ĐỀ TÀI THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI THÔNG QUA MẠNG INTERNET

TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
Tp. HCM, ngày 11 tháng 7 năm 2014
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Văn Ngọc Khánh MSSV: 10101063
Nguyễn Văn Linh MSSV: 10101073
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01
Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1
Khóa: 2010 Lớp: 101011C
I. TÊN ĐỀ TÀI: THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI THÔNG QUA
MẠNG INTERNET
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:





2. Nội dung thực hiện:






III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/03/2014
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 11/07/2014
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: THS. LÊ MINH THÀNH
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
THS. LÊ MINH THÀNH TS. NGUYỄN THANH HẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Bộ Môn Điện Tử Viễn Thông
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên 1:
Lớp: MSSV: ………………………
Họ tên sinh viên 2:
Lớp: MSSV: ………………………
Tên đề tài: ……………………………………………………………………………….

Tuần/ngày Nội dung
Xác nhận
GVHD
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)
LỜI MỞ ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển với những công nghệ hiện đại và gần gũi với con
người. Với mức sống và nhu cầu của con người ngày càng cao, đòi hỏi nền kỹ thuật
phải luôn thay đổi, hoàn thiện để đáp ứng và nâng cao chất lượng cuộc sống. Trong đó
ngành Điện tử góp phần lớn và quan trọng mang lại những thành tựu to lớn đó. Với
đặc thù của ngành là luôn đón đầu công nghệ, ngành Điện tử luôn cho ra các sản phẩm
mới để phục vụ con người, không chỉ trong cuộc sống mà còn trong khoa học, quân
sự, y tế,…. Điều đó không chỉ góp phần thúc đẩy chất lượng cuộc sống ngày càng tốt
hơn, mà còn mở ra nhiều hướng đi mới hỗ trợ con người nhiều hơn trong tương lai.
Kỹ thuật Điện tử kết hợp với sự phát triển của Công nghệ thông tin đã, đang và
sẽ tiếp tục cho ra những sản phẩm công nghệ mới, không những đa chức năng, đa ứng
dụng mà kích thước cũng ngày càng nhỏ hơn, tiện lợi hơn. Một trong những sản phẩm
ấy chính là sự ra đời và phát triển của dòng sản phẩm Raspberry Pi. Kích thước nhỏ

gọn cộng với những tính năng như một máy tính tí hon, Raspberry Pi là một công cụ
tuyệt vời giúp con người dễ dàng tiếp cận thế giới công nghệ hơn với những ứng dụng,
sáng tạo gần gũi với cuộc sống. Là một nước đang phát triển và trong giai đoạn “Công
nghiệp hóa, hiện đại hóa”, Việt Nam rất cần tiếp cận với những thiết bị khoa học kỹ
thuật để đáp ứng và hoàn thành chiến lược đặt ra. Vì thế, Việt Nam đã và đang đầu tư
nhiều vào nguồn nhân lực để có thể nắm bắt và dần làm chủ được công nghệ. Với sự
ra đời và phát triển của Raspberry Pi cộng với việc sản phẩm đã du nhập về Việt Nam,
đây là cơ hội để đội ngũ kỹ thuật vừa có cơ hội tiếp cận với nền kỹ thuật tiên tiến của
thế giới, vừa góp phần sáng tạo thêm những ứng dụng mới để đưa vào đời sống, nhằm
cải thiện và nâng cao chất lượng cuộc sống ngày càng tốt đẹp hơn.
Việc nghiên cứu và ứng dụng Raspberry Pi vào thực tế cuộc sống là một điều rất
mới mẻ và cũng rất cần thiết cho những người đam mê ngành kỹ thuật nói chung và
ngành điện tử nói riêng trong vai trò làm chủ công nghệ hiện nay. Để góp phần tạo nên
nền tảng ban đầu vững chắc cho việc học tập, tìm hiểu kỹ thuật vi xử lý, vi điều khiển
và quen với lập trình bằng ngôn ngữ cấp cao, nhóm thực hiện đề tài đã tập trung
nghiên cứu đề tài: “Thu thập dữ liệu dùng Raspberry Pi thông qua mạng Internet”.
Những kiến thức, năng lực đạt được trong quá trình học tập ở trường sẽ được
đánh giá qua đợt bảo vệ đồ án cuối khóa. Vì vậy nhóm thực hiện đề tài cố gắng tận
dụng những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tòi, nghiên cứu, sự hướng dẫn
tận tình của Giáo viên hướng dẫn cùng Thầy/Cô thuộc Khoa Điện-Điện Tử để có thể
hoàn thành tốt đồ án này.
Mặc dù nhóm thực hiện đề tài đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ của đề tài đặt ra
và đúng thời hạn nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong quý
Thầy/Cô và các bạn sinh viên thông cảm. Nhóm thực hiện đề tài mong nhận được
những ý kiến đóng góp của quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên.
Xin chân thành cảm ơn!
LỜI CẢM ƠN
Nhóm thực hiện xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Thầy Ths. Lê Minh Thành
– Giảng viên Bộ môn Điện tử Viễn Thông đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp
đỡ, tạo điều kiện để nhóm thực hiện hoàn thành tốt đề tài.

Bên cạnh đó, nhóm thực hiện cũng xin chân thành cảm ơn đến các quý Thầy Cô
trong trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh nói chung và
khoa Điện – Điện tử nói riêng đã truyền đạt những kiến thức quý báu, tạo dựng nền
móng đầu tiên cho nhóm thực hiện có cơ sở cũng như nền tảng kiến thức cần thiết để
nhóm em hoàn thành tốt Đề tài Đồ Án Tốt Nghiệp cũng như định hướng nghề nghiệp
tương lai sau này.
Nhóm thực hiện cũng xin chân thành gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn sinh viên
cùng lớp 101011 đã chia sẻ, trao đổi những kiến thức cũng như những kinh nghiệm
quý báu của mình để góp phần giúp nhóm thực hiện hoàn thành Đề tài tốt hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
NHÓM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
SV: Văn Ngọc Khánh
SV: Nguyễn Văn Linh
MỤC LỤC
NỘI DUNG TRANG
Chương 1: DẪN NHẬP
1.1. Đặt vấn đề
1.2. Lý do chọn đề tài.
1.3. Đối tượng nghiên cứu 11
1.4. Mục tiêu đề tài 11
1.5. Giới hạn đề tài 11
1.6. Dàn ý nghiên cứu 12
1.7.Ý nghĩa thực tiển 13
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ THU THẬP DỮ LIỆU 14
2.1. Tổng quan 14
2.2. Các phương pháp thu thập dữ liệu 14
2.3. Ứng dụng trong thực tiễn 16
Chương 3: THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI 17
3.1. Thu thập dữ liệu dùng Raspberry Pi thông qua Internet 17
3.1.1. Sơ đồ khối 17

3.1.2. Nguyên lý hoạt động 18
3.2. Raspberry Pi 18
3.2.1. Giới thiệu về Raspberry Pi 18
3.2.2. Cấu tạo của Raspberry Pi 20
3.2.3. Phụ kiện hỗ trợ kèm theo 22
3.2.4. Làm việc với Raspberry Pi qua máy tính 24
3.2.4.1. Giao tiếp Raspberry Pi bằng SSH 25
3.2.4.1.1. Cài đặt SSH server trên Raspberry Pi 25
3.2.4.1.2. Cài đặt SSH client trên máy tính Windows 25
3.2.4.2. Giao tiếp Raspberry bằng VNC 27
3.2.4.2.1. Cài đặt VNC server trên Raspberry 27
3.2.4.2.2. Cài đặt VNC client trên Windows 27
3.2.5. Cấu hình UART và cài đặt thư viện WebIOPi trên Raspberry 29
3.3. PIC 16F887 30
3.3.1. Cấu tạo và sơ đồ chân 30
3.3.2. Các khối chức năng được sử dụng 33
3.3.2.1. Các thành phần trong ADC 33
3.3.2.2. Timer/Counter 33
3.3.2.3. Giao thức truyền dữ liệu UART 37
3.4. Web server 42
3.4.1. Tổng quan về Internet và web 42
3.4.2. Thiết lập web server bằng Apache 42
3.4.3. Bố cục trang web 44
Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG
RASPBERRY PI…………………………………………………46
4.1. Các khối chức năng 46
4.1.1. Khối nguồn 46
4.1.2. Khối kết nối vi điều với các cảm biến 48
4.1.3. Khối hiển thị LCD 53
4.1.4. Khối chuyển đổi điện áp 54

4.1.5. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 56
4.2. Lưu đồ và giải thuật 58
4.2.1. Lưu đồ và giải thuật của chương trình trên PIC 16F887 58
4.2.1.1. Chương trình con ngắt định thời timer2 58
4.2.1.2. Chương trình con cấu hình LCD 59
4.2.1.3. Chương trình con cấu hình truyền dữ liệu UART 60
4.2.1.4. Chương trình con hiển thị giá trị lên LCD 60
4.2.1.5. Chương trình con cấu hình timer/counter 61
4.2.1.6. Chương trình con truyền dữ liệu UART 62
4.2.1.7. Chương trình chính 63
4.2.2. Lưu đồ và giải thuật của chương trình trên Raspberry Pi 64
4.2.2.1. Chương trình nhận dữ liệu UART 64
4.2.2.2. Chương trình ghi dữ liệu ra file text 66
4.2.2.3. Chương trình chính trên Raspberry Pi 67
Chương 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 68
5.1. Kết quả xây dựng web server 68
5.2. Kết quả phần cứng hệ thống thu thập dữ liệu 69
5.3. Kết quả tổng quát 70
Chương 6: KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN 72
6.1. Kết luận 72
6.2. Hướng phát triển 72
PHỤ LỤC …………………………………………………………………… 74
Tài liệu tham khảo 74
Nội dung đính kèm (DVD) 75
Đồ án tốt nghiệp
Chương 1
DẪN NHẬP
1.1 Đặt vấn đề
Xã hội ngày càng tiến bộ, cùng sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật
làm tiền đề cho những yêu cầu về sự tiện lợi cũng như độ tin cậy cao trong quá trình

sản xuất công nghiệp. Một trong những vấn đề đặt ra là nhu cầu giám sát các thiết bị
máy móc, động cơ… có vốn đầu tư cao và ảnh hưởng lớn đến cả quá trình hoạt động
của công ty, xí nghiệp. Mong muốn của các nhà quản lý, nhà bảo trì là luôn biết được
những thông tin chính xác về môi trường làm việc cùng thông số cơ bản của thiết bị,
máy móc, động cơ mà mình quản lý mọi lúc và gần như mọi nơi.
Nền kinh tế thị trường luôn đòi hỏi sự cạnh tranh không ngừng giữa các công ty,
xí nghiệp. Việc cạnh tranh bao gồm rất nhiều khía cạnh như lĩnh vực kinh doanh,
nguồn vốn đầu tư, công nghệ sản xuất, chất lượng sản phẩm… và để đạt được những
mục tiêu trên thì cách tổ chức quản lý và vận hành công việc trong nội bộ công ty là
chìa khóa duy nhất. Và với riêng khâu quản lý bảo trì thiết bị, máy móc, động cơ… đạt
hiệu quả cao sẽ góp phần không nhỏ vào sự phát triển của cả công ty. Vấn đề đặt ra là
không thể lúc nào cũng theo dõi giám sát thiết bị, máy móc, động cơ… xuyên suốt mà
không mắc sai sót bằng thủ công. Một câu hỏi xuất hiện trong đầu các nhà quản lý bảo
trì “liệu có cách nào để giám sát được các thiết bị, máy móc, động cơ… mà không
nhất thiết phải có mặt tại đó, và tại bất cứ đâu dù ở nhà, ở nơi công cộng, ở công ty
vẫn biết được những thông tin cần thiết về thiết bị, máy móc, động cơ mà mình quản
lý?”
1.2 Lý do chọn đề tài
Việc thu thập dữ liệu của các thiết bị, máy móc, động cơ… là điều cần thiết để
đảm bảo tính hoạt động ổn định, liên tục, giảm sự cố từ đó tối ưu năng suất sản xuất.
Vì thế mà khâu quản lý bảo trì rất được chú trọng tại các đơn vị sản xuất, tùy vào từng
điều kiện hoàn cảnh sẽ có phương pháp công nghệ khác nhau để thu thập dữ liệu.
• Dùng hệ thống cảm biến kết nối thiết bị lập trình PLC:
Phương pháp này có ưu điểm là khả năng hoạt động tốt trong môi trường công
nghiệp của thiết bị lập trình PLC, rất ít nhiễu có thể ảnh hưởng đến độ chính xác
Chương 1: DẪN NHẬP 8
Đồ án tốt nghiệp
điều khiển. Cùng với nguồn điện hoạt động đa dạng hầu như tương thích với tất
cả các nguồn điện thông dụng tại các đơn vị sản xuất. Vấn đề là chi phí đầu tư rất
lớn, bởi giá của các thiết bị lập trình PLC cùng các cảm biến tương thích là khá

cao. Kích thước của các module lớn, nhiều kết nối dây, khả năng kết nối internet
vẫn còn hạn chế.
Ví dụ như hệ thống PLC Siemens S7-300, có giá gần 55 triệu đồng, không hỗ trợ
kết nối internet.
• Dùng hệ thống cảm biến kết nối với vi điều khiển:
Vi điều khiển có tốc độ xử lý nhanh, kích thước nhỏ gọn, có nhiều I/O. Chi phí
đầu tư cho vi điều khiển cùng cảm biến tương thích rẻ, phần cứng đơn giản gọn
nhẹ, mạch điều khiển tiêu thụ rất ít điện năng. Có thể kết hợp với các module
chuyên dụng để kết nối truyền nhận dữ liệu qua mạng internet.
Hạn chế là khả năng hoạt động không ổn định trong môi trường nhiễu công
nghiệp, nguồn điện hoạt động không tương thích với nguồn điện tại đơn vị sản
xuất.
Ví dụ:
• Kit FriendlyARM ARM11 Tiny6410, có giá hơn 3 triệu đồng, các thông
tin về kit:
 CPU/SOC: S3C6410, Samsung
 Core/Clock: ARM1176JZF-S. 533 MHz Default. 667 MHz max.
 RAM: 256 MBytes DDR2 (32 bit buss)
 Flash: 2 GByte NAND Flash1 1024 Byte EEPROM on IIC Interface
 LCD: Sharp 4.3" 480x272
 Touch screen: Integrated in Sharp LCD panel
 Ethernet: RJ45 10/100M with DM9000
 Serial: 4 DB9 RS232 COM0, COM1, COM2, COM3
 USB: 1 MiniUSB Device USB2.0, 1 USB Host USB1.1
 Audio: Stereo out - 3.5mm Jack , Mic input jack
 TV: RCA Jack Composite TV output
 IR: Infrared Receiver
 SD: SD Card standard size. Up to 32 GBytes
 SDIO: SDIO header for SDIO Wifi, etc. + SPI and IIC.
Chương 1: DẪN NHẬP 9

Đồ án tốt nghiệp
 JTAG: 10 Pin JTAG Header 2x5
 LCD: 40 pin header, 2x20
41 pin Mini/Micro2550 style for FFC
 Camera: CMOS CAM130 or similar. 2x10
 RTC: Battery Backed RTC
• Kit Raspberry Pi, có giá 1 triệu đồng, thông tin về kit:
 CPU/SOC: Broadcom BCM2835 chạy ở tốc độ 700MHz
 8 ngõ GPIO
 Có 1 ngõ HDMI
 Ngõ RCA Video (analog)
 Ngõ audio 3.5mm
 2 cổng USB
 Cổng Ethernet
 Khe cắm thẻ SD
 Đèn LED
 Jack nguồn micro USB 5V, tối thiểu 700mA
 Lựa chọn đề tài:
Yêu cầu đặt ra của đồ án là thu thập thông số cơ bản của một động cơ như
nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ quay rồi đưa lên internet, từ đó cho phép ta theo dõi
hoạt động của động cơ ở bất kì đâu trên thiết bị có hỗ trợ kết nối internet, với
giá thành hợp lý. Từ yêu cầu đó ta phân tích các phương án để lựa chọn như
sau:
• Hệ thống dùng PLC Siemens S7-300:
− Đáp ứng tốt yêu cầu thu thập thông tin nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ quay.
− Không đáp ứng yêu cầu truyền nhận dữ liệu qua internet.
− Giá thành quá cao, gần 55 triệu đồng.
• Kit FriendlyARM ARM11 Tiny6410:
− Đáp ứng tốt yêu cầu thu thập thông tin nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ quay.
− Có khả năng kết nối với internet để truyền nhận dữ liệu.

− Giá thành vừa phải, hơn 3 triệu đồng.
• Kit Raspberry Pi:
− Đáp ứng tốt yêu cầu thu thập thông tin nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ
quay.
− Có khả năng kết nối với internet để truyền nhận dữ liệu.
− Giá thành rẻ, chỉ 1 triệu đồng.
Từ các phân tích trên cho thấy hệ thông dùng PLC không đáp ứng được
yêu cầu của đồ án. Cả 2 kit FriendlyARM ARM11 Tiny6410 và Raspberry Pi
đều đáp ứng tốt yêu cầu, tuy nhiên xét về giá thành kit FriendlyARM ARM11
Chương 1: DẪN NHẬP 10
Đồ án tốt nghiệp
Tiny6410 có giá cao hơn. Do yêu cầu đặt ra là thực hiện hệ thống thu thập dữ
liệu qua mạng internet với giá thành hợp lý nhất nên nhóm chúng em quyết
định chọn kit Raspberry Pi để thực hiện đồ án “Thu thập dữ liệu dùng
Raspberry Pi thông qua mạng internet”.
1.3 Đối tượng nghiên cứu
Với việc nhóm nghiên cứu chọn đề tài trên, đối tượng nghiên cứu là:
- Raspberry Pi.
- Xây dựng web server trên Raspberry Pi.
- Nhận, xử lý dữ liệu từ cảm biến để đưa lên web server.
1.4 Mục tiêu đề tài
- Tìm hiểu Raspberry Pi.
- Ứng dụng ngôn ngữ C vào lập trình điều khiển.
- Tìm hiểu và ứng dụng ngôn ngữ Python trên Raspberry Pi.
- Tìm hiểu và ứng dụng ngôn ngữ HTML, Javascript để tạo giao diện web động thân
thiện với người dùng.
- Ứng dụng những kiến thức đã học về PIC 16F887 để thu thập dữ liệu từ cảm biến
nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, encoder…
- Thiết kế, thi công mô hình thu thập dữ liệu máy móc, thiết bị động cơ qua mạng
internet.

1.5 Giới hạn đề tài
Trong giới hạn thời gian cho phép để hoàn thành đồ án, kết hợp với những kiến
thức tích lũy được trong quá trình học tập, do đó nhóm chúng em chỉ tập trung nghiên
cứu về:
- Tạo một giao diện web hiển thị dữ liệu bằng ngôn ngữ HTML, Javascript,
Jquery cơ bản.
- Thiết lập web server trên Raspberry Pi.Sử dụng ngôn ngữ Python để lập trình
nhận và xử lý dữ liệu trên Raspberry Pi.
- Sử dụng ngôn ngữ C dùng phần mềm mikroC để lập trình cho PIC16F887
 Đo nhiệt độ
 Đo độ ẩm
 Đo tốc độ quay của động cơ
- Thiết kế, thi công mô hình mạch thu thập dữ liệu về nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ
quay của động cơ dùng Raspberry Pi thông qua mạng internet.
- Hoạt động của hệ thống:
 Thu thập dữ liệu 3 kênh.
Chương 1: DẪN NHẬP 11
Đồ án tốt nghiệp
 Vẽ đồ thị nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ quay của động cơ trong trang hiển thị
dữ liệu.
 Thời gian cập nhật dữ liệu là mỗi 30 giây.
 Lưu lại dữ liệu dưới dạng file text để người thu thập có thể download.
 Kết nối mạng wifi ở chế độ online và offline dùng mạng LAN nội bộ.
1.6 Dàn ý nghiên cứu
Với yêu cầu đề ra và xác định hướng giải quyết, nhóm nghiên cứu xây dựng luận
văn gồm các nội dung chính như sau:
• Chương 2. Tổng quan về thu thập dữ liệu
Giới thiệu tổng quan về thu thập dữ liệu, các phương pháp thu thập dữ liệu và
ứng dụng của thu thập dữ liệu trong thực tiễn.
• Chương 3. Thu thập dữ liệu dùng Raspberry Pi

 Trình bày cấu tạo Raspberry Pi, cách thức điều khiển Raspberry bằng máy tính.
 Cấu tạo và sơ đồ chân của PIC16F887, chức năng và hoạt động của khối ADC,
bộ đếm xung nội và xung ngoại timer và counter, và khối truyền dữ liệu UART
của PIC16F887.
 Giới thiệu tổng quan về web server, cách cài đặt web server trên Raspberry Pi,
cách thiết lập 1 web server và bố cục của trang web sử dụng trong đồ án.
 Trình bày sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của hệ thống thu thập dữ liệu dùng
Raspberry Pi.
• Chương 4. Thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu dùng Raspberry Pi
 Trình bày chi tiết về sơ đồ nguyên lý và hoạt động của các khối chức năng trong
hệ thống thu thập dữ liệu.
 Lưu đồ và giải thuật của các chương trình sử dụng trên Raspberry Pi và vi điều
khiển PIC 16F887.
• Chương 5. Kết quả nghiên cứu
 Trình bày kết quả xây dựng web server và phần cứng thu thập dữ liệu.
• Chương 6. Kết luận, hướng phát triển
 Rút ra kết luận và hướng phát triển của đồ án.
1.7 Ý nghĩa thực tiễn
Việc thu thập dữ liệu qua mạng Internet tuy không phải là một ứng dụng quá mới
nhưng tính phổ biến chưa cao, hiện nay chỉ được áp dụng chủ yếu trong các công ty
lớn với chi phí khá cao. Việc nghiên cứu thành công đề tài “Thu thập dữ liệu dùng
Raspberry Pi thông qua mạng internet” sẽ giúp ứng dụng thông minh này trở nên tiện
dụng hơn với mọi người, đồng thời giúp giảm giá thành sản phẩm, nâng cao độ tin cậy
cũng như tiết kiệm thời gian công sức cho các nhà quản lý bảo trì.
Chương 1: DẪN NHẬP 12
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ THU THẬP DỮ LIỆU
2.1 Tổng quan
Thu thập dữ liệu là quá trình thu thập và xử lý thông tin cần quan tâm một cách
có hệ thống nhằm kiểm tra, nắm bắt tình trạng,phân tích để đưa ra kết quả của vấn đề

nghiên cứu. Từ đó cho phép xây dựng một hệ thống thu thập dữ liệu hoàn chỉnh và
đáng tin cậy phù hợp với yêu cầu thay đổi cho từng mục đích cụ thể được đặt ra. Thu
thập dữ liệu là công việc quan trọng và cần thiết trong nhiều lĩnh vực bao gồm khoa
học tự nhiên và xã hội, sản xuất và kinh doanh…
Quá trình thu thập dữ liệu đòi hỏi sự chính xác và mang tính đáp ứng linh hoạt,
đồng thời phải bao quát tất cả các khả năng xảy ra sự thay đổi của thông tin cần nghiên
cứu. Bởi vì thông tin sai sót sẽ dẫn đến lãng phí nguồn nhân lực, gây nhầm lẫn cho các
nhà nghiên cứu, gây thiệt hại trong sản xuất kinh doanh…
2.2 Các phương pháp thu thập dữ liệu
Trong quá trình thu thập dữ liệu thường sử dụng các phương pháp cơ bản sau để
thu thập thông tin:
 Phương pháp nghiên cứu tài liệu: là phương pháp thu thập thông tin hoàn toàn gián
tiếp, không tiếp xúc với đối tượng khảo sát.
Ví dụ: Khi cần biết thông tin cấu tạo, lịch sử hoạt động và bảo trì của 1 chiếc máy
bay, người nghiên cứu sẽ rất khó có điều kiện quan sát, tiếp xúc với đối tượng mà
thường phải thu thập thông tin qua các tài liệu chuyên ngành, các ghi chép của
người trực tiếp vận hành, bảo trì.
Ưu điểm: không cần phải tiếp xúc trực tiếp với đối tượng.
Nhược điểm: khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu, không cập nhật được tình trạng
tức thời của đối tượng.
 Phương pháp phi thực nghiệm: là phương pháp thu thập thông tin trực tiếp trên đối
tượng khảo sát nhưng không tác động lên đối tượng khảo sát.
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ THU THẬP DỮ LIỆU 13
Ví dụ: Muốn biết các thông số vận hành của 1 thiết bị máy móc, động cơ thì người
thu thập có thể trực tiếp quan sát, tiếp xúc với đối tượng hoặc thông qua các thiết bị
đo để thu thập thông tin chỉ cho phép lấy được thông tin tại nơi đặt thiết bị đo.
Đặc biệt người thu thập có thể lấy thông tin từ thiết bị đo mà không cần có mặt tại
nơi đặt thiết bị và máy đo. Thông tin từ thiết bị và máy đo thông qua môi trường
GPRS truyền đến điện thoại hoặc thông qua môi trường internet truyền đến một
web server để người thu thập truy cập vào lấy thông tin.

Ưu điểm: dữ liệu được cập nhật liên tục, độ chính xác tương đối cao.
Nhược điểm: chi phí đầu tư cao.
 Phương pháp thực nghiệm: là phương pháp thu thập thông tin trực tiếp, có tác động
gây biến đổi đối tượng khảo sát và môi trường xung quanh đối tượng khảo sát.
Ví dụ: Khi cần thu thập dữ liệu địa chất thì người khảo sát địa chất phải thực hiện
công việc đào, lấy mẫu, đo đạc. Từ đó phân tích, thống kê các dữ liệu có được.
Ưu điểm: độ chính xác cao, nắm bắt cặn kẽ thông tin.
Nhược điểm: tốn nhiều thời gian và công sức.
 Phương pháp trắc nghiệm: trong nghiên cứu công nghệ gọi là thử nghiệm. Là
phương pháp thu thập thông tin có tác động gây biến đổi các biến của môi trường
khảo sát. Không gây tác động nào làm biến đổi các thông số trạng thái của bản thân
đối tượng khảo sát.
Ví dụ: Trong cuộc điều tra ý kiến của người dân để kiểm tra phản ứng của dư luận
về quy định đi xe chính chủ, người thu thập thông tin sẽ lập ra một bảng liệt kê các
câu hỏi để lấy ý kiến của người dân. Sau đó sẽ xử lý và thống kê các ý kiến để có
được thông tin cần thiết.
Ưu điểm: ít tốn chi phí nhất trong tất cả các phương pháp.
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ THU THẬP DỮ LIỆU 14
Nhược điểm: mức độ phức tạp của thông tin gây khó khăn trong việc phân tích và
đưa ra kết luận.
 Ở đồ án này sử dụng phương pháp thu thập dữ liệu phi thực nghiệm, thông qua
thiết bị đo, gửi thông tin qua môi trường truyền dữ liệu, có 2 môi trường truyền
thông dụng là GPRS và internet.
GPRS là dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp dành cho những người dùng hệ thống
thông tin di động toàn cầu GSM và điện thoại di động IS-136. Nó cung cấp dữ liệu
ở tốc độ từ 56 đến 114 Kb/s. Hạn chế của GPRS là tốc độ và băng thông thấp.
Internet là một hệ thống thông tin toàn cầu có thể được truy nhập công cộng gồm
các máy tính được liên kết với nhau, có tốc độ truyền nhận dữ liệu cao (Mb/s), ứng
dụng rộng rãi.
=> Vì nhu cầu truyền nhận dữ liệu lớn và tính tiện lợi cho người sử dụng nên đồ án

này sử dụng môi trường truyền internet.
2.3 Ứng dụng trong thực tiễn
Thu thập dữ liệu là công việc cần thiết và quan trọng, được ứng dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực ngành nghề.
- Trong khoa học tự nhiên: thu thập các số liệu, mẫu vật trong nghiên cứu khoa học.
- Trong xã hội: điều tra dân số, khảo sát chất lượng cuộc sống, thu thập số liệu trên
hiện trường, vụ án để phục vụ cho quá trình điều tra tìm kiếm nguyên nhân và tội
phạm…
- Trong sản xuất: thu thập các số liệu của máy móc, sản phẩm trong dây chuyền sản
xuất, giám sát tình trạng hoạt động của thiết bị máy móc…
- Trong kinh doanh: khảo sát nhu cầu tiêu dùng của khách hàng, điều tra hoạt động
các đối thủ cạnh tranh để có phương án cạnh tranh thích hợp…
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ THU THẬP DỮ LIỆU 15
Một ứng dụng thực tiễn là trong kinh doanh của công ty sản xuất thiết bị điện
công nghiệp ABB, các nhân viên quản lý sẽ cập nhật thông tin về số lượng, chủng loại,
giá thành, các thông số kỹ thuật của các mặt hàng kinh doanh từ các giấy tờ nhập hàng
và cập nhật dữ liệu đo đếm từ các thiết bị đo trong quá trình sản xuất lên trang chủ của
công ty.
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ THU THẬP DỮ LIỆU 16
MÁY TÍNH
(Trình duyệt)
Internet
PIC 16F887
UART
RASPBERRY PI
CẢM BIẾN NHIỆT, ĐỘ ẨM, TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
Webserver BCM2835
RASPBERRY PI PIC 16F887 CÔNG TẮC
CẢM BIẾN
ĐỘNG CƠ TÍCH HỢP ENCODER

KHỐI NGUỒN
CHUYỂN ĐỔI ĐIỆN ÁP
Chương 3
THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI
3.1 Thu thập dữ liệu dùng Raspberry Pi thông qua internet
3.1.1 Sơ đồ khối


Hình 3.1: Sơ đồ khối hoạt động của hệ thống
Hình 3.2: Sơ đồ khối chi tiết
Chương 3: THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI17
Phân tích các khối:
 Khối Raspberry Pi: là khối trung tâm quan trọng nhất trong hệ thống thu thập
dữ liệu qua mạng internet, có chức năng kết nối với mạng internet, thiết lập,
điều khiển web server và nhận dữ liệu từ vi điều khiển thông qua chuẩn
UART.
 Khối vi điều khiển PIC 16F887: là khối có chức năng lấy dữ liệu nhiệt độ, độ
ẩm, tốc độ quay động cơ và gữi đến Raspberry Pi thông qua chuẩn UART.
 Khối chuyển đổi điện áp: có chức năng chuyển điện áp 5V thành 3V3 để
tương thích với Raspberry Pi trong giao tiếp UART.
 Khối cảm biến: Cảm biến cập nhập nhiệt độ, độ ẩm môi trường gửi tới vi điều
khiển.
 Khối động cơ tích hợp encoder: động cơ DC có tích hợp sẵn encoder để đo
tốc độ quay và đưa tín hiệu vào vi điều khiển.
 Khối nguồn cung cấp: có chức năng cung cấp nguồn một chiều 5V cho toàn
hệ thống.
 Khối công tắc: đóng mở nguồn cung cấp cho động cơ và encoder.
3.1.2 Nguyên lý hoạt động
Sau khi cấp nguồn phù hợp cho tất cả các khối, vi điều khiển PIC 16F887 sẽ lấy
dữ liệu từ các cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ quay động cơ sau đó xử lý rồi

truyền dữ liệu sang chip SOC BCM2835 của Raspberry thông qua chuẩn truyền dữ
liệu nối tiếp UART, thời gian truyền của vi điều khiển cách nhau mỗi 3 giây.
Raspberry sẽ xử lý dữ liệu nhận được rồi đưa đến web server liên tục sau mỗi 30 giây.
Khi dùng trình duyệt web truy cập vào trang web theo địa chỉ đã xây dựng trên
Raspberry Pi sẽ hiện ra trang hiển thị dữ liệu, dữ liệu sẽ được cập nhật sau mỗi 30
giây.
Do web server được xây dựng trên Raspberry nên hệ thống web vẫn hoạt động
tốt trong mạng LAN khi không có kết nối internet.
3.2 Raspberry Pi
3.2.1 Giới thiệu về Raspberry Pi
Raspberry Pi là một chiếc máy tính tí hon giá chỉ 35$ chạy hệ điều hành Linux ra
mắt vào tháng 2 năm 2012. Ban đầu Raspberry Pi được phát triển dựa trên ý tưởng tiến
sĩ Eben Upton tại đại học Cambridge muốn tạo ra một chiếc máy tính giá rẻ để học
sinh có thể dễ dàng tiếp cận và khám phá thế giới tin học. Dự định khiêm tốn của ông
đến cuối đời là có thể bán được tổng cộng 1000 bo mạch cho các trường học. Vậy thì
Chương 3: THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI18
điều gì đã làm nên thành công ngoài sức tưởng tượng của Raspberry Pi khi đã bán
được hơn một triệu bo mạch chỉ trong vòng chưa đầy một năm?
Hình 3.3: Hình ảnh thực tế của Raspberry Pi
- Raspberry Pi có mức giá hấp dẫn: 35$ cho một chiếc bo mạch có thể làm được hầu
như mọi ứng dụng hằng ngày như lướt web, học lập trình, xem phim HD đến những ý
tưởng không ngờ đến như điều khiển robot, nhà thông minh…
- Raspberry Pi chạy hệ điều hành Linux: 99% những thứ làm trên máy tính Windows
đều có thể thực hiện được trên Linux và quan trọng là: tất cả đều miễn phí.
- Raspberry Pi có 8 ngõ GPIO: có thể kết nối và điều khiển các thiết bị trong cuộc
sống thực tế như đèn, động cơ, GPS… Rất nhiều ứng dụng nhà thông minh đã sử dụng
Raspberry Pi làm bộ điều khiển trung tâm.
- Raspberry Pi có kích thước tí hon: chỉ tương đương một chiếc thẻ ATM và nặng
khoảng 50 gram. Gắn với chiếc tivi, Raspberry có thể biến thành một thiết bị giải trí
thông minh trong phòng khách. Gắn với màn hình và bàn phím, chuột, Raspberry có

thể biến thành một chiếc máy tính đúng nghĩa. Nhỏ gọn và tiện lợi.
Chương 3: THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI19
- Cộng đồng Raspberry Pi phát triển rất nhanh trên thế giới: hầu hết những thắc mắc
của người dùng đều được giải đáp rất nhanh và còn hơn thế nữa: người dùng có thể
tìm thấy hàng ngàn dự án đã thực hiện và vô số ý tưởng độc đáo.
Với nhưng ưu điểm độc đáo trên, Raspberry Pi đã vượt ra khỏi biên giới của
trường học và trở thành thiết bị ưa thích của rất nhiều người đam mê điện tử và lập
trình. Sự thành công của nó đã mở ra một bước phát triển mới cho tin học: đem máy
tính và cảm hứng lập trình đến gần mọi người hơn bao giờ hết.
3.2.2 Cấu tạo của Raspberry Pi
Hình 3.4: Cấu tạo của Raspberry Pi
• Trái tim của Raspberry Pi là chip SOC (System-On-Chip) Broadcom
BCM2835 chạy ở tốc độ 700MHz. Chip này tương đương với nhiều loại được
sử dụng trong smartphone phổ thông hiện nay, và có thể chạy được hệ điều
hành Linux. Tích hợp trên chip này là nhân đồ họa (GPU) Broadcom
VideoCore IV. GPU này đủ mạnh để có thể chơi 1 số game phổ thông và phát
video chuẩn full HD.
• 8 ngõ GPIO (General Purpose Input Output): đúng như tên gọi của nó, chúng ta
có thể kết nối và điều khiển rất nhiều thiết bị điện tử/cơ khí khác.
Chương 3: THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI20
• Ngõ HDMI: dùng để kết nối Raspberry Pi với màn hình máy tính hay tivi có hỗ
trợ cổng HDMI.
• Ngõ RCA Video (analog): khi thiết kế Raspberry Pi người ta cũng tính đến
trường hợp người sử dụng ở các nước đang phát triển không có điều kiện sắm
một chiếc tivi đời mới tích hợp cổng HDMI. Vì vậy cổng video analog này
được thêm vào, giúp người dùng có thể kết nối với chiếc tivi đời cũ mà không
phải lo lắng.
• Ngõ audio 3.5mm: kết nối dễ dàng với loa ngoài hay headphone. Đối với tivi có
cổng HDMI, ngõ âm thanh được tích hợp theo đường tín hiệu HDMI nên không
cần sử dụng ngõ audio này.

• Cổng USB: Có thể mở rộng phạm vi ứng dụng nhờ vào việc tích hợp 2 cổng
USB 2.0 để có thể kết nối với bàn phím, chuột hay webcam, bộ thu GPS… Vì
Raspberry Pi chạy Linux nên hầu hết thiết bị chỉ cần cắm-và-chạy (Plug-&-
Play) mà không cần cài driver phức tạp.
• Cổng Ethernet: cho phép kết nối Internet tốc độ tối đa 100Mbps
• Khe cắm thẻ SD: Raspberry Pi không tích hợp ổ cứng. Thay vào đó nó dùng thẻ
SD để lưu trữ dữ liệu. Toàn bộ hệ điều hành Linux sẽ hoạt động trên thẻ SD này
vì vậy nó cần kích thước thẻ nhớ tối thiểu 4 GB và dung lượng hỗ trợ tối đa là
32GB.
• Đèn LED: trên Pi có 5 đèn LED để hiển thị tình trạng hoạt động.
• Jack nguồn micro USB 5V, tối thiểu 700mA: nhờ thiết kế này mà chúng ta có
thể tận dụng hầu hết các sạc điện thoại di động trên thị trường để cấp nguồn
điện cho Raspberry Pi.
 Sơ đồ các chân ngõ vào ra trên Raspberry Pi model B:
Hình 3.5: Sơ đồ chân GPIO của Raspberry
Đặc tính điện của các chân GPIO:
Chương 3: THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI21
• Có tổng cộng 26 chân được chia thành 2 hàng.
• Các chân GPIO có điện áp ngõ ra là 3V3.
• Dòng điện ngõ ra max trên các chân GPIO là 50 mA.
• Các chân có nhiều chức năng bao gồm:
 I2C Bus
Pin 3 = I2C SDA
Pin 5 = I2C SCL
 Serial port
Pin 8 = UART1 TXD
Pin 10 = UART1 RXD
 SPI bus
Pin 19 = SPI0 MOSI
Pin 21 = SPI0 MISO

Pin 23 = SPI0 SCLK
Pin 24 = SPI0 CE0
Pin 26 = SPI0 CE1
3.2.3 Phụ kiện hỗ trợ kèm theo
Raspberry Pi được bán dưới dạng một board mạch đơn lẻ không đi kèm phụ kiện
nhằm giảm chi phí sản xuất, vì vậy người sử dụng có thể tự lựa chọn phụ kiện tùy theo
mục đích sử dụng. Sau đây sẽ là tổng hợp một số phụ kiện hữu ích cho Pi:
Phụ kiện cơ bản:
 Nguồn: loại có jack micro USB, 5V, tối thiểu 700mA.
 Thẻ nhớ SD: đây là nơi lưu trữ toàn bộ hệ điều hành của Raspberry Pi và cả dữ
liệu do đó nên đầu tư thẻ nhớ thật tốt, tốc độ từ class 6 trở lên. Pi hoạt động trên thẻ
nhớ có dung lượng ít nhất là 4 GB.
 Bàn phím + chuột: là hai thành phần nhập liệu cơ bản của máy tính.
 Cáp mạng: để kết nối Internet hoặc kết nối với máy tính. Chỉ cần cáp RJ45 bình
thường, bắt chéo hay không đều được
 Cáp màn hình: tùy theo loại màn hình sử dụng mà tương thích với cáp HDMI-
HDMI hoặc HDMI-DVI hoặc HDMI-VGA hay RCA Video.
 Case bảo vệ: để tránh vô tình chạm vào mạch điện của Raspberry Pi hoặc bảo
vệ Raspberry Pi khi đặt ở ngoài trời thì case bảo vệ là rất cần thiết.
Chương 3: THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI22
Hình 3.6: Phụ kiện kèm theo với Raspberry Pi
Phụ kiện mở rộng:
 Webcam hoặc Pi camera module (25$): cả hai đều hoạt động tốt trên Raspberry
Pi. Điểm khác biệt là webcam kết nối qua USB còn camera module sử dụng khe
cắm CSI có sẵn trên Raspberry Pi. Chất lượng của camera module được đánh giá rất
tốt so với giá tiền và quan trọng hơn là nó có thể tận dụng sức mạnh của bộ xử lý đồ
họa Video Core IV trên Pi mà webcam không truy cập được. Ngoài ra thì webcam
được bán dưới dạng sản phẩm đóng gói hoàn chỉnh còn camera module thì dưới
dạng board module nên người dùng phải sử dụng cẩn thận hơn.
 Wifi USB dongle: Raspberry Pi hỗ trợ dùng thiết bị wifi dongle để kết nối Pi

với mạng wifi thông qua qua cổng USB. 2 sản phẩm được sử dụng phổ biến là
Edimax EW-7811Un và Ralink RT5370 vì rất nhỏ gọn, giá thành rẻ (khoảng 10$)
và hoạt động tốt trên Pi. Riêng loại Ralink thì còn có thể kiêm luôn chức năng hot
spot phát wifi.
 Màn hình cảm ứng: gắn lên Raspberry Pi thay cho bàn phím và chuột giá bán
khoảng 30$.
3.2.4 Làm việc với Raspberry Pi qua máy tính
Chương 3: THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI23
Trong nhiều ứng dụng có không gian hạn chế chẳng hạn như dùng Raspberry Pi
để điều khiển cửa tự động thì người ta thường không muốn kết nối rườm rà màn hình,
bàn phím, chuột lên Raspberry Pi mà vẫn có thể khiển được nó. Khi đó ta có thể sử
dụng 2 công nghệ phổ biến để điều khiển Raspberry Pi từ xa bằng một máy tính khác
là SSH và VNC. Mỗi công nghệ có đặc điểm riêng phù hợp với từng ứng dụng mà
mình sẽ trình bày sau đây.
Yêu cầu chung: phải biết địa chỉ IP của thiết bị được điều khiển. Trong trường hợp này
ta cần biết địa chỉ IP của Raspberry Pi bằng cách gõ từ LXTerminal ta gõ command
line sau:
sudo ifconfig
Hình 3.7: Thông tin địa chỉ IP
Ở phần eth0, inet addr chính là địa chỉ IP. Trong hình minh họa trên, địa chỉ IP
chính là 192.168.1.9.
Lưu ý: đây là địa chỉ IP động nên có thể thay đổi sau mỗi lần khởi động lại Raspberry.
Có thể chỉnh thành IP tĩnh bằng lệnh:
sudo nano /etc/network/interfaces
Chương 3: THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI24
trong phần eth0 đặt các thông số địa chỉ IP như mong muốn rồi lưu lại và thoát ra bằng
cách nhấn Ctrl + X. Khởi động lại Raspberry để có hiệu lực.
3.2.4.1 Giao tiếp Raspberry Pi bằng SSH
SSH là viết tắt của Secure Shell, là một phương thức trao đổi dữ liệu an toàn và
đơn giản. Để sử dụng SSH ta phải cài đặt trên cả Raspberry Pi lẫn máy tính.

3.2.4.1.1 Cài đặt SSH server trên Raspberry Pi
Raspbian đã tích hợp sẵn SSH nên để sử dụng chúng ta chỉ cần activate SSH
server ở menu Rasp-config bằng cách gõ ở LXTerminal:
sudo raspi-config
Lúc này màn hình Raspi-config sẽ hiện ra cho phép tùy chỉnh nhiều thông số hệ
thống của Pi. Chọn mục Advance Options – SSH – Enable rồi OK.
Hình 3.8: Giao diện raspi-config
3.2.4.1.2 Cài đặt SSH client trên máy tính Windows
Download phần mềm PuTTY và chạy không cần cài đặt.
Trên giao diện của PuTTY chúng ta nhập địa chỉ IP của Raspberry Pi vào rồi
click Open. Raspberry Pi sẽ yêu cầu xác nhận username và password (mặc định là pi và
Chương 3: THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI25