Xây dựng hệ thống điều khiển các thiết bị điện qua mạng Internet

Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS. Huỳnh Công Pháp DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TCP Transmission Control Protocol IP Internet Protocol UDP User Datagram Protocol ARP Address Resolution Protocol RARP Reverse Address Resolution Protocol CDMA/CD Carrier Sense Multiple Access Collision Detect LAN Local Area Network OSI Open Systems Interconnection ICMP Internet Control Message Protocol IGMP Internet Group Message Protocol FTP File Transfer Protocol SMTP Simple Mail Transfer Protocol TELNET TErminaL NETwork SNMP Simple Network Management Protocol IC Integrated Circuit PC Personal Computer AVR Automatic Voltage Regulator SVTH : 11 Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS. Huỳnh Công Pháp CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU I. Bối cảnh đề tài Ngày nay các thiết bị điện được sử dụng rộng rãi và là nhu cầu không thể thiếu trong đời sống của con người. Việc sử dụng các thiết bị năng luợng điện này sao cho hiệu quả, dễ dàng, tập trung là rất khó khăn. Hơn nữa việc sử dụng các thiết bị điện này trong không gian rộng lớn sao cho tiết kiệm,an toàn luôn là vấn đề quan tâm hàng đầu của nước ta.Với vấn đề đó nhóm em đã “Xây dựng hệ thống điều khiển các thiết bị điện qua mạng Internet”. Hệ thống giúp cho chúng ta có thể quản lý các thiết bị tập trung, dễ dàng và hiệu quả và nhanh chóng hơn. Ngoài ra hệ thống còn tích hợp các cảm biến, cài đặt thời gian hoạt động tự động cho các thiết bị giúp chúng ta sử dụng nguồn năng lượng điện tiết kiệm và an toàn hơn. II. Mục đích, yêu cầu thiết kế và lý do chọn đề tài II.1. Mục đích Mục đích của đồ án tốt nghiệp này là xây dựng 1 hệ thông điều khiển từ xa một số thiết bị trong nhà qua mạng Internet, hệ thống mà qua mạng internet cho dù chúng ta đang ở đâu, dùng bất kỳ máy tính nào có kết nối internet cũng có thể điều khiển được các thiết bị của hệ thống, chúng ta có thể điều khiển tắt bật các thiết bị từ xa (đèn,quạt,hệ thống chống trộm….), giám sát được an ninh và quản lý nguồn năng lượng điện an toàn, hiệu quả hơn. II.2. Yêu cầu thiết kế  Thiết kế Web Server với AVR có tính ổn định cao : -  Nhiều PC có thể điều khiển web server cùng lúc. Dễ dàng phát triển theo nhu cầu. Điều khiển được các thiết bị điện : - Đóng ngắt tự động theo thời gian. - Đóng ngắt tự động theo thông số môi trường. SVTH : 12 Đồ án tốt nghiệp - GVHD : TS. Huỳnh Công Pháp Điều khiển từ xa qua mạng Internet. II.3. Lý do chọn đề tài - Đam mê lĩnh vực vi điều khiển, công nghệ thông tin và ứng dụng rộng rãi của nó trong thực tế. - Đề tài ứng dụng điều khiển xa rất thiết thực với những kỹ sư ngành cơ điện tử, công nghệ thông tin khi muốn điều khiển những hệ thống lớn trong nhà máy và xí nghiệp, trong những hệ thống có tính công nghệ cao, hệ thống nhà thông minh…. II.4. Đối tượng nghiên cứu - Cách thức truyền dữ liệu qua giao thức TCP/IP và Web Server. - Chip điều khiển ENC28J60 và ATmega32. - Ngôn ngữ lập trình C cho AVR. - Thiết kế mạch trên Orcad 16.5. II.5. Phương pháp triển khai II.5.1. Về mặt lý thuyết - Tìm hiểu các lớp kiến trúc và các module của trong giao thức TCP/IP. - Tìm hiểu kiến trúc AVR qua IC ATmega32. - Tìm hiểu lập trình Asembly và lập trình C cho AVR. - Tìm hiểu các linh kiện điện tử liên quan : IC ENC28J60, IC 7805, ISP, MAX 232, IC AMS 1117, RELAY, SENSOR…. - Tìm hiểu các công nghệ liên quan đến hệ thống tự động báo cháy, chống trộm, an toàn và tiết kiệm nguồn năng lượng điện. - Đưa ra một số định hướng để phát triển đề tài. SVTH : 13 Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS. Huỳnh Công Pháp II.5.2. Công cụ hỗ trợ - Orcad 16.5 để thiết kế mạch nguyên lý và mạch in. - Proteus 7.8 mô phỏng vài chức năng cơ bản của thiết bị. - AVR Studio và WinAVR để hổ trợ lập trình C cho AVR. - Free Commander và notepad ++ để quản lý và lập trình AVR. - Hyper Terminal và Comman Prompt để kiểm tra kết nối mạng giữa mạch và PC. - Burn-E Programmer để nạp chương trình vào IC. SVTH : 14 Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS. Huỳnh Công Pháp CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I. Cơ sở lý thuyết Ethernet I.1. Giao thức TCP/IP I.1.1. Giới thiệu tổng quan Mô hình TCP/IP chỉ có 4 lớp. Mô hình tham chiếu của TCP/IP không trực tiếp giống mô hình của OSI. Mặc dù mỗi mô hình mạng đều có chung một mục đích là để truyền thông dễ dàng giữa các mạng, giữa các loại máy tính chạy trên nền hệ điểu hành khác nhau. Nhưng mỗi mô hình mạng đều có đặc điểm riêng và cách thực thi cũng chút ít khác nhau. Mô hình OSI do ISO tạo ra trong một thời gian dài, nó được dùng làm mô hình chuẩn cho các mô hình khác. Còn TCP/IP ra đời do yêu cầu cấp thiết của chính phủ Mỹ trước tình hình lúc bấy giờ, do đó sự phát triển của TCP/IP không bị đè nặng bởi những yêu cầu chặt chẻ như OSI. Do đặc tính của OSI là một mô hình tham khảo nên việc áp dụng OSI vào thực tế là khó có thể thực hiện (hiệu suất kém vì dữ liệu khi truyền trong mạng phải qua tất cả các lớp của mô hình OSI). Do đó, OSI chỉ là một tiêu chuẩn để các nhà nghiên cứu dựa vào đó để phát triển các mô hình khác tối ưu hơn. Có rất nhiều mô hình khác nhau đã được phát minh, tuy nhiên hiện nay trên thế giới cùng với sự phát triển như vũ bão của Internet thì mô hình TCP/IP là được sử dụng phổ biến nhất. Bộ giao thức TCP/IP là rất quan trọng trong việc lựa chọn cách thức truyền thông nhằm hạn chế lỗi và tăng hiệu quả. TCP/IP có các đặc điểm nổi bậc sau: - Độc lập với cầu hình mạng: TCP/IP có thể dùng cho mạng bus, start, ring, cho mạng cục bộ, mạng diện rộng hay các liên mạng. - Độc lập với phần cứng vật lý của mạng: TCP/IP có thể dung cho Ethernet, token-ring hay bất cứ loại phần cứng nào. - Là một chuẩn giao thức mở: TCP/IP có thể thực hiện trên nhiều hệ điều hành (Operating System – OS) khác nhau, nên nó thích hợp dung cho các mạng hỗn tạp các SVTH : 15 Đồ án tốt nghiệp GVHD : TS. Huỳnh Công Pháp loại phần cứng và phần mềm như Internet. - Định địa chỉ một cách tổng quát: mỗi trạm trên mạng TCP/IP có một địa chỉ IP duy nhất được dùng để liên lạc với bất kì trạm nào khác trên mạng. - Hỗ trợ đắc lực mạng theo mô hình Client – Server. - Các protocol chuẩn lớp ứng dụng: TCP/IP không những cung cấp cho lập trình viên phương pháp để truyền dữ liệu giữa các ứng dụng mà còn cung cấp cơ sở của nhiều giao thức lớp ứng dụng. I.1.2. Kiến trúc TCP/IP Phát triển từ mô hình tham chiếu OSI, TCP/IP được phân làm 4 lớp:  Lớp truy xuất mạng (Network Access layer).  Lớp liên mạng (Internet Layer).  Lớp giao vận (Transport layer).  Lớp ứng dụng (Application layer). Việc phân lớp này đảm bảo một số nguyên tắc sau:  Một lớp được tạo ra khi cần đến mức trừu tượng hóa tương ứng.  Mỗi lớp cần thực hiện các chức năng được định nghĩa rõ ràng.  Việc chọn chức năng cho mỗi lớp cần chú ý tới việc định nghĩa các quy tắc chuẩn hóa quốc tế.  Ranh giới các mức cần chọn sao cho thông tin đi qua là ít nhất ( tham số cho chương trình con là ít).  Số mức phải đủ lớn để các chức năng tách biệt không nằm trong cùng một lớp và đủ nhỏ để mô hình không quá phức tạp.  Một mức có thể được phân thành các lớp nhỏ cần thiết.  Các mức con có thể lại bị loại bỏ. SVTH : 16