Luận văn thiết kế thiết bị thu thập nhiệt độ và truyền dữ liệu về server lưu trữ sử dụng dịch vụ GPRS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU THẬP
NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU VỀ
SERVER LƯU TRỮ SỬ DỤNG DỊCH VỤ
GPRS
Sinh viên thực hiện Cán bộ hướng dẫn
Lê Hoài Nam TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
MSSV: 1091046
Cần Thơ, 12/2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU THẬP
NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU VỀ
SERVER LƯU TRỮ SỬ DỤNG DỊCH VỤ
GPRS
Sinh viên thực hiện Cán bộ hướng dẫn
Lê Hoài Nam TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
MSSV: 1091046
Luận văn được bảo vệ tại:
Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Bộ môn Điện tử viễn thông, khoa Công
Nghệ, Đại học Cần Thơ ngày 07 tháng 12 năm 2012
Cần Thơ 12/2013
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
Luận văn được thực hiện bởi:
Họ tên: Lê Hoài Nam, MSSV: 1091046, Lớp: Điện tử viễn thông

Tựa đề Luận văn: THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU THẬP NHIỆT ĐỘ VÀ
TRUYỀN VỀ SERVER LƯU TRỮ SỬ DỤNG DỊCH VỤ GPRS
Luận văn đã nộp và báo cáo tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn tốt
nghiệp Đại học ngành Điện tử Truyền thông, Bộ môn Điện tử Viễn thông
vào ngày 7 tháng 12 năm 2012. (Quyết định thành lập Hội đồng số:
……/QĐ-CN ngày….tháng… năm 2012 của Trưởng Khoa Công Nghệ)
Kết quả đánh giá:
Chữ ký của các thành viên Hội đồng:
Thành viên 1: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
Thành viên 2: TS. Lương Vinh Quốc Danh
Thành viên 3: TS. Ngô Quang Hiếu
LỜI CAM ĐOAN
Nhận thấy với điều kiện phủ sóng rộng khắp và chất lượng dịch vụ ngày càng
được cải thiện bởi các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. Ngày nay, GPRS là kênh
truyền dẫn thông tin hiệu quả, vì lý do đó việc ứng dụng công nghệ này để trang bị
thêm cho các thiết bị thu thập dữ liệu từ xa là khả quan và cần thiết vì vậy tôi chọn
thực hiện đề tài: “Thiết kế thiết bị thu thập nhiệt độ và truyền dữ liệu về server
lưu trữ sử dụng dịch vụ GPRS” để làm đề tài luận văn của mình.
Trong quá trình thực hiện đề tài, chắc chắn còn nhiều thiếu sót do hạn chế về
kiến thức, về thời gian thực hiện cũng như khả năng trình bày. Nhưng, những nội
dung được trình bày trong quyển báo cáo này là những hiểu biết và thành quả của
tôi đạt được dưới sự hướng dẫn của Thầy Nguyễn Chánh Nghiệm.
Tôi xin cam đoan rằng: những nội dung trình bày trong quyển báo cáo luận văn
tốt nghiệp này không phải là bản sao chép từ bất kỳ công trình đã có trước nào. Nếu
không đúng sự thật, chúng tôi xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường.
Cần Thơ, ngày 07 tháng 12 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Lê Hoài Nam
Trang 4
LỜI CẢM ƠN


Hoàn thành luận văn này, đầu tiên con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến đấng sinh
thành. Con cảm ơn cha mẹ vì công sinh thành, nuôi dưỡng và luôn lo lắng về mọi
điều cho con, từ vật chất, tinh thần và cả niềm tin để cho con có cơ hội học tập và
phát triển như ngày hôm nay.
Tiếp đến, em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Chánh Nghiệm. Thầy đã
tận tình hướng dẫn và luôn dõi theo em trong quá trình thực hiện đề tài. Sự quan
tâm của Thầy thực sự là động lực để cho em vượt qua những khó khăn, hạn chế để
hoàn thành đề tài tốt nhất.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô đã và đang giảng dạy
Trường Đại học Cần Thơ nói chung và toàn thể Thầy Cô đang công tác tại 2 bộ môn
Điện tử Viễn Thông và Tự Động Hóa nói riêng. Em cảm ơn Thầy Cô đã truyền đạt
những kiến thức thực sự quý báo trong suốt 4 năm ngồi ở giảng đường.
Cuối cùng tôi xin ghi nhận và cảm ơn những sự giúp đỡ, động viên của bạn bè
trong trong khối ngành Điện tử. Những sự giúp đỡ, gợi ý của các bạn thực sự giúp
ích cho tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn!
Cần Thơ, ngày 7 tháng 12 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Lê Hoài Nam
Trang 5
MỤC LỤC
THUẬT NGỮ VÀ MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT
ADC Analog to Digital Converter
GPRS General Packet Radio Service
I
2
C Inter-Integrated Circuit
IC Integrated Circuit
LCD Liquid Crystal Display

LPM Low Power Mode
SPI Serial Peripheral Bus
PC Personal Computer
UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
TCP Transmission Control Protocol
SMS Short Message Services


Trang 6
TÓM TẮT
Đề tài này được nghiên cứu nhằm mục đích chế tạo thiết bị rẻ tiền phục vụ hiệu
quả cho ứng dụng quan trắc môi trường. Để đạt được tiêu chí nhỏ gọn, tiết kiệm
năng lượng, đề tài sử dụng vi điều khiển MSP430FR5739 với công nghệ bộ nhớ
FRAM của hãng Texas Intruments làm bộ xử lý trung tâm. Thiết bị được chế tạo có
thể thu thập dữ liệu nhiệt độ môi trường và truyền dữ liệu định kỳ về một máy chủ
thông qua dịch vụ GPRS. Thiết bị có thể thu thập dữ liệu nhiệt độ định thời (tối đa
255 mẫu dữ liệu) theo chu kỳ định trước. Ngoài việc cho phép người dùng cài đặt
các thông số cho việc thu thập dữ liệu như chu kỳ lấy mẫu, ngưỡng cảnh báo hết bộ
nhớ, thông qua việc gửi tin nhắn SMS đến thiết bị, thiết bị còn định kỳ gửi thông tin
trạng thái của thiết bị thông qua tin nhắn SMS.
Từ khóa: GPRS, MSP430FR5739, SIM900, SMS, data logger
ABSTRACT
The goal of this research is to develop an inexpesinve device for effective
environmental monitoring applications. MSP430FR5739 microcontroller with
FRAM memory technology (Texas Intruments) is implemented to make the device
compact and energy efficient. This device can acquire the ambient temperature (255
data points) and allow cyclic temperature data transmission using GPRS. The device
does not only allow the administrator configure various settings such as sampling
time, warning threshold, via SMS messages but also send SMS messages to the
administrator cyclically to notify its status.

Keyword: GPRS, MSP430FR5739, SIM900, SMS, data logger
.
Trang 7
DANH MỤC HÌNH
Trang 8
Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong vài thập kỷ trở lại đây, biến đổi khí hậu và sự nóng lên trên toàn cầu
đang là vấn đề lưu tâm trong toàn xã hội. Thiên tai và các hiện tượng thời tiết cực
đoan xuất hiện ở nhiều nơi trên thế giới. Theo như đánh giá của chương trình mục
tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu (Nghị quyết số 60/2007/NQ-CP ngày 03
tháng 12 năm 2007 của Chính phủ), biến đổi khí hậu ảnh hưởng nghiêm trọng đến
sản xuất, đời sống và môi trường trên phạm vi toàn cầu: ước tính đến 2080 sản
lượng ngũ cốc có thể giảm từ 2-4%, giá sẽ tăng 13–45%, tỷ lệ dân số bị ảnh hưởng
của nạn đói chiếm từ 36-50%. Đặc biệt, theo đánh giá của ngân hàng thế giới
(2007) thì Việt Nam là một trong 5 quốc gia gánh chịu hậu quả nặng nề nhất từ vấn
đề biến đổi khí hậu.
Từ thực trạng đó nhu cầu xây dựng mạng lưới quan trắc trên một diện rộng,
trong một thời gian dài để theo dõi các thông số của môi trường hết sức cần thiết.
Vì sự cần thiết đó tôi chọn thực hiện đề tài: “Thiết kế thiết bị thu thập nhiệt độ và
truyền dữ liệu về server lưu trữ sử dụng dịch vụ GPRS”. Mục tiêu hướng đến
trong đề tài là thiết kế thiết bị có khả năng thu thập định kỳ dữ liệu môi trường
(thông tin nhiệt độ) và truyền dữ liệu thu thập được về server lưu trữ chính thông
qua mạng GPRS.
1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
Hiện nay trên thị trường có nhiều thiết bị thu thập dữ liệu, quan trắc có hỗ trợ
công nghệ truyền dẫn qua mạng GSM/GPRS được sản xuất cả trong và ngoài nước.
Bên cạnh đó thì vấn đề nghiên cứu chế tạo thiết bị phục vụ quan trắc có sử dụng
công nghệ GSM/GPRS cũng thu hút khá nhiều sự quan tâm của sinh viên khối

ngành kỹ thuật tại nhiều trường đại học trên cả nước. Đối với trường Đại học Cần
Thơ cũng có nhiều nhóm sinh viên tham gia thực hiện một số đề tài liên quan mang
tính thực tiễn. Năm 2011, nhóm sinh viên Huỳnh Quốc Trung và Lê Duy Khánh đã
thiết kế “Hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm từ xa” để cập nhật sự thay đổi yếu tố
nhiệt độ và độ ẩm không khí trong các nhà xưởng, phòng thí nghiệm đến người
SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 9
Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
dùng qua tin nhắn SMS. Năm 2012, nhóm sinh viên Nguyễn Bé Vụ và Nguyễn
Quyền Anh đã thiết kế “Hệ thống cảnh báo độ pH, nồng độ Oxy, nhiệt độ trong
môi trường nước qua SMS”. Hệ thống này giúp người dùng thu thập các thông tin
của môi trường nước như nhiệt độ, độ pH và nồng độ Oxi hòa tan trong nước khi
cần. Đồng thời hệ thống cũng cho phép người dùng thiết đặt các thông số “ngưỡng
báo động” từ xa bằng tin nhắn SMS. Các nghiên cứu này mang tính ứng dụng cao
vì giúp một lượng lớn bà con nông dân nuôi trồng thủy sản và những đối tượng chơi
thủy sinh.
Với ưu điểm của một hệ giám sát điều khiển, các hệ thống đề cập như trên có
thể phát đi những cảnh báo kịp thời cho người quản lý khi có sự cố bất thường qua
tin nhắn SMS và cũng cho phép người sử dụng gửi yêu cầu cập nhật đến tình trạng
thiết bị qua tin nhắn SMS bất cứ lúc nào. Tuy nhiên, nếu áp dụng cho hệ thống quan
trắc thì các nghiên cứu trên chưa thực sự phù hợp, vì nếu xét về lâu dài thì việc gửi
nhận thông tin bằng tin nhắn SMS sẽ khá tốn kém. Mặt khác, trong quá trình quan
trắc khả năng mất thông tin thu thập được tại khu vực cần theo dõi có thể xảy ra do
thiết bị hỏng hóc, thất lạc hoặc bị đánh cấp. Do đó ở thiết bị quan trắc cần có cơ chế
định kỳ gửi thông tin thu thập được về trung tâm để lưu trữ.
Từ những nhận định như trên tôi chọn thực hiện đề tài: “Thiết kế thiết bị thu
thập nhiệt độ và truyền dữ liệu về server lưu trữ sử dụng dịch vụ GPRS”. Với
việc chọn dùng dịch vụ GPRS làm kênh truyền nhận thông tin giữa thiết bị về
server lưu trữ chính sẽ giúp cho hệ thống giảm rất nhiều chi phí.
SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 10
Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

.3 MỤC TIÊU VÀ CÁCH THỰC HIỆN
1.3.1 Mục tiêu
.3.1.1 Mục tiêu của thiết bị thu thập dữ liệu
 Thiết bị có khả năng thu thập dữ liệu (nhiệt độ) môi trường định kỳ.
 Có thể kết nối và gửi dữ liệu định kỳ về server lưu trữ thông qua việc sử
dụng dịch vụ internet.
 Tiêu thụ ít năng lượng trong quá trình hoạt động.
 Cho phép người dùng thay đổi, cập nhật thông số thông qua tin nhắn SMS.
.3.1.2 Mục tiêu của server lưu trữ
Trong đề tài này thuật ngữ “server lưu trữ” được dùng để chỉ một máy tính cá
nhân chạy trên hệ điều hành Windows có kết nối internet. Do đó mục tiêu cụ thể
bao gồm:
 Nhận và hiển thị thông tin từ thiết bị gửi về.
 Kết thúc quá trình truyền nhận người dùng có thể lưu trữ thông tin đó dưới
dạng file text (định dạng “.txt”).
1.3.2 Cách thực hiện
.3.2.1 Đối với thiết bị thu thập dữ liệu
 Sử dụng vi điều khiển MSP430FR5739 để thu thập giá trị nhiệt độ môi
trường từ cảm biến nhiệt độ LM35 thông qua bộ chuyển đổi tín hiệu ADC tại
những thời điểm định trước.
 Lưu trữ dữ liệu cảm biến cùng với thời điểm thu thập dữ liệu vào bộ nhớ của
chip vi điều khiển.
 Sử dụng module có tính năng truyền nhận GSM/GPRS để thực hiện công
việc kết nối và truyền dữ liệu đến server lưu trữ đồng thời cập nhật thông tin
điều khiển từ người quản lý.
 Module GSM/GPRS không được kích hoạt (ở chế độ tắt nguồn) để tiết kiệm
năng lượng. Vào những thời điểm định kỳ trong ngày, module này được kích
hoạt để kết nối và truyền thông tin thu thập được về server lưu trữ bằng cách
sử dụng dịch vụ GPRS.
SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 11

Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
.3.2.2 Đối với server lưu trữ
 Đăng nhập được vào bộ định tuyến (Router) để mở cổng (PORT) chuyển
tiếp thông tin đến máy tính đóng vai trò server lưu trữ.
 Viết chương trình ứng dụng để nhận, hiển thị và lưu trữ thông tin khi thiết bị
gửi về.
1.4 PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.4.1 Phạm vi đề tài
 Tìm hiểu và ứng dụng vi điều khiển MSP430 series FRAM của TI vì dòng vi
điều khiển này đáp ứng được yêu cầu tiết kiệm năng lượng và có khả năng
lưu trữ thông tin tốt.
 Đề tài chỉ sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35 để khảo sát tính khả thi của việc
kết hợp bộ nhớ FRAM và giải pháp truyền nhận thông tin bằng GPRS qua đó
để giảm chi phí nghiên cứu thử nghiệm.
 Truyền dữ liệu thu thập được từ thiết bị về server lưu trữ thông qua mạng
internet bằng cách ứng dụng dịch vụ GPRS trên hạ tần của mạng GSM.
1.4.2 Phương pháp nghiên cứu
 Tham khảo tài liệu liên quan (các luận văn đã thực hiện).
 Tìm hiểu và lập trình vi điều khiển MSP430FR5739, chủ yếu khảo sát
module UART, ADC, lưu trữ thông tin và hoạt động tiết kiệm năng lượng.
 Tìm hiểu và sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35 để thực hiện chức năng cập
nhật nhiệt độ môi trường.
 Lựa chọn sử dụng các module có hỗ trợ GSM/GPRS.
 Thiết kế và lắp ráp phần cứng.
 Tìm hiểu và xây dựng mô hình truyền nhận dữ liệu thông qua mạng GPRS.
 Tìm hiểu thức đăng nhập vào Router mở cổng (PORT) định tuyến dữ liệu.
SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 12
Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 SƠ LƯỢC VỀ DÒNG MSP430 FRAM CỦA TEXAS INSTRUMENTS

VÀ VI ĐIỀU KHIỂN MSP430FR5739.
2.1.1 Giới thiệu về dòng FRAM
Dòng FRAM của họ vi điều khiển MSP430 kiến trúc RISC 16-bit do TI (Texas
Intruments) sản xuất và đưa ra thị trường gần đây. Ngoài việc được thừa hưởng
những đặc trưng của họ MSP430 nói chung như sử dụng nguồn thấp và tiết kiệm
năng lượng thì các chip này được đánh giá cao hơn rất nhiều về các mặt tiết kiệm
năng lượng, tính đa dụng của bộ nhớ, tốc độ xử lý, Tuy nhiên điểm nhấn quan
trọng nhất trong các chip vi điều khiển này chính là việc TI sử dụng bộ nhớ FRAM
thay thế bộ nhớ Flash thông thường, Hình 2.1 đưa ra sự so sánh tổng quan về tính
năng của bộ nhớ FRAM so với các loại bộ nhớ truyền thống.
FRAM SRAM EEPROM Flash
Non-volatile
Retains data without
power
Write speed
(13 KB)
Average active
Power
[µA/MHz]
Write endurance
Dynamic
Bit-wise
programmable
Unified memory
Flexible code and
data partitioning
Yes
Yes
Yes
No

10ms
2secs
<10ms 1 sec
50mA+
<60
82
260
10,000
100,000
Unlimited
1 million
billions (10
15
)
Yes
Yes
NoNo
Yes
NoNo
No
Hình 2.1: Tính năng chung của các chip MSP430 sử dụng bộ nhớ FRAM [1]
Trong khung khổ của đề tài này em sử dụng bộ xử lý trung tâm là chip
MSP430FR5739 vì đây là chip được TI chọn để giới thiệu chung về dòng FRAM
nên nó được hỗ trợ tương đối đầy đủ về công cụ phát triển, mã nguồn tham khảo và
dung lượng bộ nhớ lên đến 16Kb đủ để phát triển các ứng dụng vừa và nhỏ [2-3].
Dưới đây là một số một số so sánh về tình năng cụ thể khi so sánh tính năng giữa
hai chip vi điều khiển MSP430FR5739 sử dụng bộ nhớ FRAM và một chip thông
dụng khác của họ MSP430 sử dụng bộ nhớ Flash là MSP430F2274.
SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 13
Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm

.1.1.1 Hiệu suất sử dụng và mức tiêu tốn năng lượng
Hình 2.2 là một so sánh năng lượng tiêu thụ và tốc độ ghi dữ liệu vào bộ nhớ
chip MSP430FR5739 và MSP430F2274. Kết quả so sánh chỉ ra rằng về tốc độ thì
chip MSP430FR5739 nhanh hơn 100 lần so với và tiêu tốn năng lượng chỉ bằng 1/3
so với MSP430F2274.
Hình 2.2: Sự so sánh mức tiêu tốn năng lượng của chip
MSP430FR5739 và chip MSP430F2274 [3]
.1.1.2 Tính đa dụng của bộ nhớ
Bộ nhớ FRAM nói chung cho phép người dùng phân chia sử dụng nó vào nhiều
mục đích khác nhau khi cần, tùy theo ứng dụng cụ thể mà phân chia sau cho tối ưu
nhất. Hình 2.3 mô tả việc tính đa dụng của bộ nhớ FRAM.
Hình 2.3: Độ linh động của bộ nhớ FRAM [1]
SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 14
Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
.1.1.3 Tính hiệu quả trong ứng dụng
Trong những ứng dụng đòi hỏi tiết kiệm năng lượng và có khả năng lưu trữ dữ
liệu là hàng đầu thì FRAM mang lại cho người dùng một lựa chọn tối ưu khi hệ
thống có thể rút gọn được một số thành phần không cần thiết như EEPROM bên
ngoài dùng để lưu trữ và backup dữ liệu khi mất nguồn.
Hình 2.4 và 2.5 mô tả thành phần cần thiết của một thiết bị giám sát địa chấn.
Sơ đồ biểu diễn trong 2 hình đều hướng tới một công việc chung đó là thu thập
thông tin về các dư chấn trong lòng đất, yếu tố ẩm độ, nhiệt độ môi trường sau đó
được lưu trữ thông tin này lại bên trong bộ nhớ, kết quả thu thập được sau một thời
gian được truyền về trung tâm lưu trữ bằng sóng vô tuyến. Với mô hình thứ nhất
(Hình 2.4) khi dùng vi điều khiển thông thường thì hệ thống cần thêm 1 bộ nhớ
EEPROM bên ngoài để lưu trữ thông tin còn đối với mô hình thứ hai (Hình 2.5) thì
thông tin sau khi thu thập được sẽ được lưu trữ trực tiếp lên bộ nhớ FRAM mà
không cần thêm 1 bộ nhớ phụ bên ngoài.
Hình 2.4: Hệ thống sử dụng chip VĐK thông thường [4]
SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 15

Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
Hình 2.5: Hệ thống sử dụng chip VĐK công nghệ FRAM [4]
2.1.2 Vi điều khiển MSP430FR5739
Những đặc tính cơ bản của chip [5-6]:
Nguồn điện áp hoạt động trong khoảng từ 2 – 3.6 V.
Mức tiêu thụ năng lượng cực thấp với 4 chế độ: Active mode (82 µA/MHz),
standby mode (6.3 µA), real time clock (1.5 µA) và shutdown mode (0.32 µA).
Thời gian đánh thức từ chế độ standby nhỏ hơn 100 μs.
Bộ nhớ không bay hơi (nonvolatile) lên đến 16Kb có thể dùng cho cả mục đích
viết chương trình và lưu trữ dữ liệu, bộ nhớ SRAM 1Kb.
5 Timer 16-bit cho phép hoạt động nhiều chế độ.
Hỗ trợ 14 kênh ADC 10-bit, ở tốc độ 200 ksps dòng trung bình 100µA.
Hỗ trợ đầy đủ các bộ truyền thông nối tiếp như UART, SPI, I
2
C, IrDA.
Hệ thống cung cấp xung clock cho phép người dùng có nhiều tùy chọn với tốc
độ xung nhịp tối đa lên đến 24MHz.
Chip được đóng gói với kích thước nhỏ gọn, phù hợp với việc thiết kế các sản
phẩm mang tính chất di động, 2 định dạng chính là TSSOP 38 chân và VQFN
40.
SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 16
Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
2.2 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35
.2.1 Giới thiệu chung về họ cảm biến nhiệt độ LM35
LM35 là họ cảm biến đo nhiệt độ chính xác với điện áp ngõ ra tuyến tính với
nhiệt độ. LM35 không yêu cầu bất kì sự cân chỉnh nào từ bên ngoài hoặc các mạch
phụ trợ khác mà vẫn đáp ứng được độ chính xác cao. Bên cạnh đó, với kiểu đóng
gói sản phẩm nhỏ gọn theo định dạng chân TO-92 nên khi sử dụng LM35 sẽ dễ
dàng cho việc thiết kế thử nghiệm đầu dò nhiệt độ (thiết kế thủ công). Những tính
năng cơ bản của LM35 bao gồm:

 Dải hoạt động của cảm biến từ -55°C đến 150°C
 Hoạt động với điện áp từ 4 V đến 30 V
 Tỷ lệ tuyến tính với hệ số 10mV/1
o
C
 Nhiệt độ được tính theo công thức: Vout= 0 + 10 mV/
o
C
 Độ sai lệch về nhiệt độ của các loại cảm biến LM35
Hình 2.6: Sai số thực tế của các loại cảm biến LM35 [7]
Cách phân cực cảm biến LM35
Tùy theo dãy đo nhiệt trong ứng dụng thực tế mà có thể phân cực cho cảm biến
nhiệt độ LM35 theo 2 cách đó là thang đo đầy đủ từ -55
o
C - +150
o
C như Hình 2.7
hoặc cách phân cực để đo nhiệt độ trong khoảng từ 0
o
C -150
o
C như Hình 2.8. Trong
đề tài này việc phân cực cho cảm biến LM35 được áp dụng như Hình 2.8 vì nó phù
hợp với điều kiện của môi trường cần khảo sát.
SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 17
Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
Hình 2.7: Sơ đồ đo với dải nhiệt độ đầy đủ từ -55
o
C đến 150
o

C [7]
Hình 2.8: Sơ đồ đo nhiệt độ cơ bản từ 0
o
C đến 150
o
C [7]
.2.2 Sơ lược về cảm biến LM35CZ sử dụng trong đề tài
Cảm biến LM35CZ (Hình 2.9) cảm biến cho ra điện áp thay đổi với tỉ lệ
10mV/
o
C, dải hoạt động của cảm biến từ -40°C đến 110°C, sai số cực đại 1.5
0
C khi
nhiệt độ lớn hơn 100
0
C.
Hình 2.9: Hình dạng thực tế của cảm biến LM35CZ
SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 18
Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
2.3 IC ỔN ÁP TPS780330220 VÀ TPS70950 [8]
.3.1 IC TPS780330220
TPS780 là ổn áp loại LDO (Low Drop Out) có thể hoạt động với điện áp đầu
vào và đầu ra khác biệt rất nhỏ, dùng cho các ứng dụng dùng năng lượng thấp, điện
áp ngõ vào trong khoảng 2.2V đến 5.5V. Khi không có tải TPS780 tiêu tốn năng
lượng cực thấp Iq = 500nA. Gồm hai phiên bản: lựa chọn hai mức điện áp cố định
và điều chỉnh điện áp.
Phiên bản lựa chọn hai mức điện áp cho phép người dùng chuyển đổi giữa hai
mức cấp điện thông qua một ngã vào tương thích.
Phiên bản điều chỉnh điện áp cho phép lựa chọn điện áp ngã ra trong khoảng từ
1.2V đến 5.1V bởi hai điện trở qua chân feedback

Hình 2.10: Sơ đồ chân của TPS708330220
Trong đề tài TPS780330220 sẽ lấy nguồn Vin ngõ vào từ Pin và ngõ ra của nó
cung cấp cho MSP430FR5739.
.3.2 IC TPS70950
TPS70950 là ic ổn áp tuyến tính cực thấp, dòng điện tĩnh I
q
= 1.35µA nên lí
tưởng cho các ứng dụng dùng pin do nó tiêu hao thấp. TPS70950 có chế độ tắt
nguồn bằng cách kéo chân EN (Hình 2.11) xuống mức thấp, khi đó dòng điện tĩnh
I
q
chỉ còn 150nA.
SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 19
Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
Hình 2.11: Sơ đồ chân của TPS70950
Một vài thông số của TPS70950:
V
in
: Từ 2.7V đến 30V DC
I
outmax
: 200mA
V
out
: 5V DC
Chức năng chính của ic TPS70950 là tạo ra điện áp chuẩn 5V để phục vụ việc
phân cực cho cảm biến nhiệt độ LM35.
.4 KHÁI QUÁT VỀ MẠNG GPRS VÀ GIAO THỨC TCP
.4.1 Sơ lược về GPRS
Dịch vụ gói vô tuyến gói chung GPRS (General Packet Radio Service) là một

công nghệ nhằm cung cấp những dịch vụ gói IP đầu cuối tới đầu cuối qua mạng
GSM, cho phép triển khai và cung cấp những ứng dụng internet vô tuyến cho một
số lượng lớn người sử dụng dịch vụ viễn thông di động.
GPRS được phát triển dựa trên nền tảng của hệ thống mạng GSM. Giải pháp
GPRS của Ericsson được thiết kế để đẩy nhanh việc triển khai GPRS mà vẫn giữ
cho chi phí đầu vào thấp. Các khối chức năng của mạng GSM hiện nay chỉ cần
được nâng cấp phần mềm, ngoại trừ BSC (Base Station Center) phải được nâng cấp
phần cứng. Hai nút mạng mới được giới thiệu (Hình 2.12) đó là SGSN (Serving
GPRS Support Node) và GGSN (Gateway GPRS Support Node) nhằm bổ sung
chức năng chuyển mạch gói bên cạnh chức năng chuyển mạch mạch của mạng.
SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 20
Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
Hình 2.12: Cấu trúc GPRS được phát triển trên mạng GSM
1
Trong đó chức năng của SGSN và GGSN được mô tả như sau:
 SGSN có nhiệm vụ tạo tuyến và quản lý địa chỉ IP. SGSN cùng với
các đầu cuối GPRS hình thành các kênh truyền logic cho phép việc
truyền nhận các gói IP.
 GGSN đóng vai trò kết nối các đầu cuối GPRS trong mạng đến các
ISP (Internet Service Provider) bên ngoài hoặc kết nối giữa các mạng
GPRS với nhau.
Các SGSN và GGSN liên kết với nhau tạo thành một mạng IP xương sống làm
nền tảng cho dịch vụ GPRS. SGSN và GGSN dựa trên đường truyền vô tuyến có
sẵn để xây dựng mạng chuyển mạch gói GPRS dựa trên protocol TCP/IP tương
thích với mạng internet thông dụng cho phép cung cấp cho các thuê bao trong mạng
những dịch vụ mới hấp dẫn hơn. Mô hình tham chiếu các lớp protocol của mạng
GPRS trên mô hình OSI được trình bày như Hình 2.13.
1
/preview.html
SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 21

Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
Hình 2.13: Các lớp protocol của mạng GPRS được tham chiếu
trên mô hình OSI [9]
Một số đặc điểm của mạng GPRS:
 Tốc độ truyền dữ liệu: GPRS tận dụng các khe thời gian 9.6 Kbps của mạng
GSM để triển khai dịch vụ, nên tốc độ là chậm hơn rất nhiều so với các mạng
truyền số liệu gói khác. Tốc độ thực sự phụ thuộc vào số khe thời gian được
dùng cho dịch vụ GPRS.
 Phương thức tính cước: dựa vào dữ liệu truyền nhận, không dựa vào thời
gian kết nối.
.4.2 Khái quát về giao thức TCP trong mô hình TCP/IP.
Bộ giao thức TCP/IP, ngắn gọn là TCP/IP viết tắt của Transmision Control
Protocol (giao thức điều khiển truyền thông)/ Internet Protocol (giao thức
Internet), là bộ giao thức liên mạng, thực hiện chức năng kết nối các hệ thống mạng
không đồng nhất với nhau. Ngày nay TCP/IP được sử dụng rộng rãi trên các mạng
cục bộ cũng như mạng Internet toàn cầu. TCP/IP được xem là mô hình giản lược
của OSI với bốn tầng cụ thể (Hình 2.14):
 Tầng ứng dụng (Application Layer)
 Tầng vận chuyển (Transport Layer)
 Tầng mạng (Network Layer)
SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 22
Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
 Tầng liên mạng (Netword Interface Layer)
Hình 2.14: Mô tả hoạt động của mô hình TCP/IP [10]
Giao thức TCP là giao thức nằm trong tầng vận chuyển của mô hình TCP/IP,
TCP cung cấp dịch vụ vận chuyển tin cậy, định hướng kết nối (connection-oriented)
theo kiểu truyền thông bằng luồng byte dữ liệu.
TCP là giao thức truyền 2 hướng đồng thời, nghĩa là một kết nối sẽ hỗ trợ 2
luồng byte chạy theo hai hướng. Trong đề tài này, giao thức TCP thực hiện việc gửi
nhận dữ liệu thu thập được từ thiết bị về server lưu trữ thông qua mạng GPRS sau

khi đã thiết lập được kết nối với PC server.
2.5 MODULE SIM900 VÀ TẬP LỆNH AT
2.5.1 Đặc điểm kỹ thuật của module SIM900
Module SIM900 là sản phẩm được hãng SIMCom thiết kế cho thị trường toàn
cầu. SIM900 thực chất là một module Quad-band GSM/GPRS được tích hợp chip
lõi AMR926EJ-S core, hoạt động trên 4 băng tần của mạng GSM/GPRS tương ứng:
GSM 850MHz, EGSM 900MHz, DCS 1800 MHz và PCS 1900MHz.
SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 23
Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
Với kích thước vật lý nhỏ gọn: 24 mm x 24 mm x 3 mm, module SIM900 có
thể đáp ứng hầu như tất cả các yêu cầu không gian khi thiết kế các sản phẩm nhúng.
Hình 2.15: Hình dạng thực tế của SIM900 [11]
Thông số kỹ thuật của SIM900:
 Nguồn cung cấp: 3.4 V đến 4.8 V,
 Điện năng tiêu thụ trong chế độ chờ: 1.5 mA
 Quad band 850/900/1800/1900MHz
 GPRS loại đa khe 10/8
 GPRS mobile station class B
 Kích Thước: 24 mm x 24 mm x 3 mm
 Nhiệt độ hoạt động : -40
o
C đến +85
o
C
 Tốc độ GPRS: Download data: 85.6 Kpbs, upload data: 42.8 Kpbs
 SMS. Hỗ trợ chế độ MT, MO, CB, văn bản và PDU.
 Sơ đồ mã hóa: CS1, CS2, CS3, CS4.
Tích hợp giao thức:
 TCP/UDP
 FTP/HTTP

 MMS
 FOTA
 Lập trình bằng tập lệnh AT thông qua chuẩn giao tiếp RS232
.5.2 Các chế độ hoạt động của SIM900
SIM900 có 3 chế độ hoạt động chính tương ứng: Chế độ bình thường, chế độ
ngủ (sleep mode) và chế độ tắt nguồn (shutdown mode). Với từng chế độ cụ thể thì
dòng tiêu thụ và chức năng truyền nhận vô tuyến là khác nhau.
SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 24
Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
Chế độ hoạt động bình thường:
• GSM/GPRS SLEEP: Module sẽ tự động chuyển sang chế độ SLEEP
nếu DTR được thiết lập mức cao và ở đó không có ngắt phần cứng như
ngắt GPIO hoặc dữ liệu trên port nối tiếp. Trong trường hợp này, dòng
tiêu thụ của module sẽ giảm xuống mức thấp nhất.
• GSM IDLE: Phần mềm tích cực. Module kết nối mạng và module sẵn
sàng gửi và nhận tin nhắn, cuộc gọi.
• GSM TALK: Kết nối vẫn tiếp tục diễn ra giữa 2 thuê bao, nhưng không
có dữ liệu được gửi hoặc nhận. Trong trường hợp này, năng lượng tiêu
thụ phụ thuộc vào thiết lập mạng và cấu hình GPRS.
• GPRS STANDBY: Module sẵn sàng truyền dữ liệu GPRS nhưng không
có dữ liệu nào được gửi và nhận. Trong trường hợp này, năng lượng tiêu
thụ phụ thuộc vào thiết lập mạng và cấu hình GPRS.
• GPRS DATA: Xảy ra việc truyền dữ liệu GPRS. Trong trường hợp này,
năng lượng tiêu thụ liên quan tới việc thiết lập mạng (mức điều khiển
nguồn), tốc độ uplink/downlink và câu hình GPRS (sử dụng thiết lập
multi-slot).
Chế độ ngủ: Sử dụng lệnh “AT+CFUN” để thiết lập SIM900 về chế độ tiết kiệm
mà không cần loại bỏ các nguồn cung cấp năng lượng. Trong trường hợp này, phần
Anten không làm việc hoặc Simcard cũng không truy cập được, hoặc cả ăng ten và
Simcard sẽ không hoạt động.

Chế độ tắt nguồn: SIM900 có thể tắt nguồn bằng cách gửi lệnh “AT+CPOWD =
1” hoặc bằng cách sử dụng trực tiếp chân PWRKEY. Nguồn quản lí ASIC ngắt kết
nối các nguồn cung cấp từ SIM900 và nó chỉ cung cấp năng lượng cho các RTC còn
lại. Khi SIM900 đang hoạt động trong chế độ shutdown thì nó không cho phép thiết
bị khác giao tiếp với nó thông qua cổng nối tiếp (không thực hiện việc gửi nhận
lệnh AT).
SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 25