Ứng dụng mạng truyền thông RS-485 điều khiển nhà thông minh

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề.
Trong cuộc sống hiện tại, khoa học kỹ thuật phát triển rất nhanh, những công
cụ ra đời sẽ giúp giải phóng sự lao động trí óc: nghiên cứu, cải tiến, sáng tạo. Chỉ tiêu
của khoa học kỹ thuật là làm sao nâng cao được chất lượng và hiệu suất công việc, hầu
như công nghệ tự động ra đời là đáp ứng nhu cầu đó. Cho nên, chúng em đã nghiên
cứu về đề tài “Ứng dụng mạng truyền thông RS-485 điều khiển nhà thông minh ”.
Các kít vi điều khiển này có thể hoạt động hoàn toàn độc lập theo một chương trình lập
sẵn. Bên cạnh đó, chúng còn có thể được giám sát và điều khiển các thiết bị trong từng
phòng thông qua gởi lệnh đến đúng kít vi điều khiển cần điều khiển để thi hành lệnh
đó. Ngoài việc điều khiển các thiết bị dùng điện trong phòng, ta còn có thể đảm bảo
an ninh cho từng phòng bằng hệ thống phát hiện cháy, phát hiện trộm bằng cảm biến
quang, bảo vệ bằng mật mã.
Một chuyên gia về công nghệ nhà thông minh ( Home Automation ) – Kenne
P.Wacks – đã viết một bài báo giới thiệu về ngôi nhà thông minh như sau:
“ Hơn 6 năm qua, một công nghệ mới gọi là công nghệ nhà thông minh đã được
nghiên cứu và phát triển. Công nghệ này sẽ tạo nên một thế hệ mới của các thiết bị
cung cấp cho người dùng chúng. Những công nghệ trước đó cùng với khái niệm ngôi
nhà thông minh sau này sẽ tạo nên những sản phẩm và loại hình dịch vụ mới mẻ trong
tương lai. Một số ít các công ty đang giới thiệu về ngôi nhà tự động. Một vài công ty
lớn và các viện nghiện cứu đang thăm dò công nghệ mới nhưng đầy tiềm năng này.
Mạng truyền thông trong nhà sẽ cung cấp những cơ sở hạ tầng để liên kết các
thiết bị cảm biến, bộ điều khiển và bảng điều khiển trong nhà. Điều này sẽ trở nên
khả thi bằng cách tạo ra sự phát triển công nghệ truyền thông trong những ngôi nhà tự
động.
Trong ngôi nhà thông minh từ “thiết bị” không chỉ đề cập đến các dụng cụ trong
nhà bếp, thiết bị video/audio, các hệ thống có thể dịch chuyển , các thiết bị chiếu sáng,
Trang 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
thiết bị sưởi ấm, làm lạnh, hệ thống an ninh Công nghệ này sẽ bật đèn xanh cho các

công ty nghiên cứu cho ra đời những sản phẩm và hình thức dịch vụ mới. Các sản
phẩm này sẽ có chung điểm tương đồng nào đó hay là những thuộc tính tương tự nhau.
Các thuộc tính đó là:
Ø
Vai trò của các thiết bị trong nhà thông minh: Hầu hết các thiết bị
trong nhà đều có vỏ bằng nhựa hay kim loại. Một vài thiết bị vận hành độc lập với các
thiết bị khác. Tuy nhiên cũng có những dụng cụ cần có một thiết bị khác điều khiển nó.
Các thiết bị trong ngôi nhà thông minh đều có thể truyền dữ liệu. Ta sẽ nhóm các thiết
bị này lại chung một nhóm. Ví dụ: hệ thống an ninh, hệ thống Audio/Video. Trong
tương lai các hệ thống này có thể cho phép máy giặt hay máy rửa chén yêu cầu bộ phận
nung nóng nước, chuẩn bị nước nóng khi chúng cần đến.
Ø
Sự hợp nhất các chuẩn truyền thông: các thiết bị trong tương lai đều có một
chuẩn truyền thông chung, có cùng dây nối đặc biệt. Tiêu chuẩn của ngôi nhà thông
minh là sẽ làm nhẹ bớt đi công việc của các nhà sản xuất về việc phải sáng chế ra giao
thức truyền thông và cung cấp các đường dây dẫn dữ liệu.
v
Yêu cầu của đề tài mà chúng em được giao:
- Xây dựng mạng truyền thông RS485.
- Mạch động lực điều khiển thiết bị điện dùng vi điều khiển.
- Mạch phát hiện trộm
- Mạch hiển thị nhiệt độ phòng.
- Mạch đếm số người ra vào.
1.2 Lí do chọn đề tài
- Ghép nối thiết bị, trao đổi thông tin là một trong những vấn đề cơ bản trong
bất cứ một giải pháp tự động hóa nào. Giữa các bộ điều khiển trong một hệ thống điều
khiển phân tán cũng cần trao đổi thông tin với nhau để phối hợp thực hiện điều khiển
cả quá trình sản xuất.
Trang 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Ở một cấp cao hơn, các trạm vận hành trong trung tâm điều khiển cũng cần
được ghép nối và giao tiếp với các bộ điều khiển để có thể theo giõi, giám sát toàn bộ
quá trình sản xuất và hệ thống điều khiển.
- Trong truyền thông có nhiều giao tiếp được kể đến như USB, CAN, I2C,
RS485, USART v.v thì RS485 được sử dụng khá rộng rãi trong truyền thông giữa các
mạch trong hệ thống như trong các hệ thống Robot, điều khiển tòa nhà thông minh, hệ
nhúng v.v
- Chữ RS được viết tắt từ Recommended Standard ( Tiêu chuẩn được đề
nghị), RS485 là chuẩn duy nhất do EIA đưa ra mà có khả năng truyền thông đa điểm
thực sự chỉ dùng một đường dẫn chung duy nhất, được gọi là Bus.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu
- Tìm hiểu và nghiên cứu mạng truyền thông sử dụng giao tiếp RS485.
- Xây dựng mạng truyền thông dùng giao tiếp RS485 với các Master và slave.
Điều khiển giám sát ngôi nhà thông minh với các hệ thống như tự động bật đèn khi trời
tối, tắt đèn khi trời sáng, hiển thị nhiệt độ môi trường, hệ thống bảo mật cho ngôi nhà,
điều khiển từ xa. Tất cả các hệ thống được điều khiển tự động và giám sát tại một vị trí
trung tâm.
- Truyền thông với khoảng cách xa. Đề tài ứng dụng mạng truyền thông RS485
xây dựng hệ thống điều khiển là một ứng dụng rất thực tế và là một giải pháp cho tự
động hóa, nó được ứng dụng nhiều trong thực tế như trong hệ thống robot, ngôi nhà
thông minh, hệ nhúng
1.4 Phạm vi nghiên cứu
Với giới hạn của đề tài, chúng em đi sâu vào nghiên cứu những vấn đề chính sau đây:
-Tìm hiểu tổng quan về mạng truyền thông công nghiệp .
-Tìm hiểu cơ sở lý thuyết mạng truyền thông RS485.
-Tìm hiểu vi điều khiển PIC 18F452.
-Tìm hiểu về màn hình LCD, phần cứng và lập trình.
Trang 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình và biên dịch CCS, viết chương trình và biên dịch ra

file.hex nạp cho vi điều khiển PIC. Viết chương trình truyền thông điều khiển, giám sát
ngôi nhà thông minh.
-Chế tạo mạch, lắp ráp và thử nghiệm cho ngôi nhà hoạt động theo các chương
trình đã định.
1.5 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu
Phương pháp.
- Tham khảo tài liệu: chủ yếu là các tài liệu về mạng truyền thông công
nghiệp, mạng truyền thông I2C, RS485. Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình C cho vi điều
khiển.
- Thực nghiệm: Test chương trình và sửa lỗi trên mô hình thực tế.
Phương tiện.
- Sách tham khảo, các tài liệu trên mạng.
- Phần mềm eagle, phần mềm Proteus, phần mềm CCS.
Trang 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG II: CHẾ ĐỘ TRUYỀN TẢI
2.1 Truyền bit song song và truyền bit nối tiếp
v
Truyền bit song song
- Truyền bit song song: phương pháp truyền bit song song được dùng phổ biến
trong các bus nội máy tính, bus dữ liệu, bus địa chỉ, bus điều khiển, tốc độ truyền tải
phụ thuộc vào số các kênh dẫn hay chính là độ rộng của bus song song.
- VD: 8 bit, 16 bit, 32 bit hay 64 bit
- Phương pháp truyền này chỉ hạn chế ở khoảng cách nhỏ có yêu cầu rất cao
về thời gian và tốc độ truyền
Hình 2.1 Truyền bit song song
v
Truyền bit nối tiếp
- Với phương pháp này từng bit được truyền đi một cách tuần tự qua một
đường truyền duy nhất, tốc độ bit vì hạn chế nhưng cách thực hiện lại đơn giản, độ tin

cậy của dữ liệu cao. Tất cả các mạng truyền thông đều sử dụng phương pháp này.
10010110
Hình 2.2 Truyền bit nối tiếp
Trang 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.2 Truyền đồng bộ và không đồng bộ
v
Truyền thông bất đồng bộ ( Asynchronous communication)
Khoảng thời gian giữa hai kí tự truyền đi không cố định, mặc dù khoảng thời
gian giữa hai bit liên tiếp trong một kí tự là không thay đổi nhưng khoảng thời gian
giữa hai kí tự liên tiếp không phải là hằng số. Sự biến thiên tốc độ này làm nảy sinh
vấn đề là phải làm sao máy thu phân biệt được giữa bit 0 và không có dữ liệu.
Để giải quyết vấn đề trên , người ta phát trực tiếp một bit start ngay trước một kí
tự và một hoặc hai stop bit ngay sau mỗi kí tự được truyền đi.
Để kiểm tra lỗi đường truyền, người ta sử dụng bit chẵn lẻ( parity bit), tức kiểm
tra tổng số bit trong 1 byte dữ liệu được truyền. Phương thức này thường được sử dụng
trong các máy tính PC vì tính đơn giản của nó. Hạn chế của phương pháp này là tốc
độ truyền thấp do phải truyền thêm một số bit start, bit stop và bit parity.
v
Truyền thông đồng bộ ( Synchronous Communications):
Phương thức truyền này không dùng các bit start, stop để đóng khung mỗi kí tự
mà chèn các kí tự đặc biệt như SYN ( Synchronization), EOT (End Of Transmission)
hoặc một cờ giữa các dữ liệu của người sử dụng để báo hiệu cho bên nhận biết rằng có
dữ liệu đang đến hay đã đến.
Truyền đồng bộ thường được tiến hành ở tốc độ dưới 4800Bps,9600Bps hoặc
thậm chí còn cao hơn. Trong phương pháp này, một khi đã đồng bộ, các modem vẫn
tiếp tục gởi các kí tự để duy trì đồng bộ, ngay cả lúc không phát dữ liệu. Một kí tự
“idle” được gởi đi khi không có dữ liệu phát. Trong phương pháp truyền đồng bộ
không giống như phương pháp truyền bất đồng bộ, khoảng thời gian giữa hai kí tự luôn
bằng nhau.

Truyền thông đồng bộ đòi hỏi các xung clock trong máy phát và thu phải duy trì
đồng bộ những khoảng thời gian dài. Thời gian truyền có thể tiếp tục lâu mà không có
sự tái đồng bộ của máy thu với pha của máy phát tùy thuộc vào sự ổn định của xung
clock.
Trang 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.3 Truyền một chiều, hai chiều toàn phần và gián đoạn
- Một đường truyền dữ liệu hoặc làm việc theo chế độ hai chiều toàn
phần hoặc 2 chiều gián đoạn
- Trong chế dộ truyền một chiều, thông tin được truyền đi theo một
chiều, một trạm chỉ có thể đóng vai trò hoặc bên phát hoặc bên nhận thông tin trong
suốt quá trình giao tiếp.
- Chế độ truyền 2 chiều gián đoạn cho phép mỗi trạm có thể tham gia
gửi hoặc nhận thông tin nhưng không cùng lúc, nhờ vậy mà thông tin được trao đổi
theo cả 2 chiều luân phiên trên cùng một đường truyền vật lí
- Với chế độ truyền 2 chiều toàn phần mỗi trạm đều có thể gửi và nhận
thông tin cùng một lúc. Phương pháp này dùng 2 đường truyền riêng biệt cho thu phát.
10110101
Simplex
10110101
Half - duplex
10110101
Duplex
10110101
Trang 7
Bộ phát
Bộ thu
Bộ phát
Bộ thu
Bộ phát

Bộ thu
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.4Kiến trúc giao thức
- Để tìm hiểu kiến trúc giao thức trước hết ta cần hiểu dịch vụ truyền thông là
gì.
- Vậy dịch vụ truyền thông là gì? Là một dịch vụ chứa các quy tắc, quy ước
mà các thành viên tham gia nối mạng cần có để sử dụng, các dịch vụ đó được sử dụng
với các yêu cầu khác nhau như trao đổi thông tin dữ liệu, giám sát thiết bị…Các dịch
vụ truyền thông này được cung cấp bởi các nhà cung cấp hệ thống truyền thông. Tất cả
đều thiết lập sẵn trên các công cụ phần mềm chuyên dụng mà chúng ta cần hiểu và khai
thác chúng một cách có mục đích cho một yêu cầu nào đó như trong lĩnh vực tự động
hóa chẳng hạn thì được gọi là dịch vụ truyền thông.
- Ta cũng có thể phân loại dịch vụ truyền thông theo các cấp độ khác nhau,
như các dịch vụ sơ cấp có thể là cách tạo lập ngắt nối của một phần tử trên mạng thông
thường, và các dịch vụ cấp thấp như sự trao đổi dữ liệu của các phần tử và cuối cùng
các dịch vụ cao cấp. một dịch vụ cao cấp luôn được hỗ trợ bởi dịch vụ ở cấp thấp hơn
nó, để thực hiện chức năng của riêng mình chẳng hạn như tạo lập cấu hình hệ thống,
hay báo cáo trạng thái có thể sử dụng dịch vụ cấp dưới nó đó là dịch vụ trao đổi dữ liệu
để thực hiện, ngoài cách để trao đổi dữ liệu cũng cần cách tạo lập và ngắt nối của dịch
vụ sơ cấp. Việc phân cấp dịch vụ truyền thông góp phần rất quan trọng trong việc sử
dụng dịch vụ dẫn đến sự tiện lợi cho người sử dụng.
2.5Giao thức
Trong thực tiễn cuộc sống sự giao tiếp giữa người với người cũng đặt ra một
yêu cầu làm sao để hiểu được ngôn ngữ của nhau. Để nhận biết mục đích yêu cầu cũng
như hành động trong giao tiếp, mở rộng hơn vấn đề ở đây ta nói đến sự giao tiếp cảu
máy móc thiết bị cũng cần có một ngôn ngữ chung. Vậy trong kĩ thuật truyền thông
công nghiệp cũng như một mạng máy tính rộng lớn để có sự giao tiếp như vậy thì yêu
cầu đặt ra là bên cung câp dịch vụ cũng như bên sử dụng dịch vụ phải tuân thủ những
qui tắc, thủ tục nhất định trong phần giao tiếp các phần tử với nhau. Việc tuân thủ
Trang 8

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
những qui ước đó gọi là giao thức. Vậy giao thức chính là cơ sở cho việc sử dụng các
dịch vụ truyền thông.
Một qui định chuẩn giao thức bao gồm các thành phần sau:
- Cú pháp ( Syntax): Cú pháp là một tiêu chuẩn qui định về cấu trúc của một
dòng dữ liệu được sử dụng khi trao đổi cho nhau trong đó chứa đựng đầy đủ các qui
định để tạo thành một gói dữ liệu hợp lệ, chẳng hạn như một gói dữ liệu phải có phần
thông tin hữu ích gọi là dữ liệu, thông tin điểm đến gọi là địa chỉ, thông tin điều khiển,
thông tin kiểm lỗi…
- Ngữ nghĩa ( semantic): Qui định ý nghĩa từng phần cảu gói dữ liệu, như
phương pháp định địa chỉ, phương pháp bảo toàn dữ liệu, xử lí lỗi.
- Định thời ( Timing): Qui định về trình tự thủ tục giao tiếp, chế độ truyền, tốc
độ truyền.
- Việc thực hiện một dịch vụ truyền thông trên cơ sở của một giao thức tương
ứng gọi là xử lí giao thức bên gởi và giải mã xử lí giao thức bên nhận. việc thực hiện
ở tầng giao thức tương ứng cũng giống như việc sử dụng các dịch vụ truyền thông theo
các cấp cũng có sự phân chia giao thức theo từng cấp và sự hỗ trợ của các giao thức
cho nhau.
- Giao thức cấp cao gẫn gũi với người sử dụng và thường được thực hiện bằng
phần mềm, một số giao thức cấp cao là FTP, HTML dùng trong tự động hóa công
nghiệp.
- Giao thức cấp thấp gần gũi với thiết bị phần cứng thường được thực hiện
trực tiếp trên các mạch điện tử. Ví dụ: TCP/IP ( Transmission Control Protocol/
Internet Protocol) được dùng phổ biến trong internet, HART ( highway Adressable
Remote Transducer) dùng trong điều khiển quá trình, HDLC (High level Data – link
Control) làm cơ sở cho nhiều giao thức khác và UART dùng trong đa số các giao diện
vật lí của các hệ thống bus.
v
Giao thức HDLC
Trang 9

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
HDLC cho phép chế độ truyền nối tiếp đồng bộ hoặc không đồng bộ. Một bức
điện hay còn gọi là một khung ( Frame) có cấu trúc như sau:
01111110 8/16 bit 8 bit n bit 16/32 bit 01111110
Cờ Địa chỉ Điều
khiển
Dữ liệu FSC Cờ

- Mỗi khung được mở đầu và kết thúc bằng một cờ hiệu ( Flag) với dãy bit
01111110. Dãy bit này được đảm bảo không bao giờ xuất hiện trong các phần thông
tin khác qua phương pháp nhồi bit ( Bit Stuffing) , tức cứ sau một dãy 5 bit có giá trị 1
(11111) thì một bit 0 được bổ sung vào.
- Ở địa chỉ tiếp theo chứa địa chỉ bên gởi và bên nhận tùy theo cách gán địa
chỉ 4 hoặc 8 bit tương ứng với 32 hoặc 256 địa chỉ khác nhau, ô này có chiều dài 8 hay
16 bit.
- Ở thông tin có độ dài biến thiên, cũng có thể để trống nếu như bức điện
không dùng vào mục đích vận chuyển dữ liệu. Sau ô thông tin là đến dãy bit kiểm lỗi
FSC ( Frame Check Sequence), dùng vào mục đích bảo toàn dữ liệu.
v
Giao thức UART
- UART ( Universal Asynchoronous Receiver/ Transmitter) là một vi mạch
điện tử sử dụng rất rộng rãi cho việc truyền bit nối tiêp cũng như chuyển đổi song song
– nối tiếp giữa đường truyền và bus máy tính. Nó cho phép lựa chọn giữa chế độ truyền
một chiều, hai chiều đồng bộ hoặc không đồng bộ. việc truyền tải được thực hiện theo
từng kí tự 7 hoặc 8 bit, được bổ sung 2 bit đánh dấu đầu cuối và một bit kiểm tra chẵn
lẻ P( parity Bit).
Start 0 1 2 3 4 5 6 7 P Stop
0 LSB MSB 1
Trang 10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Bit khởi đầu Start bao giờ cũng bằng 0 và bit Sop bao giờ cũng bằng 1. Các
bit trong một kí tự bao giờ cũng truyền từ bít thấp đến bit cao. Giá trị bit chẵn lẻ phụ
thuộc vào cách chọn.
- Nếu chon P chẵn thì P = 0 khi tổng số bit 1 chẵn
- Nếu chon P lẻ thì P = 0 khi tổng số bit 1 lẻ
- Như tên của nó đã thể hiện, chế độ truyền không đồng bộ được sử dụng ở
đây, từ không có một tín hiệu riêng phục vụ cho việc đồng bộ hóa giữa bên gởi và bên
nhận. Dựa vào các bit đầu cuối và tốc độ truyền thông đã được đặt trước cho cả 2 bên,
bên nhận thông tin phải tự chỉnh nhịp lấy mẫu của mình để đồng bộ với bên gởi.
2.6 Cấu trúc mạng bus
Trước khi trình bày về cấu trúc mạng hãy xem xét khái niêm liên kết.
Liên kết là mối liên hệ vật lý hoặc logic giữa hai hay nhiều đối tác truyền thông. Với
liên kết vật lý các đối tác là các trạm truyền thông được liên kết với nhau qua môi
trường vật lý. Liên kết logic có thể hiểu như sau: Đối tác truyền thông không nhất thiết
phải là một thiết bị phần cứng mà có thể là một chương trình hệ thống hay một chương
trình ứng dụng trên trạm nên quan hệ giữa các đối tác này chỉ là logic và tất nhiên
nhiều mối quan hệ logic được xây dựng trên cơ sở mối liên kết vật lý.
Các loại liên kết:
-
Liên kết điểm – điểm (Point to Point) : Mối liên kêt này chỉ có hai đối tác tham
gia, về mặt vật lý 2 trạm được nối với nhau bằng một đường truyền. Để thực hiện một
mạng truyền tin dựa trên liên kêt này sẽ là tập hợp của nhiều đường dây độc lập.
-
Liên kết điểm – nhiều điểm (mutil – drop ): Nhiều trạm nối chung với một trạm
chủ như vậy các đối tác sẽ được nối chung vào một đường dây.
-
Liên kết nhiều điểm – nhiều điểm (mutil - point): Nhiều đối tác cùng tham gia và
thông tin được truyền theo nhiều hướng. Cũng tương tự như liên kết nhiều điểm – điểm
với loại liên kết này các đối tác cùng được nối trên cùng một đường dây.
Định nghĩa: Cấu trúc mạng là tổng hợp của các mối liên kết.

Trang 11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Cấu trúc mạng cũng hiểu là cách sắp xếp, tổ chức về mặt vật lý của mạng nhưng
cũng hiểu là cách sắp xếp logic của nút mạng.
Các loại cấu trúc mạng:
v
Topology đầy đủ:
Hình2.3 Sơ đồ Topology đầy đủ.
Với cấu trúc đầy đủ này thì sự giao tiếp giữa các trạm là nhanh, một đối tác bị sự
cố sẽ không ảnh hưởng đến các đối tác còn lại nhưng cấu trúc này giá thành cao do tốn
kém nhiều dây dẫn.
v
Topology hình sao:
Hình 2.4 Sơ đồ Toplogy hình sao
Trang 12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Các đối tác trao đổi thông tin với nhau thông qua một trạm chủ, tuy nhiên một
sự cố của trạm chủ sẽ dẫn đến sự tê liệt của hệ thống do đó trạm chủ phải có độ tin cậy
cao.
v
Topology vòng lặp
Hình 2.5 Sơ đồ Toplogy vòng lặp
Trong cấu trúc này các thành viên được nối với nhau tạo thành mạch vòng khép
kín, tín hiệu được truyền đi theo chiều cố định. Ưu điểm của phương pháp này là mỗi
nút mạng có thể là bộ khuếch đại điều đó khiến cho khoảng cách đối với cấu trúc này
là rất xa . Mặt khác mỗi đối tác ngăn mạch vòng làm hai phần nên khả năng xảy ra
xung đột sẽ giảm do tín hiệu chỉ truyền được theo một chiều.
v
Topology bus

Trang 13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2.6 Cấu trúc Trunk – line Hình 2.7 Cấu trúc draisy - chain.
/ drop – line.
Trong cấu trúc này các đối tác truyền thông được nối trên cùng một dây dẫn.
Với cấu trúc Daisy-chain các đối tác được nối trực tiếp vào đường truyền. Còn cấu trúc
Trunk-line/Drop-line thì có các dây phụ để nối các đối tác vào đường Bus chung. Ưu
điểm của phương pháp này là đơn giản và tiết kiệm được dây dẫn.
v
Cấu trúc cây
Hình 2.8 Cấu trúc cây.
Cấu trúc cây là tổng hợp của nhiều liên kết với các cấu trúc như đương thẳng, sao,
mạch vòng… Đây là cấu trúc thường gặp trong thực tế.
2.7 Các loại môi trường truyền dẫn
v
Đường hai dây hở.
Là loại môi trường truyền dẫn đơn giản, hai dây dẫn được cách ly với nhau bằng
khoảng không. Loại này có thể nối các thiết bị với chiều dài không lớn lắm và tốc độ
truyền không quá 19.2 Kbis/s. Đường dây này được ứng dụng trong truyền số liệu
trong truyền số liệu giữa các DTE và DCE.
Trang 14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nhược điểm của loại dây này là chịu tác động của nhiễu xuyên âm, ngoài ra cấu
trúc này hở khiến nó nhạy cảm với nhiễu gây ra bởi các nguồn bức xạ, đó cũng chính
là lý do khiến cho môi trường truyền dẫn này hạn chế về tốc độ và chiều dài dây dẫn.
v
Cáp đôi dây xoắn.
Đây là môi trường truyền dẫn có tính lịch sử trong truyền số liệu và hiện nay nó
vẫn là môi trường truyền dẫn được dùng rất phổ biến. Nó được phát minh cùng thời
với điện thoại, và giá tương đối rẻ tiền.

Cáp dây đôi xoắn có thể loại trừ tốt hơn. Trong một cáp có nhiều cặp dây xoắn vào
nhau. Một đôi dây xoắn bao gồm hai sợi dây được quấn cách ly ôm lấy nhau và do cấu
trúc như vậy mà điện trường từ của hai dấy sẽ trung hòa lẫn nhau, mặt khác dây tín
hiệu và dây đặt xoắn vào nhau giúp cho tín hiệu giao thoa được cả hai dây thu nhận,
không ảnh hưởng lên tín hiệu visai. Chính vì vậy mà nhiễu ra môi trường xung quanh
và nhiễu âm được giảm thiểu đáng kể.
Hình 2.9 Cấu tạo của cáp đôi dây xoắn
Đường dây xoắn đôi thích hợp với nhiều thiết bị điều khiển đường dây và mạch
thu riêng, sử dụng tốc độ dưới 1Mb/s cho khoảng cách từ vài m đến 15Km và tốc độ
truyền nhỏ hơn cho đường dây dài hơn. Điển hình của cáp đôi dây xoắn là việc ứng
dụng trong các hệ truyền thông sử dụng chuẩn RS485 với tốc độ thông thường là 64Kb/
s và 96 Kb/s. Tuy vậy cáp đôi dây xoăn có nhược điểm là chịu ảnh hưởng của nhiễu kí
sinh và hiện tượng can nhiêt (couplage). Có hai loại cáp xoắn đôi: Cáp xoắn đôi không
bọc kim (UTP – Unshielded Twisted Pair) dùng rộng rãi trong mạng điện thoại và
trong nhiều ứng dụng truyền số liệu. Cáp xoắn đôi bọc kim ( STP – Shielded Twisted
Pair), có một màn chắn để bảo vệ tín hiệu giao thoa.
v
Cáp đồng trục.
Trang 15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hạn chế chính của cáp đôi gây ra bởi hiệu ứng bề mặt. Khi tốc độ bit (cũng
chính là tần số) của tín hiệu tăng lên thì luồng chảy của dòng điện chỉ trên bề mặt, do
vậy sử dụng ít hơn tiết diện sẵn có, dẫn đến sự tăng lên của điện trở khi dẫn tín hiệu
cao tần, làm tăng suy hao. Ngoài ra ở tần số cao năng suất tín hiệu bị mất mát nhiều
hơn do hiệu ứng bức xạ. Vì vậy với những ứng dụng đòi hỏi tốc độ bit cao hơn 1Mbps
cần phải có thiết bị thu và điều khiển tinh vi hơn hoặc sử dụng một môi trường truyền
khác.
Cáp đồng trục làm giảm tối thiểu hai hiệu ứng trên. Cáp có chất dẫn điện ở giữa
trục và cũng bao quanh trục khoảng ở giữa hai chất dẫn điện là 1 chất cách điện có cấu
trúc rắn hoặc cấu trúc tổ ong.

Hình 2.10 Cấu tạo của cáp đồng trục
Chất dẫn điện ở giữa là màn chắn điện hữu hiệu với tín hiệu nhiễu bên ngoài. Sự
tổn hao tín hiệu rất nhỏ gây ra bởi các bức xạ điện từ và hiệu ứng bề mặt. Cáp đồng
trục có thể sử dụng với nhiều kiểu tín hiệu khác nhau, tốc độ điển hình là 10 Mbps.
Cáp đồng trục được sử dụng rộng rãi, chế độ hoạt động có thể sử dụng dải cơ sở
( BaseBand) hoặc dải rộng (BroadBand). Với BaseBand toàn bộ hiệu suất đường
truyền được dành cho một kênh thông tin duy nhất trong khi đó ở chế độ BroadBand
thì dùng cho hai hoặc nhiều kênh cùng phân chia dải thông của đường truyền. Chúng
được minh họa bởi hình vẽ sau.
Trang 16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BaseBand BroadBand
Hình 2.11 Minh họa dải cơ sở và dải rộng
- Phương thức truyền dải cơ sở có thể truyền được cả tín hiệu tương tự và tín
hiệu số.
Khoảng cách truyền ở giải cơ sở từ 1 Km đến 3 Km tốc độ trong giải này là 1Mb/
s đến 10 Mb/s. Với giải rộng khoảng cách từ 10 Km đến 50 Km tốc độ có thể lên đến
350 Mb/s. Với điều chế giải rộng cáp đồng trục khá nhạy cảm với nhiễu tần số thấp, hệ
số chống nhiễu từ 50dB đến 60dB trong trường hợp điều chế giải rộng thì kém nhạy
cảm hơn hệ số chống nhiễu từ 80dB đến 100dB.
v
Sợi cáp quang.
Đây là loại môi trường truyền dẫn đang được sử dụng rông rãi trong công nghiệp
bởi các ưu điểm sau:
- Dung lượng truyền lớn.
- Tính bảo mật khi truyền tín hiệu cao.
- Trọng lượng nhẹ ( đặc biệt thích hợp với kĩ thuật hàng không).
- Khả năng chống nhiễu tốt.
- Tốc độ truyền cao có thể lên hàng trăm Mb/s.

- Không bị ăn mòn trong môi trường oxi hóa.
Chúng ta hãy xem một số vấn đề lí thuyết trước khi xem xét sợi quang, bản chất
và các đặc trưng của sóng ánh sáng.
Trang 17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ø
Bản chất sóng của ánh sáng.
- Ánh sáng có cường độ lớn không phải bao gồm những lượng tử năng lượng
lớn mà gồm rất nhiều lượng tử lan truyền. Bản chất của sóng ánh sáng bao gồm cả tính
chất sóng và tính chất hạt. Tốc độ lan truyền của ánh sáng trong chân không 3. 10
8

m/s.
- Khi nghiên cứu về phần tử thu quang người ta sử dụng tính chất hạt của ánh
sáng. Khi nghiên cứu quá trình lan truyền của ánh sáng trên sợi quang người ta lại quan
tâm đến tính chất sóng của nó.
Ø
Các đặc trưng cơ bản.
- Dải phổ bức xạ quang học. Đặc trưng cơ bản của các nguồn bức xạ điện từ là
dải quang phổ bức xạ quang học hay là dải bước sóng tương ứng:
Ánh sáng được sử dụng là ánh sáng trong vùng ánh sáng hồng ngoại:
Hồng ngoại gần IR-A : 0.78 – 1.4 µm
Hồng ngoại giữa IR- B: 1.4 – 6 µm
Hồng ngoại : 6 – 1mm
Phổ bức xạ có ba loại khác nhau là phổ liên tục, phổ rời rạc và phổ hấp thụ trong
thông tin người ta sử dụng phổ liên tục và phổ rời rạc
- Đặc tính không kết hợp: Khi các nguồn bức xạ hoạt động, từng nguyên tử sẽ
bức xạ ra ngẫu nhiên các xung ánh sáng. Mỗi xung ánh sánh chứa đựng một dao động
riêng. Các xung chỉ tồn tại rất ngắn và đi được khoảng 3m. Sau đó nguyên tử ngừng
bức xạ trong một thời gian dài, trong thời gian đó nguyên tử lại bức xạ và nó tạo ra ánh

sáng liên tục.
Do các nguyên tử bức xạ nên pha của chúng là ngẫu nhiên do đó không thể có
tính giao thoa trong một thời gian dài và người ta gọi đó là đặc tính không kết hợp của
ánh sáng.
Trang 18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ø
Nguyên lý truyền của ánh sáng.
Dựa vào hiện tượng phản xạ toàn phần
-
Khi n
1
>n
2
và α
t
≤α
Ø
Cấu tạo của sợi quang
Cáp sợi quang gồm một sợi thủy tinh đơn cho mỗi tín hiệu được truyền nằm
trong vỏ bọc ngăn sáng bên ngoài. Tín hiệu ánh sáng được sinh ra bởi máy phát quang.
Máy phát quang thực hiện chuyển đổi từ điện sang ánh sáng. Tương tự máy thu quang
thực hiện nhiệm vụ ngược lại là chuyển tín hiệu từ quang sang tín hiệu điện. Máy phát
quang sử dụng LED hoặc ILD, máy thu quang sử dụng Diode quang hoăc transistor
quang để thực hiện quá trình chuyển đổi.
Hình 2.12 Nguyên lý của cáp quang
Trong sợi quang đa mode chiết suất bậc, vật liệu chế tạo vỏ và lõi khác nhau nhưng
chiết suất là đồng nhất. Các tia sáng do diode phát ra có góc nhỏ hơn góc tới hạn sẽ bị
phản xạ toàn phần tai giao diện lõi vỏ và lan truyền dọc lõi bằng cách phản xạ toàn
phần nhiều lần. Các tia sáng phát ra tại diode với góc phản xạ khác nhau sẽ có thời

gian truyền khác nhau, dẫn đến tín hiêu thu vào có độ rộng xung lớn hơn tín hiệu vào
và làm giảm tốc đọ bit.
Trang 19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ø
Phân loại sợi quang.
Theo đặc tính truyền dẫn người ta phân chia sợi quang làm hai loại : Loại SM và loại
MM.
-Sợi SM ( Single Mode): Được hiểu là phương trình trạng thái dao động điện từ với
nghiệm cao của phương trình sóng. Số lượng các Mode có quan hệ với sóng điện tư
đơn thỏa mãn phương trình Maxwell và điều kiện bờ lấy từ sợi cáp quang.
-Sợi MM ( Multiple Modes): Được hiểu là có đồng thời nhiều mode. Sợi MM có
đường kính lớn hơn sợi SM. Có thể hiểu Mode là các tia sáng thành phần.
Theo sự thay đổi của triết suất mà người ta phân sợi quang thành một số loại sau:
- Sợi SI – MM ( Step Index – Multiple Modes)
- Sợi GI – MM ( Granded Index – Multiple Modes)
- Sợi SI – SM ( Step Index – Single Mode)
Đồ thị sau chỉ ra mối liên hệ giữa tốc độ truyền và khoảng cách truyền của cáp đôi dây
xoắn, cáp đồng trục và cáp quang.
Hình 2.13 Đồ thị liên hệ giữa tốc độ truyền và khoảng cách truyền của cáp đôi dây
xoắn, cáp đồng trục và cáp quang.
v
Vệ tinh.
Trang 20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ngoài môi trường hữu tuyến, số liệu còn có thể được truyền bằng cách dùng
sóng vô tuyến qua không gian như hệ thống vệ tinh. Số liệu được điều chế bởi một
chùm sóng cực ngắn hình nón, phát từ mặt đất lên vệ tinh. Chùm tia này được thu và
truyền đến đích đã định bằng cách dùng một antenna định hướng và bộ chuyển tiếp.
Một vệ tinh đơn có nhiều bộ chuyển tiếp như vậy, mỗi bộ tiếp nhận một dải tần số

riêng. Một kênh vệ tinh điển hình băng thông lớn (500MHz) và có thể cung cấp hàng
trăm kênh số liệu tốc độ cao bằng cách dùng kỹ thuật ghép kênh.
Vệ tinh dùng cho mục đích liên lạc thường là vệ tinh địa tĩnh. Người ta chọn quỹ
đạo của vệ tinh để cung cấp một tuyến thông tin tầm nhìn thẳng giữa trạm phát và thu.
Hình 2.14 Truyền dẫn bằng sóng vệ tinh.
Mỗi trạm mặt đất thu, phát tại các tần số khác nhau, thực tế thường sử dụng hệ
thống nhiều trạm thu phát, tổ chức thành mạng.
v
Sóng cực ngắn trên mặt đất (viba).
Đường truyền sóng cực ngắn được sử dụng rộng rãi khi việc xây dựng một môi trường
hữu tuyến là không thực tế, hoặc quá đắt, ví dụ qua sông hồ, sa mạc. Vì sóng cực ngắn
truyền qua không khí nên có thể bị gián đoạn bởi các vật cản do con người và điều
kiện thời tiết có hại. Cũng như vệ tinh, chùm tia sóng cực ngắn truyền qua không gian
nên không hiệu quả. Truyền dẫn bằng sóng cực ngắn có thể cho phép khoảng cách đến
Trang 21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
50Km.
v
Sóng vô tuyến tần thấp.
Sóng vô tuyến tần thấp được sử dụng ở những nơi có liên kết cố định qua một
khoảng cách vừa phải bằng cách dùng máy phát và thu ở mặt đất. Ví dụ, dùng để kết
nối các máy tính trong thành phố với một máy phát ở xa. Máy vô tuyến giữa mỗi máy
tính và trạm trung tâm.
Nếu ứng dụng yêu cầu khu vực bao phủ rộng lớn, cần phải sử dụng nhiều trạm
gốc. Khu vực bao phủ của mỗi trạm gốc bị giới hạn do giới hạn công suất phát, vì vậy
mỗi trạm gốc chỉ cung cấp vừa đủ kênh phục vụ cho toàn bộ tải trọng khu vực đó. Có
thể đạt được vùng phủ sóng lớn hơn bằng cách sắp xếp nhiều trạm gốc theo cấu trúc tế
bào.Thực tế, kích thước tế bào thay đổi và được xác định bởi các yếu tố như mật độ
đầu cuối và địa thế địa phương.
Mỗi trạm gốc hoạt động sử dụng một dải tần khác với trạm lân cận. Tuy nhiên, vì

phủ sóng của mỗi trạm gốc bị giới hạn nên có thể sử dụng lại dải tần của các vùng khác
trong mạng. Các trạm gốc được kết nối đến mạng cố định. Thông thường, tốc độ truyền
số liệu giữa các máy tính trong một thực tế bào là 10Kbps.
2.8 Các phương pháp truy nhập đường truyền.
Trong mạng truyền tin có nhiều đối tác tham gia, cần thiết phải có sự điều khiển
để sao cho ở mỗi thời điểm chỉ có 1 đối tác được gửi thông tin đi, rõ ràng cần thiết phải
có phương pháp thích hợp để phân chia thời gian gửi dữ liệu trên đường truyền.
Việc truy nhập đường truyền liên quan đến các yếu tố sau:
- Độ tin cậy của thông tin khi truyền.
- Tính năng thời gian thực.
- Hiệu suất sử dụng của đường truyền.
Người ta đưa ra các phương pháp truy cập đường truyền như sau:
v
Phương pháp truy cập Master/ Slave.
Trang 22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Với phương pháp truy cập này, trạm chủ sẽ được quyền phân chia thời gian truy
cập đường truyền cho các trạm tớ hình 2.13.
Hình 2.15 Phương pháp truy cập Master/Slave
Trạm chủ có thể gửi các yêu cầu tuần tự đến các trạm tớ hoặc co thể chỉ định trạm tớ
bất kì theo mục đích truy nhập.
Ưu điểm của phương pháp này là cấu trúc mạng đơn giản, nhưng độ tin cậy của trạm
chủ phải rất cao để đảm bảo cho mạng hoạt động ổn định, mặt khác do thông tin giữa
các trạm tớ đều thông qua trạm chủ khiến hiệu suất của đường truyền của phương pháp
này không cao.
v
Phương pháp truy cập Token Passing
Cấu trúc của một token như sau:
Hình 2.16 Định dạng của một token.
Token Passing là một khung truyền có cấu trúc đặc biệt với các thông tin dữ liệu

chính, nó được sử dụng như một bài thẻ trao quyền gửi thông tin cho một trạm nào đó
có thẻ này. Việc gửi thẻ bài được thực hiện theo một chu trình định sẵn. Đối với các
Trang 23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
mạng có cấu trúc khép kín người ta đưa ra khái niệm Token Ring. Sơ đồ như sau:
Hình 2.17 Phương pháp truy nhập Taken ring.
Hình 2.18 Phương pháp truy nhập Token Bus.
Một trạm đang giữ Token không có quyền giữ thông tin đi mà có thể kiểm soát
thông tin của các trạm khác. Nếu thấy trạm chuẩn bị nhận Token bị lỗi nó sẽ không giữ
Token cho trạm này, nếu Token không được gửi ( có nghĩa trạm Token bị lỗi ) thì một
trạm nào đó sẽ tự tạo ra Token để đảm bảo hoạt động của hệ thống được thông suốt.
v
CDMA/CD (Carier Sense Multiple Access with Collision Detection).
Trong phương pháp này, các trạm đều được truy cập Bus mà không có một sự kiểm
soát nào. Nguyên tắc hoạt động được mô tả như sau:
Trang 24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Mỗi trạm đều cảm nhận đường truyền (carier sense), chỉ khi đường truyền
rỗi thì mới có thông tin truyền trên đó.
- Do độ trễ của sự lan truyền mà vẫn xảy ra trường hợp lặp hai hay nhiều trạm
cùng đưa thông tin lên đường truyền và khi các phát các trạm này vẫn phải cảm nhận
xem có xung đột xảy ra hay không ( Collision Detection).
Hình 2.19 Nhiều trạm nhận cùng gửi dữ liệu lên đường truyền
- Khi hai hay nhiều trạm cùng đưa thông tin lên đường truyền .
Hình 2.20 Các thông báo bị hủy bỏ
- Chờ trong thời gian ngẫu nhiên các trạm này sẽ gửi lại thông báo.
Hình 2.21 Trạm n1 gửi thông báo
Trang 25