ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề.
Trong cuộc sống hiện tại, khoa học kỹ thuật phát triển rất nhanh, những công
cụ ra đời sẽ giúp giải phóng sự lao động trí óc: nghiên cứu, cải tiến, sáng tạo. Chỉ tiêu
của khoa học kỹ thuật là làm sao nâng cao được chất lượng và hiệu suất công việc, hầu
như công nghệ tự động ra đời là đáp ứng nhu cầu đó. Cho nên, chúng em đã nghiên
cứu về đề tài “Ứng dụng mạng truyền thông RS-485 điều khiển nhà thông minh ”.
Các kít vi điều khiển này có thể hoạt động hoàn toàn độc lập theo một chương trình lập
sẵn. Bên cạnh đó, chúng còn có thể được giám sát và điều khiển các thiết bị trong từng
phòng thông qua gởi lệnh đến đúng kít vi điều khiển cần điều khiển để thi hành lệnh
đó. Ngoài việc điều khiển các thiết bị dùng điện trong phòng, ta còn có thể đảm bảo
an ninh cho từng phòng bằng hệ thống phát hiện cháy, phát hiện trộm bằng cảm biến
quang, bảo vệ bằng mật mã.
Một chuyên gia về công nghệ nhà thông minh ( Home Automation ) – Kenne
P.Wacks – đã viết một bài báo giới thiệu về ngôi nhà thông minh như sau:
“ Hơn 6 năm qua, một công nghệ mới gọi là công nghệ nhà thông minh đã được
nghiên cứu và phát triển. Công nghệ này sẽ tạo nên một thế hệ mới của các thiết bị
cung cấp cho người dùng chúng. Những công nghệ trước đó cùng với khái niệm ngôi
nhà thông minh sau này sẽ tạo nên những sản phẩm và loại hình dịch vụ mới mẻ trong
tương lai. Một số ít các công ty đang giới thiệu về ngôi nhà tự động. Một vài công ty
lớn và các viện nghiện cứu đang thăm dò công nghệ mới nhưng đầy tiềm năng này.
Mạng truyền thông trong nhà sẽ cung cấp những cơ sở hạ tầng để liên kết các
thiết bị cảm biến, bộ điều khiển và bảng điều khiển trong nhà. Điều này sẽ trở nên
khả thi bằng cách tạo ra sự phát triển công nghệ truyền thông trong những ngôi nhà tự
động.
Trong ngôi nhà thông minh từ “thiết bị” không chỉ đề cập đến các dụng cụ trong
nhà bếp, thiết bị video/audio, các hệ thống có thể dịch chuyển , các thiết bị chiếu sáng,
Trang 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
thiết bị sưởi ấm, làm lạnh, hệ thống an ninh Công nghệ này sẽ bật đèn xanh cho các

- Ở một cấp cao hơn, các trạm vận hành trong trung tâm điều khiển cũng cần
được ghép nối và giao tiếp với các bộ điều khiển để có thể theo giõi, giám sát toàn bộ
quá trình sản xuất và hệ thống điều khiển.
- Trong truyền thông có nhiều giao tiếp được kể đến như USB, CAN, I2C,
RS485, USART v.v thì RS485 được sử dụng khá rộng rãi trong truyền thông giữa các
mạch trong hệ thống như trong các hệ thống Robot, điều khiển tòa nhà thông minh, hệ
nhúng v.v
- Chữ RS được viết tắt từ Recommended Standard ( Tiêu chuẩn được đề
nghị), RS485 là chuẩn duy nhất do EIA đưa ra mà có khả năng truyền thông đa điểm
thực sự chỉ dùng một đường dẫn chung duy nhất, được gọi là Bus.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu
- Tìm hiểu và nghiên cứu mạng truyền thông sử dụng giao tiếp RS485.
- Xây dựng mạng truyền thông dùng giao tiếp RS485 với các Master và slave.
Điều khiển giám sát ngôi nhà thông minh với các hệ thống như tự động bật đèn khi trời
tối, tắt đèn khi trời sáng, hiển thị nhiệt độ môi trường, hệ thống bảo mật cho ngôi nhà,
điều khiển từ xa. Tất cả các hệ thống được điều khiển tự động và giám sát tại một vị trí
trung tâm.
- Truyền thông với khoảng cách xa. Đề tài ứng dụng mạng truyền thông RS485
xây dựng hệ thống điều khiển là một ứng dụng rất thực tế và là một giải pháp cho tự
động hóa, nó được ứng dụng nhiều trong thực tế như trong hệ thống robot, ngôi nhà
thông minh, hệ nhúng
1.4 Phạm vi nghiên cứu
Với giới hạn của đề tài, chúng em đi sâu vào nghiên cứu những vấn đề chính sau đây:
-Tìm hiểu tổng quan về mạng truyền thông công nghiệp .
-Tìm hiểu cơ sở lý thuyết mạng truyền thông RS485.
-Tìm hiểu vi điều khiển PIC 18F452.
-Tìm hiểu về màn hình LCD, phần cứng và lập trình.
Trang 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình và biên dịch CCS, viết chương trình và biên dịch ra

cậy của dữ liệu cao. Tất cả các mạng truyền thông đều sử dụng phương pháp này.
10010110
Hình 2.2 Truyền bit nối tiếp
Trang 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.2 Truyền đồng bộ và không đồng bộ
v
Truyền thông bất đồng bộ ( Asynchronous communication)
Khoảng thời gian giữa hai kí tự truyền đi không cố định, mặc dù khoảng thời
gian giữa hai bit liên tiếp trong một kí tự là không thay đổi nhưng khoảng thời gian
giữa hai kí tự liên tiếp không phải là hằng số. Sự biến thiên tốc độ này làm nảy sinh
vấn đề là phải làm sao máy thu phân biệt được giữa bit 0 và không có dữ liệu.
Để giải quyết vấn đề trên , người ta phát trực tiếp một bit start ngay trước một kí
tự và một hoặc hai stop bit ngay sau mỗi kí tự được truyền đi.
Để kiểm tra lỗi đường truyền, người ta sử dụng bit chẵn lẻ( parity bit), tức kiểm
tra tổng số bit trong 1 byte dữ liệu được truyền. Phương thức này thường được sử dụng
trong các máy tính PC vì tính đơn giản của nó. Hạn chế của phương pháp này là tốc
độ truyền thấp do phải truyền thêm một số bit start, bit stop và bit parity.
v
Truyền thông đồng bộ ( Synchronous Communications):
Phương thức truyền này không dùng các bit start, stop để đóng khung mỗi kí tự
mà chèn các kí tự đặc biệt như SYN ( Synchronization), EOT (End Of Transmission)
hoặc một cờ giữa các dữ liệu của người sử dụng để báo hiệu cho bên nhận biết rằng có
dữ liệu đang đến hay đã đến.
Truyền đồng bộ thường được tiến hành ở tốc độ dưới 4800Bps,9600Bps hoặc
thậm chí còn cao hơn. Trong phương pháp này, một khi đã đồng bộ, các modem vẫn
tiếp tục gởi các kí tự để duy trì đồng bộ, ngay cả lúc không phát dữ liệu. Một kí tự
“idle” được gởi đi khi không có dữ liệu phát. Trong phương pháp truyền đồng bộ
không giống như phương pháp truyền bất đồng bộ, khoảng thời gian giữa hai kí tự luôn
bằng nhau.

Bộ thu
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.4Kiến trúc giao thức
- Để tìm hiểu kiến trúc giao thức trước hết ta cần hiểu dịch vụ truyền thông là
gì.
- Vậy dịch vụ truyền thông là gì? Là một dịch vụ chứa các quy tắc, quy ước
mà các thành viên tham gia nối mạng cần có để sử dụng, các dịch vụ đó được sử dụng
với các yêu cầu khác nhau như trao đổi thông tin dữ liệu, giám sát thiết bị…Các dịch
vụ truyền thông này được cung cấp bởi các nhà cung cấp hệ thống truyền thông. Tất cả
đều thiết lập sẵn trên các công cụ phần mềm chuyên dụng mà chúng ta cần hiểu và khai
thác chúng một cách có mục đích cho một yêu cầu nào đó như trong lĩnh vực tự động
hóa chẳng hạn thì được gọi là dịch vụ truyền thông.
- Ta cũng có thể phân loại dịch vụ truyền thông theo các cấp độ khác nhau,
như các dịch vụ sơ cấp có thể là cách tạo lập ngắt nối của một phần tử trên mạng thông
thường, và các dịch vụ cấp thấp như sự trao đổi dữ liệu của các phần tử và cuối cùng
các dịch vụ cao cấp. một dịch vụ cao cấp luôn được hỗ trợ bởi dịch vụ ở cấp thấp hơn
nó, để thực hiện chức năng của riêng mình chẳng hạn như tạo lập cấu hình hệ thống,
hay báo cáo trạng thái có thể sử dụng dịch vụ cấp dưới nó đó là dịch vụ trao đổi dữ liệu
để thực hiện, ngoài cách để trao đổi dữ liệu cũng cần cách tạo lập và ngắt nối của dịch
vụ sơ cấp. Việc phân cấp dịch vụ truyền thông góp phần rất quan trọng trong việc sử
dụng dịch vụ dẫn đến sự tiện lợi cho người sử dụng.
2.5Giao thức
Trong thực tiễn cuộc sống sự giao tiếp giữa người với người cũng đặt ra một
yêu cầu làm sao để hiểu được ngôn ngữ của nhau. Để nhận biết mục đích yêu cầu cũng
như hành động trong giao tiếp, mở rộng hơn vấn đề ở đây ta nói đến sự giao tiếp cảu
máy móc thiết bị cũng cần có một ngôn ngữ chung. Vậy trong kĩ thuật truyền thông
công nghiệp cũng như một mạng máy tính rộng lớn để có sự giao tiếp như vậy thì yêu
cầu đặt ra là bên cung câp dịch vụ cũng như bên sử dụng dịch vụ phải tuân thủ những
qui tắc, thủ tục nhất định trong phần giao tiếp các phần tử với nhau. Việc tuân thủ
Trang 8

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
HDLC cho phép chế độ truyền nối tiếp đồng bộ hoặc không đồng bộ. Một bức
điện hay còn gọi là một khung ( Frame) có cấu trúc như sau:
01111110 8/16 bit 8 bit n bit 16/32 bit 01111110
Cờ Địa chỉ Điều
khiển
Dữ liệu FSC Cờ

- Mỗi khung được mở đầu và kết thúc bằng một cờ hiệu ( Flag) với dãy bit
01111110. Dãy bit này được đảm bảo không bao giờ xuất hiện trong các phần thông
tin khác qua phương pháp nhồi bit ( Bit Stuffing) , tức cứ sau một dãy 5 bit có giá trị 1
(11111) thì một bit 0 được bổ sung vào.
- Ở địa chỉ tiếp theo chứa địa chỉ bên gởi và bên nhận tùy theo cách gán địa
chỉ 4 hoặc 8 bit tương ứng với 32 hoặc 256 địa chỉ khác nhau, ô này có chiều dài 8 hay
16 bit.
- Ở thông tin có độ dài biến thiên, cũng có thể để trống nếu như bức điện
không dùng vào mục đích vận chuyển dữ liệu. Sau ô thông tin là đến dãy bit kiểm lỗi
FSC ( Frame Check Sequence), dùng vào mục đích bảo toàn dữ liệu.
v
Giao thức UART
- UART ( Universal Asynchoronous Receiver/ Transmitter) là một vi mạch
điện tử sử dụng rất rộng rãi cho việc truyền bit nối tiêp cũng như chuyển đổi song song
– nối tiếp giữa đường truyền và bus máy tính. Nó cho phép lựa chọn giữa chế độ truyền
một chiều, hai chiều đồng bộ hoặc không đồng bộ. việc truyền tải được thực hiện theo
từng kí tự 7 hoặc 8 bit, được bổ sung 2 bit đánh dấu đầu cuối và một bit kiểm tra chẵn
lẻ P( parity Bit).
Start 0 1 2 3 4 5 6 7 P Stop
0 LSB MSB 1
Trang 10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Cấu trúc mạng cũng hiểu là cách sắp xếp, tổ chức về mặt vật lý của mạng nhưng
cũng hiểu là cách sắp xếp logic của nút mạng.
Các loại cấu trúc mạng:
v
Topology đầy đủ:
Hình2.3 Sơ đồ Topology đầy đủ.
Với cấu trúc đầy đủ này thì sự giao tiếp giữa các trạm là nhanh, một đối tác bị sự
cố sẽ không ảnh hưởng đến các đối tác còn lại nhưng cấu trúc này giá thành cao do tốn
kém nhiều dây dẫn.
v
Topology hình sao:
Hình 2.4 Sơ đồ Toplogy hình sao
Trang 12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Các đối tác trao đổi thông tin với nhau thông qua một trạm chủ, tuy nhiên một
sự cố của trạm chủ sẽ dẫn đến sự tê liệt của hệ thống do đó trạm chủ phải có độ tin cậy
cao.
v
Topology vòng lặp
Hình 2.5 Sơ đồ Toplogy vòng lặp
Trong cấu trúc này các thành viên được nối với nhau tạo thành mạch vòng khép
kín, tín hiệu được truyền đi theo chiều cố định. Ưu điểm của phương pháp này là mỗi
nút mạng có thể là bộ khuếch đại điều đó khiến cho khoảng cách đối với cấu trúc này
là rất xa . Mặt khác mỗi đối tác ngăn mạch vòng làm hai phần nên khả năng xảy ra
xung đột sẽ giảm do tín hiệu chỉ truyền được theo một chiều.
v
Topology bus


Cáp dây đôi xoắn có thể loại trừ tốt hơn. Trong một cáp có nhiều cặp dây xoắn vào
nhau. Một đôi dây xoắn bao gồm hai sợi dây được quấn cách ly ôm lấy nhau và do cấu
trúc như vậy mà điện trường từ của hai dấy sẽ trung hòa lẫn nhau, mặt khác dây tín
hiệu và dây đặt xoắn vào nhau giúp cho tín hiệu giao thoa được cả hai dây thu nhận,
không ảnh hưởng lên tín hiệu visai. Chính vì vậy mà nhiễu ra môi trường xung quanh
và nhiễu âm được giảm thiểu đáng kể.
Hình 2.9 Cấu tạo của cáp đôi dây xoắn
Đường dây xoắn đôi thích hợp với nhiều thiết bị điều khiển đường dây và mạch
thu riêng, sử dụng tốc độ dưới 1Mb/s cho khoảng cách từ vài m đến 15Km và tốc độ
truyền nhỏ hơn cho đường dây dài hơn. Điển hình của cáp đôi dây xoắn là việc ứng
dụng trong các hệ truyền thông sử dụng chuẩn RS485 với tốc độ thông thường là 64Kb/
s và 96 Kb/s. Tuy vậy cáp đôi dây xoăn có nhược điểm là chịu ảnh hưởng của nhiễu kí
sinh và hiện tượng can nhiêt (couplage). Có hai loại cáp xoắn đôi: Cáp xoắn đôi không
bọc kim (UTP – Unshielded Twisted Pair) dùng rộng rãi trong mạng điện thoại và
trong nhiều ứng dụng truyền số liệu. Cáp xoắn đôi bọc kim ( STP – Shielded Twisted
Pair), có một màn chắn để bảo vệ tín hiệu giao thoa.
v
Cáp đồng trục.
Trang 15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hạn chế chính của cáp đôi gây ra bởi hiệu ứng bề mặt. Khi tốc độ bit (cũng
chính là tần số) của tín hiệu tăng lên thì luồng chảy của dòng điện chỉ trên bề mặt, do
vậy sử dụng ít hơn tiết diện sẵn có, dẫn đến sự tăng lên của điện trở khi dẫn tín hiệu
cao tần, làm tăng suy hao. Ngoài ra ở tần số cao năng suất tín hiệu bị mất mát nhiều
hơn do hiệu ứng bức xạ. Vì vậy với những ứng dụng đòi hỏi tốc độ bit cao hơn 1Mbps
cần phải có thiết bị thu và điều khiển tinh vi hơn hoặc sử dụng một môi trường truyền
khác.
Cáp đồng trục làm giảm tối thiểu hai hiệu ứng trên. Cáp có chất dẫn điện ở giữa
trục và cũng bao quanh trục khoảng ở giữa hai chất dẫn điện là 1 chất cách điện có cấu
trúc rắn hoặc cấu trúc tổ ong.

- Không bị ăn mòn trong môi trường oxi hóa.
Chúng ta hãy xem một số vấn đề lí thuyết trước khi xem xét sợi quang, bản chất
và các đặc trưng của sóng ánh sáng.
Trang 17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ø
Bản chất sóng của ánh sáng.
- Ánh sáng có cường độ lớn không phải bao gồm những lượng tử năng lượng
lớn mà gồm rất nhiều lượng tử lan truyền. Bản chất của sóng ánh sáng bao gồm cả tính
chất sóng và tính chất hạt. Tốc độ lan truyền của ánh sáng trong chân không 3. 10
8

m/s.
- Khi nghiên cứu về phần tử thu quang người ta sử dụng tính chất hạt của ánh
sáng. Khi nghiên cứu quá trình lan truyền của ánh sáng trên sợi quang người ta lại quan
tâm đến tính chất sóng của nó.
Ø
Các đặc trưng cơ bản.
- Dải phổ bức xạ quang học. Đặc trưng cơ bản của các nguồn bức xạ điện từ là
dải quang phổ bức xạ quang học hay là dải bước sóng tương ứng:
Ánh sáng được sử dụng là ánh sáng trong vùng ánh sáng hồng ngoại:
Hồng ngoại gần IR-A : 0.78 – 1.4 µm
Hồng ngoại giữa IR- B: 1.4 – 6 µm
Hồng ngoại : 6 – 1mm
Phổ bức xạ có ba loại khác nhau là phổ liên tục, phổ rời rạc và phổ hấp thụ trong
thông tin người ta sử dụng phổ liên tục và phổ rời rạc
- Đặc tính không kết hợp: Khi các nguồn bức xạ hoạt động, từng nguyên tử sẽ
bức xạ ra ngẫu nhiên các xung ánh sáng. Mỗi xung ánh sánh chứa đựng một dao động
riêng. Các xung chỉ tồn tại rất ngắn và đi được khoảng 3m. Sau đó nguyên tử ngừng
bức xạ trong một thời gian dài, trong thời gian đó nguyên tử lại bức xạ và nó tạo ra ánh

gian truyền khác nhau, dẫn đến tín hiêu thu vào có độ rộng xung lớn hơn tín hiệu vào
và làm giảm tốc đọ bit.
Trang 19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ø
Phân loại sợi quang.
Theo đặc tính truyền dẫn người ta phân chia sợi quang làm hai loại : Loại SM và loại
MM.
-Sợi SM ( Single Mode): Được hiểu là phương trình trạng thái dao động điện từ với
nghiệm cao của phương trình sóng. Số lượng các Mode có quan hệ với sóng điện tư
đơn thỏa mãn phương trình Maxwell và điều kiện bờ lấy từ sợi cáp quang.
-Sợi MM ( Multiple Modes): Được hiểu là có đồng thời nhiều mode. Sợi MM có
đường kính lớn hơn sợi SM. Có thể hiểu Mode là các tia sáng thành phần.
Theo sự thay đổi của triết suất mà người ta phân sợi quang thành một số loại sau:
- Sợi SI – MM ( Step Index – Multiple Modes)
- Sợi GI – MM ( Granded Index – Multiple Modes)
- Sợi SI – SM ( Step Index – Single Mode)
Đồ thị sau chỉ ra mối liên hệ giữa tốc độ truyền và khoảng cách truyền của cáp đôi dây
xoắn, cáp đồng trục và cáp quang.
Hình 2.13 Đồ thị liên hệ giữa tốc độ truyền và khoảng cách truyền của cáp đôi dây
xoắn, cáp đồng trục và cáp quang.
v
Vệ tinh.
Trang 20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ngoài môi trường hữu tuyến, số liệu còn có thể được truyền bằng cách dùng
sóng vô tuyến qua không gian như hệ thống vệ tinh. Số liệu được điều chế bởi một
chùm sóng cực ngắn hình nón, phát từ mặt đất lên vệ tinh. Chùm tia này được thu và
truyền đến đích đã định bằng cách dùng một antenna định hướng và bộ chuyển tiếp.
Một vệ tinh đơn có nhiều bộ chuyển tiếp như vậy, mỗi bộ tiếp nhận một dải tần số

phủ sóng của mỗi trạm gốc bị giới hạn nên có thể sử dụng lại dải tần của các vùng khác
trong mạng. Các trạm gốc được kết nối đến mạng cố định. Thông thường, tốc độ truyền
số liệu giữa các máy tính trong một thực tế bào là 10Kbps.
2.8 Các phương pháp truy nhập đường truyền.
Trong mạng truyền tin có nhiều đối tác tham gia, cần thiết phải có sự điều khiển
để sao cho ở mỗi thời điểm chỉ có 1 đối tác được gửi thông tin đi, rõ ràng cần thiết phải
có phương pháp thích hợp để phân chia thời gian gửi dữ liệu trên đường truyền.
Việc truy nhập đường truyền liên quan đến các yếu tố sau:
- Độ tin cậy của thông tin khi truyền.
- Tính năng thời gian thực.
- Hiệu suất sử dụng của đường truyền.
Người ta đưa ra các phương pháp truy cập đường truyền như sau:
v
Phương pháp truy cập Master/ Slave.
Trang 22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Với phương pháp truy cập này, trạm chủ sẽ được quyền phân chia thời gian truy
cập đường truyền cho các trạm tớ hình 2.13.
Hình 2.15 Phương pháp truy cập Master/Slave
Trạm chủ có thể gửi các yêu cầu tuần tự đến các trạm tớ hoặc co thể chỉ định trạm tớ
bất kì theo mục đích truy nhập.
Ưu điểm của phương pháp này là cấu trúc mạng đơn giản, nhưng độ tin cậy của trạm
chủ phải rất cao để đảm bảo cho mạng hoạt động ổn định, mặt khác do thông tin giữa
các trạm tớ đều thông qua trạm chủ khiến hiệu suất của đường truyền của phương pháp
này không cao.
v
Phương pháp truy cập Token Passing
Cấu trúc của một token như sau:
Hình 2.16 Định dạng của một token.
Token Passing là một khung truyền có cấu trúc đặc biệt với các thông tin dữ liệu