CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài mà mình 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 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 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 hoàn thành được bao nhiêu phần trăm.
Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển 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 – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2.1 TỔNG QUAN VỀ IOT Hình 2.1 Tổng quan về IOT Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết tắt là IoT 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. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet.
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. Internet of Things – IoT được đưa ra bởi các nhà sáng lập của MIT Auto-ID Center đầu tiên, năm 1999 Kevin Ashton đã đưa ra cụm từ Internet of Things nhằm để chỉ các đối tượng có thể được nhận biết cũng như sự tồn tại của chúng. Thuật ngữ Auto-ID chỉ tới bất kỳ một lớp rộng của các kỹ thuật xác minh sử dụng trong công nghiệp để tự động hóa, giảm các lỗi và tăng hiệu năng. Các kỹ thuật đó bao BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT gồm các mã vạch, thẻ thông minh, cảm biến, nhận dạng tiếng nói, và sinh trắc học. Từ năm 2003 Kỹ thuật Auto-ID trong các hoạt động chính là Radio Frequency Identification – RFID. Ngày nay với khoảng 1,5 tỷ máy tính và trên 1 tỷ điện thoại có kết nối Internet. Sự hiện diện “Internet of PCs” sẽ được chuyển sang IoT trong đó 50-100 tỷ thiết bị kết nối Internet trong năm 2020.
Một vài nghiên cứu còn chỉ ra trong cùng năm đó, số lượng máy móc di động sẽ tăng gấp 30 lần so với hiện nay. Nếu không chỉ xem xét các kết nối máy với máy mà là các kết nối giữa tất cả các vật thể thì số lượng kết nối có thể tăng lên tới 100. Trong một lý thuyết mới, các vật thể được kết nối là quá nhiều đến mức có thể xóa nhòa ranh giới giữa mảnh và nguyên tử. Một vài tác giả tạo ra các khái niệm mới để hiểu rõ hơn lý thuyết IoT.
VD: “blogjects” để mô tả vật thể blog, “sprimes” để chỉ nhận thức vị trí, nhận thức môi trường, tự ghi log, tự tạo tài liệu, các vật thể duy nhất mà cung cấp nhiều dữ liệu về bản thân chúng và môi trường của chúng, “informational shadows” để chỉ các vật thể được kết nối. Một số ứng dụng của IOT trong cuộc sống chúng ta. Công viên thông minh: giám sát không gian đỗ xe của thành phố. Kiểm tra xây dựng: giám sát các rung động và các điều kiện vật chất trong các tòa nhà, cầu và công trình lịch sử.
Bản đồ tiếng ồn thành phố: giám sát âm thanh trong các phạm vi quán bar và các khu trung tâm theo thời gian thực. Tắc nghẽn giao thông: giám sát các phương tiện và mức độ người đi bộ để tối ưu việc lái xe và đi lại. Chiếu sáng thông minh: chiếu sáng thông minh và tương ứng với thời tiết trong hệ thống đèn đường. Chất lượng nước: nghiên cứu về sự thích hợp của nước trên các sông, vùng biển đối với hệ động vật và tiêu chuẩn nước để sử dụng.
Rò rỉ nước: phát hiện chất lỏng bên ngoài các két và các biến động áp suất bên trong các đường ống. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hệ thống vận tải thông minh: các tuyến đường và cao tốc thông minh với các thông điệp cảnh báo và các điều chỉnh theo điều kiện thời tiết và các sự kiện không mong muốn như tai nạn, tắc đường. Chất lượng không khí trong nhà: giám giá khi độc và mức độ khí oxi trong các thiết bị hóa học để đảm bảo cho công nhân và hàng hóa an toàn.
Giám sát nhiệt độ: kiểm soát nhiều độ trong công nghiệp và tủ y học với hàng hóa nhạy cảm.2 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP 2.1 Chuẩn giao tiếp one-wire Chuẩn giao tiếp 1 dây (one-wire) được thiết kế bởi Dallas Semiconductor và đã được Maxim mua lại năm 2001. Maxim là một hãng sản xuất chip lớn. One-Wrire dùng một dây để truyền nhận nên có tốc độ thấp. Chủ yếu sử dụng cho việc thu thập dữ liệu, truyền nhận dữ liệu thời tiết, nhiệt độ, công việc không yêu cầu tốc độ cao.
Là chuẩn giao tiếp không đồng bộ và bán song công (half-duplex). Giao tiếp tuân theo mối quan hệ chủ tớ một cách chặc chẽ. Trên cùng một bus thì chúng ta có thể gắn 1 hoặc nhiều thiết bị slave nhưng chi có một master có thể kết nối được với bus này. Khi không có dữ liệu trên đường truyền thì bus dữ liệu được xem là ở trạng thái rãnh.2 Giao tiếp One - Wire BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Để giao tiếp được với vi điều khiển, tín hiệu trên bus one-wire chia thành các khe thời gian 60 µs. Một bit dữ liệu được truyền trên bus dựa trên khe thời gian (time slots). Các thiết bị slave khác nhau cho phép có thời gian quy định khác nhau. Nhưng quan trọng nhất trong chuẩn giao tiếp này là cần chính xác về thởi gian.
Vì vậy để tối ưu đường truyền thì cần một bộ định thời để delay chính xác nhất.3 Giao tiếp One - Wire Bốn thao tác hoạt động cơ bản của bus 1 wire là Reset/Presence, gửi bit 1, gửi bit 0, và đọc bit cụ thể là [2]: Write 1 (gửi bit 1): Master kéo xuống 0 một khoảng A (us) rồi về mức 1 khoảng B (us). Write 0 (gửi bit 0): Master kéo xuống 0 khoảng C (us) rồi trả về 1 khoảng D. Restart: Master kéo xuống 0 một khoảng H rồi nhả lên mức 1 sau đó cấu hình Master là chân In delay I (us) rồi đọc giá trị slave trả về. Nếu bằng 0 thì cho phép giao tiếp, nếu bằng 1 đường truyền lỗi hoặc slave đang bận.
Thiết bị master kéo bus xuống thấp ít nhất 8 khe thời gian (tức là 480 µs) và sau đó nhả bus. Khoảng thời gian bus ở mức thấp đó gọi là tín hiệu reset. Nếu có thiết bị slave gắn trên bus nó sẽ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT trả lời bằng tín hiệu Presence tức là thiết bị tớ sẻ kéo bus xuống mức thấp trong khoảng thời gian 60µs.
Tín hiệu reset và presence “Reset” and “Presence” signal Hình 2.4 Tín hiệu Reset và Presence 2.2 Chuẩn giao tiếp SPI Chuẩn giao tiếp SPI (Serial Peripheral Bus) là chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do hãng Motorola đề xuất. Một chip Slaves điều phối qua trình truyển thông và các chip Slaves được điều khiền bởi Master và Slaves. SPI là một cách truyền song công (full duplex) nghĩa là tại cùng một thời điểm quá trình truyền và nhận có thể xy ra đồng thời. Người ta còn có thể gọi nó là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có 4 đường giao tiếp.5 Thể hiện kết nối SPI giữa một chip Master SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần 1 đường giữ nhịp, mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu đến hoặc đi.
Đây là điểm khác biệt với truyền thông không đồng bộ mà chúng ta đã biết trong chuẩn UART. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Sự tồn tại của chân SCK giúp quá trình tuyền ít bị lỗi và vì thế tốc độ truyền của SPI có thể đạt rất cao. Xung nhịp chỉ được tạo ra bởi chip Master.
MISO– Master Input / Slave Output: nếu là chip Master thì đây là đường Input còn nếu là chip Slave thì MISO lại là Output. MISO của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau. MOSI – Master Output / Slave Input: nếu là chip Master thì đây là đường Output còn nếu là chip Slave thì MOSI là Input. MOSI của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau.
SS – Slave Select: SS là đường chọn Slave cần giap tiếp, trên các chip Slave đường SS sẽ ở mức cao khi không làm việc. Nếu chip Master kéo đường SS của một Slave nào đó xuống mức thấp thì việc giao tiếp sẽ xảy ra giữa Master và Slave đó. Chỉ có 1 đường SS trên mỗi Slave nhưng có thể có nhiều đường điều khiển SS trên Master, tùy thuộc vào thiết kế của người dùng. Nói 1 cách vắn tắt và dễ hiểu: MISO - Mang các dữ liệu từ các thiết bị SPI về arduino MOSI - Mang các dữ liệu từ Arduino đến các thiết bị SPI SS - Chọn thiết bị SPI cần làm việc SCK - dòng đồng bộ Đối với Arduino Uno các chân giao tiếp SPI Lần lượt là SS-10; MOSI-11; MISO-12; SCK-13.
Bạn có thể kiểm soát 1 hoặc nhiều thiết bị sử dụng SPI. Ví dụ dưới đây là 1 thiết bị [3].6 Giao tiếp một thiết bị BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Dữ liệu được truyền qua lại dữa 2 đường MISO và MOSI. Điều này chỉ thực hiện được khi dòng SS được thiết lập ở mức thấp LOW.