đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chương này giới thiệu về các linh kiện và các kiến thức cơ sở liên quan đến đề tài như các chuẩn giao tiếp SPI,One-Wire… Chương 3: Thiết Kế Và Tính Toán Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài, thiết kế và các tính toán, thiết kế gồm những phần nào, như: thiết kế sơ đồ khối hệ thống, sơ đồ nguyên lý toàn mạch, tính toán thiết kế mạch. Chương 4: Thi Công Hệ Thống Chương này trình bày về quá trình vẽ mạch in lắp ráp các thiết bị, đo kiểm tra mạch, lắp ráp mô hình.
Thiết kế lưu đồ giải thuật cho chương trình và viết chương trình cho hệ thống. Hướng dẫn quy trình sử dụng hệ thống. Chương 5: Kết Quả Nhận Xét Đánh Giá Chương này trình bày về những kết quả đã được mục tiêu đề ra sau quá trình nghiên cứu thi công. Từ những kết quả đạt được để đánh giá quá trình nghiên cứu hoàn thành được bao nhiêu phần trăm so với mục tiêu ban đầu.
Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển Chương này trình bày về những kết quả mà đồ án đạt được, những hạn chế, từ đó rút ra kết luận và hướng phát triển để giải quyết các vấn đề tồn đọng để đồ án hoàn thiện hơn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. INTERNET OF THING ( IoT) Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hay là mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết tắt là IoT (Tiếng Anh: Internet of Things) là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính.
Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó. Việc kết nối thì có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại… Các thiết bị có thể là điện thoại thông minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, và nhiều thiết bị khác. IoT sẽ là mạng khổng lồ kết nối tất cả mọi thứ, bao gồm cả con người và sẽ tồn tại các mối quan hệ giữa người và người, người và thiết bị, thiết bị và thiết bị. Một mạng lưới IoT có thể chứa đến 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết nối và mạng lưới này có thể theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng.1 Mạng lưới IoT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Cấu trúc một hệ thống IoT Một hệ thống cơ bản của IoT gồm những phần sau: - Sensor: Các cảm biến như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến tiệm cận, cảm biến ánh sáng v.v… - Local Processing: Các xử lý tín hiệu đầu vào cục bộ trước khi đẩy lên đám mây - Local Storage: Lưu trữ cục bộ của dữ liệu cần xử lý các dữ liệu này không được gửi đi chuyển tiếp trừ khi có liên quan. - Network: Phần cứng kết nối mạng. - Internet: Kết nối ra internet rồi kéo dữ liệu ra và gửi dữ liệu lên cloud (đám mây) nơi dữ liệu được lưu trữ. - Cloud Processing: Xử lý tính toán đám mây - Cloud Storage: Lưu trữ đám mây Hình 2.2 Thành phần hệ thống IoT cơ bản BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ứng dụng IoT trong đời sống IoT có thể ứng dụng được trong bất kì lĩnh vực nào mà người sử dụng một. Tuy nhiên có một số lĩnh vực nổi bật hiện nay được ứng dụng IoT nhiều nhất như: - Nhà thông minh - Quản lý các thiết bị cá nhân: thiết bị đeo tay để đo nhịp tim huyết áp - Quản lý môi trường: - Xử lý trong các tình huống khẩn cấp - Quản lý giao thông - Lĩnh vực mua sắm thông minh - Đồ dùng sinh hoạt hằng ngày: như máy pha coffee, bình nóng lạnh - Tự động hóa: các công xưởng sản xuất xe hơi đã áp dụng công nghệ IoT để cắt giảm hầu hết các công nhân, thay vào đó là các bộ máy tích hợp trí thông minh nhân tạo cho năng suất tăng gấp nhiều lần và độ chính xác cao hơn. LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU 2. Chuẩn giao tiếp SPI Khái niệm SPI là viết tắt của Serial Peripheral Interface, là một chuẩn truyền thông đồng bộ nối tiếp tốc độ cao do hãng Motorola đề xuất và phát triển.
Là một kiểu truyền thông Master-Slave, trong đó có 1 chip Master điều phối quá trình truyền thông và các chip Slaves được điều khiển bởi Master, thiết bị Slave nếu không được chọn bởi Master sẽ không tham gia vào quá trình truyền theo giao diện SPI. Vì thế truyền thông chỉ xảy ra giữa Master và Slave. SPI truyền dữ liệu ở chế độ song công toàn phần (full- duplex) tức trong cùng một thời điểm có thể xảy ra đồng thời quá trình truyền và nhận. Đôi khi SPI còn được gọi là chuẩn giao tiếp 4 dây (Four-wire) vì có 4 đường giao tiếp trong chuẩn này đó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Ouput Slave Input) và SS (Slave Select).
Ngoài ra SPI là một giao diện đồng bộ, tức là bất cứ quá trình truyền nào cũng được đồng bộ hóa với tín hiệu clock chung và tín hiệu clock này chỉ được tạo bởi Master. Giao thức SPI được tích hợp trong một số loại thiết bị như: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Các bộ chuyển đổi ( ADC và DAC ) - Các loại bộ nhớ (EEPROM và FLASH) - Các loại IC thời gian thực - Các loại cảm biến (nhiệt độ, áp suất…) - Và một số loại khác như: bộ trộn tín hiệu, LCD, Graphic LCD… Hình 2.3 Kết nối SPI cơ bản Tên và chức năng các chân MOSI hay SI – cổng ra của bên Master (Master Out Slave In): Đây là chân dành cho việc truyền tín hiệu từ thiết bị chủ động đến thiết bị bị động. MISO hay SO – cổng ra của bên Slave (Master In Slave Out): Đây là chân dành cho việc truyền dữ liệu từ Slave đến Master.
SCLK hay SCK là tín hiệu clock đồng bộ (Serial Clock): Xung nhịp chỉ được tạo bởi Master. CS hay SS là tín hiệu chọn vi mạch (Chip Select hoặc Slave Select): Tín hiệu này được tạo chỉ bởi Master để lựa chọn thiết bị Slave muốn truyền nhận. SS sẽ ở mức cao khi không làm việc. Nếu Master kéo SS xuông thấp thì sẽ xảy ra quá trình giao tiếp.
Chỉ có một đường SS trên mỗi Slave nhưng có thể có nhiều đường điều khiển SS trên Master, tùy thuộc vào thiết kế của người dùng. Đối với thiết bị Master chân này được cấu hình là chân xuất (output) và là chân nhập (input) đối với Slave. Cách thức hoạt động Cả Master và Slave đều có thanh ghi dịch nối tiếp ở bên trong. Thiết bị Master bắt đầu việc trao đổi dữ liệu bằng cách truyền đi 1 byte vào thanh ghi dịch của nó, sau đó Byte dữ liệu này sẽ được đưa sang Slave theo đường tín hiệu MOSI (SDI), Slave sẽ truyền dữ liệu nằm trong thanh ghi dịch của chính nó ngược trở về Master thông qua đường tín hiệu MISO (SDO).
Bằng cách này, dữ liệu của hai thanh ghi sẽ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT được trao đổi với nhau. Việc đọc và ghi dữ liệu vào Slave diễn ra cùng một lúc nây tốc độ trao đổi dữ liệu diễn ra rất nhanh. Do đó, giao thức SPI là một giao thức rất hiệu quả.4 Truyền dữ liệu chuẩn SPI Các kiểu kết nối trong SPI Kết nối song song nhiều Slave Trong cách kết nối này, tín hiệu SCK và MISO (SDO) từ Master được cung cấp đến từng Slave.
Đường tín hiệu MISO (SDO) của các Slave nối chung lại với nhau và truyền về Master. Lúc này, Master sẽ lựa chọn Chip Slave nào để trao đổi dữ liệu thông qua các chân SS riêng lẻ. Master muốn trao đổi tín hiệu với Slave nào thì sẽ kéo chân SS kết nối với SS của Slave đó xuống mức thấp.5 Kết nối SPI kiểu song song BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 8 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Kết nối nối tiếp (Daisy-Chained) nhiều Slave Phương pháp này chỉ sử dụng duy nhất 1 chân SS (Chip Select).
Giả sử Master truyền đi 3 Bytes dữ liệu trên Bus SPI đến 3 Slave. Byte đầu tiên được dịch vào Slave A, khi byte thứ hai truyền đến A, byte đầu tiên sẽ bị đẩy ra khỏi A và truyền đến Slave B. Tương tự, khi byte thứ ba truyền vào A, byte thứ hai sẽ dịch sang B và byte đầu tiên sẽ dịch sang C. Tuy nhiên, cách nối này không phải lúc nào cũng áp dụng được cho các Slave.
Do đó phải tham khảo datasheet trước khi tiến hành kết nối.6 Kết nối SPI kiểu nối tiếp 2. Chuẩn truyền nhận UART UART – là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter có nghĩa là truyền nhận dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ. Có 1 đường phát dữ liệu (Tx) và 1 đường nhận dữ liệu (Rx), do không có tín hiệu xung clock nên gọi là bất đồng bộ. Để truyền được dữ liệu thì cả bên phát và bên nhận phải tự tạo xung clock có cùng tần số và thường được gọi là tốc độ baud, ví dụ: 2400 baud, 4800 baud, 9600 baud.
Ưu điểm: Đơn giản, chi phí truyền thấp, hiệu quả tương đối cao. Khuyết điểm: Tồn tại các bit start và bit stop, khoảng trống dẫn đến thời gian truyền chậm. Quá trình truyền dữ liệu UART: Để bắt đầu cho việc truyền dữ liệu bằng UART, một START bit được gửi đi, sau đó là các bit dữ liệu và kết thúc quá trình truyền là STOP bit. Khi ở trạng thái chờ (idle) mức điện thế ở mức 1 (high).
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 9 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Khi bắt đầu truyền START bit sẽ chuyển từ 1 xuống 0 để báo hiệu cho bộ nhận là quá trình truyền dữ liệu sắp xảy ra. Sau START bit là đến các bit dữ liệu D0 - D7 (các bit này có thể ở mức High hoặc Low tùy theo dữ liệu, theo hình ví dụ như trên byte dữ liệu là LSB – 11010010 – MSB).