Nghiên cứu hệ thống giám sát và điều khiển các tham số môi trường tại các kho bảo quản thuốc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------------------------------

VŨ HÙNG

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC
THAM SỐ MÔI TRƯỜNG TẠI CÁC KHO BẢO QUẢN THUỐC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT Y SINH

Hà Nội – Năm 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------------------------------

VŨ HÙNG

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC
THAM SỐ MÔI TRƯỜNG TẠI CÁC KHO BẢO QUẢN THUỐC

Chuyên ngành: KỸ THUẬT Y SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT Y SINH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS NGUYỄN VĂN KHANG

Hà Nội – Năm 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn “Nghiên cứu hệ thống giám sát và điều khiển
các tham số môi trường tại các kho bảo quản thuốc” là cơng trình nghiên cứu
riêng của tôi, không sao chép từ bất cứ tài liệu nào.Tất cả các dữ liệu,kết quả trong
luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả

Vũ Hùng

1


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... 1
MỤC LỤC ................................................................................................................... 2
DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................. 5
LỜI NĨI ĐẦU ............................................................................................................ 7
CHƢƠNG 1 ................................................................................................................ 9
TỔNG QUAN VỀ BẢO QUẢN THUỐC .................................................................. 9
1.1 Tổng quan về bảo quản thuốc ............................................................................9
1.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ và độ ẩm ...................................................................10
1.2.1 Ảnh hƣởng của độ ẩm ...............................................................................10
1.2.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ ............................................................................16
1.3. Giải pháp .........................................................................................................17
Kết luận chƣơng 1:.................................................................................................18
CHƢƠNG 2 .............................................................................................................. 19

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN CỨNG HỆ THỐNG ..................................... 19
2.1 Cấu hình phần cứng hệ thống ..........................................................................19
2.2 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm TDH - Autonics .................................................20
2.2.1 Đặc điểm chung .........................................................................................20
2.2.2 Giao tiếp cảm biến TDH-DD1-T ..............................................................20
2.3 Giao thức MODBUS – RTU ...........................................................................22
2.3.1 Nguyên tắc hoạt động của MODBUS RTU ..............................................23
2.3.2 Bản đồ bộ nhớ MODBUS .........................................................................24
2.3.3 Đọc và ghi dữ liệu .....................................................................................25
2.3.4 MODBUS chế độ RTU .............................................................................25
2.4 Chuẩn RS232 ...................................................................................................27
2.4.1 Những đặc điểm cần lƣu ý trong chuẩn RS232.........................................27
2.4.2 Các mức điện áp thƣờng truyền ................................................................28
2.4.3 Cổng RS232 trên PC .................................................................................28
2


2.4.4 Truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232...................................................29
2.4.5 Mạch chuẩn giao tiếp RS232 dùng IC max232 ........................................30
2.5 Chuẩn RS485 ...................................................................................................31
2.5.1 Truyền dẫn cân bằng .................................................................................31
2.5.2 Mức tín hiệu ..............................................................................................32
2.5.3 Vấn đề nối đất............................................................................................32
2.5.4 Điện trở đầu cuối .......................................................................................33
2.5.5 Các kiểu mẫu truyền nhận trong RS485....................................................34
2.5.6 Hai bộ truyền nhận ....................................................................................34
2.5.7 Nhiều bộ truyền nhận ................................................................................35
2.5.8 Đoạn dây rẽ nhánh .....................................................................................36
2.5.9 Cách thức truyền một mã ASCII theo chuẩn RS485. ..............................37
2.6 Các Modul chuyển đổi .....................................................................................37

2.6.1 SCM-38I chuyển đổi RS485 sang RS232 .................................................37
2.6.2 Modul Z-TEK chuyển đổi RS232 sang USB. ...........................................38
Kết luận chƣơng 2 ..................................................................................................39
CHƢƠNG 3 .............................................................................................................. 40
NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN VÀ VIẾT MODULE PHẦN MỀM ..................... 40
HỆ THỐNG .............................................................................................................. 40
3.1 Ngơn ngữ lập trình đồ họa LabVIEW .............................................................40
3.1.1 Giới thiệu chung ........................................................................................40
3.1.2 Front Panel của VI .....................................................................................42
2.1.3 Block Diagram của VI ...............................................................................43
3.1.4 Icon và Connector của VI ..........................................................................44
3.1.5 Các đặc trƣng cơ bản của LabVIEW.........................................................45
3.1.6 Lập trình trên LabVIEW ..........................................................................46
3.1.7 Thƣ viện hỗ trợ xuất file báo cáo trong LabVIEW ...................................55
3.1.8 Thƣ viện hỗ trợ truyền thông trong LabVIEW .........................................55
3.2 Xây dựng sơ đồ khối và lƣu đồ thuật các module phần mềm .........................56
3


3.2.1 Sơ đồ khối mô tả phần mềm hệ thống. .........................................................56
3.3 Viết modul phần mềm của hệ thống ................................................................59
3.3.1 Thu nhận tín hiệu từ sensor, hiển thị kênh nhiệt độ và độ ẩm ..................59
3.3.2 Đặt ngƣỡng báo động và báo động cho ngƣời dùng .................................59
3.3.3 Lƣu trữ thông số vào file .txt .....................................................................60
3.3.4 Mở lại lịch sử ghi các tham số...................................................................62
3.3.5 Mở file lƣu trữ dƣới dạng Excel ................................................................64
3.3.6 Giao diện ...................................................................................................64
3.4 Chạy thử và đánh giá sản phẩm .......................................................................65
Kết luận chƣơng 3 ..................................................................................................66
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 68

4


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1: Sơ đồ cấu hình phần cứng hệ thống ..........................................................19
Hình 2.2 Cảm biến THD-DD1-T ..............................................................................20
Bảng 2.2 : Địa chỉ bộ nhớ .........................................................................................25
Hình 2.4 : Định dạng khung truyền ...........................................................................26
Hình 2.5 :Cổng RS232 trên PC .................................................................................28
Hình 2.6 : Mạch chuẩn giao tiếp RS232 dùng IC Max232 .......................................30
Hình 2.7 Kiểu truyền cân bằng 2 dây. .......................................................................31
Hình 2.8 Tín hiệu trên 2 dây của hệ thống cân bằng ................................................32
Hình 2.9 Truyền RS485 khi tham chiếu với đất. ......................................................32
Hình 2.11 Tín hiệu RS485 thu đƣợc tƣơng ứng với 2 giá trị điện trở RT. ...............33
Hình 2.14 Sơ đồ một phát, nhiều nhận trong RS485. ...............................................34
Hình 2.15 Sơ đồ sử dụng 2 bộ truyền nhận trong RS485 .........................................35
Hình 2.16 Sơ đồ sử dụng nhiều bộ truyền nhận trong RS485. .................................35
Hình 2.18 Một dạng kết nối đƣờng truyền RS485 hợp l...........................................36
Hình 2.19 Biểu đồ truyền một mã ASCII theo chuẩn RS485. ..................................37
Hình 2.20 Modul SCM-38I .......................................................................................37
Hình 2.21 Sơ đồ chuyển đổi RS485 và RS232 của modul SCM-38I. ......................38
Hình 2.22 Sơ đồ chuyển đổi RS232 sang USB. ........................................................38
Hình 3.1 Giao diện ngơn ngữ lập trình đồ họa LabVIEW ........................................41
Hình 3.2 Front Panel trong LabVIEW ......................................................................42
Hình 3.3 Block diagram trong LabVIEW .................................................................43
Hình 3.4 Minh hoạ Icon và Connector của VI ..........................................................44
Hình 3.5 Tools palette trong LabVIEW ...................................................................47
Hình 3.6 Control palette trong LabVIEW .................................................................47

Hình 3.7 Function palette trong LabVIEW ...............................................................48
Hình 3.8 Icon mặc định và Icon sau khi đƣợc tạo ...................................................51
Hình 3.9 Cách thức tạo Connecter của một VI .........................................................52
Hình 3.10 Diagram của VI trƣớc và sau khi tao SubVI ............................................53
5


Hình 3.11 Thƣ viện hỗ trợ xuất file báo cáo trong LabVIEW ..................................55
Hình 3.12 Thƣ viện Data Communication ................................................................55
Hình 3.12 Các hàm Protocols VIs .............................................................................55
Hình 3.13 Các hàm Protocols serial VIs ...................................................................56
Hình 3.16 Sơ đồ khối xử lý dữ liệu thu nhận ............................................................58
Hình 3.17 Lƣu đồ thuật tốn phần cảnh báo .............................................................58
Hình 3.18 Block Diagram thu nhận dữ liệu từ cảm biến ..........................................59
Hình 3.14 Giao diện thể hiện phần đặt ngƣỡng. .......................................................60
Hinh 3.19 Block Diagram đặt ngƣỡng ......................................................................60
Hình 3.20 Block Diagram đƣa dữ liệu vào file .txt. ..................................................61
Hình 3.21 Block Diagram đƣa thời gian vào file .txt................................................62
Hình 3.22 Block Diagram xem lại. ...........................................................................62
Hình 3.23 Block Diagram hiển thị giá trị độ ẩm và nhiệt độ đã ghi lên trên đồ thị. 63
Hình 3.24 Block Diagram xuất dữ liệu ra file Excel. ...............................................64
Hình 3.25 Giao diện trên phần mềm Labview. .........................................................64
Hình 3.26 Đấu nối các thiết bị ..................................................................................65
Hình 3.27 Hình ảnh màn hình trung tâm khi hệ thống hoạt động ............................65

6


LỜI NĨI ĐẦU
Thuốc khơng thể thiếu đƣợc trong cơng tác phịng, chữa bệnh. Chất lƣợng

của thuốc có ảnh hƣởng trực tiếp đến sức khỏe, tính mạng của ngƣời dùng. Thêm
vào đó, thuốc là loại hàng hóa đặc biệt, có nguồn gốc rất đa dạng (tự nhiên: động
vật, thực vật, khoáng chất…; nhân tạo: tổng hợp hóa học, sinh học…) do đó bản
chất khác nhau nên có tính chất vật lý – hóa học khác nhau, mức độ bền vững khác
nhau với các yếu tố vật lý, hóa học. Nên cơng tác bảo quản thuốc cần những điều
kiện môi trƣờng nghiêm ngặt về nhiệt độ và độ ẩm đồng thời cần có hệ thống giám
sát kịp thời điều chỉnh khi có sự thay đổi nhiệt độ và độ ẩm vƣợt ra ngoài giới hạn
trên và giới hạn dƣới cho phép, đồng thời hệ thống giám sát nhanh chóng phát tín
hiệu thơng báo và báo động bằng âm thanh hoặc ánh sáng tùy vào mức độ vƣợt quá
của nhiệt độ và độ ẩm để nhân viên trực kịp thời xử lý. Bên cạnh đó hệ thống giám
sát cần tổng hợp báo cáo các giá trị nhiệt độ và độ ẩm theo thời gian để đơn vị quản
lý kho theo dõi đƣợc điều kiện bảo quản thuốc trong kho.
Hầu hết tại các nƣớc phát triển nhƣ Mỹ, Nhật… hệ thống giám sát và đảm
bảo điều kiện môi trƣờng nghiêm ngặt tại các kho chứa nói chung và các kho bảo
quản, các phịng chức năng trong ngành y dƣợc nói riêng rất hiện đại, phổ biến đã
trở thành sản phẩm thƣơng mại. Với việc áp dụng khoa học công nghệ tiên tiến hệ
thống giám sát và điều khiển tham số môi trƣờng đặc biệt là nhiệt độ và độ ẩm luôn
đƣợc đảm bảo theo điều kiện tiêu chuẩn.
Trong nƣớc đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về thiết kế hệ thống giám sát
điều khiển nhiệt độ và độ ẩm trong các kho bãi đƣợc cơng bố, điển hình nhƣ đề tài:
“Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống đo giám sát nhiệt độ, độ ẩm cho các kho
nơng lâm sản có mơi trƣờng khắc nghiệt” của nhóm tác giả: Phạm Minh Tuấn,
Phạm Thƣợng Cát, Trần Đức Minh cơng bố trên tạp chí Tự động hóa ngày nay, số
111, tháng 12 năm 2009.
Hiện nay cũng có một số sản phẩm nội địa đƣợc sản xuất thực hiện một số
chức năng hiển thị nhiệt độ và độ ẩm, đƣa ra cảnh báo dƣới dạng module đơn lẻ lắp
đặt tại chỗ…
7

Mặc dù đã có một số nghiên cứu mang tính lý thuyết, tuy nhiên trên thực tế,
việc áp dụng hệ thống giám sát và điều khiển các tham số môi trƣờng hiện đại, dễ
sử dụng vẫn chƣa đƣợc triển khai. Thay vào đó một số lƣợng lớn các kho bảo quản
thuốc trong và ngoài quân đội đang áp dụng các thiết bị đo, hiển thị và cảnh báo tại
chỗ, quản lý thủ công qua ghi chép, việc này dẫn đến không giám sát đƣợc các thay
đổi đột biến các tham số trong quá trình bảo quản mà chỉ giám sát đƣợc tại các thời
điểm ghi chép. Do vậy, nên tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu hệ thống giám sát
và điều khiển các tham số môi trƣờng tại các kho bảo quản thuốc” làm đề tài
luận văn tốt nghiệp để tìm hiểu, nghiên cứu xây dựng hệ thống hƣớng tới ứng dụng
cho các bệnh viện trong quân đội nói riêng và các kho bảo quản nói chung. Trong
nội dung luận văn tác giả tập trung xây dựng cấu chúc phần cứu; xây dựng thuật
toán và viết phần mềm quản lý, giám sát các tham số môi trƣờng trên nền ngơn ngữ
lập trình đồ họa LabVIEW;
Luận văn đƣợc trình bày trong bốn chƣơng:
Chương 1: Tổng quan về bảo quản thuốc
Chương 2: Nghiên cứu xây dựng phần cứng hệ thống
Chương 3: Nghiên cứu thuật toán và viết module phần mềm hệ thống.
Kết luận
Tơi xin chân thành cảm ơn sự tận tình hƣớng dẫn của thầy giáo PGS.TS
Nguyễn Văn Khang cùng tập thể các Thầy, Cô giáo trong Bộ môn Công nghệ điện
tử và Kỹ thuật Y sinh – Viện Điện tử viễn thông-Đại học Bách Khoa Hà Nội,đã
tham gia giảng dạy và giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và nghiên cứu thực hiện
đề tài.

8


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ BẢO QUẢN THUỐC
1.1 Tổng quan về bảo quản thuốc

Thuốc là phƣơng tiện không thể thiếu đƣợc trong cơng tác phịng,
chữa bệnh. Chất lƣợng của thuốc (tốt hay xấu) có ảnh hƣởng trực tiếp đến sức
khoẻ, tính mạng của ngƣời dùng thuốc.
Thuốc là loại hàng hoá đặc biệt, có nguồn gốc rất đa dạng (tự nhiên: động
vật, thực vật, khoáng vật, ... ; nhân tạo: tổng hợp hố học, sinh học..), do có bản chất
khác nhau nên cótính chất lý – hố khác nhau, mức độ bền vững khác nhau với các
yếu tố vật lý, hoá học, sinh học (Ví dụ: Aspirin dễ bị thuỷ phân, dễ bị hỏng bởi ẩm,
nhiệt; Vitamin C dễ bị oxy hoá, ố vàng khi để ngồi khơng khí...). Vì vậy, nếu bảo
quản không tốt, không đúng rất dễ bị hƣ hỏng trong q trình tồn trữ, lƣu thơng và
sử dụng, điều này không chỉ gây thiệt hại về mặt kinh tế mà quan trọng hơn là có
thể gây nguy hại cho tính mạng, sức khoẻ của ngƣời dùng.
Cơng tác bảo quản khơng chỉ có ý nghĩa về mặt chun mơn, đảm bảo chất
lƣợng thuốc, mà cịn có ý nghĩa về mặt kinh tế xã hội của một quốc gia giúp sử
dụng nguồn thuốc có hiệu quả kinh tế nhằm giảm chi phí khám chữa bệnh từ ngân
sách, cũng nhƣ của ngƣời bệnh. Vì vậy, cơng tác bảo quản thuốc đƣợc đặt ra nhƣ là
một nhiệm vụ không thể thiếu đƣợc đối với ngành Dƣợc và những cán bộ làm công
tác bảo quản. Với ý nghĩa, tầm quan trọng của việc bảo quản thuốc nhƣ trên, ngƣời
Dƣợc sĩ là ngƣời trực tiếp tham gia cơng tác dƣợc cần phải có những kiến thức về
môn học bảo quản.
Mục tiêu của công tác bảo quản thuốc là nhằm “Đảm bảo đủ, kịp thờithuốc
có chất lƣợng, giá cả hợp lý cho cơng tác phịng và chữa bệnh cho cộng đồng” mà
chính sách thuốc Quốc gia đã đề ra. Bảo quản là nghiên cứu những yếu tố ảnh
hƣởng đến chất lƣợng của thuốc và các biện pháp bảo quản thuốc nhằm đảm
bảo giữ đƣợc chất lƣợng tốt khi sử dụng.
Bảo quản không chỉ là việc cất giữ hàng hố trong kho mà nó cịn là cả một
quá trình xuất, nhập kho hợp lý, quá trình kiểm tra, kiểm kê, dự trữ và các biện pháp
9


kỹ thuật bảo quản hàng hoá từ khâu nguyên liệu đến các thành phẩm hồn chỉnh

trong kho. Cơng tác tồn trữ là một trong những mắt xích quan trọng của việc đảm
bảo cung cấp thuốc cho ngƣời tiêu dùng với số lƣợng đủ nhất và chất lƣợng tốt nhất,
giảm đến mức tối đa tỷ lệ hƣ hao trong quá trình sản xuất và phân phối thuốc.
Ở nƣớc ta, khí hậu nhiệt đới ẩm là điều kiện không thuận lợi trong công tác
tồn trữ. Điều kiện kho tàng và các trang thiết bị phục vụ cho công tác bảo quản
thuốc chƣa đầy đủ. Bảo quản sẽ giúp cho ngƣời Dƣợc sĩ nắm đƣợc những nguyên
tắc chung nhất trong công tác bảo quản, xuất nhập thuốc, các hàng hoá liên quan
đến thuốc ... nhằm góp phần làm tốt cơng tác chăm sóc và bảo vệ sức khoẻ nhân
dân. Việt Nam nói chung và ngành Dƣợc nói riêng có rất nhiều khó khăn trong việc
xây dựng cơ sở vật chất, trang thiết bị tốt phục vụ cho cơng tác bảo quản thuốc men.
Vì vậy, công tác bảo quản lại càng quan trọng và cần đƣợc quan tâm nhiều
hơn.Trong điều kiện Quốc tế hoá và hội nhập của nền kinh tế nói chung và ngành
Dƣợc nói riêng, thuốc khơng chỉ đƣợc sản xuất và sử dụng trong nƣớc mà còn đƣợc
xuất - nhập khẩu và giao lƣu với nhiều nƣớc khác nhau. Do đó, việc nghiên cứu
đóng gói, bảo quản thuốc cho phù hợp với điều kiện mỗi nƣớc cũng cần đƣợc quan
tâm để đảm bảo thuốc có chất lƣợng tốt khi sử dụng.
1.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ và độ ẩm
1.2.1 Ảnh hƣởng của độ ẩm
a. Khái niệm
Độ ẩm là gì? Chúng ta theo dõi một ví dụ nhƣ sau đây:
Nếu để một cốc nƣớc đá trên bàn, một lúc sau sẽ xảy ra hiện tƣợng một lớp
hơi nƣớc ngƣng tụ. Lớp hơi nƣớc này từ đâu mà ra? Nó chính là từ khơng khí mà ra.
Trên thực tế, trong khơng khí bao giờ cũng tồn tại một lƣợng nƣớc dƣới dạng
hơi. Khi hơi nƣớc ngƣng tụ ở phía ngồi thành cốc lạnh thì nó biến thành nƣớc trơng
thấy đƣợc; tuy rằng ta khơng nhìn thấy hơi nƣớc trong khơng khí. Thật ngữ độ ẩm là
nói mức độ tồn tại của hơi nƣớc trong khơng khí. Trong khơng khí ở bất cứ nơi nào
cũng có hơi nƣớc, kể cả khơng khí trong sa mạc cũng vậy.
Dĩ nhiên nói nhƣ vậy nghĩa là nơi nào cũng có độ ẩm, thế nhƣng độ ẩm ln
10

biến đổi, có những cách diễn tả độ ẩm, trong đó có độ ẩm tuyệt đối và tƣơng đối.
+ Độ ẩm tuyệt đối: là lƣợng hơi nƣớc thực có trong 1m3 khơng khí, đƣợc ký
hiệu là a (g/m3).
+ Độ ẩm tƣơng đối: là tỷ lệ phần trăm giữa độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm cực
đại, ký hiệu là r = a. 100/A (%). Độ ẩm tƣơng đối càng thấp thì khơng khí càng khơ
hanh, ngƣợc lại độ ẩm tƣơng đối càng cao thì khơng khí càng ẩm ƣớt.
Trên thực tế, nếu độ ẩm tƣơng đối r < 30% sẽ rất khô hanh và khi độ ẩm
tƣơng đối r > 70% khơng khí rất ẩm ƣớt.
Độ ẩm cực đại: là lƣợng hơi nƣớc tối đa có thể chứa trong 1 m3 khơng khí ở
nhiệt độ và áp suất nhất định, ký hiệu là A (g/m3). Ở một nhiệt độ và áp suất xác
định, độ ẩm cực đại có giá trị xác định. Nhƣ vậy, độ ẩm cực đại luôn phụ thuộc vào
nhiệt độ và áp suất khơng khí.
Độ ẩm cực đại cho biết khả năng chứa hơi nƣớc của không khí. Thơng
thƣờng ở áp suất nhất định, nhiệt độ càng cao thì độ ẩm cực đại càng lớn và ngƣợc
lại.
Nhiệt độ điểm sƣơng: là nhiệt độ mà độ ẩm tuyệt đối vƣợt q độ ẩm cực đại,
khi đó khơng khí sẽ bão hoà hơi nƣớc và đọng lại tạo thành những giọt nƣớc nhỏ li
ti nhƣ hạt sƣơng. Hiện tƣợng này rất nguy hiểm trong cơng tác bảo quản vì nƣớc dễ
đọng lại trong các bao bì đóng gói, dụng cụ y tế... gây tác động không tốt, hƣ hỏng
đối với thuốc, dụng cụ y tế, đặc biệt là các thuốc kỵ ẩm.
Sự bão hoà hơi nƣớc: là hiện tƣợng xảy ra khi độ ẩm tƣơng đối bằng độ ẩm
cực đại (a = A), khi đó độ ẩm tƣơng đối đạt mức cực đại (r = 100%). Trong trƣờng
hợp không khí đã bão hồ hơi nƣớc, chúng ta khơng thể làm khơ bất kỳ một vật nào
vì khả năng chứa nƣớc của khơng khí đã đạt mức tối đa.
b. Cách tính độ ẩm
Muốn tính độ ẩm, ngƣời ta thƣờng dùng 2 phƣơng pháp sau:
+ Tra bảng tính sẵn
+ Dùng cơng thức tính
11

Cách tính độ ẩm tuyệt đối khi biết độ ẩm tƣơng đối và nhiệt độ, theo công
thức biểu thị độ ẩm tƣơng đối ta có:
r = ×100%
Trong đó:
r: là độ ẩm tƣơng đối đƣợc xác định bằng ẩm kế.
A: là độ ẩm cực đại đƣợc xác định bằng các tra bảng.
a: là độ ẩm tuyệt đối cần tính.
Ví dụ: Dùng ẩm kế ta đo đƣợc độ ẩm không tƣơng đối trong kho là 40%,
nhiệt độ trong kho tại thời điểm đo là 250C. Ta tính độ ẩm tuyệt đối nhƣ sau: Xác
định độ ẩm cực đại A ở 250C bằng cách tra bảng tính sẵn.
Ta có A = 23 g/m3. Áp dụng công thức 2: a = 40 x 23/100 = 9,2 g/m3.
c. Ảnh hƣởng của độ ẩm
Độ ẩm không khí là yếu tố có ảnh hƣởng rất nhiều đến chất lƣợng thuốc và
dụng cụ y tế trong quá trình bảo quản. Độ ẩm khơng khí q cao hay q thấp đều
có ảnh hƣởng khơng tốt.
Ảnh hưởng của độ ẩm cao
+ Độ ẩm cao gây hƣ hỏng các loại thuốc và hoá chất dễ hút ẩm nhƣ: Các
muối kim loại kiềm, kiềm thổ (KI, NaCl, CaCl2…) sẽ bị chảy lỏng, các viên bọc
đƣờng, viên nang sẽ bị chảy dính.
+ Làm vón cục, ẩm mốc thuốc bột.
+ Làm lỗng hay giảm nồng độ một số thuốc, hoá chất nhƣ siro, glycerin, cồn
cao độ, acid sulfuric…
+ Các thuốc tạng liệu nhƣ cao gan, men… bị phá huỷ.
+Độ ẩm cao là điều kiện cho phản ứng thuỷ phân một số thuốc, hoá chất nhƣ
alkaloid có cấu tạo ester, acetylsalicylic…
+ Độ ẩm cao tạo điều kiện cho một số phản ứng hoá học xảy ra và toả nhiệt
rất mạnh nhƣ anhydrid phosphoric (P2O5), Natri dioxyd (Na2O2), Natri, kali kim
loại..

12


+ Làm mất nhanh tác dụng của các kháng sinh, nội tiết tố, vaccin…
+ Làm han gỉ dụng cụ kim loại hoặc tạo điều kiện cho nấm mốc phát triển
trên dụng cụ thủy tinh, cao su, chất dẻo.
+ Làm hƣ hỏng đồ bao gói thuốc nhƣ gây nấm mốc, làm bong rách đồ bao
gói và nhãn, làm hƣ hỏng dƣợc liệu thảo mộc và bông băng gạc..
Ảnh hưởng của độ ẩm thấp
+ Nếu môi trƣờng bảo quản quá khô hanh sẽ làm hỏng một số thuốc và dụng
cụ y tế nhƣ làm cho dụng cụ cao su, chất dẻo bị hƣ hỏng nhanh do hiện tƣợng lão
hoá.
+ Làm cho muối kết tinh bị mất nƣớc (Na2SO3.10H2O, MgSO4.7 H2O,
ZnSO4.7H2O..).
d. Các biện pháp chống ẩm
Nguyên tắc chung là muốn chống ẩm phải áp dụng mọi cách nhằm hạ thấp
lƣợng hơi nƣớc có trong khơng khí. Để bảo quản thuốc và dụng cụ y tế, ngƣời ta
thƣờng áp dụng các biện pháp sau:
Thông gió tự nhiên
Đây là cách làm tiết kiệm nhất, dễ thực hiện nhất và có thể áp dụng rộng
trong cơng tác bảo quản. Tuỳ vào từng hoàn cảnh, điều kiện cụ thể để áp dụng cho
phù hợp. Để thơng gió có hiệu quả, phải có đủ 4 điều kiện sau (điều kiện thơng
gió):
+ Thời tiết phải tốt: phải chọn ngày có thời tiết tốt: nắng ráo, trời quang mây,
gió nhẹ (dƣới cấp 4).
+ Độ ẩm tuyệt đối trong kho lớn hơn độ ẩm tuyệt đối ngoài kho.
rN (Ngoài kho) < rT (Trong kho)
t0N

>

t0T

aN

>

aT

Muốn mở cửa để thơng gió tự nhiên cần chú ý và kiểm tra 3 thông số t0, r, a chỉ
khi nào rT, aT > rN, aN thì mới đảm bảo thơng thống tốt. Riêng đối với máy móc
13


thiết bị bằng kim loại muốn thơng gió chống ẩm phải rựa vào φ là chính. Sau khi thơng
gió, nhiệt độ trong kho không đƣợc chênh lệch quá nhiệt độ yêu cầu cho hàng cần
bảo quản.
Phải ngăn ngừa hiện tƣợng đọng sƣơng sau khi thơng gió bằng cách là chỉ
thơng gió khi nhiệt độ điểm sƣơng của mơi trƣờng có nhiệt độ cao bằng hay nhỏ
hơn nhiệt độ của môi trƣờng có nhiệt độ thấp.
Ví dụ: Nhiệt độ trong kho là 230C, r = 95%. Nhiệt độ ngoài kho là 240C, r =
75%.
Ngồi kho là mơi trƣờng có nhiệt độ cao, tính nhiệt độ điểm sƣơng của mơi
trƣờng ngồi kho là 19,30C. Vậy trƣờng hợp này không bị đọng sƣơng khi thơng
gió vì nhiệt độ điểm sƣơng của mơi trƣờng có nhiệt độ cao nhỏ hơn nhiệt độ của
mơi trƣờng có nhiệt đơ thấp (19,30C < 230C).
Sau khi đã xác định và có đầy đủ 4 điều kiện nêu trên, sẽ tiến hành thơng gió
cho kho theo trình tự sau:
→ Mở cửa cho kho theo hƣớng gió thổi tới.
→ Mở cửa đối diện.

→ Lần lƣợt mở các cửa bên.
Tránh mở tất cả các cửa cùng một lúc vì sẽ gây sự thay đổi nhiệt độ đột ngột.
Thời gian mở cửa thơng gió từ 10 - 15 phút, sau đó phải đóng tất cả các cửa để
tránh sự trao đổi nhiệt độ và độ ẩm với mơi trƣờng bên ngồi.
Thơng gió nhân tạo
Hiện nay, do trình độ phát triển của khoa học công nghệ, ngƣời ta chế tạo
đƣợc nhiều thiết bị chống ẩm hiện đại. Việc sử dụng các thiết bị này có nhiều ƣu
điểm, nhƣng địi hỏi phải đầu tƣ kinh phí mua sắm thiết bị (hệ thống điều hịa khơng
khí, máy sấy, máy lạnh…) và các điều kiện khác nên khó áp dụng rộng rãi.
Dùng chất hút ẩm
Ngồi các phƣơng pháp thơng gió để chống ẩm, ngƣời ta cịn dùng các chất
hút ẩm để chống ẩm. Phƣơng pháp này chỉ đƣợc áp dụng khi bảo quản thuốc trong
14


phạm vi khơng gian bảo quản hẹp nhƣ hịm, tủ, hộp…, khơng áp dụng đƣợc với kho
có khơng gian rộng.
Khi sử dụng chất hút ẩm, phải tìm hiểu về khả năng hút ẩm và phải biết cách
sử dụng hợp lý. Tuỳ theo đối tƣợng bảo quản mà lựa chọn chất hút ẩm thích hợp.
Để chống ẩm thƣờng ngƣời ta đặt thuốc, hố chất hay dụng cụ vào trong hịm,
thùng kín cùng với chất hút ẩm. Lƣợng chất hút ẩm cần dùng tuỳ thuộc vào dung
tích hịm, hộp và độ ẩm cần đạt. Thƣờng dùng 0,28g CaO hay 0,5g Silicagel cho
một lít thể tích khơng khí.
Thuốc viên, thuốc bột, dụng cụ quang học có thể dùng chất hút ẩm nhƣ
silicagel. Lƣợng chất hút ẩm phải đƣợc tính trƣớc để tạo mơi trƣờng bảo quản thích
hợp.
Các chất hút ẩm thƣờng dùng:
+ Calci oxyd (CaO) hay vôi sống: là một trong những chất hút ẩm hay đƣợc
dùng để chống ẩm vì CaO có một số ƣu điểm là rẻ tiền, dễ kiếm, khả năng hút ẩm
mạnh. Khả năng hút ẩm của CaO là 30% so với khối lƣợng của nó. Nhƣợc điểm của

CaO là sau khi hút ẩm sẽ tăng thể tích 3 lần, dễ bay bụi, toả nhiệt và có thể phản
ứng với một số thuốc, gây ăn mòn kim loại.
+ Silicagen (keo thuỷ tinh): có hình thù và màu sắc khác nhau, khả năng hút
ẩm phụ thuộc vào cách sản xuất và độ tinh khiết của nguyên liệu. Thƣờng khả năng
hút ẩm của silicagel từ 10- 30% so với khối lƣợng của nó. Để phân biệt khi nào
silicagel đã hút no nƣớc phải dùng chỉ thị màu để nhuộm vào silicagel. Nhờ sự
chuyển màu của chỉ thị nên dễ dàng xác định đƣợc khả năng hút ẩm của silicagel.
Ví dụ: Khi silicagel có màu xanh, độ ẩm của mơi trƣờng là 50%. Khi silicagel
có màu tím, độ ẩm của mơi trƣờng là 60%. Khi silicagel có màu hồng, độ ẩm của
mơi trƣờng là 70%. Có thể phục hồi khả năng hút ẩm của silicagel sau khi đã no hơi
ẩm. Đây là chất hút ẩm lý tƣởng và tiện lợi nhất vì có nhiều ƣu điểm nhƣ sạch, có
thể phục hồi sau khi đã sử dụng nên rất kinh tế.
+ Calci clorid khan: là chất hút nƣớc rất mạnh và có toả nhiệt khi hút ẩm, khả
năng hú ẩm từ 100 - 250%. Sau khi hút ẩm, calci clorid chuyển thành thể lỏng.
15


Nhƣợc điểm của nó là dễ ăn mịn kim loại, dễ phản ứng với thuốc.
Tăng nhiệt độ khơng khí
Khi nhiệt độ tăng thì khả năng chứa ẩm của khơng khí cũng tăng làm cho
hơi ẩm từ thuốc chuyển vào không khí. Thực tế việc phơi sấy chống ẩm là dựa trên
khả năng này của khơng khí. Thực nghiệm cho thấy muốn làm giảm độ ẩm tƣơng
đối xuống 65% thì phải tăng nhiệt độ nhƣ sau:
Nếu độ ẩm ban đầu là 100% thì phải tăng nhiệt độ lên70C. Nếu độ ẩm ban đầu là
90% thì phải tăng nhiệt độ lên 60C. Nếu độ ẩm ban đầu là 80% thì phải tăng nhiệt độ lên
40C. Nếu độ ẩm ban đầu là 70% thì phải tăng nhiệt độ lên 20C. Biện pháp hạ thấp độ
ẩm này có thể áp dụng vào mùa rét cho các kho lớn và các hòm, tủ. Để tăng nhiệt
độ cho kho có thể dùng các thiết bị toả nhiệt nhƣ lị sƣởi, bếp điện, bóng điện, điều
hịa…
1.2.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ

Đối với thuốc và dụng cụ y tế, bảo quản trong điều kiện nhiệt độ quá cao
hay q thấp đều có ảnh hƣởng khơng tốt. Tuy nhiên, nhiệt độ cao thƣờng có tác
hại nhiều hơn.
a.Tác hại của nhiệt độ cao
Về phƣơng diện vật lý: Nhiệt độ cao làm mất nƣớc, kết tinh một số hoá chất
và làm bốc hơi một số thuốc ở thể lỏng dễ bay hơi hay hoá chất bị thăng hoa nhƣ
cồn, ether, tinh dầu, long não… Nhiệt độ cao làm hƣ hỏng một số loại thành phẩm
nhƣ cồn thuốc, cao thuốc, thuốc tạng liệu, thuốc viên, vaccin, kháng sinh…
Về phƣơng diện hoá học: Nhiệt độ cao làm cho tốc độ của một số phản ứng
hoá học xảy ra nhanh hơn. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi nhiệt độ tăng lên 10 0C
thì tốc độ phản ứng phân huỷ thuốc tăng lên từ 2- 4 lần.
Về phƣơng diện sinh vật: Khi nhiệt độ trên 200C và độ ẩm cao là điều kiện để
vi khuẩn, nấm mốc phát triển làm hƣ hỏng thuốc và dụng cụ y tế. Ví dụ: Siro và
các thuốc có đƣờng bị chua do lên men, dƣợc liệu thảo mộc bị mốc meo và vụn nát;
các đồ bao gói bằng vải, giấy dễ bị mủn nát, hƣ hỏng; các dụng cụ bằng kim loại dễ
16


bị han gỉ và hƣ hỏng nhanh.
b.Tác hại của nhiệt độ thấp
Trong q trình bảo quản, nhiệt độ mơi trƣờng bảo quản quá thấp cũng là
yếu tố làm hƣ hỏng một số thuốc nhƣ: các loại thuốc ở dạng nhũ tƣơng dễ bị tách
lớp, một số thuốc tiêm dễ bị kết tủa (Cafein, calci gluconat), dụng cụ cao su, chất
dẻo bị cứng giịn.
c.Các biện pháp chống nóng cho kho thuốc
Thơng gió để chống nóng
Nguyên tắc: Căn cứ vào nhiệt độ trong kho và ngoài kho, nếu nhiệt độ trong
kho lớn hơn nhiệt độ ngồi kho thì có thể tiến hành thơng gió để làm giảm nhiệt độ
trong kho, nhƣng cần chú ý đến yếu tố độ ẩm.
Ngƣời ta có thể áp dụng biện pháp chống nóng bằng cách ngăn khơng để

nắng chiếu trực tiếp vào thuốc bằng các vật liệu cách nhiệt nhƣ chiếu cói, rơm rạ, cỏ
khơ, phên, rèm … để che chắn trần, cửa kho để chống nóng, bảo vệ thuốc và dụng cụ.
Chống nóng bằng máy
Đây là biện pháp có nhiều ƣu điểm và chủ động hơn cả. Nếu có điều kiện
trang bị máy điều hồ nhiệt độ để bảo quản một số thuốc dễ hỏng ở nhiệt độ cao
hoặc sử dụng tủ lạnh, kho lạnh để bảo quản một số thuốc dễ hỏng ở nhiệt độ
thƣờng.
Các biện pháp khác
Có thể để nƣớc đá trong kho khi quá nóng, biện pháp này có nhƣợc điểm là
làm tăng độ ẩm trong kho nên không áp dụng với các kho chứa các thuốc dễ bị hỏng
bởi ẩm.
1.3. Giải pháp
Nhƣ vậy công tác bảo quản thuốc cần những điều kiện mơi trƣờng nghiêm
ngặt về nhiệt độ và độ ẩm, chính vì vậy mà cần có hệ thống giám sát và điều khiển
để kịp thời điều chỉnh khi có sự thay đổi nhiệt độ và độ ẩm vƣợt ra ngoài giới hạn
trên và giới hạn dƣới cho phép, đồng thời hệ thống giám sát nhanh chóng phát tín
hiệu thơng báo và báo động thơng qua âm thanh, ánh sáng, tín nhắn điện thoại tùy
17


vào mức độ vƣợt quá của nhiệt độ và độ ẩm để nhân viên trực kịp thời xử lý.
Qua khảo sát ở một số đơn vị phần lớn các kho bảo quản thuốc có các thiết bị
hỗ trợ theo dõi nhiệt độ và độ ẩm trong kho bảo quản thuốc chƣa có hệ thống nhƣ
các thiết bị đo, hiển thị và cảnh báo tại chỗ, quản lý thủ công qua ghi chép: Cán bộ
quản lý kho hoặc trực ghi chép theo thời gian biểu đặt sẵn, việc này dẫn đến không
giám sát đƣợc các thay đổi đột biến các tham số trong quá trình bảo quản mà chỉ
giám sát đƣợc tại các thời điểm ghi chép.
Để giải quyết những vấn đề liên quan đến việc bảo quản kho thuốc, tác giả
tiến hành nghiên cứu xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển các tham số mội
trƣờng cụ thể nhiệt độ và độ ẩm, thực hiện xây dựng cấu hình phấn cứng thu thập

kết quả các module đơn lẻ tại các kho thuốc về trung tâm, tại trung tâm thực hiện
các nhiệm vụ sau:
+ Thu thập đƣợc dữ liệu từ nhiều vị trí kho khác nhau.
+ Theo dõi nhiệt độ độ ẩm tại thời điểm hiện tại: hiển thị giá trị nhiệt độ và
độ ẩm lên trên màn hình trung tâm dạng hiển thị số và đồ thị.
+ Cảnh báo thơng qua âm thanh (cịi, loa), anh sáng (đèn báo động), tin nhắn
điện thoại đến ngƣời có liên quan nếu phát hiện các tham số nhiệt độ và độ ẩm lệch
khỏi ngƣỡng an toàn.
+ Lƣu trữ dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm liên tục theo thời gian.
+ Tính tốn đƣa ra các số liệu mang tính chất thống kê sự thay đổi tham số
môi trƣờng nhƣ: giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất, giá trị trung bình của nhiệt độ và
độ ẩm theo ngày, ca trực...
+ Hỗ trợ xuất file báo cáo.
Kết luận chƣơng 1:
Chƣơng 1 tác giả trình bày những nội dung cơ bản về bảo quản thuốc; ảnh
hƣởng của nhiệt độ và độ ẩm đến chất lƣợng thuốc, đặt ra vấn đề cần thiết phải theo
dõi, giám sát nhiệt độ và độ ẩm kho bảo quản thuốc, từ đó tác giả nêu ra giải pháp
xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển các tham số môi trƣờng trong kho bảo
quản thuốc.
18


CHƢƠNG 2
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN CỨNG HỆ THỐNG
2.1 Cấu hình phần cứng hệ thống
Để hệ thống thực hiện đƣợc những chức năng nhiệm vụ nêu ra trong phần
giải pháp ở chƣơng 1, tác giả đề xuất cấu hình phần cứng nhƣ hình 2.1.

Hình 2.1: Sơ đồ cấu hình phần cứng hệ thống
Theo sơ đồ cấu hình phần cứng hệ thống nhƣ hình 2.1 cho phép hệ thống

quản lý và giám sát tham là nhiệt độ và độ ẩm ở nhiều kho khác nhau. Tại mỗi kho
có thể bố trí một hoặc nhiều cảm biến ở các vị trí khác nhau trong kho. Giao thức
truyền thông Modbus RS485 với những ƣu điểm của nó đƣợc lựa chọn để kết nối
giữa máy tính trung tâm với các cảm biến bố trí ở các kho.
Máy tính trung tâm sẽ thu nhận, phân tích và xử lý dữ liệu để thực hiện các
chức năng: Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm lên màn hình trung tâm; cảnh báo khi phát hiện
tín hiệu ở ngồi dải cho phép thông qua ánh sáng(đèn báo động), âm thanh, tin
nhắn; lƣu dữ liệu, tổng hợp báo cáo,...
Sau khi xây dựng cấu hình phần cứng nhƣ trên, tác giả lựa chọn các thiết bị
phù hợp, đảm bảo tính ổn định của hệ thống: Cảm biến nhiệ độ và độ ẩm THD –
19


Autonic; Bộ chuyển đổi SCM – 38I (Rs485 – Rs232); Cáp Usb to Com; Máy tính.
2.2 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm TDH - Autonics
Hệ thông sử dụng cảm biến THD model DD1-T của hãng Autonics là cảm
biến nhiệt độ và độ ẩm hiển thị trên led 7 thanh

Hình 2.2 Cảm biến THD-DD1-T
2.2.1 Đặc điểm chung
+ Thiết kế nhỏ gọn.
+ Tích hợp cảm biến nhiệt độ / độ ẩm.
+ Hiển thị LED 7 đoạn.
+ Nguồn vào 24VDC, giao tiếp RS485.
+ Dải đo nhiệt độ/độ ẩm -19.9 ~ 60 °C / 0.0~90%.
+ Tốc độ truyền thông: 115200bps.
2.2.2 Giao tiếp cảm biến TDH-DD1-T
a. Thứ tự kiểm sốt truyền thơng với cảm biến TDH-DD1-T
+ Phƣơng pháp truyền thông là Modbus RTU.
+ Sau 0.5 giây, đƣợc cung cấp năng lƣợng vào hệ thống chủ, nó có thể bắt

đầu giao tiếp.
+ Giao tiếp ban đầu đƣợc bắt đầu bằng hệ thống chủ. Khi một lệnh xuất hiện
từ hệ thống chủ, THD-DD1-T sẽ hồi đáp lại.
b. Gửi lệnh điều khiển
Gửi lệnh điều khiển tới cảm biến qua các bit thể thiện nhƣ sau:
20


Address code

Command

Start address

Number of data

CRC16

Calculation range of CRC16

+ Address code : Mã địa chỉ này để xác định nhiệt độ và độ ẩm theo hệ thống
master và có thể đặt trong khoảng từ 00 đến 31.
+ Command: Đọc lệnh cho đăng ký đầu vào Start address: Địa chỉ bắt đầu
của thanh ghi đầu vào để đọc (Start address). Nó có sẵn để chọn 0000 và 0001 để
bắt đầu địa chỉ. Dữ liệu 16 bit trong địa chỉ 0000 cho biết giá trị nhiệt độ, dữ liệu 16
bit tại địa chỉ 0001 cho thấy giá trị độ ẩm.
+ Number of data: Số lƣợng dữ liệu 16 bit từ địa chỉ bắt đầu (Số lƣợng
điểm). Khi địa chỉ bắt đầu là 0000, nó cho phép đọc 2 dữ liệu trên 16 bit, hoặc khi
bắt đầu địa chỉ là 0001, nó cho phép đọc 1 dữ liệu trên 16 bit dữ liệu.
+ CRC16: Kiểm tra tồn bộ khung và nó đƣợc sử dụng để truyền / nhận và

kiểm tra lỗi giữa máy phát và máy thu.
c. Sự hồi đáp của TDH-DD1-T
Address
code

Command

Number of
Temperature
data
data
Calculation range of CRC16

Humidity data

CRC16

+ Address code: Mã địa chỉ này để nhận dạng, xác định nhiệt độ và độ ẩm
của sensor và cho phép kết nối trong dải từ 00 đến 31.
+ Command: Sự đáp ứng cho việc đọc lệnh vào trong thanh ghi.
+ Number of data: Số dữ liệu 8bit đƣợc gửi từ địa chỉ bắt đầu(số byte). Khi
bắt đầu bằng địa chỉ là 0000, nó cho phép đọc 4 trên 8bit dữ liệu 1 lần, hoặc khi địa
chỉ bắt đầu là 0001 nó cho phép đọc 2 trên 8bit dữ liệu.
+ Temperature data: Có giá trị 16bit. Lấy giá trị nhiệt độ từ Sensor trả về
chia cho 100 để ra giá trị nhiệt độ C thực.
Ví dụ: Khi dữ liệu nhận được từ Sensor là 0x09B0, giá trị decimal là 2480,
vậy giá trị nhiệt độ là 2480/100 = 24.80 C.
+ Humidity data: Có giá trị 16bit. Lấy giá trị độ ẩm từ Sensor trả về chia cho
21

100 để ra giá trị độ ẩm thực.
Ví dụ: Mã nhận về từ Sensor là 0x0B68 có giá trị 2920, thì độ ẩm là
2920/100 = 29.2%.
+ CRC16: Kiểm tra lỗi trên đƣờng truyền.
2.3 Giao thức MODBUS – RTU
MODBUS do Modicon (hiện nay thuộc Schneider Electric) phát triển năm
1979, là một phƣơng tiện truyền thông với nhiều thiết bị thông qua một cặp dây
xoắn đơn, ban đầu, nó hoạt động trên RS232, nhƣng sau đó nó sử dụng cho cả
RS485 để đạt tốc độ cao hơn, khoảng cách dài hơn và nhiều slave trên một bus
truyền. MODBUS đã nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn thơng dụng trong ngành tự
động hóa.
MODBUS là một hệ thống “Master - Slave”, Master đƣợc kết nối với một
hay nhiều Slave. Master thƣờng là một PC, PLC, DCS, hay RTU. Slave MODBUS
RTU thƣờng là các thiết bị hiện trƣờng. Khi một Master MODBUS RTU muốn có
thơng tin từ thiết bị Slave, Master sẽ gửi một thông điệp về dữ liệu cần, tóm tắt dị
lỗi tới địa chỉ thiết bị Slave. Mọi thiết bị khác trên mạng sẽ nhận thơng điệp này
nhƣng chỉ có thiết bị nào đƣợc chỉ định mới có phản ứng. Các thiết bị Slave trên
mạng MODBUS không thể tạo ra kết nối, chúng chỉ có thể phản ứng. Nói cách
khác, Slave sẽ gửi data về cho Master chỉ khi Master có yêu cầu.
Ba phiên bản MODBUS phổ biến nhất đƣợc sử dụng ngày nay là:
+ MODBUS ASCII.
+ MODBUS RTU.
+ MODBUS/TCP.
Tất cả thông điệp đƣợc gửi dƣới cùng một format. Sự khác nhau duy nhất
giữa 3 loại MODBUS là cách thức thông điệp đƣợc mã hóa. Với MODBUS ASCII,
mọi thơng điệp đƣợc mã hóa bằng hexadecimal, sử dụng đặc tính ASCII 4 bit. Đối
với mỗi một byte thơng tin, cần có 2 byte truyền thơng, gấp đôi so với MODBUS
RTU hay MODBUS/TCP. MODBUS ASCII chậm nhất trong 3 giao thức trên,
nhƣng lại thích hợp với modem điện thoại hay kết nối sử dụng sóng radio do ASCII

22


sử dụng các tính năng phân định thơng điệp. Do tính năng phân định này, mọi rắc
rối trong phƣơng tiện truyền dẫn sẽ không làm thiết bị nhận dịch sai thông tin. Điều
này quan trọng khi đề cập đến các modem chậm, điện thoại di động, kết nối ồn hay
các phƣơng tiện truyền thơng khó tính khác. Đối với MODBUS-RTU, dữ liệu đƣợc
mã hóa theo hệ nhị phân và chỉ cần một byte truyền thông cho một byte dữ liệu.
Đây là thiết bị lí tƣởng đối với RS232 hay mạng RS485 đa điểm, tốc độ baud từ
1200 đến 115.200. Tốc độ baud phổ biến nhất là 9600 đến 19200. MODBUS-RTU
là giao thức công nghiệp đƣợc sử dụng rộng rãi nhất. MODBUS/TCP đơn giản là
MODBUS qua Ethernet. Thiết bị Master không kết nối trực tiếp với các thiết bị
Slave, thay vào đó các địa chỉ IP đƣợc sử dụng. Với MODBUS/TCP, dữ liệu
MODBUS đƣợc tóm lƣợc đơn giản trong một gói TCP/IP. Do đó, bất cứ mạng
Ethernet hỗ trợ MODBUS/IP sẽ có hỗ trợ MODBUS/TCP.
2.3.1 Nguyên tắc hoạt động của MODBUS RTU
Để kết nối với Slave, Master sẽ gửi một thông điệp bao gồm các trƣờng dữ
liệu sau:
+ Địa chỉ thiết bị: là một con số từ 0 đến 247. Thông điệp đƣợc gửi tới địa chỉ
0 (truyền thơng điệp) có thể đƣợc tất cả các thiết bị Slave chấp nhận, nhƣng các con
số từ 1-247 là các địa chỉ của các thiết bị cụ thể. Một Slave luôn phản ứng với một
thơng điệp MODBUS do đó Master sẽ biết rằng thông điệp đã đƣợc nhận.
+ Mã chức năng: dùng để xác định yêu cầu mà Master yêu cầu Slave thực
hiện nhƣ đọc dữ liệu, chấp nhận dữ liệu, thông báo trạng thái .v.v… Mã chức năng
là từ 1 – 255. Một số mã chức năng cịn có các mã chức năng phụ.
+ Dữ liệu: để xác định địa chỉ trong bộ nhớ thiết bị hay chứa các giá trị dữ
liệu đƣợc viết trong bộ nhớ thiết bị hay chứa các thông tin cần thiết khác mang chức
năng nhƣ yêu cầu.
+ Giá trị kiểm tra lỗi (CRC): là giá trị 16 bit dùng để kiểm tra lỗi trong quá
trình truyền nhận. CRC đƣợc Master tạo ra và thiết bị tiếp nhận kiểm tra. Nếu giá trị

CRC không thỏa mãn, thiết bị địi hỏi truyền lại thơng điệp này.
Khi Slave thực hiện các chức năng theo u cầu, nó sẽ gửi thơng điệp cho
23