Xây dựng ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm môn máy điện cho hệ cao đẳng tại trường Đại học Công nghiệp Việt Hung

B

GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ N I
****************
  

BÙI VĂN THÊM

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MẠNG DI Đ NG CHO VIỆC
GIÁM SÁT CÁC THAM SỐ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Hà N i, tháng 5 - 2012


M

Đ U

Trong th i đại hiện nay, bảo vệ và phát triển môi trư ng là một vấn đề vô
cùng cấp thiết, đang được sự quan tâm hàng đầu c a nhiều quốc gia trên thế giới
cũng như c a nước ta nhằm đối phó với tình trạng mơi trư ng sống trên trái đất
đang ngày càng xuống cấp, ảnh hư ng lớn đến cuộc sống hàng ngày. Để con ngư i
trên trái đất tồn tại và phát triển một cách bền vững, thì mơi trư ng sống c a con
ngư i cần phải được bảo vệ. Nếu chất lượng c a mơi trư ng sống bị giảm sút thì
con ngư i sẽ bị ảnh hư ng ngay và nếu chất lượng c a môi trư ng sống giảm đến
một m c độ nguy hiểm thì có thể dẫn đến các hiểm hoạ khơng thể lư ng được. Vì

thế, việc bảo vệ môi trư ng sống luôn là vấn đề quan trọng và cấp thiết c a nhân
loại trong quá trình sống và phát triển c a mình.
Để bảo vệ và phát triển mơi trư ng sống thì việc giám sát và đánh giá các
tham số môi trư ng là vấn đề vô cùng quan trọng. Môi trư ng sống bao gồm nhiều
yếu tố như đất, nước, khơng khí, áp suất, ánh sáng… Đã có có nhiều hệ thống đo
đạc được xây dựng để giám sát, đo đạc và đánh giá các tham số môi trư ng. Trong
các các hệ thống đo đạc, phổ biến nhất và cũng được ng dụng nhiều nhất là đo đạc
các tham số liên quan đến th i tiết, cụ thể như đo nhiệt độ, đo độ ẩm, đo tốc độ gió,
đo điểm đọng sương… Trong các tham số này thì nhiệt độ là một tham số khá quan
trọng, hơn nữa các loại cảm biến đo nhiệt độ thư ng có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ,
có độ chính xác cao và giá thành thấp hơn so với các loại cảm biến đo độ ẩm hay
cảm biến đo tốc độ gió. Ngồi ra, trong cuốc sống hiện đại, thông tin liên lạc là vấn
đề được quan tâm và được chú trọng phát triển. Các ng dụng c a kỹ thuật thông tin
liên lạc vào kinh tế, sản xuất ngày càng nhiều. Trong th i gian gần đây, dưới sự
phát triển không ngừng c a khoa học kỹ thuật, mạng điện thoại di động không
ngừng lớn mạnh và phổ biến

hầu hết các quốc gia trên thế giới đặc biệt là mạng di

động GSM. Mạng GSM có các ưu điểm nổi bật như là chất lượng tốt, giá thành rẻ,
kết nối tốt… do đó mạng GSM ngày càng giữ vị trí quan trọng và được sử dụng rất

Trang 1


nhiều trong cuộc sống. Mạng GSM có nhiều tiện ích như kết nối các thiết bị di
động, hỗ trợ gửi tin nhắn, truy cập Internet qua dịch vụ GPRS… Việc ng dụng
mạng GSM vào các hệ thống đo đạc, điều khiển là một vấn đề đang được quan tâm
và được phát triển

nhiều nơi. Dựa trên các nhận xét này, em đã tìm hiểu thiết bị

GSM và cảm biến đo nhiệt độ và xây dựng đề tài: “Ứng d ng công ngh m ng di
đ ng cho vi c giám sát các tham s môi tr

ng”. Trong đề tài này, tham số nhiệt

độ sẽ đại diện cho các tham số khác c a mơi trư ng (tốc độ gió, khơng khí, hơi
nước, điểm đọng sương…). Hệ thống này có thể ng dụng nhiều trong thực tế như
giám sát nhiệt độ trong các phịng thí nghiệm, giám sát nhiệt độ trong nhà kho,
trong phòng bảo quản thực phẩm, phòng bảo quản thuốc, phịng máy… Ngồi ra, hệ
thống cịn có thể được m rộng hơn bằng cách tích hợp các cảm biến, thiết bị khác,
do đó hệ thống có thể m rộng được phạm vi ng dụng. Hệ thống được xây dựng
dựa trên cơng nghệ mạng GSM, do đó ngồi các tính năng đo đạc, hệ thống cũng có
một số ch c năng giống như các thiết bị mobile thông thư ng t c là có thể gửi tin
nhắn, xem tin nhắn…
Để xây dựng được đề tài này, em đã nhận được sử quan tâm, ng hộ, giúp đỡ
c a rất nhiều ngư i. Trước hết, em xin gửi l i cảm ơn chân thành tới thầy giáo
hướng dẫn PGS.TS Nguy n Vĕn Đ c, thầy đã hướng dẫn em rất nhiêt tình, rất đầy
đ về mặt kiến th c, kỹ thuật chuyên môn, chỉ dạy các bài học kinh nghiệm quý báu
đồng th i chỉ ra cho em nhiều định hướng, ý tư ng, các phương pháp tiếp cận và
thực hiện đề tài, thầy cũng tạo mọi điều kiện tốt nhất về mặt thiết bị, địa điểm làm
việc để em có thể hoàn thành tốt đề tài. Em xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo
trong khoa, các thầy cô đã truyền dạy cho chúng em những kiến th c vô cùng quý
báu, từ các kiến th c nền tảng đó mà em có thể giải quyết được các vấn đề. Cũng
chân thành cảm ơn các anh em, các bạn những ngư i đã khuyến khích, ng hộ,
động viện, giúp đỡ để em có thể thực hiện tốt đề tài.
Hà Nội, tháng 5 năm 2012
Bùi Văn Thêm

Trang 2


TÓM T T LUẬN VĂN

Luận văn nghiên c u các vấn đề liên quan đến việc ng dụng công nghệ
mạng di động cho việc giám sát các tham số môi trư ng, giới thiệu các thiết bị
GSM, các thiết bị đo đạc, giao tiếp với các thiết bị ngoại vi, các thiết bị lưu trữ, thiết
bị cảnh báo, tìm hiểu cơ chế hoạt động c a thiết bị, các ý tư ng thiết kế, các thuật
giải, cách tổ ch c, cách xây dựng các hệ thống đo đạc.
Chương 1:
Trong chương này sẽ giới thiệu về hệ thống, cấu trúc c a hệ thống, sơ đồ
khối, các thành phần c a hệ thống, nguyên tắc hoạt động, ch c năng c a hê thống.
Chương 2
Khối xử lý dữ liệu, giới thiệu vi điều khiển PSoC, thiết bị hiển thị, cảnh báo
và lưu trữ dữ liệu, sơ đồ khối, sơ đồ kết nối
Chương 3:
Khối đo đạc và lấy dữ liệu, giới thiệu vi điều khiển AVR, giới thiệu cảm biến
đo nhiệt độ, giới thiệu ma trận bàn phím, thuật tốn qt tín hiệu, sơ đồ kết nối.
Chương 4:
Module GSM, giới thiệu về module GSM, các tập lệnh AT, chuẩn giao tiếp,
cách hoạt động, sơ đồ kết nối.
Chương 5:
Giao tiếp với máy tính PC, giới thiệu chuẩn RS232, cách giao tiếp với máy
tính. Giới thiệu phần mềm trên máy tính PC.
Chương 6:
Kết luận, khả năng ng dụng c a đề tài, những ưu điểm, nhưng hạn chế c a
đề tài, hướng phát triển c a đề tài.

Trang 3

MỤC LỤC

M

Đ U ....................................................................................................................1

TÓM T T LUẬN VĂN ............................................................................................3
MỤC LỤC..................................................................................................................4
DANH SÁCH CÁC HÌNH V .................................................................................8
DANH SÁCH CÁC B NG BI U..........................................................................12
DANH SÁCH CÁC T

VI T T T ......................................................................13

CHƯ NG 1. GI I THIỆU V HỆ THỐNG.......................................................14
1.1

ng dụng c a hệ thống..................................................................................15

1.2. Cấu trúc c a hệ thống ...................................................................................16
1.3 Nguyên tắc hoạt động c a hệ thống ..............................................................16
1.4 Ch c năng c a hệ thống ................................................................................18
CHƯ NG 2. KHỐI XỬ LÝ D

LIỆU .................................................................21

2.1 Vi điều khiển PSoC .......................................................................................22
2.1.1 Giới thiệu chung....................................................................................22

2.1.2 Các thanh ghi ........................................................................................27
2.1.2.1 Thanh ghi c .................................................................................28
2.1.2.2 Thanh ghi ch a .............................................................................28
2.1.2.3 Thanh ghi chỉ số ...........................................................................28
2.1.2.4 Thanh ghi con trỏ Stack................................................................28
2.1.2.5 Thanh ghi bộ đếm chương trình ...................................................29
2.1.3 Ngắt trong PSoC ...................................................................................29
2.1.4 Các cổng vào ra.....................................................................................31
2.2 LCD ...............................................................................................................32
2.2.1 Giới thiệu ..............................................................................................32
2.2.2 Các thanh ghi ........................................................................................35
2.2.3 C báo bận BF ......................................................................................36

Trang 4


2.2.4 Bộ đếm địa chỉ AC................................................................................36
2.2.5 Vùng RAM hiển thị DDRAM...............................................................37
2.2.6 Vùng ROM ch a kí tự CGROM...........................................................37
2.2.7 Sơ đồ kết nối .........................................................................................39
2.3 Kết nới với Status LED .................................................................................39
2.3.1 Ch c năng c a các LED........................................................................39
2.3.2 Sơ đồ kết nối .........................................................................................41
2.4 Alarm .............................................................................................................42
2.4.1 Thiết bị Alarm.......................................................................................42
2.4.2 Sơ đồ kết nối .........................................................................................43
2.5. Nguồn (Power) .............................................................................................43
2.6 Thẻ nhớ SD Card ...........................................................................................45
2.6.1 Giới thiệu chung....................................................................................45
2.6.2 Sơ đồ kết nối................................................................................................. 48

CHƯ NG 3. KHỐI ĐO ĐẠC VÀ L Y D

LIỆU..............................................49

3.1 Vi điều khiển AVR ........................................................................................50
3.1.1 Giới thiệu chung....................................................................................50
3.1.2 Kiến trúc c a vi điều khiển AVR..........................................................53
3.1.3 Các tệp thanh ghi...................................................................................56
3.1.4 Khối số học LOGIC ..............................................................................57
3.1.5 Bộ nhớ vào ra ........................................................................................57
3.1.6 Thanh ghi trạng thái ..............................................................................57
3.2 Ma trận bàn phím (key matrix)......................................................................58
3.2.1 Bàn phím ...............................................................................................58
3.2.2 Sơ đồ kết nối .........................................................................................59
3.3 Keyboard .......................................................................................................60
3.3.1 Chuẩn PS/2............................................................................................60
3.3.2 Sơ đồ kết nối .........................................................................................64
3.4 Cảm biến nhiệt DS18B20 ..............................................................................65

Trang 5


3.4.1 Giới thiệu về cảm biến nhiệt DS18B20 ................................................65
3.4.2 Một sơ tính năng c a cảm biến nhiệt DS18B20 ...................................66
3.4.3 Sơ đồ kết nối .........................................................................................67
CHƯ NG 4. MODULE GSM ...............................................................................68
4.1 Giới thiệu chung về mạng GSM....................................................................68
4.2 Module Q26...................................................................................................70
4.2.1 Giới thiệu chung…................................................................................71
4.2.2 Các chuẩn giao tiếp ...............................................................................72

4.2.3 Tập lệnh AT ..........................................................................................77
4.2.3.1 Giới thiệu......................................................................................77
4.2.3.2 Các câu lệnh AT thông dụng........................................................78
4.2.4 Một số sản phẩm khác...........................................................................81
CHƯ NG 5. GIAO TI P V I MÁY TÍNH PC..................................................84
5.1 Chuẩn RS232.................................................................................................85
5.1.1 Giới thiệu ..............................................................................................85
5.1.2 Vài nét về nguồn gốc ............................................................................85
5.1.3 Các m c điện áp....................................................................................86
5.1.3.1 Các m c điện áp đư ng truyền.....................................................86
5.1.3.2 Các đặc trưng khác .......................................................................87
5.1.4 Đầu nối trên máy tính PC......................................................................87
5.1.5 Q trình truyền dữ liệu ........................................................................89
5.1.5.1 Truyền dữ liệu ..............................................................................89
5.1.5.2 Tốc độ Baud .................................................................................90
5.1.5.3 Bit chẵn lẻ (parity bit)...................................................................90
5.2 Phần mềm trên máy tính PC..........................................................................91
5.2.1 Giới thiệu về phần mềm........................................................................91
5.2.2 Sử dụng phần mềm ...............................................................................92
5.3 Cấu trúc các khung dữ liệu ............................................................................94

Trang 6


5.3.1 Cấu trúc khung dữ liệu mà hệ thống gửi lên máy tính PC....................94
5.3.2 Cấu trúc khung dữ liệu mà máy tính PC gửi tới hệ thống ....................95
CHƯ NG 6. K T LUẬN.......................................................................................98
6.1 Kết luận..........................................................................................................98
6.2 Hướng phát triển đề tài ..................................................................................99
TÀI LIỆU THAM KH O ....................................................................................100

Trang 7


DANH SÁCH CÁC HÌNH V
Hình 1.1 Sơ đồ khối c a hệ thống............................................................................. 16
Hình 1.2 Sơ đồ kết nối hệ thống ............................................................................... 20
Hình 2.1 Khối xử lý dữ liệu ...................................................................................... 21
Hình 2.2 Chip PSoC 29466....................................................................................... 23
Hình 2.3 Kiến trúc c a chip PSoC ............................................................................ 25
Hình 2.4 Phần mềm PSoC Designer ......................................................................... 26
Hình 2.5 Các thanh ghi c a CPU .............................................................................. 27
Hình 2.6 Thanh ghi c ............................................................................................... 28
Hình 2.7 Thanh ghi ch a........................................................................................... 28
Hình 2.8 Thanh ghi chỉ số ......................................................................................... 28
Hình 2.9 Thanh ghi con trỏ ....................................................................................... 28
Hình 2.10 Thanh ghi bộ đếm chương trình............................................................... 29
Hình 2.11 Bảng vector ngắt ...................................................................................... 30
Hình 2.12 Các thanh ghi vào ra................................................................................. 31
Hình 2.13 LCD 16x2................................................................................................. 33
Hình 2.14 LCD 20x4................................................................................................. 33
Hình 2.15 LCD 40x4................................................................................................. 33
Hình 2.16 LCD Đồ họa ............................................................................................. 34
Hình 2.17 Bảng mã hóa............................................................................................. 38
Hình 2.18 Sơ đồ kết nối ............................................................................................ 39
Hình 2.19 Status LED ............................................................................................... 40
Hình 2.20 Kết nối với Status LED ............................................................................ 41
Hình 2.21 Kết nối với LED Connector ..................................................................... 41
Hình 2.22 Một số thiết bị Alarm ............................................................................... 42
Hình 2.23 Sơ đồ kết nối thiết bị Alarm..................................................................... 43

Hình 2.24 Nguồn 5 V ................................................................................................ 43

Trang 8


Hình 2.25 Nguồn 4.1 V ............................................................................................. 44
Hình 2.26 Nguồn 3.3 V ............................................................................................. 44
Hình 2.27 Thẻ nhớ SD Card...................................................................................... 45
Hình 2.28 Thẻ nhớ Micro SD Card........................................................................... 46
Hình 2.29 Một số loại thẻ nhớ và Adapter đi kèm.................................................... 46
Hình 2.30 Th tự chân c a một số loại thẻ nhớ........................................................ 47
Hình 2.31 Giao tiếp với thẻ nhớ dùng nguồn 3.3 V.................................................. 47
Hình 2.32 Giao tiếp với thẻ nhớ dùng nguồn 5 V..................................................... 48
Hình 2.33 Sơ đồ kết nối với thẻ nhớ ......................................................................... 48
Hình 3.1 Sơ đồ khối đo đạc và lấy dữ liệu................................................................ 49
Hình 3.2 Một số loại chip AVR ................................................................................ 50
Hình 3.3 Sơ đồ chân chip ATmega16....................................................................... 51
Hình 3.4 Kiến trúc chip AVR ................................................................................... 54
Hình 3.5 Bảng vector ngắt chip AVR ....................................................................... 54
Hình 3.6 Bộ nhớ c a chip AVR ................................................................................ 55
Hình 3.7 Tệp thanh ghi c a chip AVR...................................................................... 56
Hình 3.8 Thanh ghi trạng thái ................................................................................... 57
Hình 3.9 Ma trận bàn phím 4x4 và giá trị các phím ................................................. 58
Hình 3.10 Một số loại ma trận bàn phím .................................................................. 59
Hình 3.11 Kết nối với ma trận bàn phím .................................................................. 59
Hình 3.12 Cổng PS/2 trên máy tính .......................................................................... 60
Hình 3.13 Các chân c a cổng PS/2 ........................................................................... 61
Hình 3.14 Keyboard truyền dữ liệu........................................................................... 63
Hình 3.15 Mã qt bàn phím (AT Keyboard)........................................................... 63
Hình 3.16 Một số bàn phím AT (AT Keyboard) sử dụng chuẩn PS/2 ..................... 64

Hình 3.17 Kết nối vi điều khiển với cổng PS/2 ........................................................ 64
Hình 3.18 Kết nối connector ..................................................................................... 65
Hình 3.19 Cảm biến nhiệt DS18B20 ........................................................................ 65

Trang 9


Hình 3.20 Cấu trúc cảm biến nhiệt DS18B20........................................................... 66
Hình 3.21 Kết nối cảm biến nhiệt DS18B20 với nguồn ngoài ................................. 66
Hình 3.22 Dữ liệu nhiệt độ được ch a trong 2 byte ................................................. 67
Hình 3.23 Nhiệt độ được biểu dưới dạng các bit ...................................................... 67
Hình 3.24 Sơ đồ kết nối với cảm biến nhiệt DS18B20............................................. 67
Hình 4.1 Module Q26 ............................................................................................... 70
Hình 4.2 Kiến trúc c a module Q26 ......................................................................... 71
Hình 4.3 Module Q26 giao tiếp VĐK qua cổng UART1 ......................................... 73
Hình 4.4 Module Q26 giao tiếp qua cổng UART2 ................................................... 74
Hình 4.5 Module Q26 giao tiếp với SIM .................................................................. 75
Hình 4.6 Ma trận bàn phím 5x5 ................................................................................ 76
Hình 4.7 Antenna GSM............................................................................................. 76
Hình 4.8 Antenna Cable............................................................................................ 77
Hình 4.9 Kết nối antenna với module Q26 ............................................................... 77
Hình 4.10 Điều khiển module Q26 qua tập lệnh AT ................................................ 78
Hình 4.11 Một số loại module GSM......................................................................... 81
Hình 4.12 Modem GSM............................................................................................ 82
Hình 4.13 Kit phát triển module GSM...................................................................... 82
Hình 4.14 Module GSM và Kit phát triển c a Simcom ........................................... 83
Hình 5.1 Giao tiếp với máy tính PC.......................................................................... 84
Hình 5.2 Cổng nối tiếp 9 chân (DB9) ....................................................................... 87
Hình 5.3 Chân tín hiệu cổng DB9............................................................................. 88
Hình 5.4 Khung dữ liệu RS232 (UART) .................................................................. 89

Hình 5.5 Giao diện phần mềm .................................................................................. 91
Hình 5.6 Các tham số ................................................................................................ 92
Hình 5.7 Thiết lập cổng............................................................................................. 92
Hình 5.8 Trạng thái khi cổng được m ..................................................................... 92
Hình 5.9 Thiết lập các tham số.................................................................................. 93

Trang 10


Hình 5.10 Dữ liệu nhận được.................................................................................... 93
Hình 5.11 Sơ đồ kết nối hệ thống với máy tính PC .................................................. 97

Trang 11


DANH SÁCH CÁC B NG BI U

Bảng 2.1 Một số chân đặc biệt .................................................................................. 23
Bảng 2.2 Th tự và ch c năng các chân c a LCD.................................................... 34
Bảng 3.1 Các chân có ch c năng đặc biệt c a ATmega16 ....................................... 52
Bảng 3.2 Các chân c a cổng PS/2............................................................................. 61
Bảng 4.1 Các chân SPI.............................................................................................. 72
Bảng 4.2 Các chân I2C.............................................................................................. 72
Bảng 4.3 Các chân UART1....................................................................................... 73
Bảng 4.4 Các chân UART2....................................................................................... 74
Bảng 4.5 Các chân giao tiếp SIM.............................................................................. 74
Bảng 4.6 Các chân giao tiếp ma trận bàn phím ........................................................ 75
Bảng 4.7 Các chân sử dụng cho bộ ADC.................................................................. 76
Bảng 4.8 Lệnh IPR.................................................................................................... 78
Bảng 4.9 Lệnh CPIN ................................................................................................. 79

Bảng 4.10 Lệnh ATD................................................................................................ 79
Bảng 4.11 Lệnh CGMM ........................................................................................... 80
Bảng 4.12 Lệnh CCLK ............................................................................................. 80
Bảng 4.13 Lệnh CMGD ............................................................................................ 80
Bảng 4.14 Lệnh CMSS ............................................................................................. 80
Bảng 5.1 M c điện áp c a chuẩn RS232 .................................................................. 86
Bảng 5.2 Khung dữ liệu hệ thống gửi lên PC ........................................................... 94
Bảng 5.3 Khung dữ liệu PC gửi tới hệ thống............................................................ 95

Trang 12


DANH SÁCH CÁC T

VI T T T

A/D

Analog to Digital conversion

ADC

Analog to Digital Converter

CLK

CLocK

GND

Ground

GPS

Global Positioning System

GSM

Global System for Mobile Communications

LCD

Liquid Crystal Display

LSB

Least Significant Bit

MCU

Microcontroller

MMS

Multimedia Message Service

MSB

Most Significant Bit

NC

No current

NMEA

National Marine Electronics Association

PDA

Personal Digital Assistant

RAM

Random Access Memory

SRAM

Static random access memory

RISC

Reduced Instructions Set Computer

ROM

Read Only Memory

SMS

Short Message Service

RX

Receive

SCL

Serial Clock

SDA

Serial Data

SIM

Subscriber Identification Module

SPI

Serial Peripheral Interface

TX

Transmit

UART

Universal Asynchronous Receiver and Transmitter

USB

Universal Serial Bus

Trang 13


CHƯ NG 1. GI I THIỆU V HỆ THỐNG

Đối với các hệ thống giám sát và điều khiển trước đây hay gặp phải một số
vấn đề như là khoảng cách, giá thành, khó khăn trong việc lắp đặt, di chuyển… Đối
với các hệ thống giám sát sử dụng mạng di động thì hồn tồn khác, các mạng di
động được m rộng

nhiều nơi do đó hệ thống có thể điều khiển, truyền nhận dữ

liệu từ xa, điều này rất thuận lợi khi tiến hành sửa chữa, nâng cấp hệ thống. Hơn
nữa, hệ thống cịn có kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt, vận chuyển và bảo quản.
Một số hệ thống giám sát và điều khiển sử dụng mạng điện thoại, nhưng là
mạng điện thoại cố định cũng có xu hướng chuyển dần sang xử dụng mạng điện
thoại di động để hệ thống tr nên tiện dụng và có thể hỗ trợ ngư i dùng nhiều hơn.
Hế thống giám sát, điều khiển sử dụng mạng GSM còn giúp điều khiển các
thiết bị hoạt động

môi trư ng nguy hiểm, độc hại mà con ngư i không thể làm

việc được, các hệ thống này trợ giúp rất nhiều trong lao động sản xuất.
Bên cạnh các hệ thống giám sát, đo đạc, điều khiển sử dụng mạng điện thoại
đã được ng dụng rộng rãi trong thực tế như hệ thống cảnh báo cháy, cảnh báo khí
ga, định vị tồn cầu… hệ thống giám sát nhiệt độ sử dụng mạng điện thoại cũng

được sử dụng khá nhiều và ngày càng được tích hợp nhiều ch c năng.
Hệ thống giám sát nhiệt độ cho phép ngư i dùng có thể giám sát nhiệt độ
trong một khu vực nhất định hoặc giám sát nhiệt độ c a một vật thể. Việc giám sát
nhiệt độ được thực hiện liên tục, ngư i dùng
nhiệt độ chỉ cần

bất kỳ đâu cũng có thể giám sát được

khu vực đó có sự ph sóng c a mạng điện thoại di động GSM và

cũng có thể biết được nhiệt độ tại bất kỳ th i điểm nào.
Hệ thống cịn có thể tiến hành cảnh báo nhiệt độ tới ngư i dùng khi mà nhiệt
độ đo đạc được vượt quá giới hạn cho phép mà ngư i dùng thiết lập. Khi tiến hành
cảnh báo, hệ thống sẽ gửi thông tin cảnh báo tới ngư i dùng hoặc phát tín hiệu cảnh
báo tại nơi lắp đặt hệ thống (còi cảnh báo sẽ kêu). Hệ thống cảnh báo nhiệt độ còn

Trang 14


có thể kết nối, tích hợp với nhiều hệ thống, thiết bị khác để đáp ng được các yêu
cầu đề ra.
1.1 Ứng d ng c a h th ng
Hệ thống thư ng được lắp trong các khu vực cần giám sát nhiệt độ như trong
các phịng bảo quản hóa chất, các phòng bảo quản thực phẩm, các phòng bảo quản
thuốc… Nếu nhiệt độ phịng vượt q một ngưỡng nào đó thì sẽ có cảnh báo.
Ngồi ra, hệ thống cũng được ng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau khi
kết hợp với một số hệ thống giám sát khác để xây dựng lên các hệ thống lơn hơn
như một số hệ thống

 Hệ thống cảnh báo cháy (được xây dựng dựa trên cảnh báo nhiệt độ và

cảnh báo khói).

 Hệ thống giám sát th i tiết phục vụ trong nông nghiệp (được xây dựng
trên cảnh báo nhiệt độ, cảnh báo độ ẩm, điểm đọng sương, đo tốc độ gió)

 Các hệ thống giám sát phục vụ trong lĩnh vực hàng hải. (đo nhiệt độ
n ớc, nhiệt độ dầu... trong tàu biển).

 Các hệ thống khác…

Hiệu quả khi sử dụng hệ thống:

 Bảo đảm an toàn cho các thiết bị được cảnh báo (hóa chất, thực phẩm,
thuốc, máy móc, nhà xư ng…).

 Giảm chi phí vận hành (nhân cơng, máy móc, chi phí điều hành…).

 Nh có hệ thống giám sát nhiệt độ từ xa nên có thể tiết kiệm th i gian,
giảm chi phí đi lại.

 Việc sử dụng hệ thống góp phần thúc đẩy q trình đưa khoa học kỹ
thuật tiên tiến vào phục vụ lao động, sản xuất.

 Nh có hệ thống cảnh báo từ xa nên việc báo động cho ngư i sử dụng
hoặc cho các cơ quan, tổ ch c được thực hiện một cách dễ dàng,

Trang 15


nhanh chóng hơn. Giúp xử lý kịp th i các tính huống, khắc phục tình

trạng báo động chậm làm q trình xử lý gặp nhiều khó khăn hơn.
1.2. C u trúc c a h th ng
 Sơ đồ khối c a hệ thống:

Hình 1.1 Sơ đồ khối c a hệ thống
 Hệ thống được chia thành các phần chính:
 Đo đạc và lấy dữ liệu

 Xử lý dữ liệu.

 Truyền nhận dữ liệu qua mạng GSM sử dụng module GSM.

 Giao tiếp với thiệt bị bên ngồi là máy tính PC.
1.3 Nguyên t c ho t đ ng c a h th ng
Hệ thống hoạt động tuân theo quá trình sau đây:
 Cấp nguồn cho hệ thống.

 Khi được được cấp nguồn thì đèn LED nguồn phát sáng, tiếp theo một số
đèn LED trạng thái cũng phát sáng, có một số đèn sẽ không sáng. Màn

Trang 16


hình LCD sẽ hiển thị trạng thái nạp dữ liệu, sau đó sẽ hiển thị về menu
chính.

 Khi khối đo đạc dữ liệu hoạt động tốt thì dữ liệu sẽ được gửi tới hệ thống
đèn LED báo hiệu đo đạc sẽ nhấp nháy, tùy theo thiết lập hệ thống mà
đèn LED sẽ nhấp nháy nhanh hay chậm, thông thư ng khi chưa có thiết
lập thì đèn LED sẽ nhấp nháy khá nhanh, tuy nhiên vẫn quan sát được.

Nếu khối đo đạc không hoạt động tốt hoặc dữ liệu không được gửi tới hệ
thống thì đèn LED báo hiệu đo đạc sẽ tắt hoặc sáng hồn tồn, khơng
nhấp nháy.

 Dữ liệu nhận được từ khối đo đạc và lấy dữ liệu sẽ được hệ thống xử lý,
sau khi xử lý xong thì căn c vào các thiết lập mà hệ thống tiến hành các
thao tác tiếp theo. Nếu khơng có thiết lập thì màn hình LCD vẫn hiển thị
menu chính.

 Trong quá trình xử lý dữ liệu đo đạc, hệ thống sẽ không nhận các dữ liệu
đo đạc mới cho đến khi hệ thống xử lý xong dữ liệu đo đạc đã nhận được.

 Tiến hành các thiết lập hệ thống, tùy theo mục đích sử dụng mà có các
thiết lập khác nhau.

 Dữ liệu chỉ được hiển thị khi có thiết lập yêu cầu hiển thị.

 Nếu thiết lập update dữ liệu tới PC thì hệ thống sẽ gửi dữ liệu tới PC. Nếu
khơng thiết lập thì sẽ khơng gửi dữ liệu.

 Trong quá trình gửi dữ liệu tới PC thì hệ thống sẽ khơng nhận dữ liệu đo
đạc.

 Nếu có thiết lập save dữ liệu đo đạc thì hệ thống sẽ lưu dữ liệu vào thẻ
nhớ. Khi tiến hành quá trình lưu dữu liệu vào thẻ nhớ thì đèn LED
SDCard sẽ đưa ra các tín hiệu để thơng báo. Nếu khơng save dữ liệu thì
đèn LED sẽ tắt.

Trang 17

 Tiến hành kiểm tra xem có cảnh báo khơng nếu có thiết lập cảnh báo thì
tùy vào giá trị đo đạc mà tiến hành cảnh báo.

 Để có thể cảnh báo (gửi dữ liệu) tới các thiết bị mobile thì buộc phải vào
số điện thoại c a các thiết bị mobile đó, nếu khơng sẽ khơng nhận được
dữ liệu.

 Nếu thiết lập update dữ liệu tới các thiết bị mobile thì hệ thống sẽ gửi dữ
liệu tới các thiết bị mobile. Ngược lai, sẽ không gửi dữ liệu.

 Trong quá trình gửi dữ liệu tới các thiết bị mobile thì hệ thống sẽ khơng
nhận dữ liệu đo đạc.

 Khi đang thực thi một thiết lập nào đó, nếu tín hiệu quét được từ ma trận
bàn phím hoặc từ bàn phím AT là phím “F1” thì mọi thao tác thiết lập
hiện th i bị xóa và quay tr về menu chính.

 Khi đang thực thi một thiết lập nào đó, nếu tín hiệu quét được từ ma trận
bàn phím hoặc từ bàn phím AT là phím “ESC” thì mọi thao tác thiết lập
hiện th i bị xóa và quay tr menu trước đó (nếu tiếp tục qt được phím
ESC thì sẽ tiếp tục thoát cho đến khi quay tr về menu chính).

 Khi nhận được dữ liệu điều khiển từ xa thì dữ liệu sẽ được đưa vào xử lý,
nếu dữ liệu nhận được là phù hợp thì hệ thống sẽ tiến hành các thao tác
để thực hiện lệnh. Nếu câu lệnh hay dữ liệu nhận được là không phù hợp,
hệ thống sẽ xóa bỏ dữ liệu.

1.4 Ch c nĕng c a h th ng
Hệ thống hỗ trợ các ch c năng sau:

 Đo đạc nhiệt độ sau đó hiển thị lên màn hình LCD

 Hiển thị sử dụng màn hình LCD.

 Điều khiển, thiết lập hệ thống thơng qua ma trận bàn phím, và bàn phím AT.

 Hiển thị trạng thái c a hệ thống thông qua các LED.

 Cảnh báo (còi) khi điều kiện cảnh báo xảy ra.

Trang 18


 Hỗ trợ lưu trữ dữ liệu vào thẻ nhớ. Tùy theo dung lượng thẻ nhớ và dữ liệu
đo đạc mà hệ thống có thể lưu dữ liệu trong th i gian liên tục đến vài năm.
Dữ liệu đo đạc từ hệ thống có thể lưu trữ liên tục, r i rạc hoặc không lưu trữ.

 Hỗ trợ giao tiếp với các thiệt bị ngoại vi khác qua đư ng I2C, UART.
 Hiển thi dữ liệu trên máy tính PC.

 Hỗ trợ điều khiển hệ thống bằng máy tính PC.

 Hỗ trợ gửi đọc tin nhắn từ PC.

 Hỗ trợ tự động update dữ liệu lên PC, dữ liệu có thể update liên tục, r i rạc
hoặc không update.

 Hỗ trợ tự động update dữ liệu tới các thiết bị mobile, dữ liệu có thể update
r i rạc hoặc khơng update.

 Gửi dữ liệu tới các thiết bị mobile khi điều kiện cảnh báo xảy ra.
 Hỗ trợ forward dữ liệu tới các thiết bị mobile.
 Hỗ trợ kết nối với antenna.

 Hỗ trợ gửi tin nhắn (tin SMS).

 Điều khiển hệ thống từ xa, dùng thiết bị mobile để điều khiển hệ thống.

 Thiết lập điều kiện cảnh báo, cảnh báo m c cao, cảnh báo m c thấp hoặc
cũng có thể khơng thiết lập cảnh báo.

 Sử dụng mạng GSM

các băng tần 900, 1800, 1900 Mhz.

 Hỗ trợ đo đạc, điều khiển nhiều tham số.

 Cơ chế nhớ đư ng dẫn (nhớ các thao tác thiết lập gần nhất).
 Hỗ trợ tích hợp một số thiết bị vào hệ thống.

 Các ch c năng khác…

Trang 19


1.5. S đồ k t n i c a h th ng

Hình 1.2 Sơ đồ kết nối hệ thống

Trang 20


CHƯ NG 2. KHỐI XỬ LÝ D

LIỆU

Khối xử lý dữ liệu là thành phần rất quan trọng c a hệ thống, nó điều khiển,
kết nối nhiều module nhỏ có ch c năng khác nhau để tiến hành xử lý dữ liệu. Bên
cạnh ch c năng chính là nhận dữ liệu và xử lý dữ liệu, khối xử lý dữ liệu còn thực
hiện ch c năng giao tiếp hệ thống với các thiết bị ngoại vi.
Sơ đồ khối:

Hình 2.1 Khối xử lý dữ liệu

Trang 21


2.1 Vi đi u khi n PSoC
2.1.1 Gi i thi u chung
PSoC viết tắt c a cụm từ Programmable System on Chip, có nghĩa là hệ
thống khả trình trên 1 chip. Các chíp chế tạo theo cơng nghệ PsoC cho phép thay
đổi được cấu hình đơn giản bằng cách gán ch c năng cho các khối tài nguyên có
sẵn trên chip. Hơn nữa nó cịn có thể kết nối tương đối mềm dẻo các khối ch c năng
với nhau hoặc giữa các khối ch c năng với các cổng vào ra. Chính vì vậy mà PSoC
có thể tay thế cho rất nhiều ch c năng c a một số hệ thống cơ bản chỉ bằng một đơn
chíp. Thành phần c a chíp PSoC bao gồm các khối ngoại vi số và tương tự có thể
cấu hình được, một bộ vi xử lý 8 bit, bộ nhớ chương trình (EEROM) có thể lập trình
được và bộ nhớ RAM khá lớn. Để lập trình hệ thống, ngư i sử dụng được cung cấp
một phần mềm lập trình, ví dụ như cho các chíp PSoC c a Cypress ngư i lập trình

phải có phần mềm PsoC Designer. Ngoai ra để nạp được chương trình điều khiển
vào chíp thì ngư i lập trình phải có một kit phát triển do hãng chế tạo chip cung cấp
(hoặc một bộ nạp). Phần mềm thiết kế được xây dựng trên cơ s hướng đối tượng
với cấu trúc module hóa. Mỗi khối ch c năng là một module mềm. Việc lập cấu
hình cho chíp như thế nào là tùy thuộc vào ngư i lập trình thơng qua một số thư
viện chuẩn. Ngư i lập trình thiết lập cấu hình trên chíp chỉ đơn giản bằng cách
muốn chíp có những ch c năng gì thi kéo ch c năng đó và thả vào khối tài nguyên
số hoặc tương tự, hoặc cả hai tùy theo từng ch c năng (Phương pháp lập trình kéo
thả). Việc thiết lập ngắt trên chân nào, loại ngắt là gì, các chân vào ra được hoạt
động

chế độ như thế nào đều tùy thuộc vào việc thiết lập c a ngư i lập trình khi

thiết kế và lập trình cho PSoC. Với khả năng đặt cấu hình mạnh mẽ này, một thiết bị
điều khiển, đo lư ng có thể được gói gọn trên một chip duy nhất. Chính vì lý do đó,
hãng Cypress MicroSystems đã khơng gọi sản phẩm c a mình là vi điều khiển (μC)
như truyền thống, mà gọi là “thiết bị PSoC” (PSoC device), và họ hy vọng rằng, với
khả năng đặt cấu hình mạnh mẽ, ngư i sử dụng sẽ có được những thiết bị điều
khiển, những thiết bị đo có giá rẻ, kích thước nhỏ gọn, và sản phẩm PSoC c a họ sẽ

Trang 22


thay thế được các thiết bị dựa trên vi xử lý hoặc vi điều khiển đã có từ trước đến
nay.

Hình dáng và các chân c a chip PSoC 29466

Hình 2.2 Chip PSoC 29466
Ch c năng một số chân đặc biệt:

Bảng 2.1 Một số chân đặc biệt
Chân

Tên

Ch c năng

Vdd

Chân nguồn, nối với nguồn cung cấp cho PSoC. Nguồn

số
28

cung cấp có thể là 5 V hoặc 3.3 V.



19

XRES

Chân Reset, có tác dụng thiết lập lại chip PSoC.

17

EXTCLK

15

SDA

Đưa dữ liệu vào PSoC khi nạp chương trình.

14

Vss

Chân nối đất, chân này sẽ được nối với GND trong mạch.

9

SMP

Không kết nối chân này.

Chân này là chân clock khi nạp chương trình cho PSoC.

Chíp PSoC cung cấp:
B vi x lý v i c u trúc Harvard.

 Tốc độ c a bộ vi xử lý lên đến 24 MHz.

 Lệnh nhân 8 bit x 8 bit, thanh ghi tích lũy là 32 bit.

Trang 23


 Hoạt động

tốc độ cao mμ năng lượng tiêu hao ít.

 Dải điện áp hoạt động từ 3.0 tới 5.25V.

 Điện áp hoạt động có thể giảm xuống 1.0 V sử dụng chế độ kích điện áp.

 Hoạt động trong dải nhiệt độ -400C đến 850C.


Các kh i ngo i vi có th đ

c s d ng đ c l p hoặc k t h p

 12 khối ngoại vi tương tự có thể được thiết lập để làm các nhiệm vụ:
 Các bộ ADC lên tới 14 bit
 Các bộ DAC lên tới 9 bit.

 Các bộ khuếch đại có thể lập trình được hệ số khuếch đại.
 Các bộ lọc và các bộ so sánh có thể lập trình được.

 8 khối ngoại vi số có thể được thiết lập để làm các nhiệm vụ:

 Các bộ định th i đa ch c năng, đếm sự kiện, đồng hồ th i gian thực,
bộ điều chế độ rộng xung có và khơng có dải an tồn (deadband).

 Các modun kiểm tra lỗi (CRC module).

 Hai bộ truyền thông nối tiếp không đồng bộ hai chiều.

 Các bộ truyền thông SPI Master hoặc Slave có thể cấu hình được.

 Có thể kết nối với tất cả các chân vào ra.


B nh linh ho t trên chíp

 Khơng gian bộ nhớ chương trình Flash từ 4K đến 32K, phụ thuộc vào từng
loại chíp với chu kỳ ghi xóa cho bộ nhớ Flash là 50.000 lần.

 Không gian bộ nhớ RAM là 256 byte.

 Chíp có thể lập trình thơng qua chuẩn nối tiếp (ISSP).

 Bộ nhớ Flash có thể được nâng cấp từng phần.
 Chế độ bảo mật đa năng, tin cậy.

 Có thể tạo được khơng gian bộ nhớ Flash trên chíp lên tới 2,304 byte.

Trang 24