Điều khiển giám sát tòa nhà dùng vi điều khiển 18f452 qua mạng RS-485

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
PHẦN I
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Chương I
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TOÀ NHÀ
( SMARTHOUSE)
I. GIỚI THIỆU CHUNG.
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 “ Điều khiển giám sát tòa nhà dùng vi điều khiển 18f452 qua
mạng RS-485’’. 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.
Trang 1
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
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, 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.
- Mạch động lực điều khiển thiết bị dùng điện bằng vi điều khiển.
- Mạch phát hiện trộm bằng cảm biến: dùng LED hồng ngoại.
- Mạch báo nhiệt độ.
- Mạch đếm số người ra vào.
1.2. Lý do lựa chọn đề tài

Trang 2
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
- 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.
- 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:
Trang 3

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
- 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.
- 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.
1.6. Cấu trúc đồ án
Đề tài “ Điều khiển và giám sát tòa nhà qua mạng truyền thông RS485”, được chia
thành các phần chính như sau:
Phần I: giới thiệu đề tài
Chương 1: tổng quan ( giới thiệu chung của đề tài).
- Đặt vấn đề.
- Lí do chọn đề tài.
- Mục tiêu nghiên cứu.
- Phạm vi nghiên cứu.
- Phương pháp và phương tiện nghiên cứu.
Chương 2: giới thiệu về giao thức truyền thông rs485.
Chương 3: giới thiệu PIC 18.

Trang 4
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
.Phan II: thiet ke và thi công
Chương I: thiết kế phần cứng Master và Slaver
Chương II: lap trình
Phần III: kết luận – hướng PT của đề tài.
CHƯƠNG II: CHUẨN TRUYỀN THÔNG RS485
I. Chế độ truyền tải
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
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.
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
Trang 5
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
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.
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
4. Kiến trúc giao thức
- Để tìm hiểu kiến trúc giao thức trước hết ta cần hiểu dịch vụ truyền
thông là gì.
Trang 6
Bộ phát
Bộ thu
Bộ phát
Bộ thu
Bộ phát
Bộ thu
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
- 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.
5. Giao 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 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.

Trang 7
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
- 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
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

o
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.

o
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.
o
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
o
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
Trang 8
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
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
o
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.
o
Nếu chon P chẵn thì P = 0 khi tổng số bit 1 chẵn
o
Nếu chon P lẻ thì P = 0 khi tổng số bit 1 lẻ

o
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.
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 9
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
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 chúc mạng:
v
Topology đầy đủ:
Hình2.1 Sơ đồ Topology đầy đủ (Full)
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 2.2 Sơ đồ Toplogy hình sao
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
Trang 10
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
Hình 2.3 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

Hình 2.4 Cấu trúc Trunk – line Hình 2.5 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
Trang 11
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
Hình 2.6 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.
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.
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
Trang 12
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
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.
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 2.7 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 13
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc

BaseBand BroadBand
Hình 2.8 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.
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.
Trang 14
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
- 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.
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.
Trang 15
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
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.
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.
Trang 16
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
Hình 2.9 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.
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 2.10 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.
Trang 17
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
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 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.
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.
Với phương pháp truy cập này, trạm chủ sẽ được quyền phân chia thời gian truy cập
đường truyền cho các trạm tớ hình 2.15.
Trang 18
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
Hình 2.11 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 2.12 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
mạng có cấu trúc khép kín người ta đưa ra khái niệm Token Ring. Sơ đồ như sau:
Trang 19
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
Hình 2.13 Phương pháp truy nhập Taken ring.

Hình 2.14 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:
- 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).
Trang 20
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
Hình 2.15 Nhiều trạm nhận cùng gửi dữ liệu lên đường truyền
- Khi hai hay nhiều trạm cùng đưa thông tin lên đường truyền .
Hình 2.16 Các thông báo bị hủy bỏ
- Chờ trong thời gian ngẫu nhiên các trạm này sẽ gửi lại thông báo.
Hình 2.17 Trạm n1 gửi thông báo
Thực tế việc phát hiện xung đột được thực hiện bằng cách so sánh tín hiệu phát và
tín hiệu phản hồi. Trong trường hợp có xung đột thì các trạm này lập tức không phát
nữa, và các trạm nhận thì không nhận được byte kết thúc của khung truyền nên coi
như thông báo này bị hủy bỏ.
Ưu điểm của phương pháp này đơn giản và linh hoạt nhưng không phù hợp với
các hệ thống mạng cấp thấp do tính không ổn định về thời gian đáp ứng.
v
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple with Collision Avoidance).

Phương pháp này cũng giống phương pháp CSMA/CD, nhưng chúng sử dụng
phương pháp mã hóa bit thích hợp để khi xảy ra xung đột 1 tín hiệu này sẽ lấn át tín
hiệu kiểm tra.Ví dụ
Trang 21
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
Hình 2.18 Nguyên lý hoạt động của CDMA/CA.
Phương pháp này ra đời đã cải thiện được tính năng thời gian thực mà phương
pháp CSMA/CD gặp phải
II. Chuẩn truyền dẫn RS485
Ngày nay trong công nghiệp cũng như trong cuộc sống chuẩn truyền thông
RS232 không thể đáp ứng được nhu cầu truyền thông nữa vì đường truyền không cân
bằng (các tín hiệu đều lấy điểm chuẩn là đường mass chung, bị ảnh hưởng của nhiễu
tác động) do đó tốc độ truyền và khoảng cách truyền bị giới hạn (khoảng cách truyền
thông tối đa 100m). Vì vậy để đáp ứng nhu cầu truyền thông công nghiệp, người
ta sử dụng chuẩn truyền thông RS485 khi cần tăng khoảng cách và tốc độ truyền
thông (khoảng cách truyền thông tối đa 1200m và vận tốc truyền lên đến 10 Mbits/
s). Nguyên nhân mà RS 485 có thể tăng tốc độ và khoảng cách truyền thông là do RS
485 sử dụng phương pháp truyền 2 dây vi sai (vì 2 dây có đặc tính giống nhau, tín
hiệu truyền đi là hiệu số điện áp giữa 2 dây do đó loại trừ được nhiễu chung).
Mặt khác do chuẩn truyền thông RS 232 không cho phép có hơn 2 thiết bị
truyền nhận tin trên đường dây trong khi đó với chuẩn RS 485 ta có thể nối 32 thiết bị
thu phát trên 2 dây.
Truyền dữ liệu nối tiếp, không đồng bộ là phương pháp được sử dụng chủ yếu
trong các hệ thống mạng truyền thông. Với phương pháp này các bit được truyền
từ bên gửi đến bên nhận một các tuần tự trên cùng một đường truyền. cũng chính vì
không có một đường dây riêng biệt mang tín hiệu nhịp, nên việc đồng pha hóa thuộc
Trang 22
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
trách nhiệm do bên gửi và bên nhận thỏa thuận trên cơ sở một giao thức truyền thông.
Đề tài của đồ án xuất phát từ ý tưởng sử dụng chuẩn truyền thông RS485 để

điểu khiển thu thập và xử lý dữ liệu. Chúng tôi sử dụng vi điều khiển master để xuất
địa chỉ đến các vi điều khiển slave, vi điều khiển slave sẽ thu thập dữ liệu thông tin đã
được cài đặt sẵn sau đó truyền tín hiệu trả về master.
1. Đặc tính điện học
Về các đặc tính điện học, RS-485 và RS-422 giống nhau về cơ bản. RS-485
cũng sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai dây dẫn A và B. Ngưỡng
giới hạn quy định cho VCM đối với RS-485 được nới rộng ra khoảng -7V đến 12V,
cũng như trở kháng đầu vào cho phép lớn gấp ba lần so với RS-422. Các thông số
quan trọng được tóm tắt trong bảng 2.4.
Bảng 1: Tóm tắt các thông số quan trọng của RS485
Thông số Điều kiện Tối thiểu Tối đa
Điện áp đầu ra hở mạch ±1.5V ±6V
Điện áp đầu ra khi có tải R
load
= 54Ω ±1.5V ±5V
Dòng ra ngắn mạch ±250mA
Thời gian quá độ đầu ra R
load
= 54Ω
C
load
= 54pF
30% T
B
*
Điện áp chế độ chung đầu ra
V
oc
R
load

= 54Ω -1V 3V
Độ nhạy cảm đầu vào -7V ≤ V
CM
≤ 12V ±200mV
Điện áp chế độ chung V
cm
-7V 12V
Trở kháng đầu vào 12kΩ
Đặc tính khác nhau cơ bản của RS-485 so với RS-422 là khả năng ghép nối
nhiều điểm, vì thế được dùng phổ biến trong các hệ thống bus trường cụ thể, 32 trạm
có thể tham gia ghép nối, được định địa chỉ và giao tiếp đồng thời trong một đoạn RS-
485 mà không cần bộ lặp.
Để đạt được điều này, trong một thời điểm chỉ một trạm được phép kiểm soát
đường dẫn và phát tín hiệu, vì thế một bộ kích thích đến phải đưa về chế độ trở kháng
cao mỗi khi rỗi, tạo điều kiện cho các bộ kích thích ở các trạm khác tham gia. Chế độ
này được gọi là tri-state. Một số vi mạch RS-485 tự động xử lý tình huống này, trong
nhiều trường hợp khác việc đó thuộc về trách nhiệm của phần mềm điều khiển truyền
thông. Trong mạch của bộ kích thích RS-485 có một tín hiệu vào “Enable” được
dùng cho mục đích chuyển bộ kích thích và bộ thu RS-485 được biểu diễn trên hình
2.39.
Mặc dù phạm vi làm việc tối đa là từ -6v đến 6v ( trong trường hợp hở mạch),
trạng thái logic của tín hiệu chỉ được định nghĩa trong khoảng từ +-1,5V đến +- 5V.
đối với đầu ra ( bên phát ) và từ +-0.2V đến +-5v đối với đầu vào(bên thu), như được
minh họa trên hình 2.40.
Trang 23
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
Số trạm tham gia RS-485 cho phép nối mạng 32 tải đơn vị ( unit load,UL) ứng
với 32 bộ thu phát hoặc nhiều hơn, tùy theo cách chọn tải cho mỗi thiết bị thành viên.
Định nghĩa một tải đơn vị được minh họa trên hình 2.41. Thông thường, mỗi bộ thu
phát được thiết kế tương đương với một tải đơn vị. Gần đây cũng có những cố gắng

giảm tải xuống còn ½ UL hoặc ¼ UL. Tức là tăng trở kháng đầu vào lên 2 hoặc 4 lần,
với mục đích tăng số trạm lên 64 hoặc 128. Tuy nhiên, tăng số trạm theo cách này sẽ
gắn với việc phải giảm tốc độ truyền thông, vì các trạm có trở kháng lớn sẽ hoạt động
chậm hơn.
Giới hạn 32 tải đơn vị xuất phát từ đặc tính kỹ thuật của hệ thống truyền thông
nhiều điểm. Các tải được mắc song song và vì thế việc tăng tải sẽ làm suy giảm tín
hiệu vượt quá mức cho phép. Theo quy định chuẩn, một bộ kích thích tín hiệu phải
đảm bảo dòng tổng cộng 60mA vừa đủ để cung cấp cho:
. Hai trở đầu cuối mắc song song tương ứng tải 60 ôm ( 120 ôm tại mỗi đầu ) với điện
áp tối thiểu 1.5V, tạo dòng tương đương với 25mA.
. 32 tải đơn vị mắc song song với dòng 1mA qua mỗi tải( trường hợp xấu nhất ), tạo
dòng tương đương với 32mA.
2. Tốc độ truyền tải và chiều dài dây dẫn.
Cũng như RS-422, RS485 cho phép khoảng cách tối đa giữa trạm đầu và trạm
cuối trong một đoạn mạng là 1200m, không phụ thuộc vào số trạm tham gia. Tốc độ
truyền dẫn tối đa có thể lên tới 10Mbit/s, một số hệ thống gần đây có khả năng làm
việc với tốc độ 12Mbit/s. Tuy nhiên có sự ràng buộc giữa tốc độ truyền tối đa và
độ dài dây dẫn cho phép, tức là một mạng dài 1200m không thể làm việc với tốc độ
10Mbd. Quan hệ giữa chúng phụ thuộc nhiều vào chất lượng cáp dẫn được dùng cũng
như phụ thuộc vào việc đánh giá chất lượng tín hiệu. Một ví dụ đặc trưng được biểu
diễn qua đồ thị trên hình 2.42
Tốc độ truyền tối đa cũng phụ thuộc vào chất lượng cáp mạng, cụ thể là đôi
dây xoắn kiểu STP có khả năng chống nhiễu tốt hơn loại UTP và vì thế có thể truyền
với tốc độ cao hơn. Có thể sử dụng các bộ lặp để tăng cường trạm trong một mạng,
cũng như chiều dài dây dẫn lên nhiều lần, đồng thời đảm bảo được chất lượng tín
hiệu.
3. Cấu hình mạng
RS-485 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. Chính vì vậy
mà nó được dùng làm chuẩn cho lớp vật lý ở đa số các hệ thống bus hiện thời. Cấu

hình phổ biến nhất là sử dụng 2 dây dẫn cho việc truyền tín hiệu như được minh họa
trên hình 2.43. Trong trường hợp này, hệ thống chỉ có thể làm việc với chệ độ 2 chiều
gián đoạn ( half-duplex) và các trạm có thể nhận quyền bình đẳng trong việc truy
nhập đường dẫn. Chú ý rằng đường dẫn được kết thúc bằng hai trở tại hai đầu chứ
không được phép ở giữa đường dây. Vì mục đích đơn giản, dây đất không được vẽ ở
đây, tuy nhiên trong thực tế việc nối dây đất là rất cần thiết.
Trang 24
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Giang Hồng Bắc
Một mạng RS-485 cũng có thể được nối theo kiểu 4 dây, như hình 2.44 mô tả.
Một trạm kể cả việc truy nhập đường dẫn. Các trạm tớ ( slave) không thể liên hệ trực
tiếp mà đều phải qua trạm chủ. Trạm chủ phát tín hiệu yêu cầu và các trạm tớ có trách
nhiệm đáp ứng. Vấn đề kiểm soát thâm nhập đường dẫn ở đây chính là việc khống
chế các trạm tớ không trả lời cùng một lúc. Với cấu hình này, việc truyền thông có thể
thực hiện chế độ hai chiều toàn phần(full-duplex), phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi
tốc độ truyền tải thông tin cao, tuy nhiên ở đây phải trả giá cho 2 đường dây bổ sung.
Cáp nối RS-485 không phải là một chuẩn trọn vẹn mà chỉ là một chuẩn về đặc
tính điện học, vì vậy không đưa ra các quy định cho cáp nối cũng như các bộ nối. Có
thể dùng đôi dây xoắn, cáp trơn hoặc các loại cáp khác, tuy nhiên đôi dây xoắn vẫn là
loại cáp được sử dụng phổ biến nhất nhờ đặc tính chống tạp nhiễu và xuyên âm.
4. Trở đầu cuối
Do tốc độ truyền thông và chiều dài dây dẫn có thể khác nhau rất nhiều trong
các ứng dụng, hầu như tất cả các bus RS-485 đều yêu cầu sử dụng trở đầu cuối tại 2
đầu dây. Sử dụng trở đầu cuối có tác dụng chống các hiệu ứng phụ trong truyền dẫn
tín hiệu, ví dụ sự phản xạ tín hiêu. Trở đầu cuối dùng cho RS-485 có thể từ 100 đến
120 Ω, 1 sai lầm thường gây ra
5. Các phương thức truyền thông:
Có 3 phương pháp truyền được dùng trong mục đích truyền thông tin: Đơn
công, bán song công, và song công. Ta sẽ lần lượt khảo sát các phương pháp truyền
trên.
v

Đơn công:
Đường truyền đơn công có khả năng truyền dữ liệu chỉ theo một hướng.
Nguyên nhân không phải do tính chất của đường dây đơn giản chỉ vì một đầu cuối
chỉ có một máy phát và đầu cuối kia cũng chỉ có một máy thu. Cấu hình này ít được
sử dụng trong các máy tính vì không có cách nào để máy thu phát tín hiệu nhận biết
tới máy phát cho biết thông điệp đã nhận đúng. Phát thanh và truyền hình là một
trong những thí dụ về đơn công.
v
Bán song công(Half-duplex Communication):
Đường truyền bán song công có thể phát và nhận dữ liệu theo cả hai hướng
không đồng thời. Trong suốt một cuộc truyền, một modem là máy phát và modem
còn lại sẽ là máy thu. Ví dụ như một thiết bị A là máy phát gởi dữ liệu đến thiết bị B
là máy thu, sau đó A và B đổi vai trò cho nhau, B là máy phát gởi tín hiệu báo dữ liệu
nhận được có lỗi hay không đến máy thu A. Nếu không có lỗi thì A và B sẽ lại đổi vai
trò cho nhau và A tiếp tục gởi dữ liệu đến máy thu B. Nếu máy thu B báo dữ liệu có
lỗi thì máy phát A sẽ gởi lại dữ liệu cũ cho đến khi B báo là dữ liệu không có lỗi.
Nhược điểm của phương pháp này là thời gian cần để chuyển đường truyền
bán song công từ hướng này sang hướng khác có thể dài gấp nhiều lần thời gian
truyền một kí tự. Sự chuyển động của xe trên đường ray là một thí dụ về phương pháp
này.
Trang 25