Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kỹ thuật điều khiển và thu thập dữ liệu hiện đại, các phương thức truyền nhận thông tin không dây ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhờ ưu điểm gọn nhẹ và tiết kiệm chi phí lắp đặt dây dẫn. Đối với các hệ thống quy mô nhỏ và trung bình, việc truyền thông qua sóng vô tuyến (RF) ở băng tần 2.4 GHz là giải pháp cân bằng giữa độ chính xác, khả năng chống nhiễu và chi phí phần cứng. Bên cạnh tính cơ động, các hệ thống nhúng không dây đòi hỏi mức tiêu thụ năng lượng thấp nhằm đáp ứng khả năng vận hành lâu dài với các nguồn cấp độc lập như pin hoặc năng lượng mặt trời. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó, đề tài "Hệ thống giám sát điều khiển thiết bị sử dụng vi điều khiển STM8S003F3P6 và sóng RF" được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM nhằm thiết kế một mô hình thu thập tham số môi trường và điều khiển thiết bị từ xa.

Theo văn bản đồ án, các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

  1. Thiết kế phần cứng hoàn chỉnh cho hệ thống gồm 01 khối điều khiển trung tâm (Master) và 01 khối chấp hành/đo đạc (Slave).
  2. Thiết kế chương trình điều khiển nhúng cho vi điều khiển trên cả hai khối Master và Slave.
  3. Thiết lập hệ thống truyền nhận và giám sát điều khiển hai chiều sử dụng sóng RF băng tần 2.4 GHz.
  4. Xây dựng giao diện giám sát, điều khiển và lưu trữ dữ liệu trên máy tính bằng ngôn ngữ C# trên nền tảng Microsoft Visual Studio 2010.
  5. Nghiên cứu cấu tạo, tập lệnh và phương thức lập trình C cho dòng vi điều khiển 8-bit STM8S003F3P6 trên môi trường IAR Embedded Workbench.
  6. Nghiên cứu nguyên lý giao tiếp của module truyền thông RF nRF24L01 và cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số DS18B20.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống nhúng thu thập dữ liệu nhiệt độ và đóng ngắt tải relay từ xa. Phạm vi nghiên cứu được giới hạn ở mô hình thực nghiệm gồm 01 board Master và 01 board Slave; sử dụng cảm biến nhiệt độ DS18B20; kết nối máy tính qua cổng COM ảo bằng mạch chuyển đổi USB - UART (FT232RL); khoảng cách truyền nhận theo thiết kế lý thuyết từ 30m đến 40m và hệ thống vận hành với nguồn cấp điện lưới hạ áp, chưa tích hợp khối nguồn pin lưu điện dự phòng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết truyền thông vô tuyến, kiến trúc hệ vi điều khiển và các chuẩn giao tiếp nối tiếp tiêu chuẩn:

  • Sóng vô tuyến (RF): Nghiên cứu lý thuyết bức xạ điện từ trong dải tần 3 KHz – 300 GHz, nguyên lý tạo sóng mang bằng mạch dao động cộng hưởng LC ($f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$), phương pháp điều chế tín hiệu số và truyền lệnh nhị phân không dây.
  • Vi điều khiển STM8S003F3P6: Dòng vi điều khiển 8-bit của hãng STMicroelectronics kiến trúc Harvard/CISC, hoạt động ở điện áp 3.3V – 5V, bộ nhớ chương trình Flash 8 Kbytes, EEPROM 128 bytes, RAM 1 Kbyte, tích hợp các bộ định thời (Timer 1, Timer 2), bộ chuyển đổi ADC 10-bit và các giao tiếp ngoại vi SPI, UART, I2C.
  • Chuẩn giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface): Chuẩn truyền thông nối tiếp đồng bộ 4 dây (SCK, MISO, MOSI, SS) ở chế độ song công (Full Duplex), được dùng để kết nối giữa STM8S003F3P6 và module RF nRF24L01.
  • Chuẩn giao tiếp UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter): Chuẩn truyền thông nối tiếp không đồng bộ sử dụng khung truyền gồm Start bit, Data bits (7/8 bit), Parity bit và Stop bit, hỗ trợ truyền dữ liệu giữa board Master và máy tính qua cổng COM.
  • Chuẩn giao tiếp 1-Wire: Giao thức giao tiếp số 1 dây sử dụng trên cảm biến DS18B20, cho phép truyền nhận dữ liệu nhiệt độ và nhận diện địa chỉ ROM 64-bit qua một chân tín hiệu duy nhất.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết phần cứng, phương pháp thiết kế kỹ thuật (vẽ sơ đồ nguyên lý, thiết kế mạch in PCB bằng phần mềm chuyên ngành), phương pháp lập trình điều khiển nhúng trên IAR Embedded Workbench, lập trình ứng dụng giao diện C# trên Visual Studio 2010 và phương pháp thực nghiệm đo kiểm mạch phần cứng thực tế. Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập trực tiếp từ cảm biến DS18B20 và nhật ký truyền nhận qua cổng nối tiếp lưu trữ trên máy tính.

Tham số / Chuẩn giao tiếp Đặc tính kỹ thuật áp dụng trong đề tài
Tần số sóng RF 2.4 GHz (Module nRF24L01, điều chế GFSK)
Tốc độ truyền RF 1 Mbps – 2 Mbps (Giao thức phần cứng Shockburst)
Chuẩn giao tiếp VĐK - RF SPI (Tốc độ truyền dữ liệu lên tới 10 Mbps)
Chuẩn giao tiếp VĐK - PC UART (Qua chip cầu chuyển đổi FT232RL)
Cảm biến nhiệt độ DS18B20 (Giao tiếp 1-Wire, độ phân giải 9–12 bit)
Môi trường lập trình IAR Embedded Workbench (C cho STM8) & Visual Studio 2010 (C#)

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được tổ chức thành hai phần chính: phần cứng nhúng (board Master, board Slave) và phần mềm giao diện máy tính.

1. Thiết kế phần cứng các khối chức năng

Cấu trúc phần cứng của hai khối Master và Slave bao gồm các khối mạch:

  • Khối xử lý trung tâm: Sử dụng vi điều khiển STM8S003F3P6 làm trung tâm điều phối. Mạch nạp sử dụng chuẩn giao tiếp SWIM (Single Wire Interface Module) với 4 chân tín hiệu (VDD, GND, CE, RST), tốc độ truyền nạp 145 byte/ms. Mạch reset sử dụng mạch RC có thời hằng $t = R \times C \approx 1,\mu\text{s}$ với $R = 10\text{k}\Omega$ và $C = 104\text{p}$ (0.1 $\mu$F).
  • Khối truyền nhận RF: Sử dụng module nRF24L01 của Nordic Semiconductor, hoạt động ở dải điện áp 1.9V – 3.6V, kết nối với STM8S qua các chân SPI: SCK, MISO, MOSI, CSN cùng chân điều khiển kích hoạt CE.
  • Khối cảm biến nhiệt độ: Sử dụng IC cảm biến DS18B20 cấp nguồn 3.3V, dải đo từ -55°C đến +125°C (sai số ±0.5°C trong khoảng -10°C đến +85°C), chân dữ liệu DQ được kéo lên nguồn 3.3V qua điện trở $R = 4.7\text{k}\Omega$.
  • Khối hiển thị tại chỗ: Sử dụng màn hình LCD 16x2 (16 cột, 2 dòng), cấu hình giao tiếp ở chế độ 4-bit dữ liệu nhằm tiết kiệm chân vào/ra (I/O) cho vi điều khiển. Các chân PB4 và PB5 của vi điều khiển (chân chức năng I2C mặc định) được gắn thêm điện trở kéo lên ($2.2\text{k}\Omega - 4.7\text{k}\Omega$) để hoạt động như chân xuất tín hiệu thông thường điều khiển LCD.
  • Khối điều khiển Relay: Đóng ngắt thiết bị tải ngoại vi (động cơ), sử dụng BJT hoạt động ở chế độ công tắc bão hòa. Khi vi điều khiển xuất mức 1 (~3.3V), $V_{BE} > 0.7\text{V}$, BJT dẫn bão hòa làm cuộn dây relay hút tiếp điểm đóng; phân cực qua điện trở $R_1 = 10\text{k}\Omega$ và LED chỉ thị có trở hạn dòng $R_7 = 330\Omega$.
  • Khối chuyển đổi UART (trên board Master): Sử dụng IC FT232RL chuyển đổi tín hiệu UART từ vi điều khiển sang cổng USB máy tính.
  • Khối nguồn hạ áp: Nguồn cấp chính toàn mạch là 5V DC (qua Adapter 5V/1A hoặc nguồn cổng USB). Mạch sử dụng IC ổn áp tuyến tính LM1117 (IC1117) để hạ áp từ 5V xuống 3.3V cấp cho vi điều khiển STM8S, cảm biến DS18B20 và module nRF24L01. Tụ lọc $C_2, C_4$ có giá trị $47,\mu\text{F}$ được bố trí ở ngõ vào và ngõ ra IC hạ áp.
Khối linh kiện Dòng tiêu thụ định mức (mA) Số lượng Tổng dòng tiêu thụ (mA)
Vi điều khiển STM8S003F3P6 100 1 100
Module RF nRF24L01 30 1 30
Màn hình LCD 16x2 195 1 195
Cảm biến nhiệt độ DS18B20 10 1 10
Khối Relay đóng ngắt 30 1 30
Tổng dòng tiêu thụ ước tính $(100 + 30 + 195 + 10 + 30) \times 1.5$ — 547.5 mA

2. Thiết kế phần mềm và giao diện giám sát

  • Chương trình nhúng: Được viết bằng ngôn ngữ C trên IAR Embedded Workbench. Giải thuật của khối Master liên tục quét dữ liệu từ máy tính qua UART, đọc nhiệt độ từ cảm biến, gửi gói tin RF sang Slave và nhận phản hồi từ Slave để cập nhật lên LCD và đẩy lên máy tính. Khối Slave sau khi nhận lệnh từ Master sẽ đọc giá trị cảm biến DS18B20, xuất ra LCD tại chỗ, gửi dữ liệu nhiệt độ về Master qua sóng RF và kích hoạt relay nếu nhận được lệnh điều khiển tải.
  • Giao diện điều khiển máy tính: Được thiết kế bằng ngôn ngữ C# trên Visual Studio 2010 với các chức năng:
    • Tự động nhận diện và lựa chọn cổng COM kết nối (ví dụ cổng COM4).
    • Nút bấm Connect/Disconnect để thiết lập phiên truyền thông UART.
    • Các Textbox hiển thị nhiệt độ tức thời của trạm Master và trạm Slave.
    • Các nút bấm On/Off điều khiển động cơ tại trạm Master và trạm Slave.
    • Chức năng cấu hình chu kỳ cập nhật dữ liệu (Select Time Update) và nút Set Time Update.
    • Chức năng lưu dữ liệu giám sát ra tệp văn bản (.txt), hiển thị đường dẫn tệp, nút Open để xem lại lịch sử và nút Clear để xóa dữ liệu.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Dẫn nhập

Chương I trình bày lý do chọn đề tài dựa trên xu hướng ứng dụng truyền thông không dây nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí và năng lượng; phân tích tính ưu việt khi kết hợp vi điều khiển điện áp thấp STM8S003F3P6 với module RF nRF24L01 (2.4 GHz). Tác giả giới thiệu tổng quan cấu trúc hệ thống gồm 1 Master, 1 Slave, giao tiếp máy tính qua chip FT232RL; xác định 6 nhiệm vụ nghiên cứu trọng tâm và nêu rõ 4 giới hạn của đề tài về số lượng nút mạng (1 Master - 1 Slave), cự ly truyền lý thuyết (30m - 40m), chủng loại cảm biến (chỉ dùng DS18B20) và nguồn cấp chưa có bộ lưu điện.

Chương II: Cơ sở lý thuyết

Chương này hệ thống hóa các kiến thức nền tảng phục vụ thiết kế:

  • Tổng quan về sóng RF, phân loại dải tần số vô tuyến từ ELF đến EHF, nguyên lý tạo sóng vô tuyến bằng mạch dao động LC và phương thức điều khiển từ xa bằng sóng RF.
  • Kiến trúc tổng quan của vi điều khiển, so sánh vi xử lý và vi điều khiển; phân tích các kiến trúc phần cứng (CISC/RISC, Harvard/Von Neumann) và cấu tạo bên trong của vi điều khiển (CPU, ALU, RAM, ROM, Watchdog, Timer, ADC).
  • Nguyên lý hoạt động của chuẩn giao tiếp nối tiếp SPI (nguyên tắc 4 dây SCK, MISO, MOSI, SS; cấu trúc Master-Slave độc lập và cấu trúc chuỗi Daisy-Chained; cơ chế truyền song công) và chuẩn giao tiếp nối tiếp không đồng bộ UART (tốc độ Baud, cấu trúc khung truyền Frame gồm Start bit, Data bits, Parity bit, Stop bit).

Chương III: Thiết kế phần cứng

Chương III trình bày chi tiết sơ đồ khối tổng quan, sơ đồ khối chức năng của Master và Slave, cũng như sơ đồ nguyên lý từng mạch thành phần:

  • Khối xử lý trung tâm STM8S003F3P6 với sơ đồ chân nạp SWIM và mạch tạo trễ reset.
  • Khối truyền nhận vô tuyến nRF24L01, cấu trúc giao thức phần cứng Shockburst (tự động tạo Preamble, Address, CRC; tự động phát hiện lỗi và gửi ACK phản hồi; hỗ trợ 6 luồng dữ liệu).
  • Khối cảm biến nhiệt độ DS18B20, sơ đồ chân và cấu hình điện trở kéo lên $4.7\text{k}\Omega$.
  • Khối hiển thị LCD 16x2 với phương thức ghép nối 4-bit dữ liệu và mạch điện trở kéo lên cho các chân I2C (PB4, PB5).
  • Mạch công tắc BJT lái cuộn dây Relay 5V và mạch cầu UART - USB FT232RL.
  • Tính toán công suất khối nguồn hạ áp LM1117 (hạ 5V xuống 3.3V, tổng dòng tiêu thụ tính toán 547.5 mA).
  • Bản vẽ lưu đồ giải thuật phần cứng Master/Slave, sơ đồ nguyên lý chi tiết và bản vẽ layout mạch in (PCB) của hai board Master và Slave.

Chương IV: Thiết kế chương trình điều khiển

Chương IV tập trung vào thiết kế phần mềm máy tính:

  • Xác định các yêu cầu kỹ thuật của giao diện người dùng (nhận diện cổng COM, hiển thị nhiệt độ hai trạm, nút điều khiển đóng ngắt động cơ, lựa chọn thời gian cập nhật và lưu tệp log .txt).
  • Xây dựng sơ đồ giao diện người dùng trực quan trên nền C# Visual Studio 2010.
  • Trình bày lưu đồ giải thuật chi tiết của chương trình điều khiển máy tính, cơ chế bắt sự kiện truyền nhận dữ liệu qua cổng nối tiếp và thuật toán ghi log thời gian thực vào tệp tin.

Chương V: Kết quả

Chương V ghi nhận toàn bộ quy trình vận hành và kết quả thực nghiệm của hệ thống:

  • Các bước thử nghiệm thực tế: Cấp nguồn cho board Slave; kết nối cáp USB-UART giữa board Master với máy tính; nhận diện cổng giao tiếp (xác định cổng COM4 trong Device Manager); cấp nguồn cho board Master.
  • Hoạt động hiển thị: Giá trị nhiệt độ Master được gửi sang hiển thị trên LCD của Slave và ngược lại; Master đóng gói dữ liệu đẩy lên phần mềm C#.
  • Vận hành giao diện C#: Thực hiện kết nối cổng COM4; hiển thị dữ liệu nhiệt độ Master và Slave trên các Textbox; thực hiện đóng/ngắt relay điều khiển động cơ tại cả hai trạm; cấu hình chu kỳ cập nhật dữ liệu (thử nghiệm thành công chu kỳ 2 giây) và ghi xuất dữ liệu ra file text; xem lại lịch sử giám sát qua nút "Open" và xóa log qua nút "Clear".
  • Đánh giá thực nghiệm: Hệ thống hoạt động tạm ổn định; khoảng cách truyền nhận thực tế giữa Master và Slave đạt được dưới 20m; việc điều khiển Slave từ Master qua sóng RF có tồn tại độ trễ thời gian.

Chương VI: Kết luận và phát triển

Chương VI tổng kết các kết quả đạt được đối chiếu với mục tiêu ban đầu (thiết kế thành công phần cứng, lập trình điều khiển nhúng, viết phần mềm C#, làm chủ vi điều khiển STM8S, module nRF24L01 và cảm biến DS18B20). Đồng thời, tác giả đề xuất 4 định hướng phát triển nhằm hoàn thiện hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật cụ thể

  • Chế tạo phần cứng hoàn chỉnh: Đã thiết kế và gia công thành công 02 board mạch in (Master và Slave) tích hợp vi điều khiển STM8S003F3P6, module nRF24L01, cảm biến DS18B20, màn hình LCD 16x2, khối relay và mạch nguồn hạ áp LM1117 cấp dòng an toàn từ nguồn vào 5V/1A.
  • Truyền thông vô tuyến 2 chiều: Thiết lập liên kết dữ liệu không dây giữa Master và Slave ở tần số 2.4 GHz sử dụng module nRF24L01 qua giao tiếp SPI, cự ly truyền nhận thực tế đo đạc đạt dưới 20m.
  • Thu thập dữ liệu và hiển thị tại chỗ: Đọc thành công dữ liệu từ cảm biến nhiệt độ 1-Wire DS18B20 với chu kỳ chuyển đổi dữ liệu và hiển thị lên màn hình LCD 16x2 qua giao tiếp 4-bit.
  • Phần mềm giám sát và điều khiển: Xây dựng hoàn chỉnh ứng dụng C# trên Visual Studio 2010 giao tiếp với Master qua cổng COM4 (chip FT232RL), cho phép giám sát nhiệt độ Master/Slave theo thời gian thực, điều khiển bật/tắt động cơ qua relay, thiết lập chu kỳ lấy mẫu (ví dụ 2 giây) và tự động ghi log vào tệp .txt.

2. Giải pháp và kiến nghị đề xuất của tác giả

  • Ứng dụng dòng vi điều khiển 8-bit giá thành thấp, điện áp thấp STM8S kết hợp module nRF24L01 để thay thế các hệ vi điều khiển truyền thống trong các ứng dụng điều khiển không dây quy mô vừa và nhỏ.
  • Tận dụng cơ chế phần cứng Shockburst của nRF24L01 để tự động xử lý gói tin (Preamble, Address, CRC và tự động phát lại khi lỗi), giúp giảm tải tính toán cho CPU của vi điều khiển.
  • Sử dụng trở kéo lên ở chân I2C (PB4, PB5) của STM8S để linh hoạt chuyển đổi thành chân I/O điều khiển LCD 16x2, tối ưu hóa tài nguyên chân của vi điều khiển vỏ nhỏ (TSSOP-20).

3. Đóng góp về mặt học thuật và thực tiễn

Tác giả đã tự tổng hợp và làm chủ quy trình phát triển hệ thống nhúng từ thiết kế mạch nguyên lý, vẽ mạch in, lập trình vi điều khiển 8-bit kiến trúc STM8 bằng ngôn ngữ C trên IAR Embedded Workbench, đến lập trình giao tiếp máy tính bằng C#. Đề tài cung cấp một mô hình thực nghiệm trực quan về mạng truyền thông không dây Master - Slave thu thập dữ liệu công nghiệp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

1. Hạn chế của đề tài

  • Khoảng cách truyền thông hạn chế: Cự ly truyền nhận thực tế chỉ đạt dưới 20m, chưa đạt mức 30m – 40m như mục tiêu thiết kế lý thuyết ban đầu do ảnh hưởng của môi trường và đặc tính anten tích hợp trên module nRF24L01.
  • Quy mô mạng nhỏ: Mô hình chỉ dừng lại ở cấu trúc điểm - điểm gồm 01 Master và 01 Slave, chưa triển khai mạng đa điểm (Multi-slave).
  • Hạn chế về cảm biến: Hệ thống mới tích hợp duy nhất 01 loại cảm biến nhiệt độ DS18B20, chưa đo đạc thêm các thông số môi trường khác.
  • Độ trễ điều khiển: Tín hiệu điều khiển động cơ từ phần mềm máy tính chuyển tiếp qua Master đến Slave bằng sóng RF xuất hiện độ trễ thời gian nhất định.
  • Phụ thuộc nguồn điện lưới: Hệ thống chưa trang bị khối pin sạc dự phòng hoặc mạch chuyển nguồn tự động khi xảy ra sự cố mất điện.

2. Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng kiến trúc mạng với nhiều nút Slave hơn để thu thập dữ liệu trên diện rộng.
  • Nâng cấp thuật toán truyền thông để điều khiển nhiều Slave độc lập từ trạm Master qua sóng RF.
  • Nâng cấp vi điều khiển có số lượng chân và dung lượng bộ nhớ lớn hơn nhằm mở rộng số lượng và chủng loại cảm biến đo đạc (độ ẩm, áp suất, khí gas...).
  • Thiết kế tích hợp khối nguồn điện độc lập (pin sạc, pin năng lượng mặt trời) giúp các module hoạt động cơ động tại các khu vực không có lưới điện.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Máy tính và Hệ thống Nhúng.

Các nội dung có giá trị tham khảo ứng dụng cao bao gồm:

  • Kỹ thuật lập trình vi điều khiển STM8S: Phương pháp cấu hình thanh ghi, giao tiếp SPI, UART và quản lý ngắt trên môi trường IAR Embedded Workbench.
  • Phương thức ghép nối module nRF24L01: Cấu hình các thanh ghi cấu hình (CONFIG, EN_AA, EN_RXADDR, SETUP_RETR, RF_CH, RF_SETUP...) và phương pháp vận hành giao thức Shockburst.
  • Kỹ thuật lập trình giao diện C#: Cấu trúc chương trình giao tiếp cổng nối tiếp SerialPort, kỹ thuật xử lý dữ liệu chuỗi và thuật toán ghi tệp log định kỳ trên Visual Studio.
  • Thiết kế phần cứng mạch nguồn và phối hợp điện áp: Phương pháp hạ áp 5V xuống 3.3V dùng LM1117 và giải pháp ghép nối tín hiệu giữa các linh kiện 3.3V và 5V (LCD 16x2, Relay).

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống sử dụng dòng vi điều khiển nào và có các thông số kỹ thuật chính ra sao?
Hệ thống sử dụng vi điều khiển 8-bit STM8S003F3P6 của STMicroelectronics, tích hợp bộ nhớ Flash 8 Kbytes, EEPROM 128 bytes, RAM 1 Kbyte, ADC 10-bit, 3 bộ Timer, hỗ trợ các chuẩn giao tiếp SPI, UART, I2C và nạp chương trình qua giao thức SWIM tốc độ 145 byte/ms ở dải điện áp 3.3V – 5V.

2. Module nRF24L01 giao tiếp với vi điều khiển STM8S qua chuẩn nào và hoạt động ở tần số bao nhiêu?
Module nRF24L01 giao tiếp với STM8S003F3P6 qua chuẩn truyền thông nối tiếp đồng bộ SPI (tốc độ truyền dữ liệu tối đa 10 Mbps). Module hoạt động ở băng tần sóng vô tuyến 2.4 GHz với phương thức điều chế GFSK và hỗ trợ giao thức phần cứng Shockburst.

3. Khối nguồn của hệ thống được tính toán và thiết kế như thế nào?
Toàn mạch sử dụng nguồn đầu vào 5V DC từ Adapter 5V/1A hoặc cổng USB máy tính. Nguồn 5V được cấp trực tiếp cho LCD 16x2 và Relay, đồng thời đi qua IC hạ áp LM1117 để hạ xuống 3.3V cấp cho vi điều khiển STM8S, module nRF24L01 và cảm biến DS18B20. Tổng dòng tiêu thụ dự kiến của toàn bộ linh kiện là $(100 + 30 + 195 + 10 + 30) \times 1.5 = 547.5\text{ mA}$, nằm trong ngưỡng đáp ứng của adapter 1A.

4. Giao diện máy tính được xây dựng bằng công cụ gì và cung cấp những tính năng nào?
Giao diện máy tính được lập trình bằng ngôn ngữ C# trên phần mềm Microsoft Visual Studio 2010. Ứng dụng cung cấp các tính năng: tự động nhận diện cổng COM (ví dụ COM4), hiển thị nhiệt độ tức thời của trạm Master và Slave, gửi lệnh bật/tắt động cơ qua relay tại Master/Slave, tùy chỉnh chu kỳ cập nhật dữ liệu (ví dụ 2 giây) và lưu nhật ký dữ liệu ra tệp .txt.

5. Khoảng cách truyền nhận thực tế của hệ thống đạt được là bao nhiêu và có hạn chế gì?
Khoảng cách truyền nhận thực tế giữa trạm Master và trạm Slave đạt dưới 20m (thấp hơn khoảng cách lý thuyết dự kiến là 30m – 40m). Ngoài ra, lệnh điều khiển từ Master sang Slave bị trễ một khoảng thời gian do quá trình truyền nhận không dây và hệ thống chưa có mạch nguồn pin dự phòng khi mất điện.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Hệ thống giám sát điều khiển thiết bị sử dụng vi điều khiển STM8S003F3P6 và sóng RF" của sinh viên Trần Khắc Kiệt đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu thiết kế phần cứng, lập trình nhúng và xây dựng phần mềm máy tính. Hệ thống thực hiện thành công việc đo đạc nhiệt độ bằng cảm biến DS18B20, truyền nhận dữ liệu hai chiều qua sóng RF 2.4 GHz giữa 01 trạm Master và 01 trạm Slave, đồng thời hỗ trợ giám sát và điều khiển đóng ngắt relay qua giao diện C# với khả năng lưu trữ log ra file text. Mặc dù cự ly truyền thực tế mới đạt dưới 20m và quy mô dừng lại ở mạng 1 Master - 1 Slave, công trình đã xây dựng được mô hình nền tảng hoàn chỉnh, mở ra hướng phát triển mở rộng mạng cảm biến đa điểm phục vụ các ứng dụng giám sát công nghiệp và dân dụng.