Luận văn Thiết kế chế tạo khối chuyển đổi và xử lý thông tin từ đầu đo phục vụ điểm đo cảm nhận môi trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHÙNG CÔNG PHI KHANH THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHỐI CHUYỂN ĐỔI VÀ XỬ LÝ THÔNG TIN TỪ ĐẦU ĐO PHỤC VỤ ĐIỂM ĐO CẢM NHẬN MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2005 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHÙNG CÔNG PHI KHANH THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHỐI CHUYỂN ĐỔI VÀ XỬ LÝ THÔNG TIN TỪ ĐẦU ĐO PHỤC VỤ ĐIỂM ĐO CẢM NHẬN MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành : Kĩ thuật vô tuyến điện tử & Thông tin liên lạc Mã số : 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học PGS. TS. VƯƠNG ĐẠO VY Hà Nội - 2005 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn tới PGS. TS. Vương Đạo Vy, người đã hướng dẫn tận tình, hiệu quả giúp tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, các bạn thuộc Khoa kĩ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc Trường Đại học Công nghệ Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình cùng anh em bè bạn, những người đã luôn động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Hà Nội, tháng 6 năm 2005 Tác giả Phùng Công Phi Khanh 1 MỞ ĐẦU Mạng cảm nhận không dây nhằm đo thông số môi trường hiện nay đang được nghiên cứu và có xu hướng phát triển rộng khắp, bởi nó mang lại lợi ích về nhiều phương diện cho con người. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các mạng cảm nhận không dây để đo thông số môi trường ở những nơi như: nhà kho, hầm mỏ, phân xưởng, viện bảo tàng, bệnh viện…, phục vụ trong các lĩnh vực nông nghiệp, công nghiệp, y tế…, mang lại hiệu quả cao và mở ra những ý nghĩa mới trong đo đạc giám sát và cảnh báo. Đề tài luận văn đi vào nghiên cứu: “Thiết kế chế tạo khối chuyển đổi và xử lý thông tin từ đầu đo phục vụ điểm đo cảm nhận môi trường”. Mục tiêu cụ thể của đề tài là: - Nghiên cứu một loại đầu đo. - Thiết kế và chế tạo khối chuyển đổi và xử lý dữ liệu cho đầu đo. - Truyền nhận dữ liệu không dây và hiển thị trên máy tính. Đây là bước cơ bản tiến tới xây dựng nút mạng cảm nhận môi trường nói riêng và có thể có ích cho nhiều ứng dụng khác nói chung. Kết cấu luận văn bao gồm năm chương. Chương 1: Tổng quan về đề tài. Chương 2 : Chức năng và hoạt động của các modul. Chương 3 : Thiết kế và chế tạo hệ thống. Chương 4 : Thiết kế phần mềm. Chương 5 : Thử nghiệm hệ thống và đánh giá kết quả. 2 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Sơ đồ khối thiết kế Với mục đích thiết kế chế tạo khối chuyển đổi và xử lý thông tin từ đầu đo phục vụ điểm đo cảm nhận môi trường như trên, chúng tôi xây dựng sơ đồ khối làm việc của nó như hình 1. Hình 1: Sơ đồ khối. Chú thích : Đường truyền vô tuyến. Đường truyền hữu tuyến. Sơ đồ bao gồm khối cảm nhận làm nhiệm vụ thu nhận các thông số môi trường và đưa đến khối xử lý. Khối xử lý có nhiệm vụ điều khiển hoạt động của các khối khác, đồng thời xử lý dữ liệu để thuận tiện cho việc truyền và nhận dữ liệu. Khối phát thông tin tiếp nhận dữ liệu từ khối xử lý và truyền không dây đến nơi thu. Nơi thu sau khi nhận dữ liệu sẽ truyền vào máy tính để hoàn tất công việc và hiển thị. 1.2 Khối cảm nhận Khối cảm nhận của mạng cảm nhận môi trường bao gồm các sensor và các mạch điện đi kèm thực hiện việc đo các thông số môi trường khác nhau. Trong luận văn này khối cảm nhận môi trường là modul sensor MS5535, hình dáng bên ngoài được thể hiện ở hình 2. MS5535 là một modul sensor tích hợp dạng MEMS phù hợp với mục đích xây dựng điểm đo trong nghiên cứu của đề tài. khối cảm nhận khối xử lý thông tin khối phát thông tin khối thu thông tin Máy tính Hình 2: Hình dáng MS5535. 3 1.3 Khối xử lý thông tin Khối xử lý có nhiệm vụ điều khiển hoạt động các khối khác và thu nhận xử lý các thông tin. Khối này thường là các vi điều khiển hoặc các bộ vi xử lý. Với điều kiện thực tiễn và mục tiêu đề tài, chúng tôi chọn sử dụng vi điều khiển 89C52 với hình dáng bên ngoài chỉ ra trên hình 3. Vi điều khiển 89C52 có đầy đủ thông số kĩ thuật cần thiết cho nghiên cứu của đề tài, đặc biệt là 89C52 thông dụng trên thị trường nên thuận lợi cho việc lắp ráp và thử nghiệm. 1.4 Khối phát và thu dữ liệu Điểm đo cảm nhận môi trường thường cơ động linh hoạt vì vậy phương pháp thu nhận dữ liệu không dây là thích hợp. Do đó khối thu phát dữ liệu đưa vào điểm đo cảm nhận môi trường là cần thiết. Trong sơ đồ hình 1 khối phát và thu dữ liệu có nhiệm vụ liên kết điểm đo với nơi thu nhận kết quả đo, khối này nhận dữ liệu từ khối xử lý rồi truyền không dây đến nơi thu. Việc thu phát vô tuyến ngày nay rất phổ biến đem lại thuận tiện cho người sử dụng. Trong luận văn này chúng tôi sử dụng cặp thu phát số : TX2-433-160-5V và RX2-433-160-5V hình dáng bên ngoài của các vi mạch này thể hiện ở hình 4. TX2 và RX2 là một cặp thu phát trong dải UHF. TX2 và RX2 đã được kiểm tra là làm theo chuẩn truyền thông. Hình 3: Hình dáng 89C52. Hình 4: Hình dáng của TX2 và RX2. 4 Chương 2: CHỨC NĂNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC MODUL 2.1 Modul MS5535 ♦ Khái quát về MS5535 MS5535 là một thiết bị dạng MEMS, tích hợp một sensor áp suất và một sensor nhiệt độ kết hợp với IC giao diện và ADC. Cung cấp một từ 16 bít dữ liệu mang thông tin áp suất và 16 bít dữ liệu mang thông tin nhiệt độ. Modul sensor MS5535 với các đặc điểm cơ bản: - Là sensor nhiệt độ và áp suất được tích hợp cùng nhau. - Dải nhiệt độ làm việc từ - 400C đến + 600C. - Dải áp suất có thể đo từ 0 đến 14 bar (200PSI). - Độ phân giải 15 bít ADC. - 6 hệ số on-chip sử dụng cho bù giá trị áp suất và nhiệt độ. - Giao diện nối tiếp 3 dây. - Hệ thống xung đồng hồ (32,768KHz). - Điện áp thấp từ 2,2v đến 3,6v. - Kích thước nhỏ (9x9x5,5mm3). - Không phụ thuộc thành phần bên ngoài. - Dễ kết nối với máy tính và các thiết bị quan sát. ♦ Cấu tạo bên trong của MS5535. Sơ đồ khối cấu tạo của MS5535 được thể hiện trên hình 5. Từ sơ đồ khối ta có thể thấy modul MS5535 phần cảm nhận là sensor áp suất và sensor nhiệt độ. Ở đây modul có chức năng đo áp suất, có thể không dùng giá trị nhiệt độ nhưng vẫn phải đo nhiệt độ, vì giá trị áp suất phụ thuộc vào nhiệt độ nên cần đo nhiệt độ để tính toán hệ số bù cho giá trị áp suất. Một bộ chọn kênh được dùng để lựa chọn giá trị đưa vào ADC là 5 áp suất hay nhiệt độ. Một bộ chuyển đổi dữ liệu từ tương tự thành số, IC giao diện và bộ nhớ 64 bít dùng để lưu các hệ số bù tính toán cho nhiệt độ và áp suất của modul. Các giá trị bù này được chuẩn hoá từ nhà máy dưới dạng 6 hệ số chia ra làm bốn từ lưu trong bộ nhớ PROM 64 bít. Mỗi MS5535 sẽ có các hệ số bù cho nó để sau khi tính toán kết quả ra là giá trị áp suất và giá trị nhiệt độ đúng mà không cần phải so sánh lại với một thiết bị chuẩn nào Chuyển đổi đo áp suất cũng như đo nhiệt độ được bắt đầu bởi một điều khiển từ giao diện nối tiếp của MS5535. Bình thường MS5535 ở chế độ chờ khi có yêu cầu đo áp suất hay nhiệt độ thì cảm biến áp suất hay nhiệt độ tương ứng sẽ được đóng mạch và thông tin được đưa đến ADC. Nhờ ADC tín hiệu được số hoá để thông qua IC giao diện giao tiếp với mạch điện bên ngoài. Thời gian chuyển đổi của ADC khoảng 2ms, sau khi chuyển đổi xong cảm biến được tắt để tiết kiệm năng lượng của nguồn. Đối với bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự số AD-converter cho độ phân giải áp suất là 15 bít, thời gian chuyển đổi cực đại là 35 ms. Sai số giới hạn Hình 5: Sơ đồ khối của MS5535. 6 bởi phi tuyến của ADC cực tiểu là ±2 LSB (bít có giá trị nhỏ nhất), cực đại là ±7 LSB. Dải ra của ADC từ số đếm 5000 đến 37000, vì vậy lối ra là một từ 16 bít. Thông tin về nhiệt độ trong một số ứng dụng có thể không sử dụng nhưng nó cần thiết cho phép bù nhiệt độ với lối ra của áp suất. Khoảng sai số nhiệt độ từ – 0,80C đến + 0,80C xét ở nhiệt độ 250C với hệ số bù cung cấp bởi modul MS5535 lưu trữ trong IC giao diện. Độ phân giải nhiệt độ trong khoảng 0.0050C đến 0.0150C. Sai số theo nguồn cực đại khoảng – 0,30C/V đến + 0,30C/V với nguồn cung cấp trong khoảng 2,2 V đến 3,6 V ♦ Giá trị bù nhiệt độ và áp suất của nhà máy Điện áp ra của một sensor áp suất phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ và cách tác động, nên cần thiết phải bù cho các tác động đó. MS5535 đã có giải pháp bù. Thủ tục bù này được thực hiện bởi phần mềm sử dụng vi điều khiển bên ngoài. Thủ tục được viết thông thường có thể sử dụng và chương trình hoá. MS5535 được chuẩn hoá ở hai nhiệt độ T1= 100C và T2=350C, và hai áp suất P1=1000 mbar và P2=6000 mbar. MS5535 mang 64 bít bộ nhớ PROM, được chia nhỏ thành 4 WORD (từ) 16 bít gọi là: WORD1, WORD2, WORD3, WORD4, nó lưu trữ thông tin bù dưới dạng 6 hệ số C1, C2, C3, C4, C5, C6 được tách ra từ 4 WORD nói trên. ♦ Đo áp suất và nhiệt độ Quy trình nối tiếp đọc áp suất và nhiệt độ cũng như đọc phần mềm bù được mô tả như hình 7. Đầu tiên các word (word1, word2, word3, word4 ) được đọc thông qua giao diện nối tiếp. Các word có thể được đọc một lần sau khi reset vi điều khiển. Sau đó các hệ số bù từ C1 đến C6 được tách ra. 7 Hình 7: Biểu đồ thu giá trị áp suất và nhiệt độ. Đọc giữ liệu bù từ PROM của MS5535. WORD1, WORD2, WORD3, WORD4 (4x16 Bít) Khởi tạo Chuyển dữ liệu bù ra 6 hệ số. C1= Độ nhạy áp suất (13Bít) C2= Bù áp suất (13Bít) C3= Hệ số nhiệt độ của nhạy nhiệt độ (10Bít) C4= Hệ số nhiệt độ của bù áp suất (9Bít) C5= Nhiệt độ so sánh (12Bít) C6= Hệ số nhiệt độ của nhiệt độ (7Bít) Đọc giá trị áp suất D1(16 Bít) từ MS5535. Đọc giá trị nhiệt độ D2(16 Bít) từ MS5535. Tính toán nhiệt độ bù áp suất và nhiệt độ. Khác nhau giữa nhiệt độ thật và nhiệt độ so sánh. dt=D2 - (8*C5 + 10000) Bù cho nhiệt độ thực. OFF= C2 + (C4 - 250)*dt/212 +10000 Độ nhậy với nhiệt độ thực. SENS=C1/2 + (C3 +200)*dt/213 +3000 Áp suất thực tính ra mbar. P = SENS *(D1 - OFF)/212 +1000 Nhiệt độ thực tính ra 0C. TEMP = (200 + dt*(C6 + 100)/211 )/10 Hiển thị giá trị áp suất và nhiệt độ 8 Để đo áp suất vi điều khiển phải đọc giá trị 16 bít thông tin áp suất (D1) và 16 bít thông tin nhiệt độ (D2) cùng một giao diện nối tiếp. Sau đó giá trị áp suất được tính ra từ D1, D2 và C1 đến C6 theo công thức như trong hình 7. Tất cả các tính toán có thể được thay đổi với 16 bít. Kết quả lúc đó có thể dài 32 bít nhưng chỉ có 16 bít cao là đáng kể. ♦ Nguyên lý đo áp suất và nhiệt độ Đo áp suất và nhiệt độ sử dụng chung một ADC. Để đo áp suất, điện áp khác nhau từ sensor áp suất được chuyển đổi. Để đo nhiệt độ, điện áp từ cầu điện trở sensor được chuyển đổi. Trong suốt thời gian đo sensor sẽ bật tắt trong một thời gian ngắn để giảm tiêu thụ của nguồn. ADC được đánh giá là tuyến tính (giá trị số trong dải từ 5000 đến 37000) cho tất cả các biến đổi của sensor. ♦ Giao diện nối tiếp MS5535 truyền thông với vi sử lý và các hệ thống số khác thông qua giao diện nối tiếp 3 dây. Chân SCLK (serial clock) dùng để làm hiệu lệnh cho cả việc truyền và nhận dữ liệu trên các chân DIN và DOUT. Khi truyền dữ liệu mỗi bít truyền rơi vào sườn lên của xung SCLK. Khi nhận dữ liệu thi ngược lại với mỗi bít nhận rơi vào sườn xuống của xung SCLK. Tín hiệu SCLK phát ra từ hệ thống vi xử lý. Tín hiệu DOUT (Data Out) dùng làm hiệu lệnh cho tình trạng truyền dữ liệu và chuyển đổi dữ liệu. Dữ liệu số cung cấp bởi chân DOUT là kết quả của sự chuyển đổi, và dữ liệu phần mềm bù cho nhưng sai số của sensor. Lựa chọn dữ liệu ra phụ thuộc dữ liệu định dạng của tín hiệu DIN. 2.2 Modul TX2 và RX2 ♦ Modul phát tín hiệu TX2 9 TX2 làm việc với nguồn cung cấp thấp từ 2,2V đến 6V phát tín hiệu cao tần trong dải UHF với tần số là 433,92MHz. TX2 được sản suất theo chuẩn châu Âu EN 300 220-3, sử dụng và phát ra +9 dBm từ nguồn cung cấp 5 V với dòng 12 mA. TX2 cho phép truyền với tốc độ lên tới 160 kbít/giây với khoảng cách lên tới 75m trong nhà và 300m ngoài trời. TX2 có kích thước nhỏ gọn 33x12x3,8 mm. Cấu tạo TX2 có sơ đồ khối như hình 10. TX2-433-160-5V bao gồm một lối vào dữ liệu số đưa đến một bộ lọc thông thấp 100KHz. Một bộ dao động nội ổn định và bộ điều chế SAW. Tín hiệu đưa ra qua một bộ đệm và cuối cùng là bộ lọc thông dải 433 MHz trước khi đưa ra anten. ♦ Modul thu tín hiệu RX2 Modul RX2 modul thu FM đổi tần hai lần có khả năng thu tín hiệu lên tới 160kbps. Modul thu RX2 có kích thước 48x17,5x4,5 mm. Nó vận hành ở nguồn cung cấp từ 3V đến 6V tiêu thụ dòng điện 14mA khi nhận dữ liệu. RX2 tìm sóng mang nhanh (1ms). Cho phép tiết kiệm nguồn bằng cách sử dụng nguồn ngắt mở. RX2 có độ nhạy là 107dBm, Kết hợp với bộ lọc đầu và cuối SAW kết quả thực thi ở RF tốt . Hình 10: Sơ đồ khối cấu tạo của TX2 10 Modul thu RX2 có sơ đồ khối cấu tạo như hình 12: Cấu tạo bao gồm một lối vào RF, qua một bộ lọc thông dải 433 MHz đưa đến một bộ khuếch đại tín hiệu. Tín hiệu sau khi được khuếch đại sẽ qua bộ lọc băng thông SAW và đưa đến bộ trộn thứ nhất để ra tín hiệu trung tần IF qua bộ trộn thứ hai được tín hiệu AF tín hiệu này được qua bộ lọc thông thấp rồi đưa ra ngoài. Một đường tín hiệu đưa qua bộ tạo dữ liệu thích nghi đưa ra dữ liệu số nơi phát. 2.3 Vi điều khiển 89C52 Vi điều khiển 89C52 thuộc họ vi điều khiển 8051 của intel. Vi mạch 89C52 có các đặc trưng sau : - 8KB ROM. - 256 byte RAM. - 4 port xuất nhập 8-bít. - 3 Bộ định thời 16-bít. - Mạch giao tiếp nối tiếp. - Bộ xử lý bít. - Không gian nhớ dữ liệu ngoài 64k. - Không gian nhớ chương trình ngoài Hình 12: Sơ đồ khối của RX2 Hình 17: Sơ đồ chân của 89C52 11 64k. Hình 17 cho ta sơ đồ chân của chíp 89C52. Chương 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG Để thực hiện đề tài chúng tôi thiết kế phần cứng thành hai modul gọi là modul 1 và modul 2. Modul 1 bao gồm khối cảm nhận, khối xử lý, khối nguồn và khối phát thông tin. Modul 2 bao gồm khối thu thông tin, nguồn nuôi, và thiết bị ghép nối với máy vi tính. 3.1 Thiết kế chế tạo modul 1 Ở đây MS5535 sử dụng nguồn 3 V còn vi điều khiển sử dụng nguồn 5V. Như vậy có hai giá trị điện áp nguồn khác nhau. Để đơn giản và phù hợp với ý tưởng mạng cảm nhận không dây, chúng tôi dùng nguồn pin 9 V và sử dụng hai bộ ổn áp 5 V và 3 V tạo ra giá trị nguồn 5 V cho vi điều khiển 89C52 và TX2 và 3 V cho modul MS5535 như chỉ ra ở hình 24. Hình 24: Sơ đồ phần nguồn. Vi điều khiển 89C52 hoạt động với các mức logic vào ra với mức cao là từ 2,8 V đến 5 V, và mức thấp là từ 0 V đến 2,4 V. Với MS5535 như trên thì làm việc với mức cao là 2,4 V đến 3 V (từ 80%Vcc đến 100%Vcc) và mức thấp là từ 0 V đến 0,6 V (từ 0 đến 20%Vcc). Với mức thấp thì việc ghép nối giữa vi điều khiển với MS5535 không có khó khăn, nhưng với mức cao thì không phù hợp. Vi điều khiển 89C52 có port 0 không có điện trở treo lên nguồn nên có thể sử dụng port này với trở bên ngoài 5K1 treo lên nguồn 3V. Để dễ dàng cho việc lắp mạch chúng tôi Pin 9V Lọc ổn áp 5V Lọc ổn áp 3V Lọc 12 chọn chân 2, 3, 4, 5 của MS5535 tương ứng với P0.2, P0.3, P0.4, P0.5 của vi điều khiển (còn chân 1 nối mát và chân 6 nối với nguồn 3V). Với vi điều khiển 89C52 chúng tôi sử dụng dao động thạch anh 11,0592 MHz sự lựa chọn này sẽ thuận lợi cho việc chuyền thông qua port nối tiếp. Chú thích: R1=5k1Ω, R2=10kΩ, R3=100Ω, C1=10µF, C2=C3=33PF, y=11,0592MHz. Ghép nối giữa khối xử lý và khối phát thông tin. Ở đây khá thuận lợi vì chúng sử dụng chung nguồn 5V. Modul TX2-433-160-5V là dạng modul tương thích với vi điều khiển. Sơ đồ ghép nối của vi điều khiển 89C52 với MS5535 và TX2 trên hình 25. 3.2 Thiết kế chế tạo modul 2 Tín hiệu được thu từ anten vào RX2, sau đó đưa ra dữ liệu số ở chân 6. Để giao tiếp với máy tính qua cổng COM chúng tôi sử dụng IC MAX232. RX2 và MAX232 sử dụng nguồn 5V nên chúng tôi sử dụng nguồn 5V tạo ra bằng cách ổn áp 5V từ pin 9V. Mạch điện modul 2 được vẽ trên hình 26 . MS 5535 89C52 TX2 5V 3V 5V R2 R3 4 R1 6 5 4 3 2 1 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 9 18 19 40 31 11 20 5 2 4 1 3 C1 C2 C3 y Reset Hình 25: Sơ đồ mạch điện modul 1 13 Chương 4: THIẾT KẾT PHẦN MỀM 4.1 Khái quát các phần mềm cho hệ thống. Từ mục đích đề tài và thiết kế phần cứng, ta có hai phần mềm cần thiết kế để mạch điện làm việc là: - Lập trình phần mềm nhúng cho vi điều khiển 89C52 Phần mềm để 89C52 giao tiếp với MS5535 điều khiển và thu dữ liệu từ MS5535, xử lý dữ liệu và truyền đến TX2 qua port nối tiếp. - Phần mềm lập trình trên máy vi tính để đọc dữ liệu từ cổng COM xử lý dữ liệu và hiển thị kết quả ra màn hình. Để thu được giá trị áp suất và nhiệt độ cần phải sử dụng biểu đồ thu áp suất, nhiệt độ hình 7. Các giá trị WORD1, WORD2, WORD3, WORT4 mang thông tin về các hệ số bù được chuẩn hoá của nhà máy, nên không thay đổi giá trị, chỉ có D1, D2 là thay đổi theo nhiệt độ và áp suất. Khi đó Hình 26: Sơ đồ mạch điện modul 2 Chú thích: T =A564, C1=C2=C=C4=1µF, R=10k Pin 9V Lọc ổn áp 5V Lọc RX2 MAX232 PC 1 2 4 6 5 3 T R C1 C2 C3 C4 1 3 4 5 10 16 15 6 7 2 5V 14 chỉ cần đọc một lần các giá trị WORD1, WORD2, WORD3, WORD4 còn các giá trị D1, D2 thì đọc liên tục trước mỗi lần hiển thị. Để thuận tiện, cần đọc giá trị WORD1, WORD2, WORD3, WORD4 rồi tính các hệ số C1, C2, C3, C4, C5, C6 sau đó lưu vào máy tính . Máy tính đọc các giá trị D1, D2 từ modul 2 qua cổng com, tính toán D1, D2 với 6 hệ số C1, C2, C3, C4, C5, C6 để thu các giá trị nhiệt độ và áp suất và hiển thị kết quả lên màn hình. Vi điều khiển làm nhiệm vụ đọc giá trị D1, D2 đưa ra port nối tiếp. Để dữ liệu thu được chính xác phải gửi dữ liệu theo từng khung. Giao thức truyền nhận dữ liệu theo khung được định dạng như sau: Start Data End Trong đó : Tên nhóm byte Số lượng (byte) Chú thích Start 1 Nhóm byte bắt đầu của frame Data 4 Nhóm byte dữ liệu D1 và D2 End 1 Nhóm byte kết thúc của frame 4.2 Phần mềm nhúng cho vi điều khiển. Trong phần cứng cho thấy chân 2, 3, 4, 5 của MS5535 nối với P0.2, P0.3, P0.4, P0.5 nên phần mềm lập trình cho vi điều khiển có các nhiệm vụ: - Tạo ra tần số MCLK ổn định cho MS5535, tần số này đưa ra trên chân P0.5. Tần số MCLK của MS5535 nằm trong dải từ 30 KHz đến 35 KHz. Mạch vi điều khiển 89C52 làn việc với dao động thạch anh là 11,0592 MHz nên chọn tần số 32,914 KHz có được bằng cách dùng bộ định thời 0 ở chế độ tự nạp lại 8 bít với giá trị nạp cho bộ định thời là –14. - Khởi động port nối tiếp của vi điều khiển 89C52 với tốc độ 9600 baund, tốc độ này có được bằng cách đặt bộ định thời 1 ở chế độ nạp lại 8 15 bít với giá trị nạp là –3. - Tạo chuỗi xung reset P0.4 để reset MS5535, xung reset được dùng đến trước mỗi lần điều khiển MS5535 để đọc dữ liệu. - Tạo ra các chuỗi xung trên chân P0.4 điều khiển MS5535 và thu giá trị trên chân P0.3 (nối với chân DOUT của MS5535). - Truyền các gói tin ra port nối tiếp theo định dạng đã thiết kế. Sơ đồ thuật toán của nó như hình 28. Phần mềm nhúng cho vi điều khiển được viết bằng hợp ngữ. Hình 28 Sơ đồ thuật toán phần mềm nhúng cho vi điều khiển. khởi tạo - Tạo tần số MCLK cho MS5535 - Khởi động port tốc độ 9600 baund - Gọi xung Reset MS5535 - Tạo xung SCLK thu giá trị D1 - Đọc giá trị D1 vào vi điều khiển - Gọi xung reset MS5535 - Tạo xung SCLK thu giá trị D2 - Đọc giá trị D2 vào vi điều khiển Truyền giá trị D1 và D2 ra port nối tiếp theo khung đã được định dạng 16 4.3 Lập trình cho máy vi tính Ở máy vi tính có nhiệm vụ thu nhận các gói tin từ cổng COM rồi tính ra các giá trị nhiệt độ áp suất hiển thị ra màn hình. Phần mềm được viết bằng ngôn ngữ Visual Basic. Chúng tôi chọn ngôn ngữ này để đơn giản trong thiết kế. Phần mềm phải thực hiện được những mục đích sau: - Điều khiển thu nhận dữ liệu từ cổng COM máy vi tính - Đọc gói tin và kiểm tra gói tin. - Tách thông tin từ gói tin và thực hiện tính toán các giá trị D1, D2 với các hệ số để thu được giá trị nhiệt độ và áp suất.