THIẾT kế KIT PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG hệ THỐNG QUAN TRẮC THÔNG số môi TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ KIT PHÁT TRIẺN ỨNG DỤNG HỆ
THỐNG QUAN TRẮC THÔNG SỐ MÔI TRƯỜNG

Sinh viên thực hiện:

Cán bộ hướng dẫn:

Quách Đạt Bình
MSSV: B1708856
Ngành: Điện tử Truyền thơng K43
Đặng Hữu Nhân
MSSV: B1708893
Ngành: Điện tử Truyền thông K43
Mai Kỳ Yên
MSSV: B1708922
Ngành: Điện tử Truyền thông K43

ThS. Trần Hữu Danh

Cần Thơ, tháng 06 năm 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ KIT PHÁT TRIẺN ỨNG DỤNG HỆ
THỐNG QUAN TRẮC THÔNG SỐ MÔI TRƯỜNG
Sinh viên thực hiện:

Cán bộ hướng dẫn:

Qch Đạt Bình
MSSV: B1708856
Ngành: Điện tử Truyền thơng K43
Đặng Hữu Nhân
MSSV: B1708893
Ngành: Điện tử Truyền thông K43
Mai Kỳ Yên
MSSV: B1708922
Ngành: Điện tử Truyền thông K43

ThS. Trần Hữu Danh

Thành viên Hội đồng:
ThS. Trần Hữu Danh
TS. Nguyễn Thanh Tùng
ThS. Dương Thái Bình
Luận văn được bảo vệ tại:
Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Bộ môn Điện tử Viễn thông,
^^^^^^^^^^^^^^Knoaưông^gnệ^^^^^^^^^^^^^^^^
Trường Đại học Cần Thơ vào ngày: 18/06/2021.
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Thư viện Khoa Công Nghệ, Trường Đại học Cần Thơ

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp chúng em đã gặp
khơng ít khó khăn, trở ngại nhưng nhờ sự giúp đỡ, động viên, chia sẻ của cha mẹ và
bạn bè, hướng dẫn tận tình của Thầy cơ, chúng em đã vượt qua những khó khăn, trở
ngại và hồn thành nhiệm vụ học tập của mình. Qua luận văn tốt nghiệp này chúng
em muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến:
Thầy Trần Hữu Danh đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm, nhận xét,
giúp đỡ chúng em hoàn thành luận văn tốt nghiệp đúng hướng, đúng thời hạn.
Xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Cần Thơ, Khoa Công Nghệ, Bộ môn
Điện tử - Viễn thông đã giúp đỡ, hỗ trợ thiết bị trong suốt quá trình học tập, nghiên
cứu và làm luận văn tốt nghiệp.
Xin cảm ơn sự giúp đỡ, hợp tác của các nhóm làm luận văn tốt nghiệp do thầy
Trần Hữu Danh hướng dẫn cùng tất cả bạn bè đã động viên, ủng hộ chúng em trong
suốt thời gian qua.
Mặc dù nhóm thực hiện luận văn đã rất cố gắng nhưng do kiến thức còn hạn
chế nên trong quá trình thực hiện khó tránh khỏi những sai sót về mặt kiến thức lý
thuyết cũng như cách trình bày. Nhóm em rất mong nhận được sự thông cảm và
những ý kiến đóng góp của thầy cơ, bạn bè để bài báo cáo luận văn tốt nghiệp này
ngày càng hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn cha mẹ, những người đã lo lắng, giúp đỡ kịp
thời về mặt kinh tế và tinh thần giúp chúng em trong suốt quá trình học tập, rèn
luyện.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

3


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
CHẤP THUẬN CỦA HỘI ĐỒNG
Luận văn này, với đề tài là “Thiết kế KIT phát triển ứng dụng hệ thống
quan trắc thông số môi trường”, do các sinh viên Quách Đạt Bình, Đặng Hữu
Nhân và Mai Kỳ Yên cùng thực hiện theo sự hướng dẫn của giảng viên ThS. Trần
Hữu Danh. Luận văn đã báo cáo và được hội đồng chấm luận văn thông qua ngày
18 tháng 06 năm 2021.
(Quyết định thành lập Hội đồng số: 128/QĐ-CN của Trưởng Khoa Công Nghệ
ký ngày 11/6/2021).
Giảng viên phản biện 1

Giảng viên hướng dẫn
Giảng viên phản biện 2

TS. Nguyễn Thanh Tùng

ThS. Trần Hữu Danh

ThS. Dương Thái Bình


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài “Thiết kế KIT phát triển ứng dụng hệ thống quan trắc thông số
môi trường”, được thực hiện bởi nhóm sinh viên: Qch Đạt Bình, Đặng Hữu
Nhân và Mai Kỳ Yên lớp Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông 1 K43. Đề tài phát triển
một bảng mạch quy hoạch ngõ ra theo các chuẩn giao tiếp khác nhau của vi điều
khiển MSP432P401R thành từng Port riêng biệt qua đó ứng dụng để quan trắc các
thơng số của môi trường thông qua các thiết bị cảm biến. Kết quả quan trắc được
hiển thị lên trang web, App Android và lưu lại kết quả trên Google Sheets để ta dễ
theo dõi sự thay đổi các thông số trong ngày hay tuần.

Trong quá trình thực hiện đề tài, tuy sản phẩm cịn nhiều thiếu sót do kiến
thức cịn hạn chế, nhưng những nội dung trình bày trong quyển báo cáo này là
những hiểu biết, tìm kiếm, học hỏi và thành quả của chúng em đạt được dưới sự
hướng dẫn tận tình của thầy Trần Hữu Danh, cũng như sự giúp đỡ của các thầy cô
trong Bộ môn Điện tử - Viễn thông.
Chúng em xin cam đoan rằng: Những nội dung được trình bày trong quyển
báo cáo luận văn tốt nghiệp này không phải là bản sao chép từ bất kỳ cơng trình nào
trước đó. Nếu khơng đúng sự thật, chúng em xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà
trường.
Cần Thơ, ngày 18 tháng 6 năm 2021
Nhóm sinh viên thực hiện


MỤC LỤC


DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

7


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
gA

micro Ampe

8

CCS

Code Composer Studio

CPU

Central Processing Unit

CSS

Cascading Style Sheetss

DC

Direct Current

GB

GigaByte

GND

Ground

GPIO

General Purpose Input Output

HDMI

Global System for Mobile
Communications
High-Deíinition Multimedia Interface

HTTP

Hypertext Transfer Protocol

GSM

HTTPS

Hypertext Transfer Protocol Secure

I2C

Inter-Integrated Circuit

IC

Integrated Circuit

IDE
IP

Integrated Development Environment
Internet Protocol

JSON

JavaScript Object Notation

KB

KiloByte

LAN

Local Area Network

LCD

Liquid Crystal Display

LED

Light Emitting Diode

LoRa

Long Range

MB
MSP

MegaByte
Mixed Signal Processors

PHP

Personal Home Page

RAM

Random Access Memory

RDBMS

Relational Database Management System

ROM

Read-Only Memory

RTC

Real Time Clock

RST

Reset

SQL
UART

Structured Query Language
Universal Asynchronous Receiver Transmitter
9

USB

Universal Serial Bus

V

Voltage

VCC

Voltage Colector to Colector

Wi-Fi

Wireless Fidelity

XML

eXtensible Markup Language

10


TI

Texas Instruments
TĨM TẮT

Đề tài này sẽ trình bày cách xây dựng một bảng mạch quy hoạch các chân ngõ

ra của Kit LaunchPad MSP432P401R theo các chuẩn giao tiếp khác nhau: Digital,
Analog, I2C, SPI, UART, .. .thành các Port riêng biệt trong bảng mạch. Qua đó ứng
dụng cho việc thực hiện quan trắc các thông số của môi trường: nhiệt độ, độ ẩm,
cường độ ánh sáng, pH, Ec, ... thông qua các thiết bị cảm biến được trang bị trên hệ
thống. Đồng thời, dữ liệu sau khi thu thập sẽ được gửi trực tiếp lên website hiển thị
kết quả trên Google Sheets bằng Module Sim808 hoặc Wifi thông qua giao thức
UART. Bằng cách sử dụng các giải thuật phù hợp kết hợp với ngôn ngữ C biên
dịch trên CCS để lập trình cho MSP432, bên cạnh đó ngơn ngữ Java trên Android
Studio cũng được sử dụng để tạo app android cho người dùng và ngôn ngữ PHP kết
hợp với cơ sở dữ liệu MySQL để tạo ra một website quan sát các thơng số quan trắc
được.
Từ khóa: Kit LaunchPad MSP432P401R, các chuẩn giao tiếp của vi điều
khiển, trình biên dịch CCS, ngôn ngữ thiết kế app, ngôn ngữ thiết kế web.
Tiêu đề: Thiết kế KIT phát triển ứng dụng hệ thống quan trắc thông số môi
trường.


ABSTRACT
This topic will show how to build a Circuit board that plans the output pins of
the KIT LaunchPad MSP432P401R according to different communication
standards: Digital, Analog, I2C, SPI, UART, ... into separate Ports in the circuit
board. Thereby applying for monitoring of environmental parameters: temperature,
humidity, light intensity, pH, Ec, ... through sensor devices equipped on the system.
At the same time, the collected data will be sent directly to the website displaying
the results on Google Sheets by Sim808 Module or Wifi via UART protocol. By
using suitable algorithms in combination with C language compiled on CCS to
program for MSP432, besides Java language on Android Studio is also used to
create android apps for users and PHP integrates with the MySQL database to create
a website to observe the observable parameters.
Keywords: Kit LaunchPad MSP432P401R, microcontroller communication

standards, CCS compiler, app design language, web design language.
Title: Design KIT develops application of environmental parameter
monitoring system.


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát truyển mạnh mẽ đã làm thay đổi cuộc sống
của con người. Làm cho cuộc sống của con người ngày càng trở nên tiện nghi và
hiện đại hơn. Các thiết bị giám sát góp phần quan trọng trong việc nâng cao chất
lượng cuộc sống và dễ dàng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau từ nông
nghiệp đến công nghiệp. Nhận thấy hiệu quả của việc ứng dụng công nghệ để nâng
cao chất lượng công việc, từ những kiến thức đã học nhóm đã chọn đề tài: “Thiết kế
KIT phát triển ứng dụng hệ thống quan trắc thông số môi trường” để tiến hành
nghiên cứu, thực hiện.
Những khó khăn trong quá thực hiện Luận văn được nhóm từng bước vượt qua
và đề tài đã hoàn thành theo những mục tiêu đã đặt ra. Tuy nhiên, đề tài này vẫn
không thể tránh khỏi những thiếu sót, nhóm thực hiện rất mong muốn nhận được
nhiều đóng góp từ q độc giả là thầy cơ, sinh viên trường Đại học Cần Thơ để đề
tài này ngày càng hoàn thiện hơn.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
Nội dung chính
Đặt vấn đề
• Mục tiêu đề tài
• Phạm vi đề tài
• Phương pháp nghiên cứu
•

1.1 Đặt vấn đề

Với sự phát triển khơng ngừng của khoa học kỹ thuật và cuộc cách mạng công
nghiệp 4.0 đã tạo ra nhiều bước tiến nhảy vọt trong cuộc sống đặc biệt là với sự
phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp điện tử trong những năm gần đây, các
bảng mạch vi điều khiển được ra đời ngày càng nhiều, phát triển dần thay thế các
mạch điện tử truyền thống mang lại nhiều ứng dụng, tiết kiệm được thời gian, công
sức trong việc thiết kế phần cứng trong các dự án lớn và nhỏ cho các kỹ sư.
Hiện tại, ở thị trường Việt Nam có rất nhiều loại vi điều khiển khác nhau:
MSP430, MSP432, STM8, STM32, Arduino, PIC, ...song bên cạnh đó để sử dụng
một cách thành thạo các chuẩn giao tiếp có trong vi điều khiển thì tốn rất nhiều thời
gian cho những người mới bắt đầu. Chính vì vậy, để thuận tiện cho sử dụng sẽ
hướng đến việc quy hoạch các chân ngõ ra có các chuẩn giao tiếp khác nhau:
Digial, Analog, I2C, SPI, UART, ... thành từng Port riêng biệt tạo thành một bảng
mạch quy hoạch ngõ ra - Shield Module. Tuy nhiên, để mua được bảng mạch quy
hoạch ngõ ra - Shield module của dòng vi điều khiển MSP - Texas Instrument ở thị
trường Việt Nam thì khá khó khăn do có rất ít hoặc hầu như khơng có cửa hàng
cung cấp.
Dựa theo tình hình và tính cấp thiết, đề tài “Thiết kế KIT phát triển ứng
dụng hệ thống quan trắc thông số môi trường” ứng dụng bảng mạch quy hoạch
ngõ ra - Shield module dựa trên KIT LaunchPad MSP432P401R được đề ra nhằm
hỗ trợ người dùng tốt hơn trong việc định hướng, sử dụng các Port dòng vi điều
khiển MSP432 của Texas Instrument ngồi ra cịn hỗ trợ cho việc xây dựng một hệ
thống quan trắc các thông số của môi trường để ứng dụng trong nông nghiệp.

1.2 Mục tiêu đề tài

1
4


Thiết kế một bảng mạch quy hoạch các chân ngõ ra theo các chuẩn giao tiếp

khác nhau của KIT LaunchPad MSP432P401R thành từng Port riêng biệt từ đó ứng
dụng để xây dựng mơ hình hệ thống quan trắc các thơng số môi trường: nhiệt độ, độ
ẩm, cường độ ánh sáng, độ pH, độ dẫn điện Ec, ... trong nông nghiệp. Chỉ sốngưỡng
cài đặt có thể thay đổi tùy vào nhiệt độ và độ ẩm của môi trường để đảm
bảo sự phát triển tốt nhất cho cây trồng.
Thiết kế hai Node điều khiển các thiết bị thông qua hệ thống quan trắc trung
tâm - Gateway. Quan sát được các thông số quan trắc thông qua trang web hoặc
App Android đơn giản trên Smartphone mang lại sự tiện lợi cho người nông dân.
Sự ra đời của hệ thống hy vọng sẽ ứng dụng được cho nhiều mục đích khác
nhau của người nơng dân: trồng trọt, thủy sản, ... Bên cạnh đó, bảng mạch quy
hoạch các chân ngõ ra - Shield module ngoài việc xây dựng hệ thống cũng được sử
dụng để hỗ trợ trong việc học tập, nghiên cứu các ứng dụng khác nhau liên quan
đến dòng vi điều khiển MSP432P401R.
1.3 Phạm vi đề tài
Đề tài ứng dụng bảng mạch quy hoạch các chân ngõ ra - Shield module dựa
trên Kit LaunchPad MSP432P401R để xây dựng một hệ thống quan trắc các thơng
số của mơi trường trong nơng nghiệp. Hệ thống có thể được ứng dụng cho nhiều
mục đích khác nhau tùy theo nhu cầu của người dùng.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu các chân, ngõ vào ra của Kit LaunchPad MSP432P401R từ đó quy
hoạch các chân có cùng một chuẩn giao tiếp về cùng một Port.
Nghiên cứu các giải pháp đưa dữ liệu thu thập được lên website thông qua
giao thức truyền thông UART.
Nghiên cứu ngôn ngữ Java để thiết kế App trên Android và ngôn ngữ thiết kế
website PHP, cơ sở dữ liệu MySQL.
Đưa và
ra hoàn
ý tưởng
và nhất.
thực hiện đề tài dựa trên tài liệu nghiên cứu một cách

khoa
học
thiện

1
5


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ĐỊNH HƯỚNG THỰC HIỆN
Nội dung chính:
•
•
•

Giới thiệu cơ sở lý thuyết phần cứng và phần mềm hệ thống
Giới thiệu cơ sở lý thuyết lập trình Web và App Android
Giải pháp và yêu cầu thực hiện

2.1 Giới thiệu cơ sở lý thuyết phần cứng và phần mềm hệ thống
2.1.1

Tổng quan về Kit LaunchPad MSP432P401R

Kit LaunchPad MSP432P401R là vi điều khiển dòng ARM 32-bit được sản
xuất và được cung cấp bởi công ty Texas Instruments [1].

Hình 2.1.1 KIT LaunchPad MSP432P401R [1]
MSP là chữ viết tắt của cụm từ “MIXED SIGNAL MICROCONTROLLER”.
Là dòng vi điều khiển siêu tiết kiệm năng lượng hoạt động với điện áp nguồn cấp từ
3.4V- 4.4V, các ngoại vi và hệ thống bộ định thời linh hoạt được kết nối với nhau

theo cấu trúc VON-NEUMANN, đặc điểm của cấu trúc này là chỉ có duy nhất 1 bus
giữa CPU và bộ nhớ (data và chương trình), do đó mà chúng phải có độ rộng bit
tương tự nhau. MSP432 đã đưa ra được những giải pháp tốt cho những nhu cầu ứng
dụng với nhiều phiên bản khác nhau. MSP432 có một số phiên bản như:
MSP432P401R, MSP432P401M.


Kit LaunchPad MSP432P401R được thiết kế hồn tồn tương thích với các
module không dây của TI như: CC1100, CC1101, CC1150, CC2500, CC2550 và
CC2420. Các thành phần chính trên Kit bao gồm vi điều khiển MSP432P401R,
MSP430G2452, TM4C129, buttons, led RGB, cổng kết nối Micro USB. Kit có tổng
cộng 10 Port và 68 chân được đưa ra để sử dụng.

Hình 2.1.2 Sơ đồ cấu trúc MSP432P401R [1]
Một số đặc trưng của MSP432P401R
•
•
•
•
•
•
•
•
•

MSP432P401R MCU công suất thấp, hiệu suất cao.
Hoạt động điện áp cung cấp: 3.3V, 5V.
ARM 32 bit.
Tiêu thụ điện năng: Hoạt động 80uA / MHz và hoạt động ở chế độ
chờ 660nA RTC.

Bộ nhớ: Flash 256 kB, RAM 64 kB.
Bộ hẹn giờ: 4 x16-bit và 2 x 32-bit.
Giao tiếp: Tối đa 4 I2C, 8 SPI, 4 UART.
2 nút và LED RGB.
UART kênh ngược qua USB sang PC.

Với bất kỳ MCU nào thì việc phải thiết kế một mạch nạp cho chip là điều
không thể bỏ qua. Với MSP432 cũng không ngoại lệ MSP432 là dòng value line,
power low, và low - cost. Chính vì vậy mà TI đã cung cấp cho người dùng một
mạch nạp code và Debug chỉ trên một mạch nhỏ gọn.
2.1.2

Tổng quan về truyền thông UART


UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver - Transmitter [2].
Thường là một mạch tích hợp được sử dụng trong việc truyền dẫn dữ liệu nối tiếp
giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi. Rất nhiều vi điều khiển hiện nay đã được tích
hợp UART, vì vấn đề tốc độ và độ tiện dụng của UART không thể so sánh với các
giao tiếp mới hiện nay nên các dòng PC & Laptop đời mới khơng cịn tích hợp cổng
UART. Như các bạn đã biết giao tiếp SPI và I2C có 1 dây truyền dữ liệu và 1 dây
được sử dụng để truyền xung clock (SCL) để đồng bộ trong giao tiếp. Với UART
thì khơng có dây SCL, vấn đề được giải quyết khi mà việc truyền UART được dùng
giữa 2 vi xử lý với nhau, đồng nghĩa với việc mỗi vi xử lý có thể tự tạo ra xung
clock cho chính nó sử dụng.
Tín hiệu UART truyền - nhận theo kiểu Asynch - bất đồng bộ. Do đó, việc
truyền - nhận với UART không phụ thuộc vào xung Clock. Thay vào đó, 2 thiết bị
truyền - nhận tín hiệu UART sẽ “thỏa thuận với nhau” các yếu tố: Baud rate - tốc
độ truyền, stop - điểm dừng, start - điểm bắt đầu, data bits - các bit dữ liệu nhất
định. Nhờ “thỏa thuận” này, receiver - đầu nhận, có thể giải mã được tín hiệu.

UART được thiết lập dựa trên 2 chân TX và RX của vi điều khiển nối chéo
với nhau như hình.

Hình 2.1.3 Sơ đơ kêt nơi giao thức UART [2]
UART chuyển các bit một tuần tự bằng cách pull UART line low trong 1
khoảng thời gian cố định - khoảng thời gian này đã được quy định bởi baud rate.
UART line ở trạng thái idle sẽ tương ứng với mức HIGH của I/O level.


Yếu tố nhỏ nhất của quá trình truyền dữ liệu là UART frame - hay còn gọi là
UART character. UART frame có cấu trúc như sau:

St

Start bít. always lovv.
(n)

Data bits (0 to 8).

p

Parity bit. Can be odd or even.

Sp

Stop b(t. aiways high.

IDLE No transters on the communication Iine (RxDn or TxDn). An IDLE line must be
high.

Hình 2.1.4 Cấu trúc khung truyền UART [2]
Start bit sẽ báo cho receiver biết được dữ liệu đang đến. Nếu trong UART
frame khơng có start bit, bit đầu tiên sẽ mặc định bằng 1. Khi bit đầu tiên bằng 1,
frame này sẽ được nhận dạng như một “dòng nghỉ” 0 - “idle line” cho đến khi được
chuyển sang trạng thái “high”. Số lượng data bits thường là 8 nhưng cũng có thể
config - cấu hình thành 7 bits.
2.1.3

Tổng quan về giao thức I2C

I2C là tên viết tắt của cụm từ tiếng anh “Inter-Integrated Circuit” [3]. Là một
giao thức giao tiếp được phát triển bởi Philips Semiconductors để truyền dữ liệu
giữa một bộ xử lý trung tâm với nhiều IC trên cùng một board mạch chỉ sử dụng hai
đường truyền tín hiệu.
Do tính đơn giản nên loại giao thức này được sử dụng rộng rãi cho giao tiếp
giữa vi điều khiển và mảng cảm biến, các thiết bị hiển thị, thiết bị IoT, EEPROMs,
v.v
Đây là một loại giao thức giao tiếp nối tiếp đồng bộ có nghĩa là các bit dữ liệu
được truyền từng bit một theo các khoảng thời gian đều đặn được thiết lập bởi một
tín hiệu đồng hồ tham chiếu.
Sau đây là một số đặc điểm quan trọng của giao thức giao tiếp I2C:
•

Chỉ cần có hai đường bus (dây) chung để điều khiển bất kỳ thiết bị / IC
nào trên mạng I2C.

•

Khơng cần thỏa thuận trước về tốc độ truyền dữ liệu như trong giao tiếp
UART. Vì vậy, tốc độ truyền dữ liệu có thể được điều chỉnh bất cứ khi nào cần

thiết.


•

Cơ chế đơn giản để xác thực dữ liệu được truyền.

•

Sử dụng hệ thống địa chỉ 7bit để xác định một thiết bị / IC cụ thể trên bus
I2C.

•

Các mạng I2C dễ dàng mở rộng. Các thiết bị mới có thể được kết nối
đơn giản với hai đường bus chung I2C.

Bus vật lý I2C
Bus I2C (dây giao tiếp) chỉ gồm hai dây và được đặt tên là Serial Clock Line
(SCL) và Serial Data Line (SDA). Dữ liệu truyền đi được gửi qua dây SDA và đồng
bộ với tín hiệu đồng hồ (clock) từ SCL. Tất cả các thiết bị / IC trên mạng I2C được
kết nối với cùng đường SCL và SDA như sau:

Hình 2.1.5 Sơ đồ kết nối I2C các thiết bị [3]
Cả hai đường bus I2C (SDA, SCL) đều hoạt động như các bộ lái cực máng hở
(open drain). Có nghĩa là bất kỳ thiết bị / IC trên mạng I2C có thể lái SDA và SCL
xuống mức thấp, nhưng khơng thể lái lên mức cao. Vì vậy, một điện trở kéo lên
(khoảng 1 kQ đến 4,7 kQ) được sử dụng cho mỗi đường bus, để giữ cho ở mức cao
(ở điện áp dương) theo mặc định.
Lý do sử dụng một hệ thống cực máng hở (Open drain) là để không xảy ra

hiện tượng ngắn mạch, điều này có thể xảy ra khi một thiết bị cố gắng kéo đường
dây lên cao và một số thiết bị khác cố gắng kéo đường dây xuống thấp.

Thiết bị chủ (Master) và tớ (Slave)


Các thiết bị kết nối với bus I2C được phân loại hoặc là thiết bị Chủ (Master)
hoặc là thiết bị Tớ (Slave). Ở bất cứ thời điểm nào thì chỉ có duy nhất một thiết bịMaster
ở trạng thái hoạt động trên bus I2C. Điều khiển đường tín hiệu đồng hồ SCL
và quyết định hoạt động nào sẽ được thực hiện trên đường dữ liệu SDA.
Tất cả các thiết bị đáp ứng các hướng dẫn từ thiết bị Master này đều là Slave.
Để phân biệt giữa nhiều thiết bị Slave được kết nối với cùng một bus I2C, mỗi thiết
bị Slave được gán một địa chỉ vật lý 7-bit cố định.
Khi một thiết bị Master muốn truyền dữ liệu đến hoặc nhận dữ liệu từ một
thiết bị Slave, nó xác định địa chỉ thiết bị Slave cụ thể này trên đường SDA và sau
đó tiến hành truyền dữ liệu. Vì vậy, giao tiếp có hiệu quả diễn ra giữa thiết bị
Master và một thiết bị Slave cụ thể.
Tất cả các thiết bị Slave khác không phản hồi trừ khi địa chỉ của chúng được
chỉ định bởi thiết bị Master trên dòng SDA.

Hình 2.1.6 Sơ đồ kết nối giữa Master và Slave trong cùng một mạng [3]
Giao thức truyền dữ liệu
Giao thức sau đây (Tập hợp các quy tắc) được theo sau bởi thiết bị Master và
các thiết bị Slave để truyền dữ liệu giữa chúng.
Dữ liệu được truyền giữa thiết bị Master và các thiết bị Slave thông qua một
đường dữ liệu SDA duy nhất, thơng qua các chuỗi có cấu trúc gồm các số 0 và 1
(bit). Mỗi chuỗi số 0 và 1 được gọi là giao dịch (Transaction) và dữ liệu trong mỗi
giao dịch có cấu trúc như sau:

Hình 2.1.7 Cấu trúc dữ liệu [3]

Điều kiện bắt đầu (Start Condition)
Bất cứ khi nào một thiết bị chủ / IC quyết định bắt đầu một giao dịch sẽ
chuyển mạch SDA từ mức điện áp cao xuống mức điện áp thấp trước khi đường
SCL chuyển từ cao xuống thấp.
Khi điều kiện bắt đầu được gửi bởi thiết bị Master, tất cả các thiết bị Slave đều
hoạt động ngay cả khi chúng ở chế độ ngủ (Sleep mode) và đợi bit địa chỉ.

SDA \

start Condition

Hình 2.1.8 Điều kiện bắt đầu truyền nhận I2C [3]

Khối địa chỉ
Bao gồm 7bit và được lấp đầy với địa chỉ của thiết bị Slave đến / từ đó thiết bị
Master cần gửi / nhận dữ liệu. Tất cả các thiết bị Slave trên bus I2C so sánh các bit
địa chỉ này với địa chỉ của chúng.
Bit Read / Write
Bit này xác định hướng truyền dữ liệu. Nếu thiết bị Master / IC cần gửi dữ liệu
đến thiết bị Slave, bit này được thiết lập là ‘0’. Nếu IC Master cần nhận dữ liệu từ
thiết bị Slave, bit này được thiết lập là ‘1’.
Bit ACK / NACK
ACK / NACK là viết tắt của Acknowledged/Not-Acknowledged. Nếu địa chỉ
vật lý của bất kỳ thiết bị Slave nào trùng với địa chỉ được thiết bị Master phát, giá
trị của bit này được set là ‘0’ bởi thiết bị Slave. Ngược lại, vẫn ở mức logic ‘1’ (mặc
định).
Khối dữ liệu
Bao gồm 8bit và được thiết lập bởi bên gửi, với các bit dữ liệu cần truyền tới

bên nhận. Khối này được theo sau bởi một bit ACK / NACK và được set thành ‘0’
bởi bên nhận nếu nhận thành công dữ liệu. Ngược lại, vẫn ở mức logic ‘1’.


Sự kết hợp của khối dữ liệu theo sau bởi bit ACK / NACK được lặp lại cho
đến quá trình truyền dữ liệu được hoàn tất.
Điều kiện kết thúc (Stop condition)
Sau khi các khung dữ liệu cần thiết được truyền qua đường SDA, thiết bị
Master chuyển đường SDA từ mức điện áp thấp sang mức điện áp cao trước khi
đường SCL chuyển từ cao xuống thấp.

SDA : ĩ
------------■
IIaI
-------------ĩ----r
SCL : :

Stop Condition

Hình 2.1.9 Điều kiện kết thúc truyền nhận I2C [3]
Giản đồ xung I2C MSP432

Hình 2.1.10 Giản đồ xung I2C MSP432 [1]
2.1.4

RTC - Real Time Clock MSP432

RTC - Real Time Clock là thành phần được tích hợp sẵn có bên trong vi điều
khiển MSP432P401R. Module thời gian thực RTC cung cấp bộ đếm đồng hồ với
chế độ lịch, cảnh báo có thể lập trình linh hoạt và hiệu chuẩn bù [1].

Module RTC cung cấp các bộ đếm đồng hồ có thể cấu hình với một số tính
năng. Hầu hết các thanh ghi bên trong module RTC khơng có điều kiện ban đầu.
Các thanh ghi này phải được cấu hình bởi người dùng trước khi sử dụng.


RTDPS

RT1PS

Hình 2.1.11 Sơ đồ khối các thanh ghi bên trong RTC [1]
Đặc trưng module RTC:
+ Đồng hồ thời gian thực và chế độ lịch. Cung cấp giây, phút, giờ, ngày trong
tuần, ngày trong tháng, tháng và năm (bao gồm cả hiệu chỉnh năm nhuận).
+ Bảo vệ cho các thanh ghi đồng hồ thời gian thực.


+ Khả năng ngắt.
+ Định dạng BCD hoặc nhị phân có thể lựa chọn.
+ Cảnh báo có thể lập trình.
+ Hiệu chỉnh đồng hồ thời gian thực cho lỗi bù tinh thể và đồng hồ thời gian
thực bù cho sự chênh lệch nhiệt độ tinh thể dao động.
+ Hoạt động ở chế độ nguồn điện thấp: LPM3 và LPM3.5.
2.1.5

Tổng quan về tần số 433MHz và các công nghệ truyền không dây

❖ Tần số sóng mang 433MHz:
-

Đây là tín hiệu sóng vơ tuyến có tần số 433MHz (Radio Frequency

433MHz). 433Mhz có nghĩa là 433 000 000 chu kỳ sóng trong mỗi giây [4]. Trong
sơ đồ thu phát sóng RF cơ bản, kênh liên lạc (Communication Channel) chính là
RF
433MHz.

-

RF 433MHz nằm trong miền tần số sóng điện từ UHF nên thường dùng để
truyền tín hiệu trong mơi trường khơng khí. Loại sóng này cũng tuân theo các định
luật phản xạ, khúc xạ, giao thoa của sóng điện từ và cịn có khả năng đâm xuyên
(xuyên tường, xuyên vật cản không phải là kim loại). Cự ly truyền phụ thuộc vào
nhiều yếu tố: như tần số truyền; độ ẩm khơng khí hoặc tính đồng nhất của mơi
trường truyền; phân cực sóng; cơng suất phát (dBm), độ nhạy máy thu (dBm) v.v...
Thường sử dụng an-ten là loại đẳng hướng (tức bức xạ điện từ hướng ra mọi
hướng
trong khơng gian).

-

Có 3 kiểu liên lạc phổ biến:
+ Simplex (đơn công, vd: Remote điều khiển từ xa).

+ Half-duplex (bán song công, vd: Bộ đàm, tại một thời điểm chỉ có
một máy phát và một máy thu).
+ Full-duplex (song công, vd: Máy điện thoại vừa phát vừa thu - vừa
nói vừa nghe).
*t* Giới thiệu các cơng nghệ truyền không dây:
-

Các công nghệ không dây được sử dụng phổ biến hiện nay bao gồm:

Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, Lora, . .[5] Bluetooth được dùng để kết nối tai nghe với
điện thoại, truyền dữ liệu giữa các thiết bị di động, máy ảnh số, laptop, PC và đầu
máy chơi game. Chip Bluetooth sử dụng tín hiệu sóng radio để truyền dữ liệu trong
phạm vi khoảng 30 mét.