Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ nhúng đề tài thiết kế chế tạo hệ thống giám sát, thu thập thông tin từ xa

Một số ứng dụng thực tế có thể kể ra như: hệ thống thu thập dữ liệu từ môi trường, hệ thống điều khiển thiết bị, hệ thống giámsát, cảnh báo từ xa,… Trong các ứng dụng này thường sử dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

THIẾT KẾ HỆ NHÚNG

Đề tài:

THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG GIÁM SÁT,

THU THẬP THÔNG TIN TỪ XA

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Thịnh 20149575

Nguyễn Việt Anh 20121228

Giảng viên hướng dẫn: TS Ngô Vũ Đức

Hà Nội, 6 - 2016

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, các ứng dụng khai thác hạ tầng mạng thông tin di động và mạngInternet sẵn có đang phát triển mạnh mẽ Một số ứng dụng thực tế có thể kể ra như:

hệ thống thu thập dữ liệu từ môi trường, hệ thống điều khiển thiết bị, hệ thống giámsát, cảnh báo từ xa,… Trong các ứng dụng này thường sử dụng module SIM đểtruyền dữ liệu (SMS/DATA) qua hạ tầng mạng viễn thông Bài tập lớn môn Thôngtin di động yêu cầu mỗi nhóm sinh viên tìm hiểu, thiết kế và thực hiện một phầncông việc trong các hệ thống nêu trên, nhằm giúp sinh viên củng cố và nắm chắckiến thức chung về hệ thống thông tin di động, áp dụng kiến thức đã học vào giảiquyết một bài toán cụ thể trong thực tế

Với vấn đề nêu trên, trong phạm vi nghiên cứu này, chúng em đã lựa chọn đề

tài: “Thiết kế chế tạo mạch giao tiếp sử dụng module SIM” Đề tài này sẽ tập

trung vào việc nghiên cứu và xây dựng thiết kế mạch phần cứng nhằm giải quyếtcác vấn đề sau:

 Nghiên cứu các giao thức truyền nhận với module SIM900

 Thiết kế mạch điện tử thu nhận dữ liệu từ cảm biến

 Tối ưu năng lượng tiêu thụ và hoạt động ổn định

 Truyền dữ liệu thu thập được về một server giả lập trước

 Kết hợp với phần mềm Client-Server (nếu có)

Mặc dù đã cố gắng và nỗ lực hết sức nhưng chắc chắn đề tài của chúng emvẫn còn nhiều thiếu sót, chúng em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến và đánhgiá của thầy và những người quan tâm để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơnnữa Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của TS Ngô VũĐức đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài này

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

DANH SÁCH HÌNH VẼ 3

DANH SÁCH BẢNG BIỂU 5

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 6

1.1 Đặt vấn đề 6

1.2 Mục đích đề tài 6

1.3 Hướng phát triển đề tài 7

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

2.1 Mô hình Client-Server 8

2.1.1 Giới thiệu về mô hình Client-Server 8

2.1.2 Client 9

2.1.3 Server 10

2.2 Giao thức SMS/TCP-IP 10

2.2.1 Giao thức SMS 10

2.2.2 Giao thức TCP/IP 14

2.3 Truyền thông USART 17

2.3.1 Tổng quan về truyền thông USART 17

2.3.2 Truyền thông nối tiếp và các khái niệm 18

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ MẠCH PHẦN CỨNG 22

3.1 Sơ đồ khối mạch phần cứng 22

3.2 Tính toán thiết kế các khối 23

3.2.1 Khối nguồn 23

3.2.2 Khối cảm biến 24

3.2.3 Khối MCU 25

3.2.4 Khối module SIM 26

3.2.5 Mạch nguyên lý phần cứng hoàn thiện 27

3.2.6 Thông số mạch phần cứng và linh kiện sử dụng 28

CHƯƠNG 4 THỬ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 30

4.1 Giới thiệu các phần mềm kiểm thử 30

4.1.1 Phần mềm Hercules 30

4.1.2 Phần mềm Sdiags 31

4.2 Thử nghiệm 31

4.3 Kết quả 33

KẾT LUẬN 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tổng quan một hệ thống giám sát, thu thập thông tin điển hình 6

Hình 2.1 Ví dụ về mô hình Client-Server 8

Hình 2.2 Tin nhắn văn bản 11

Hình 2.3 Bảng chuyển đổi ký tự hệ lục thập phân sang nhị phân và ngược lại 12

Hình 2.4 Cấu trúc một tin nhắn 12

Hình 2.5 Sơ đồ truyền tin SMS 13

Hình 2.6 Cấu trúc của TCP/IP so với mô hình OSI 14

Hình 2.7 Minh họa lớp Application làm việc 15

Hình 2.8 Gói dữ liệu trong lớp Transport 15

Hình 2.9 Datagram trong lớp Internet 16

Hình 2.10 Cấu trúc Ethernet 16

Hình 2.11 Frame trong lớp Network Interface 17

Hình 2.12 Tín hiệu tương đương của UART và RS232 18

Hình 2.13 Truyền 8 bit theo phương pháp song song và nối tiếp 19

Hình 3.1 Sơ đồ khối mạch phần cứng 22

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn +3.3V 23

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 4.3÷4.8V 24

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến 24

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý khối MCU 26

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý khối module SIM 26

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý phần cứng hoàn thiện 27

Hình 3.8 Hình ảnh 3D của mạch phần cứng sau thiết kế 28

Hình 4.1 Giao diện phần mềm Hercules 30

Hình 4.2 Giao diện phần mềm SDiags 31

Hình 4.3 Cách xác định địa chỉ IP của Server giả lập 32

Hình 4.4 Cấu hình Port Forwarding của Server 33

Hình 4.5 Mạch phần cứng hoàn thiện 33

Hình 4.6 Mô hình Client-Server triển khai thực tế 34

Hình 4.7 Quá trình kết nối và bắt đầu truyền dữ liệu 34

Hình 4.8 Quá trình kết nối phần cứng (Client) với Server kết thúc 35

Hình 4.9 Thu nhận dữ liệu từ cảm biến thông qua giao thức UDP 36

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Thông số mạch nguồn +3.3V 23 Bảng 3.2 Thông số mạch nguồn 4.3÷4.8V 24

Bảng 3.3 Một số thông số cơ bản của khối cảm biến 25

Bảng 3.4 Thông số của module SIM900 27

Bảng 3.5 Danh sách linh kiện chính được sử dụng 28

Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật của mạch phần cứng 29

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Trong nhiều năm trở lại đây, sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật đặc biệt là trong các lĩnh vực truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mềm đã mang lại rất nhiều giải pháp, khả năng mới trong lĩnh vực điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) Theo thời

gian, các hệ thống xác định, giám sát thu thập thông tin cũng lần lượt ra đời vàmang lại rất nhiều tiện ích trong các lĩnh vực khác nhau như hàng không, sản xuấtcông nghiệp, y tế…

Hình 1.1 Tổng quan một hệ thống giám sát, thu thập thông tin điển hình

Với khả năng ứng dụng lớn trong nhiều lĩnh vực như vậy, việc xây dựng một

hệ thống giám sát, thu thập thông tin là hết sức cần thiết

đó việc thiết lập được một hệ thống như trên là vô cùng đơn giản

Do thời gian môn học không đủ dài để thực hiện toàn bộ một hệ thống, mỗinhóm chúng em đã chọn một đề tài nhỏ trong việc xây dựng hệ thống giám sát, thu

thập thông tin Cụ thể đề tài của nhóm chúng em là:“ Thiết kế chế tạo mạch giao

tiếp sử dụng module SIM” với nhiệm vụ chế tạo được phần cứng truyền thông sử

dụng module SIM có khả năng gửi được dữ liệu thu thập được từ cảm biến (nhiệt

độ, độ ẩm) về một server giả lập cho trước và có khả năng kết hợp được với phầnmềm Client-Server mà các nhóm khác xây dựng

1.3 Hướng phát triển đề tài

Phần cứng xây dựng được giúp hỗ trợ cho việc theo dõi, giám sát thông tinmột cách thường xuyên để từ đó đưa ra cho người sử dụng các quyết định điềuchỉnh cho phù hợp Từ hệ thống này, hoàn toàn có thể đi sâu để nâng cấp, cải thiệncác chức năng hiển thị, xử lý thông số, chi phí chế tạo hỗ trợ việc chế tạo cácphiên bản tiếp theo Tương lai gần hướng phát triển của đề tài sẽ là mở rộng thiết kế

để kết hợp được với các phần mềm, ứng dụng hay các giải pháp khác như:

 Phần mềm thu thập, xử lý, đóng gói, dữ liệu để truyền qua module SIM vềserver (Protocol)

 Phần mềm nhận và xử lý gói dữ liệu từ module SIM ở server (Server)

 Phần mềm quản lý và hiển thị dữ liệu (bao gồm webserver và apps)

smartphone- Phát triển giải pháp truyền thông an toàn cho thiết bị định vị - giám sát côngsuất thấp (Security)

 Phát triển chức năng điều khiển thiết bị đầu cuối qua modul SIM (Control)

 Phát triển module truyền thông qua bộ đàm (Communication)

 Phát triển chức năng định vị sử dụng Cell-ID (Positioning)

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Các dữ liệu sau khi thu thập được từ cảm biến (nhiệt độ và độ ẩm) được xử

lý và đưa lên server giả lập thông qua module SIM Đó chính là một ví dụ điển hìnhcho mô hình Client-Server Chính bởi vậy, chương 2 của đề tài này tổng hợp các lýthuyết cơ bản, tổng quan về mô hình Client-Server, các giao thức truyền nhận dữliệu SMS,TCP/IP, truyền thông tốc độ cao UART phục vụ cho quá trình phân tích,thiết kế ở chương sau

2.1 Mô hình Client-Server

2.1.1 Giới thiệu về mô hình Client-Server

Mô hình client-server là một mô hình nổi tiếng trong mạng máy tính, được

áp dụng rất rộng rãi và là mô hình của mọi trang web hiện có Ý tưởng của mô hìnhnày là máy con (đóng vài trò là máy khách) gửi một yêu cầu (request) để máy chủ(đóng vai trò người cung ứng dịch vụ), máy chủ sẽ xử lý và trả kết quả về cho máykhách Một mô hình ngược lại là mô hình master-slaver, trong đó máy chủ (đóngvai trò ông chủ) sẽ gửi dữ liệu đến máy con (đóng vai trò nô lệ) bất kể máy con cócần hay không

Hình 2.1 Ví dụ về mô hình Client-Server

Thuật ngữ server được dùng cho những chương trình thi hành như một dịch

vụ trên toàn mạng Các chương trình server này chấp nhận tất cả các yêu cầu hợp lệđến từ mọi nơi trên mạng, sau đó nó thi hành dịch vụ và trả kết quả về máy yêu cầu.Một chương trình được coi là client khi nó gửi các yêu cầu tới máy có chương trìnhserver và chờ đợi câu trả lời từ server Chương trình server và client nói chuyện vớinhau bằng các thông điệp (messages) thông qua một cổng truyền thông liên tác IPC(Interprocess Communication) Để một chương trình server và một chương trìnhclient có thể giao tiếp được với nhau thì giữa chúng phải có một chuẩn để nóichuyện, chuẩn này được gọi là giao thức Nếu một chương trình client nào đó muốn

yêu cầu lấy thông tin từ server thì nó phải tuân theo giao thức mà server đó đưa ra.Bản thân chúng ta khi cần xây dựng một mô hình client/server cụ thể thì ta cũng cóthể tự tạo ra một giao thức riêng nhưng thường chúng ta chỉ làm được điều này ởtầng ứng dụng của mạng Với sự phát triển mạng như hiện này thì có rất nhiều giaothức chuẩn trên mạng ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển này Các giao thứcchuẩn (ở tầng mạng và giao vận) được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay như: giaothức TCP/IP, giao thức SNA của IBM, OSI, ISDN, X.25 hoặc giao thức LAN-to-LAN NetBIOS Một máy tính chứa chương trình server được coi là một máy chủhay máy phục vụ (server) và máy chứa chương trình client được coi là máy tớ(client) Mô hình mạng trên đó có các máy chủ và máy tớ giao tiếp với nhau theoọmoojthoặc nhiều dịch vụ được gọi là mô hình client/server Thực tế thì mô hìnhclient/server là sự mở rộng tự nhiên và tiện lợi cho việc truyền thông liên tiến trìnhtrên các máy tính cá nhân Mô hình này cho phép xây dựng các chương trìnhclient/server một cách dễ dàng và sử dụng chúng để liên tác với nhau để đạt hiệuquả hơn.

2.1.2 Client

Trong mô hình client/server, người ta còn định nghĩa cụ thể cho một máyclient là một máy trạm mà chỉ được sử dụng bởi một người dùng để thể hiện tínhđộc lập cho nó Thực tế trong các ứng dụng của mô hình client/server, các chứcnăng hoạt động chính là sự kết hợp giữa client và server với sự chia sẻ tài nguyên,

dữ liệu trên cả hai máy Trong mô hình client/server, client được coi như là người

sử dụng các dịch vụ trên mạng do một hoặc nhiều máy chủ cung cấp và server đượccoi như là người cung cấp dịch vụ để trả lời các yêu cầu của các clients Điều quantrọng là phải hiểu được vai trò hoạt động của nó trong một mô hình cụ thể, một máyclient trong mô hình này lại có thể là server trong một mô hình khác Ví dụ cụ thểnhư một máy trạm làm việc như một client bình thường trong mạng LAN nhưngđồng thời nó có thể đóng vai trò như một máy in chủ (printer server) cung cấp dịch

vụ in ấn từ xa cho nhiều người khác (clients) sử dụng Client được hiểu như là bềnổi của các dịch vụ trên mạng, nếu có thông tin vào hoặc ra thì chúng sẽ được hiểnthị trên máy client

2.1.3 Server

Server còn được định nghĩa như là một máy tính nhiều người sử dụng(multiuser computer) Server cung cấp và điều khiển các tiến trình truy cập vào tàinguyên của hệ thống Các ứng dụng chạy trên server phải được tách rời nhau để mộtlỗi của ứng dụng này không làm hỏng ứng dụng khác Tính đa nhiệm đảm bảo mộttiến trình không sử dụng toàn bộ tài nguyên hệ thống Như đã nói ở trên, server như

là một nhà cung cấp dịch vụ cho các clients yêu cầu tới khi cần, các dịch vụ như cơ

sở dữ liệu, in ấn, truyền file, hệ thống Các ứng dụng server cung cấp các dịch vụmang tính chức năng để hỗ trợ cho các hoạt động trên các máy clients có hiệu quảhơn Sự hỗ trợ của các dịch vụ này có thể là toàn bộ hoặc chỉ một phần thông quaIPC Để đảm bảo tính an toàn trên mạng cho nên server này còn có vai trò như làmột nhà quản lý toàn bộ quyền truy cập dữ liệu của các máy clients, nói cách khác

đó là vai trò quản trị mạng Có rất nhiều cách thức hiện nay nhằm quản trị có hiệuquả, một trong những cách đang được sử dụng đó là dùng tên login và mật khẩu

2.2 Giao thức SMS/TCP-IP

2.2.1 Giao thức SMS

a Giới thiệu chung về SMS

SMS là tên viết tắt của dịch vụ tin nhắn ngắn (Short Messaging Service), mộtgiao thức để gửi tin nhắn qua mạng không dây Không giống như nhiều dịch vụhiện nay, chẳng hạn như MMS và các dịch vụ gọi thoại khác, tin nhắn SMS vẫnhoạt động trên các mạng cơ bản và dựa trên 3 công nghệ mạng lớn đó là GSM,CDMA và TDMA, khiến nó trở thành một dịch vụ phổ cập cho mọi người

Tin nhắn SMS cho phép bạn gửi một đoạn văn bản có chiều dài 160 ký tự (cảchữ cái, số và các ký tự khác) Tùy vào từng ngôn ngữ, ví dụ như tiếng Trung Quốchoặc Ả Rập thì kích thước tối đa 1 tin nhắn SMS là 70 ký tự Tại sao vậy? Cũngnhư chữ Việt Nam, nếu bạn viết có dấu thì tối đa chỉ được 70 ký tự, không dấu (nhưtiếng Anh) thì sẽ tối đa là 160 ký tự

Hình 2.2 Tin nhắn văn bản

Giới hạn 160 ký tự đã được quyết định bởi Friedhelm Hillebrand, một người

đã quan sát và thử nghiệm rất nhiều tin nhắn, kết hợp với một số thỏa hiệp về băngthông mạng có sẵn ở thời điểm đó Đối với ông, tin nhắn 160 ký tự là vừa đủ đểchuyển tải thông tin, không quá dài cũng không quá ngắn và thường một tin nhắn có

độ dài ở trong khoảng 160 ký tự này

Ngày nay, băng thông đã không còn là vấn đề cần phải quan tâm nhưng với

số lượng ký tự vừa phải, việc truyền gửi tin nhắn, đặc biệt là từ quốc gia này quaquốc gia khác sẽ có độ trễ rất thấp, gần như là ngay lập tức

b Các tiêu chuẩn của SMS

Các tiêu chuẩn của tin nhắn SMS xác định những thông tin nào được gửitrong một tin nhắn, các bit của mã nhị phân tạo nên một lá thư và làm thế nào dữliệu này được tổ chức, gửi và nhận qua lại giữa các thiết bị với nhau Định dạng dữliệu của một tin nhắn không chỉ có nội dung tin nhắn mà còn có thêm thời gian, sốđiện thoại gửi đến

Chi tiết tin nhắn được mô tả từ các đơn vị giao thức PDU (ProtocolDescription Unit), trong các hình thức của một chuỗi hệ thập lục phân và bán sốthập phân Hệ thập lục phân là một hệ đếm có 16 ký tự, từ 0 đến 9 và từ A đến F đểđại diện cho các giá trị từ 10 đến 15

Hình 2.3 Bảng chuyển đổi ký tự hệ lục thập phân sang nhị phân và ngược lại

Định dạng PDU bao gồm các mảng thông tin sau: vài bit đầu tiên chứa thôngtin về nơi gửi đến, trong đó có trung tâm tin nhắn, số của người gửi Các bit tiếptheo là chuỗi tin nhắn Tiếp theo, thông tin người gửi và người nhận được chuyểnthành một dạng giao thức và một thẻ để xác định chương trình mã hóa dữ liệu đãđược sử dụng Thẻ xác định mã nhằm giúp trung tâm nhận tin nhắn biết được tinnhắn đã sử dụng chương trình mã hóa nào để giải mã lại tin nhắn đó Ngoài ra còn

có nhãn thời gian và thông tin về độ dài của tin nhắn

Hình 2.4 Cấu trúc một tin nhắn

Đối với một bản tin, như đã đề cập, có chiều dài 160 ký tự, trong đó một ký

tự được xác định bởi 7-bits bảng chữ cái GSM Mỗi 7-bits là kết quả trong 128 ký

tự có sẵn, số, và các dấu châm câu Ví dụ, 48656C6C6F trong bảng chữ cái GSM sẽtương đương với từ “Hello”

Như vậy, có rất nhiều thông tin được gửi với một tin nhắn SMS hơn là chỉmột vài câu ngắn Các phần quan trọng trong tin nhắn sẽ giúp tin nhắn đến đúngngười nhận và đảm bảo việc giải mã đúng thông tin mà người gửi muốn nói.

c Gửi dữ liệu qua SMS

Một tin nhắn văn bản từ điện thoại di động sẽ được lưu trữ trong trung tâmlưu trữ tin nhắn SMC (Stored Message Central), sau đó sẽ chuyển tiếp đến đích cầnđến Tin nhắn SMS thường sử dụng một kênh riêng biệt để gửi và kiểm soát các tinnhắn Vì vậy các cuộc gọi và các dạng tin nhắn khác sẽ không bị cản trở bởi SMS.Kênh điều khiển này được sử dụng để theo dõi vị trí điện thoại của bạn giúp tinnhắn có thể gửi chuẩn xác đến địa điểm mà bạn đang đứng

Hình 2.5 Sơ đồ truyền tin SMS

Như đã đề cập, SMC có nhiệm vụ lưu trữ và chuyển tiếp tin nhắn đến và đi

từ trạm di động cùng các tổ chức tin nhắn khác – thường là chính điện thoại diđộng Lợi ích của việc lưu trữ là nhằm thông báo và gửi lại tin nếu người nhận chưanhận được Hoặc nếu người nhận đang ở ngoài vùng phủ sóng, mạng lỗi… thì tinnhắn vẫn được lưu trữ trong trung tâm và sẽ tự gửi lại khi người nhận đã kết nối trởlại Tuy nhiên, để tìm ra vị trí chính xác nơi tin nhắn sẽ được gửi tới thì SMC cầnphải nhận được vị trí của người nhận Và đây chính là HLR (Home LocationRegister) – nơi lưu trữ vị trí của thuê bao trong mạng Nhưng quan trọng nhất, HLRcũng có thể theo dõi người dùng và cung cấp vị trí chính xác của thuê bao di độngnếu bạn di chuyển đến những nơi khác Trung tâm tin nhắn MSC có trách nhiệmchuyển thông tin tới các trạm di động (BSS) mà thuê bao đang ở trong vùng phủsóng của trạm đó Và BSS là thiết bị cuối cùng truyền tin nhắn đến điện thoại diđộng của bạn, đó là một cuộc hành trình dài và phức tạp với 160 ký tự

SMS có thể là xương sống của truyền thông trong nhiều thập kỷ qua nhưnggần đây nhiều dịch vụ khác đã dần thay thế, đặc biệt là ở các nước châu Âu Tuynhiên tại các nước đang phát triển như ở Việt Nam thì SMS vẫn là phương thứctruyền nhận tin phổ biến và được ứng dụng rộng rãi.

2.2.2 Giao thức TCP/IP

a Giới thiệu về giao thức TCP/IP

TCP/IP không phải là một giao thức mà là một tập hợp giao thức hoặc cụmgiao thức, nhưng hầu hết chúng ta vẫn chỉ gọi là giao thức TCP/IP Đúng như têncủa nó, chúng ta hiểu nó là hai giao thức khác nhau : TCP (Transmission ControlProtocol – Giao thức điều khiển truyền) và IP (Internet Protocol – Giao thứcInternet) Có một vài giao thức khác liên quan tới TCP/IP như: FTP, HTTP, SMTP

và UDP

Hình 2.6 Cấu trúc của TCP/IP so với mô hình OSI

Như vậy, TCP/IP có bốn lớp có thể kể đến đó là : Application, Transport,Internet và Network Interface

b Lớp Application

Chương trình làm việc trực tiếp với lớp Application Trong lớp Applicationbạn sẽ tìm thấy những giao thức Application như: SMTP (cho Email), FTP (đểtruyền file) và HTTP (cho duyệt Web) Mỗi loại chương trình làm việc với nhữnggiao thức Application khác nhau vì nó sẽ phụ thuộc vào mục đích của chương trình

Hình 2.7 Minh họa lớp Application làm việc

c Lớp Transport

Sau khi chương trình xử lí yêu cầu, giao thức trong lớp Application sẽ làmviệc với giao thức khác từ lớp Transfer, thông thường là TCP Lớp này có nhiệm vụnhận dữ liệu từ lớp trên gửi xuống, chia chúng thành những gói (Packet) và gửi tiếpnhững gói này xuống lớp Internet phía dưới Ngoài ra, trong lúc nhận dữ liệu, lớpnày có nhiệm vụ đặt gói dữ liệu được nhận từ mạng theo thứ tự và kiểm tra nộidung của gói dữ liệu xem có bị mất hay không

Hình 2.8 Gói dữ liệu trong lớp Transport

d Lớp Internet

Trong lớp Internet chúng ta có giao thức IP (Internet Protocol), mà lấy nhữnggói được nhận từ lớp Transport và thêm thông tin địa chỉ ảo, có nghĩa là thêm địachỉ của máy tính mà đang gửi dữ liệu và địa chỉ của máy tính sẽ nhận dữ liệu này.Những địa chỉ ảo này được gọi là địa chỉ IP Sau đó gói được gửi tới lớp thấp hơn làNetwork Interface Trong lớp này dữ liệu được gọi là Datagram

Hình 2.9 Datagram trong lớp Internet

e Lớp Network Interface

Network Interface sẽ lấy những gói được lớp Internet gửi đến và gửi chúnglên mạng (hoặc nhận chúng từ mạng , nếu máy tính đang nhận dữ liệu) Những gìxảy ra bên trong lớp này sẽ phụ thuộc vào kiểu mạng máy tính của bạn dùng Ngàynay hầu hết mọi máy tính đều dùng kiểu mạng Ethernet (có sẵn vài kiểu tốc độ khácnhau, mạng Wireless cũng là mạng Ethernet) và như vậy bên trong lớp NetworkInterface là có lớp Ethernet gồm có LLC (Logic Link Control), MAC (MediaAccess Control) và Physical, liệt kê từ trên xuống dưới

Hình 2.10 Cấu trúc Ethernet

Những gói truyền trên mạng được gọi là những Frame

Hình 2.11 Frame trong lớp Network Interface 2.3 Truyền thông USART

2.3.1 Tổng quan về truyền thông USART

Thuật ngữ USART trong tiếng anh là viết tắt của cụm từ UniversalSynchronous & Asynchronous serial Reveiver and Transmitter, nghĩa là bộ truyềnnhận nối tiếp đồng bộ và không đồng bộ Cần chú ý rằng khái niệm USART (hayUART nếu chỉ nói đến bộ truyền nhận không đồng bộ) thường để chỉ thiết bị phầncứng (device, hardware), không phải chỉ một chuẩn giao tiếp USART hay UARTcần phải kết hợp với một thiết bị chuyển đổi mức điện áp để tạo ra một chuẩn giaotiếp nào đó Ví dụ, chuẩn RS232 (hay COM) trên các máy tính cá nhân là sự kếthợp của chip UART và chip chuyển đổi mức điện áp Tín hiệu từ chip UARTthường theo mức TTL: mức logic high là 5, mức low là 0V Trong khi đó, tín hiệutheo chuẩn RS232 trên máy tính cá nhân thường là -12V cho mức logic high và +12cho mức low (tham khảo hình 2.12) Chú ý các giải thích này là theo mức logicTTL của USART, không theo RS232

Hình 2.12 Tín hiệu tương đương của UART và RS232

2.3.2 Truyền thông nối tiếp và các khái niệm

a Truyền thông nối tiếp

Giả sử bạn đang xây dựng một ứng dụng phức tạp cần sử dụng nhiều vi điềukhiển (hoặc vi điều khiển và máy tính) kết nối với nhau Trong quá trình làm việccác vi điều khiển cần trao đổi dữ liệu cho nhau, ví dụ tình huống Master truyền lệnhcho Slaver hoặc Slaver gửi tín hiệu thu thập được về Master xử lí…Giả sử dữ liệucần trao đổi là các mã có chiều dài 8 bits, bạn có thể sẽ nghĩ đến cách kết nối đơngiản nhất là kết nối 1 PORT (8 bit) của mỗi vi điều khiển với nhau, mỗi line trênPORT sẽ chịu trách nhiệm truyền/nhận 1 bit dữ liệu Đây gọi là cách giao tiếp songsong, cách này là cách đơn giản nhất vì dữ liệu được xuất và nhận trực tiếp khôngthông qua bất kỳ một giải thuật biến đổi nào và vì thế tốc độ truyền cũng rất nhanh.Tuy nhiên, như bạn thấy, nhược điểm của cách truyền này là số đường truyền quánhiều, bạn hãy tưởng tượng nếu dữ liệu của bạn có giá trị càng lớn thì số đườngtruyền cũng sẽ nhiều thêm Hệ thống truyền thông song song thường rất cồng kềnh

và vì thế kém hiệu quả Truyền thông nối tiếp sẽ giải quyết vần đề này, trong truyềnthông nối tiếp dữ liệu được truyền từng bit trên 1 (hoặc một ít) đường truyền Vì lý

do này, cho dù dữ liệu của bạn có lớn đến đâu bạn cũng chỉ dùng rất ít đườngtruyền Hình 2.13 mô tả sự so sánh giữa 2 cách truyền song song và nối tiếp trongviệc truyền con số 187 thập phân (tức 10111011 nhị phân)