1/0 I/O ST Đầu vào/ra dữ liệu chế độ I2C

RB1 1/0 I/O TTL Chiều ra/ vào dữ liệu, không ảnh hưởng đầu vào tương tự AN10 1 I ANA Đầu vào kênh 10 của bộ biển đổi A/D

SCK 1/0 I ST Xung đồng bộ nối tiếp đầu vào/ra cho chế độ SPI

SCL 1/0 I/O ST Xung đồng bộ nối tiếp đầu vào/ra cho chế độ I2C

RB2 1/0 I/O TTL Chiều ra/ vào dữ liệu, không ảnh hưởng đầu vào tương tự AN8 1 I ANA Đầu vào kênh 8 của bộ biển đổi A/D

VMO 0 O Ngắt thu phát USB ,đầu ra VMO

RB3 1/0 I/O TTL Chiều ra /vào dữ liệu, không ảnh hưởng đầu vào tương tự AN9 1 I ANA Đầu vào kênh 9 của bộ biển đổi A/D

1) 1/0 I/O ST Đầu vào bộ capture CCP2/ CCP2 của bộ so sánh đầu ra của PWM

VPO 0 O Ngắt thu phát USB ,đầu ra VPO

RB4 1/0 I/O TTL là chân ra/vào dữ liệu không ảnh hưởng đến đầu vào tương tự AN11 1 I ANA là đầu vào kênh 11 của bộ biến đổi A/D KBI0 1 I TTL là chân ngắt của ngắt thay đổi mức PORTB CSSPP 0 O điều khiển chọn chip đầu ra SPP.

RB5 1/0 I/O TTL Chiều ra /vào dữ liệu số

KBI1 1 I TTL Chân ngắt của ngắt thay đổi mức PORTB PGM 1/0 I/O ST Tín hiệu nối mạch nạp nối tiếp(ICSP)

RB6 1/0 I/O TTL Chiều ra/ vào dữ liệu số

KBI2 1 I TTL Chân ngắt của ngắt thay đổi mức PORTB PGC 1/0 I/O ST Đầu vào xung từ(ICSP và ICD)

RB7 1/0 I/O TTL Chiều ra/ vào dữ liệu số

KBI3 1 I TTL Chân ngắt của ngắt thay đổi mức PORTB

Bảng 2.4 Bảng chức năng chân của PORTC

RC0 1/0 I/O ST Chiều ra /vào dữ liệu số

T1OSO 0 O — Đầu ra bộ phất xung timer 1

T13CKI 1 I ST Cấp xung cho timer1 /timer3 chế độ đếm sự kiện (counter)

S Đầu vào bộ dao động timer1.cấm đầu ra/vào số

) 1/0 I/O ST Đầu vào capture (CCP2)/CCP2 của bộ so sánh và đầu ra của PWM

UOE 0 — — Ngắt thu phát USB ,đầu ra UOE

CCP1 1/0 I/O ST Đầu vào capture (CCP1)/ CCP1 của bộ so sánh và đầu ra của PWM

P1A 0 O TTL Điện áp tăng cường đâu ra CCP1 PWM, kênh A

RC4 1 I TTL Chiều ra /vào dữ liệu số

D- 1/0 I/O — Dòng trừ khác biệt USB (đầu vào/ ra)

VM 1 I TTL Ngắt thu phát USB ,đầu vào VM

RC5 1 I TTL Chiều ra /vào dữ liệu số

D+ 1/0 I/O — Dòng cộng khác biệt USB (đầu vào/ ra)

VP 1 O TTL Ngắt thu phát USB ,đầu vào VP

TX 0 O — Chân truyền dữ liệu nối tiếp không động bộ của module EUSART

CK 1/0 I/O ST Chân phát xung (clock) đồng bộ nối tiếp của module EUSART

RX 0 O ST Chân nhận dữ liệu nối tiếp không động bộ của module EUSART

DT 1/0 I/O ST Chân truyền dữ liệu nối tiếp động bộ của module EUSART SDO 1 I — Chân ra dữ liệu của giao tiếp SPI

Bảng 2.5 Bảng chức năng chân của PORTD

RD0 1/0 I/O ST Chiều ra /vào dữ liệu số

SPP0 1/0 I/O TLL Cổng dữ liệu song song

20 RD1 1/0 I/O ST Chiều ra /vào dữ liệu số

P1B 0 O — Đầu ra kênh B của bộ PWM tăng cường

P1C 0 O — Đầu ra kênh C của bộ PWM tăng cường

P1D 0 O — Đầu ra kênh D của bộ PWM tăng cường

Bảng 2.6 Bảng chức năng chân của PORTE

RE0 1/0 I/O ST Chiều ra /vào dữ liệu số,khồng ảnh hưởng của đầu vào analog AN5 1 I ANA Đầu vào kênh 5 của bộ chuyển đổi A/D

9 RE1 1/0 I/O ST Chiều ra /vào dữ liệu số,khồng ảnh

24 hưởng của đầu vào analog AN6 1 I ANA Đầu vào kênh6 của bộ chuyển đổi A/D

RE2 1/0 I/O ST Chiều ra /vào dữ liệu số,khồng ảnh hưởng của đầu vào analog AN7 1 I ANA Đầu vào kênh 7 của bộ chuyển đổi A/D

P 0 O — Cho phép SPP đầu ra

PIC 18F4550 có 3 loại bộ nhớ: bộ nhớ chương trình (Program Memory), bộ nhớ dữ liệu RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM

Bộ nhớ dữ liệu được chia thành 16 Bank, mỗi Bank có dung lượng 256 byte, trong đó bao gồm một số thanh ghi chức năng đặc biệt và phần còn lại là các ô nhớ thông dụng dùng để lưu trữ dữ liệu.

Bộ nhớ chương trình của PIC 18F4550 có dung lượng 32K, với thanh ghi bộ đếm chương trình PC (Program Counter) quản lý địa chỉ của bộ nhớ này Thanh ghi PC có độ dài 21 bit, cho phép quản lý 2.097.152 ô nhớ, tương đương với 32K ô nhớ Mỗi ô nhớ chương trình lưu trữ 14 bit dữ liệu.

PIC có kiến trúc bộ nhớ dạng Harvard, một kiến trúc cải tiến so với kiến trúc Von Neumann

Kiến trúc Von Neumann sử dụng một bus dữ liệu 8 bit để kết nối bộ nhớ với CPU, trong đó bộ nhớ chứa các ô nhớ 8 bit, đồng thời lưu trữ cả chương trình và dữ liệu.

- Ưu điểm: kiến trúc đơn giản

- Nhược điểm: do chỉ có 1 bus nên tốc độ truy suất chậm, khó thay đổi dung lượng lưu trữ của ô nhớ

Kiến trúc Harvard phân chia bộ nhớ thành hai loại độc lập: bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu, với CPU giao tiếp qua hai bus riêng biệt Sự độc lập này cho phép thay đổi kích thước lưu trữ của từng loại bộ nhớ mà không ảnh hưởng đến nhau Cụ thể, trong kiến trúc PIC, bộ nhớ chương trình có mỗi ô lưu trữ 14 bit, trong khi bộ nhớ dữ liệu có mỗi ô lưu trữ 8 bit.

- Ưu điểm: do chỉ có 2 bus nên tốc độ truy suất nhanh, tùy ý thay đổi số bit của ô nhớ

- Khuyết điểm: kiến trúc phức tạp

Cả 16F877A và 18F4550 đều có cấu trúc bộ nhớ và chân dữ liệu tương đồng, tuy nhiên, dòng 18F4550 vượt trội hơn về khả năng xử lý Đặc biệt, 18F4550 được trang bị thêm timer3, giúp tăng dung lượng ô nhớ.

Ta có sơ đồ khối của 16f877A như sau:

Timing genalration parallel stave port

USART synchronous serial port CCP1,2

Power-up time Oscilator Start-up time Power on reset Watch dog time Brown-out reset In-circuit debugger Low-voltage programming

RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VRFF- RA3/AN3/VRFF+

RA4/T0CKI RA5/AN4/SS

RB0 RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD

RC0/T1OSO/T13CKI RC1/T1OSI/CCP2(1) RC2/CCP1 RC3/SCK/SCL

RC6/TX/CK RC7/RX/DT

RE0/RD/AN5 RE1/WR/AN6 RE2/CS/AN7 MCLR V 00 ,V SS

RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 MUX

Hình 2.4 Sơ đồ khối của vi điều khiển PIC 16f877A[9]

- Khối ALU – Arithmetic Logic Unit

- Khối bộ nhớ chứa chương trình – Flash Program Memory

- Khối bộ nhớ chứa dữ liệu EEPROM – Data EEPROM

- Khối bộ nhớ file thanh ghi RAM – RAM file Register

- Khối thanh ghi đặt biệt

- Khối các Port xuất nhập

Cấu trúc bộ nhớ của PIC16F877A bao gồm bộ nhớ chương trình (Program memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data memory)

Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ Flash, dung lượng bộ nhớ 8K word (1 word = 14 bit)

Bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877A được tổ chức thành 4 bank, mỗi bank có khả năng mở rộng đến địa chỉ 7Fh Trong mỗi bank, thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR) nằm ở ô nhớ có địa chỉ thấp, trong khi thanh ghi mục đích chung (GPR) chiếm các địa chỉ còn lại trong bank.

 Cổng xuất nhập dữ liệu

PORTA (RPA) có 6 chân I/O hai chiều, cho phép xuất và nhập dữ liệu Chức năng I/O được điều khiển bởi thanh ghi TRISA (địa chỉ 85h) Để thiết lập chân trong PORTA thành input, ta cần "set" bit điều khiển tương ứng trong TRISA, và để thiết lập chân thành output, ta "clear" bit tương ứng Quy trình này cũng áp dụng cho các PORT khác và các thanh ghi điều khiển tương ứng như TRISB cho PORTB, TRISC cho PORTC, TRISD cho PORTD và TRISE cho PORTF.

Ngoài ra, PORTA còn có các chức năng quan trọng sau:

- Ngõ vào Analog của bộ ADC thực hiện chức năng chuyển từ Analog sang Digital

- Ngõ vào điện thế so sánh

- Ngõ vào xung Clock của Timer0 trong kiến trúc phần cứng thực hiện các nhiệm vụ đếm xung thông qua Timer0…

- Ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port)

Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTA bao gồm:

- PORTA (địa chỉ 05h) : chứa các giá trị pin trong PORTA

- TRISA (địa chỉ 85h) : điều khiển xuất nhập

- CMCON (địa chỉ 9Ch) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh

- CVRCON (địa chỉ 9Dh) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp

-ADCON1 (địa chỉ 9Fh) : thanh ghi điều khiển bộ ADC

PORTB (RPB) có 8 chân I/O và thanh ghi điều khiển TRISB, hỗ trợ nhiều chế độ nạp chương trình cho vi điều khiển Ngoài ra, PORTB còn liên quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer0, đồng thời tích hợp chức năng điện trở kéo lên, có thể được điều khiển qua chương trình.

Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTB bao gồm:

- PORTB (địa chỉ 06h, 106h): chứa giá trị pin trong PORTB

- TRISB (địa chỉ 86h, 186h): điều khiển xuất nhập

- OPTION_REG (địa chỉ 81h, 181h): điều khiển ngắt ngoại vi bộ Timer0

PORTC có 8 chân và cũng thực hiện được 2 chức năng input và output dưới sự điều khiển của thanh ghi TRISC tương tự như hai thanh ghi trên

Ngoài ra PORTC còn có chức năng quan trọng sau:

- Ngõ vào xung clock cho Timer1 trong kiến trúc phần cứng

- Bộ PWM thực hiện chức năng điều xung lập trình được tần số, duty cycle: sử dụng trong điều khiển tốc dộ và vị trí động cơ v.v…

- Tích hợp các bộ giao tiếp nối tiếp 12C, SPI, USART

PORTD có 8 chân và được điều khiển bởi thanh ghi TRISD, cho phép thiết lập chức năng input và output Ngoài ra, PORTD còn đóng vai trò là cổng xuất dữ liệu cho giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port).

Các thanh ghi liên quan đến PORTD bao gồm:

- Thanh ghi PORTD: chứa giá trị các pin trong PORTD

- Thanh ghi TRISD: điều khiển xuất nhập

- Thanh ghi TRISE: điều khiển xuất nhập PORTE và chuẩn giao tiếp PSP

PORTE có 3 chân, với thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE Các chân của PORTE hỗ trợ ngõ vào analog và đồng thời đóng vai trò là chân điều khiển cho chuẩn giao tiếp PSP.

Các thanh ghi liên quan đến PORTE bao gồm:

- PORTE: chứa giá trị các chân trong PORTE

- TRISE: điều khiển xuất nhập và xác lập các thông số cho chuẩn giao tiếp PSP

- ADCON1: thanh ghi điều khiển khối ADC.

Module wifi ESP8266

Module ESP8266 là một giải pháp Wi-Fi tiết kiệm chi phí, được ưa chuộng cho các ứng dụng Internet và Wi-Fi, đồng thời có thể thay thế các module RF khác trong việc truyền nhận dữ liệu.

ESP8266 là một chip tích hợp cao, được thiết kế đặc biệt cho nhu cầu của thế giới Internet of Things (IoT) Chip này cung cấp giải pháp kết nối mạng Wi-Fi hiệu quả, giúp các thiết bị thông minh giao tiếp và tương tác trong môi trường kết nối.

Fi đầy đủ và khép kín cho phép lưu trữ ứng dụng và giảm tải các chức năng kết nối mạng Wi-Fi từ bộ xử lý ứng dụng.

ESP8266 sở hữu khả năng xử lý và lưu trữ mạnh mẽ, cho phép tích hợp dễ dàng với các bộ cảm biến, vi điều khiển và thiết bị ứng dụng cụ thể khác thông qua các GPIOs, đồng thời tiết kiệm chi phí và tối giản PCB.

Hình 2.5 Module ESP8266 và sơ đồ chân của nó[8]

+ Tính năng của chíp ESP8266

- Tích hợp RF switch, balun, 24dBm PA, DCXO, and PMU

- Tích hợp bộ xử lý RISC, trên chip bộ nhớ và giao diện bộ nhớ bên ngoài

-Tích hợp bộ vi xử lý MAC / baseband

- Chất lượng quản lý dịch vụ

- Giao diện I2S cho độ trung thực cao ứng dụng âm thanh

- On-chip thấp học sinh bỏ học điều chỉnh tuyến tính cho tất cả các nguồn cung cấp nội bộ

- Kiến trúc giả miễn phí thế hệ đồng hồ độc quyền

- Tích hợp WEP, TKIP, AES, và các công cụ WAPI

+Thông số kỹ thuật của module ESP8266[9]

- Wi-Fi Direct (P2P), soft-AP

- Tích hợp giao thức TCP / IP stack

- Tích hợp TR chuyển đổi, balun, LNA, bộ khuếch đại và phù hợp với mạng

- PLLs tích hợp, quản lý, DCXO và các đơn vị quản lý điện năng

- Công suất đầu ra 19.5dBm ở chế độ 802.11b

- Tích hợp công suất thấp 32-bit CPU có thể được sử dụng như là bộ vi xử lý

- A-MPDU & A-MSDU tập hợp & 0.4ms khoảng bảo vệ

- Thức dậy và truyền tải các gói dữ liệu trong

Tiêu đề	Thiết Kế Chế Tạo Hệ Đo Nhiệt Độ Và Độ Ẩm Hiển Thị Lên Web Server
Tác giả	Hồ Xuân Tùng
Người hướng dẫn	ThS. Nguyễn Phúc Ngọc
Trường học	Trường Đại Học Vinh
Chuyên ngành	Kỹ Sư Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2016
Thành phố	Nghệ An

Định dạng
Số trang	92
Dung lượng	3,14 MB