Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo và giám sát lũ từ xa trên cơ sở họ vi điều khiển arm

MIMO multiple input, multiple output công nghệ đa đường truyền OFDM orthogonal frequency division multiplexing ghép kênh phân chia tần số trực giao TCP Transmition Control Protocol G

Trang 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KÊ HỆ THÔNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO LŨ TỜ XA TRÊN CƠ SỞ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN

ARM

Người hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Hoa Lư

SV thực hiện : Nguyễn Quang Ý

MSSV : 1051080545

NGHỆ AN - 2015

Trang 2

2 vào trong đời song sinh hoạt ,sản xuất ngày càng cao Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện các loại thiết bị điều khiển và giám sát

Do đó việc thiết kế ra thiết bị để giải quyết vấn đề giám sát mực nước lũ trên các con sông là một điều rất cần thiết và cấp bách

Với thiết kế nhằm mục đích phục vụ cho đối tượng là nhà quản lý các đê đập khí tượng thủy văn Các thông tin về khoảng cách mực nước lũ giúp cho nhà quản lý có thể quản lý dễ dàng hơn

Với nguyện vọng trên, đã được PGS.TS Nguyễn Hoa Lư giao đề tài tốt nghiệp với

nội dung: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo và giám sát lũ từ xa trên cơ sở

họ vi điều khiển ARM”

Qua thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS Nguyễn Hoa Lư em đã hoàn thành đề tài, với các nội dung chính như sau:

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 2: Cơ sở hệ thống giám sát và cảnh báo lũ từ xa

Chương 3: Thiết kế hệ thống giám sát và cảnh báo lũ từ xa

Do sự hạn chế về trang thiết bị cũng như hiểu biết, đề tài không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Hoa Lư đã giúp đỡ em thực hiện đề tài này

Vinh , ngày 20 tháng 05 năm 2015

Người thực hiện

Nguyễn Quang Ý

Trang 3

3

DANH MỤC BẢNG BIỂU HÌNH VẼ 5

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 7

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 9

1.1 Giới Thiệu về đề tài 9

1.2 Khảo sát mức nước ở các sông 11

1.2.1 Đặc điểm vị trí địa lý khu vực nghiên cứu 11

1.2.2 Đặc điểm khí tượng, khí hậu 11

1.2.3 Đặc trưng thủy văn 13

1.2.4 Đặc trưng lưu lượng 14

1.2.5 Dòng chảy lũ 14

1.2.6 Dòng chảy kiệt 15

1.2.7 Diễn biến thiên tai và thảm họa 15

1.3 Phân tích và đề xuất phương án thiết kế hệ thống 15

1.3.1 Ảnh hưởng của lũ tới kinh tế 16

1.3.2 Ảnh hưởng của lũ tới nền nông nghiệp, thủy sản 17

1.3.3 Ảnh hưởng tới nghành công nghiệp 17

1.3.4 Đề xuất phương án thiết kế hệ thống 18

Chương 2 CƠ SỞ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO LŨ TỪ XA 19 2.1 Cảm biến siêu âm 19

2.1.1 Cảm biến siêu âm và nguyên tắc TOF (Time Of Flight) 19

2.1.2.Tầm quét của cảm biến siêu âm 20

2.2 Cảm biến siêu âm SRF05 và đặc điểm kỹ thuật 21

2.2.1 Giới thiệu 21

2.2.2 Các chế độ của SRF05 21

2.2.3 Hoạt động phát và nhận phản hồi sóng âm cơ bản của SRF05 : 24

2.3 Vi điều khiển ARM 26

2.3.1 Cấu trúc vi điều khiền ARM 26

2.4 Giao thức TCP/IP 38

2.4.1 Tầng ứng dụng (Application Layer): 39

Trang 4

4

2.6 Mạng truyền thông không dây 43

2.6.1 Tổng quan về WLAN 43

2.6.2 Ưu điểm của WLAN so với mạng có dây truyền thống 43

2.6.3 Các thiết bị cơ bản của hệ thống WLAN 44

2.6.4 Các kỹ thuật sử dụng trong giao diện WLAN 46

2.6.5 Cấu trúc và các mô hình của WirelessLAN 48

2.6.6 Các giao thức truyền dữ liệu trong WLAN 51

2.6.7 Các chuẩn thông dụng của WLAN 54

2.6.8 Giới thiệu về LabView ……… ……….59

Chương 3 . THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO LŨ TỪ XA 65

3.1 Thiết kế phần cứng 65

3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống giám sát lũ từ xa 65

3.1.2 Hệ thống giám sát mực nước 66

3.2 Sơ Đồ mạch nguyên lý 70

3.2.1 Khối Nguồn 70

3.2.2 Khối vi xử lý 74

3.3 Thiết kế phần mềm 76

3.3.1 Thuật toán truyền thông không giây 76

3.4 Phần mềm cho thiết bị đầu cuối 78

3.4.1 Yêu cầu, chức năng 78

3.4.2 Sơ đồ thuật toán 79

3.4.3 Ngôn ngữ lập trình node js, python va html 80

3.4.4 Website Giám sát và điều khiển 81

KẾT LUẬN 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

Trang 5

5

Bảng 2.2 Các chế độ hoạt động của RAM 29

Bảng 2.3 Các lựa chọn chuẩn 802.11 56

Bảng 2.4 Bảng tắt thông số các chuẩn IEEE 802.11 thông dụng 58

Hình Hình 2.1 Một số loại cảm biến siêu âm 19

Hình 2.2 Nguyên tắc TOF 19

Hình 2.3 Tầm quét của cảm biến 20

Hình 2.4 Khối cảm biến SRF05 21

Hình 2.5 Giản đồ định thời SRF05, chế độ 1 22

Hình 2.6 Giản đồ định thời SRF05, chế độ 2 23

Hình 2.7 Độ rộng phổ của SRF05 24

Hình 2.8 Phản hồi sóng âm của SRF05 24

Hình 2.9 Phản xạ sóng âm của SRF05 25

Hình 2.10 Vùng phát hiện của SRF05 25

Hình 2.11 Vùng phát hiện có 2 cảm biến SRF05 26

Hình 2.12 Mô hình kiến trúc lõi xử lý ARM 27

Hình 2.13 Cấu trúc chuẩn cho tập lệnh của MU0 30

Hình 2.14 Đường truyền dữ liệu của lõi xử lý MU0 30

Hình 2.15 Mô hình các thanh ghi của ARM 31

Hình 2.16 Vị trí các bit trên thanh ghi CPSR 32

Hình 2.17 Chu kỳ thực thi lệnh theo kiến trúc đường ống 33

Hình 2.18 Kiến trúc đường ống ba tầng 34

Hình 2.19 Kiến trúc đường ống ba tầng trong tập lệnh có nhiều chu kỳ máy 35

Hình 2.20 Mô hình giao tiếp trong vi điều khiển ARM 36

Hình 2.21 Sự phân táchE hai trạng thái trên bản đồ bộ nhớ 37

Hình 2.22 Vùng RAM 38

Hình 2.23 Đường đi của dữ liệu trong mạng 39

Hình 2.24 Mô hình phân lớp và bộ giao thức TCP/IP 41

Hình 2.25 Khối BeagleBone Black 41

Hình 2.26 Card mạng không dây sử dụng khe cắm PCI 45

Hình 2.27 Điểm truy cập 45

Hình 2.28 Cấu trúc cơ bản của WirelessLAN 48

Trang 6

6

Hình 2.29 Mô hình Ad hoc 49

Hình 2.30 Mô hình Infrastructure 50

Hình 2.31 Mô hình ESS 51

Hình 2.32 IEEE 802.11 và OSI 54

Hình 2.31 Dải tần 5Ghz 56

Hình 2.34 Ghép phân chia theo tần số(OFDM) 57

Hình 2.35 Bảng giao diện mới……… ……….60

Hình 2.36 Thanh công cụ giao diện……… ………… 61

Hình 2.37 Sơ đồ khối của LabView………62

Hình 2.38 Ví dụ về sơ đồ khối……….62

Hình 2.39 Các kiểu dây nối trên sơ đồ khối……… ……….63

Hình 2.40 Bảng Tools palette……… …………63

Hình 2.41 Bảng mẫu controls……….………….64

Hình 2.42 Bảng Function……….…………64

Hình 3.1 Sơ đồ khối 65

Hình 3.2 Mô hình đo và giám sát mực nước 66

Hình 3.3 khối điều khiển trung tâm 66

Hình 3.4 Cảm biến GP2Y0A21YK 67

Hình 3.5 web camera 67

Hình 3.6 Simcom900A 68

Hình 3.7 Mạch nguồn 70

Hình 3.8 Cấu trúc và sơ đồ chân của IC TPS65217 73

Hình 3.9 IC TL5209 74

Hình 3.10 Khối vi xử lý 74

Hình 3.11 Cấu trúc AM335x 76

Hình 3.12 Sơ đồ thuật Toán lập trình socket 77

Hình 3.13 Sơ đồ thuật toán modulo 79

Hình 3.14 Sơ đồ khối kết nối Ethernet 82

Hình 3.15 Trình duyệt đóng ngắt bằng PC 86

Trang 7

MIMO multiple input, multiple output công nghệ đa đường truyền OFDM orthogonal frequency division

multiplexing

ghép kênh phân chia tần số trực giao

TCP Transmition Control Protocol Giao thức điều khiển truyền vận

IP Internet Protocol Giao thức dùng cho mạng internet UDP User Datagram Protocol Giao thức truyền gói dữ liệu LAN Local Area Network Mạng cục bộ

OSI Open Systems Interconnection

Reference Model

Mô hình tham chiếu kết nối các

hệ thống mở WAAS Wide Area Augmentation System Hệ tăng vùng rộng NMEA National Marine Electronics

Chuẩn mã trao đổi thông tin Hoa Kỳ

UART Universal Asyncronous Receiver

Transmitter

Truyền thông nối tiếp không đồng bộ

DoD Department of Defense Mô hình của bộ quốc phòng Mỹ IGMP Internet Group Management Protocol điều khiển truyền đa hướng ICMP ICMP

Internet Control Message Protocol

thông báo lỗi trong trường hợp truyền

dữ liệu bị hỏng

ARP Address Resolution Protocol biên dịch địa chỉ IP của máy đích

thành địa chỉ MAC

SPI Series peripheral interface Chuẩn giao tiếp ngoại vi UDP User Datagram Protocol Giao Thức Gói Người Dùng SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao Thức Truyền Thư Đơn Giản TFTP Trivial File Transfer Protocol Giao Thức Truyền Tập Tin Bình

Thường FTP File Transfer Protocol Giao Thức Truyền Tập Tin DNS Domain Name System Hệ Thống Tên Miền SNMP Simple Network Management Protocol Giao Thức Quản Lý Mạng Đơn Giản

Trang 8

8

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đồ án này đã trình bày về hệ thống giám sát và cảnh báo lũ từ xa dựa trên vi

điều khiển ARM Nội dung đồ án được nghiên cứu về hệ thống điều khiển BeagleBone Black như cấu trúc, nguyên tắc hoạt động, mạng LAN và công nghệ Ethernet, các kĩ thuật và phương pháp truyền dẫn Hiểu được cấu trúc vi điều khiển AM335x, và các dòng họ vi xử lý ARM Các nguyên tắc đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm và cảm biến GP2Y0A21YK Trên cơ sở đó ta đi vào phân tích và thiết kế cấu trúc của hệ thống, chức năng nhiệm vụ các thành phần trong hệ thống Thiết kế phần cứng và phần mềm cho hệ thống giám sát và cảnh báo mực nước lũ Đưa ra giải pháp tối ưu nhằm nâng cao chất lượng hệ thống, hướng phát triển đề tài Qua đó cho

ta thấy được ứng dụng của đề tài để áp dụng vào thực tê

ABSTRACT

This project has presented the surveillance system and remote flood warning based

on ARM microcontrollers Contents are research projects on control systems such as structural BeagleBone Black, principles of operation, LAN and Ethernet technology, techniques and methods of transmission Understand AM335x microcontroller architecture, and the ARM processor family The principle of distance measurement by ultrasonic sensors and sensor GP2Y0A21YK On that basis, we go into the analysis and design of system structure, functions and duties of the components in the system Designing hardware and software for system monitoring and warning flood level Offering the optimal solution in order to improve system quality, development topics Through that shows the application of the research to practical application

Trang 9

9

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới Thiệu về đề tài

Diễn biến lòng sông luôn gắn liền với quá trình vận động tự nhiên của dòng sông trong quá trình hoạt động của nó Đó là kết quả của mối tương tác giữa dòng chảy và lòng sông, mà nguyên nhân cơ bản là sự mất cân bằng về bùn cát Trong những năm gần đây , việc khai thác nguồn nước và bãi sông ngày càng phát triển Cùng với nó là hiện tượng xói bồi lòng sông do lũ lụt, sạt lở bờ sông diễn ra mạnh mẽ ở hầu hết tất cả các hệ thống sông trên đất nước ta, nó gây ra những thiệt hại trực tiếp đến đời sống kinh tế xã hội của những người dân ven sông cũng như sự đe doạ đến sự an toàn của hệ thống đê điều do lũ lụt, sạt lở bờ sông gây ra là vô cùng to lớn

Hiện nay vấn đề lũ Lụt, sạt lở đoạn sông là một trong những vấn đề được quan tâm nhiều nhất trong công tác phòng chống lũ lụt, ở khu vực miền trung có hai hệ thống sông lớn là hệ thống sông Mã và hệ thống sông Lam, hai hệ thống sông này thường xuyên xảy ra hiện sạt lở do lũ lụt Trong hệ thống sông Lam thì đoạn sông Lam qua Tĩnh Nghệ An và Hà Tĩnh hiện nay là một điển hình

Mưa lũ biến đổi phức tạp xảy ra thường xuyêntrên các sông này là do sự thay đổi của khí hậu Một nguyên nhân không thể không nói đến đó là do hoạt động kinh tế của con người, con người làm thay đổi dòng chảy, lấn chiếm các bãi ven sông làm khu du lịch hoặc làm nhà ở Trong đó có việc khai thác cát ở các lòng sông diễn ra một cách phổ biến,mặc dù đã có sự quản lý của nhà nước nhưng việc khai thác diễn ra cả ở những nơi không được phép khai thác nó ảnh hưởng tới dòng chảy gây ra lũ và sạt lỡ ven sông.Tuy nhiên theo các kế hoạch phát triển kinh tế xã hội của Tĩnh Nghệ An và Hà Tĩnh trên đoạn sông này có rất nhiều dự án hạ tầng giao thông, thuỷ lợi và giao thông xã hội, dịch vụ sẽ đuợc thực hiện vì vậy các tác động của chúng tới đoạn sông Lam trong phạm vi Nghệ An và Hà Tĩnh sẽ rất đáng kể Các tác động này chắc chắn

sẽ gây ra các thay đổi về chế độ thuỷ văn, thuỷ lực lòng dẫn tại đoạn sông này.Mưa lũ ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển kinh tế của vùng khu vực đặc biện là tỉnh Nghệ

An và Hà Tĩnh nói chung Vì vậy chúng ta phải có các biện pháp hợp lý nhất để ngăn chặn và chống lũ

Trang 10

10 Nghiên cứu hiện tượng lũ lụt hay nghiên cứu diễn biến lòng dẫn đoạn sông chúng

ta có rất nhiều phương pháp nghiên cứu, nhiều biện pháp chống lũ đã được đề xuất Làm thế nào để ngăn lũ kịp thời và giám sát lũ, giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra đang là vấn đề cần được giải quyết.Theo tinh thần và các vẫn đề trên, đề tài này được lựa chọn.Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo và giám sát lũ từ xa trên cơ sở vi điều khiển arm”

Nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa Các yếu tố mưa ẩm biến đổi theo mùa trong năm và mưa là nguồn cung cấp chủ yếu của nước sông.Trong mùa mưa, những trận mưa trên lưu vực sông tạo nên những trận lũ trên sông suối Lũ lớn

từ thượng lưu đổ về hạ lưu, nước lũ có thể tràn bờ sông, bờ đê khi lòng sông không đủ khả năng tải nước lũ, gây nên ngập lụt các vùng trũng ven sông và vùng đồng bằng rộng lớn ở hạ lưu dòng sông Ngoài ra, lũ đặc biệt lớn có thể gây vỡ đập, tràn đê, vỡ

đê và do đó cũng gây nên ngập lụt dẫn đến những hậu quả khôn lường ảnh hưởng trực tiếp tới đời sống người dân sống ven sông nếu con người không chủ động phòng tránh và tìm cách khống chế nó Trên các sông suối vừa và nhỏ, mưa có cường độ lớn có thể gây ra lũ quét với sức tàn phá rất ác liệt.Lũ lụt có thể trở thành thiên tai, gây nên những thiệt hại rất nghiêm trọng về người, của cải và tác động xấu đến môi trường tự nhiên

Do vậy việc phòng chống lũ là chương trình ảnh hưởng lớn đến sự phát triển kinh tế của tất cả các Quốc gia nói chung và Việt Nam nói riêng.Trong thời gian gần đây, ở Việt Nam lũ lụt luôn xảy ra với cường độ ác liệt gây ra những thiệt hại về vật chất và tính mạng con người

Nghệ An và Hà Tĩnh là hai tĩnh chịu ảnh hưởng từ lũ lụt rất lớn Những năm vừa qua tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh đã có nhiều nỗ lực trong công tác đầu tư, tu bổ nâng cấp hệ thống đê điều của tỉnh như gia cố mặt đê và tu bổ sửa chữa một số tuyến kè bảo vệ bờ Nhưng do nguồn vốn có hạn, việc đầu tư chủ yếu tập trung vào một số trọng điểm xung yếu có tính chất khẩn cấp, nên còn thiếu đồng bộ.Qua quá trình đầu

tư phát triển, hệ thống công trình chống lũ của tỉnh Nghệ An trong đó chủ yếu là hệ thống đê đã vận hành tốt và bảo vệ an toàn cho tỉnh trong suốt thời gian dài Tuy nhiên tình hình phát triển kinh tế xã hội vùng ven sông đã ở mức đáng báo động, các

đê bối ngày càng lấn ra phía lòng sông và được tôn tạo cao hơn, dân cư vùng bãi sông

Trang 11

11 trở nên đông đúc và bùng phát việc xây dựng nhà cửa, lấn chiếm bờ làm co hẹp lòng sông…Nhìn chung tỉnh chưa có quy hoạch phòng chống lũ cho từng tuyến sông có đê trên địa bàn tỉnh nên việc kết hợp hài hoà giữa đảm bảo phòng chống lũ và phát triển kinh tế trung hạn và dài hạn còn hạn chế, các công trình dự kiến xây dựng không triển khai được do chưa có quy hoạch vì vậy cần thiết phải có chiến lược chống lũ dài hạn

để làm căn cứ cho việc định hướng phòng chống lũ phù hợp với quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hội, mục tiêu quốc phòng, an ninh, chiến lược phòng chống và giảm nhẹ thiên tai,Vì vậy việc xây dựng hệ thống cảnh báo và giám sát mực nước lũ là rất cần thiết cho công tác phòng chống lũ cho tỉnh Nghệ An

1.2 Khảo sát mức nước ở các sông 1.2.1 Đặc điểm vị trí địa lý khu vực nghiên cứu

Nghệ An nằm ở vùng Bắc Trung bộ nước Việt Nam, có tọa độ địa lý từ 18o33' đến 20o00' vĩ độ Bắc và từ 103o52' đến 105o48' kinh độ Đông Phía Bắc giáp tỉnh Thanh Hoá, Nam giáp tỉnh Hà Tĩnh, Tây giáp nước bạn Lào, Đông giáp với biển Đông.Địa hình Nghệ An gồm có núi, đồi, thung lũng Độ dốc thoải dần từ đông bắc xuống tây nam Giao thông đuờng bộ, đường sắt, đường thuỷ và đường không đều thuận lợi: có quốc lộ 1A và tuyến đường sắt Bắc Nam chạy qua tỉnh dài 94km, có cảng biển Cửa

Lò, sân bay Vinh

Tỉnh Nghệ An nằm ở Đông Bắc dãy Trường Sơn, địa hình đa dạng, phức tạp và bị chia cắt bởi các hệ thống đồi núi, sông suối hướng nghiêng từ Tây - Bắc xuống Đông - Nam Đỉnh núi cao nhất là đỉnh Pulaileng (2.711m) ở huyện Kỳ Sơn, thấp nhất là vùng đồng bằng huyện Quỳnh Lưu, Diễn Châu, Yên Thành có nơi chỉ cao đến 0,2 m

so với mặt nước biển (đó là xã Quỳnh Thanh huyện Quỳnh Lưu).Đồi núi chiếm 83% diện tích đất tự nhiên của toàn tỉnh

Hệ thống sông ngòi dày đặc; Tổng chiều dài sông suối trên địa bàn tỉnh là 9.828

km, mật độ trung bình là 0,7 km/km2 Sông lớn nhất là sông Cả (sông Lam) Bắt nguồn từ Nậm Cắn (Lào), dài 513 km, chảy qua Nghệ An theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, đổ ra biển Đông tại cửa Hội.Bờ biển dài 82 km, có 6 cửa lạch thuận lợi cho việc vận tải biển, phát triển cảng biển: cảng biển Cửa Lò

1.2.2 Đặc điểm khí tượng, khí hậu

Chế độ khí hậu chung:

Trang 12

12 Nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, chịu sự tác động trực tiếp của gió mùa Tây - Nam khô và nóng (từ tháng 4 đến tháng 8) và gió mùa Đông Bắc lạnh, ẩm ướt (từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau).vùng có điều kiện khí hậu khắc nghiệt nhất trong cả nước Hàng năm thường xảy ra nhiều thiên tai như bão, lũ, gió Lào, hạn hán, mà nguyên nhân cơ bản là do vị trí, cấu trúc địa hình tạo ra Vùng này cũng chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc lạnh, tuy nhiên không nhiều như ở Bắc Bộ Điều kiện khí hậu của vùng gây khó khăn cho sản xuất đặc biệt là sản xuất nông nghiệp

Nhiệt độ không khí:

Mùa nắng kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10, khí hậu khô nóng nhất là từ tháng 5 đến tháng 8.Nhiệt độ trung bình từ 24,7o C (tháng 4) đến 32,9oC (tháng 6) Mùa này thường nóng bức, nhiệt độ có thể lên tới 38,5 – 40oC

Mùa mưa kéo dài từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau, nhiệt độ trung bình tháng từ 18,3oC (tháng 1) đến 21,8oC (tháng 11) với nhiều ngày có nhiệt độ trung bình thấp 8,6oC (tháng 2)

Độ ẩm không khí:

Nhìn chung độ ẩm không khí tương đối cao (trung bình từ 84 – 87%), độ ẩm trung bình cao nhất khoảng 92 – 96% vào các tháng 1, 2, 3, độ ẩm trung bình thấp nhất khoảng 55 – 70% vào các tháng 6, 7, 8

Gió:

Nghệ An chịu ảnh hưởng của hai loại gió chủ yếu: gió mùa Đông Bắc và gió phơn Tây Nam Gió mùa Đông Bắc thường xuất hiện vào mùa Đông từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau, bình quân mỗi năm có khoảng 30 đợt gió mùa Đông Bắc, mang theo không khí lạnh, khô làm cho nhiệt độ giảm xuống 5 - 10oC so với nhiệt độ trung bình năm

Gió phơn Tây Nam là một loại hình thời tiết đặc trưng cho mùa hạ của vùng Bắc Trung Bộ Loại gió này thường xuất hiện ở Nghệ An vào tháng 5 đến tháng 8 hàng năm, số ngày khô nóng trung bình hằng năm là 20 - 70 ngày Gió Tây Nam gây ra khí hậu khô, nóng và hạn hán, ảnh hưởng không tốt đến sản xuất và đời sống sinh hoạt của nhân dân trên phạm vi toàn tỉnh

Trang 13

13 Các số liệu quan trắc về chế độ gió như sau: Tốc độ gió trung bình đạt từ 1,8 - 2,2 m/s Tốc độ gió trung bình hướng Đông là nhỏ nhất: 1m/s, hướng Đông Bắc là lớn nhất: 8 m/s Tần suất lặng gió 30 - 40 %

Khu vực NghệAn chịu ảnh hưởng trực tiếp của bão và áp thấp nhiệt đới, thường xuất hiện vào các tháng 8, 9, 10 Gió bão trong khu vực này thường có cường độ mạnh hơn và xuất hiện lớn hơn các khu vực khác của Hà Tĩnh

Mưa:

Lượng mưa trong vùng không đồng đều qua các tháng trong năm.Mùa Đông thường kết hợp giữa gió mùa Đông Bắc và mưa dầm, lượng mưa mùa này chiếm khoảng 25% lượng mưa hàng năm Lượng mưa tập trung trong năm vào mùa Hạ và mùa Thu, chiếm 75% lượng mưa cả năm, đặc biệt cuối thu thường mưa rất to

Nghệ An là tỉnh có lượng mưa trung bình so với các tỉnh khác ở miền Bắc Lượng mưa bình quân hàng năm dao động từ 1.200-2.000 mm/năm với 123 - 152 ngày mưa, phân bổ cao dần từ Bắc vào Nam và từ Tây sang Đông và chia làm hai mùa

rõ rệt

Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, lượng mưa chỉ chiếm 15 - 20% lượng mưa cả năm, tháng khô hạn nhất là tháng 1, 2; lượng mưa chỉ đạt 7 - 60 mm/tháng Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, lượng mưa tập trung chiếm 80 - 85% lượng mưa cả năm, tháng mưa nhiều nhất là tháng 8, 9 có lượng mưa từ 220 - 540mm/tháng, số ngày mưa 15 - 19 ngày/tháng, mùa này thường kèm theo gió bão

1.2.3 Đặc trưng thủy văn

Đặc điểm dòng chảy Chế độ dòng chảy của sông lam được chia thành hai mùa rõ rệt là mùa lũ từ tháng

6 đến tháng 11 Và mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4.Sông Lam chịu ảnh hưởng mạnh

mẽ của thuỷ triều và là hệ thống vừa cung cấp nước ngọt lại vừa cung cấp nước mặn cho NTTS Modul dòng chảy của sông cao nhất vào tháng 9, 10 (có lượng mưa lớn nhất) và thấp nhất vào tháng 4, dòng chảy mùa lũ (tháng 9, 10), tháng mùa cạn khi có

lũ tiểu mãn lượng dòng chảy lại tăng lên khá nhiều Nhìn chung dòng chảy sông ổn định nhất từ tháng 1 đến tháng 4, từ tháng 5 đến tháng 8 biến đổi ít, từ tháng 9 đến tháng 12 biến đổi rất mạnh Sự biến động dòng chảy này sẽ tác động tới mức độ ảnh

hưởng của thuỷ triều đối với sông

Trang 14

14 Lưu lượng nước của con sông Lam rất lớn do đó vào mùa mưa thường gây ngập lụt ảnh hưởng rất lớn đến đời sống và sản xuất của người dân trong xã Lưu lượng dòng chảy bình quân năm của các sông khoảng 15 m3/s; mùa lũ có thể đạt tới trên

3000 m3/s; mùa cạn có khi chỉ có 5 m3/s Sự hình thành lũ và số lượng các cơn lũ trên sông được quyết định bởi thời gian và cường độ mưa

Đặc điểm sông ngòi

Ngàn Cả hay sông Cả là tên cũ của sông Lam Ngày nay, sông Cả chỉ phần nhánh chính từ Nghệ An của sông Lam Nhánh này hợp với nhánh lớn thứ hai là sông La, từ Hà Tĩnh, để tạo thành phần hạ nguồn của sông Lam Tiếng Cả vừa hàm nghĩa là "lớn", vừa có hàm nghĩa là "mẹ", mẹ của những con sông nhỏ đổ về như Nậm Nơm, Nậm

Mộ, sông Giăng, và sông La Còn tên "sông Lam" có lẽ do màu nước xanh Sông còn có các tên như Lam Giang, Thanh Long Giang, Lam Thủy

1.2.4 Đặc trưng lưu lượng

Lưu luợng nước là lượng nước chảy qua tiết diện ngang nào đó trong một đơn vị thời gian được tính bằng m3/s Nó là đặc trưng cơ bản của dòng chảy và có quan hệ mật thiết với các yếu tố của dòng chảy

Q = U*S Trong đó Q: Lưu lượng nước (m3/s) U: Lưu tốc dòng chảy(m/s) S: Diện tích mặt cắt ngang (km2, m2)

Sự biến đổi của lưu lượng đồng nghĩa với việc diễn biến dòng chảy trên sông diễn ra theo chiều hướng phức tạp làm cho công việc phòng chống lũ lụt gặp rất nhiều khó khăn, gây ra cản trở cho giao thông thuỷ, lấy nước tưới cho nông nghiệp, công nghiệp, đe dạo đến sinh hoạt và tính mạng của nhân dân sống hai bên bờ sông Đồng thới sự biến đổi này gây ra sự biến hình lòng sông rất mạnh, nếu lưu lượng lớn thì khả năng mang bùn cát của dòng nước càng lớn, quá trình diễn biến lòng sông càng mạnh và ngược lại

1.2.5 Dòng chảy lũ

Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thành dòng chảy lũ có thể phân thành hai loại

chính sau : Yếu tố khí tượng(chu yếu là yếu tố mưa rào) và yếu tố mặt đệm

Trang 15

15 Yếu tố mưa rào quyết định nguồn nước dòng chảy khi xét yếu tố này cần đề cập đến các đặc trưng chuy yếu: lượng mưa trong thời đoạn thiết kế ứng với tần suất nào đó (cường độ mưa bình quân lớn nhất) trong thời đoạn đó Việc khảo sát đặc trưng này nhằm để tính lớp nước mưa bình quân trên lưu vực

Yếu tố mặt đệm quyết định quá trình tổn thất và quá trình tập trung dòng chảy, các yếu tố mặt đệm bao gồm: Diện tích , hình dạng lưu vực, chiều dài lòng sông chính, độ dốc mặt nước, sườn dốc, độ nhám lòng sông và khả năng có thêm trên lưu vực (rừng,

hồ, ao, đầm lầy, trình độ thâm canh trên lưu vực)

Theo chỉ tiêu vượt trung bình, mùa lũ trên hệ thống sông Lam thường từ tháng 6 đến tháng 11 Tuy nhiên mũa lũ cũng có thể xuất hiện sớm vào tháng 5 và kết thúc vào tháng 12

1.2.6 Dòng chảy kiệt

Dòng chảy kiệt từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, lượng mưa chỉ chiếm 15 - 20% lượng mưa cả năm, tháng khô hạn nhất là tháng 1, 2; lượng mưa chỉ đạt 7 - 60 mm/tháng

1.2.7 Diễn biến thiên tai và thảm họa

Nhìn tổng thể địa hình Nghệ An có 3 vùng rõ rệt : vùng núi, trung du và đồng bằng Dọc theo biên giới Việt Lào có nhiều núi cao điển hình như Phu Hoạt (2452m), phũalaileing(2711m) tạo nên vành đai đồ sộ Vùng núi thấp và trung du rộng lớn nối liền giữa miền núi và đồng bằng, địa hình khá phức tạp có nhiều đồi và núi thấp Vùng đồng bằng ven biển nhỏ hẹp lại có những ngọn núi đâm sát ra biển Cho nên, tạo thành những vùng tiểu khí hậu.do ảnh hưởng của vị trí địa lý, địa hình và hình thái địa mạo Là tỉnh có diện tích rộng, nên khí hậu tỉnh Nghệ An đa dạng, đồng thời có sự phân hoá theo không gian và biến động theo thời gian Bên cạnh những yếu tố chủ yếu như nhiệt độ, lượng mưa, gió, độ ẩm không khí thì Nghệ An còn là một tỉnh chịu ảnh hưởng của bão và áp thấp nhiệt đới Trung bình mỗi năm có 2 - 3 cơn bão, thường tập trung vào tháng 8 và 10 và có khi gây ra lũ lụt

1.3 Phân tích và đề xuất phương án thiết kế hệ thống

Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa, một bán đảo ở đông nam đại lục Âu – Á, chịu ảnh hưởng sâu sắc của Biển Đông, thường xuyên phải đối mặt với nhiều loại hình thiên tai khốc liệt Trải qua thời gian gần bảy thập kỷ, thiên tai đã xảy ra ở hầu khắp

Trang 16

16 các khu vực trên cả nước, gây nhiều tổn thất to lớn về người, tài sản, cơ sở hạ tầng, kinh tế, xã hội và tác động xấu đến môi trường

Trong hơn 10 năm trở lại đây, trung bình hàng năm có tới 750 người chết và mất tích, thiệt hại về tài sản ước tính tương đương khoảng 1,0 - 1,5% GDP Thêm vào đó, biến đổi khí hậu toàn cầu đã và đang làm thiên tai ở nước ta có chiều hướng ngày càng phức tạp, gia tăng nhiều hơn so với những thập kỷ trước về cả quy mô cũng như chu

kỳ lặp lại kèm theo những đột biến khó lường

Hàng năm, miền Trung là nơi có bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào nhiều nhất so với các vùng ven biển khác ở nước ta Bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ không chỉ gây ra gió mạnh trực tiếp tàn phá cây cối, nhà cửa, công trình, cơ sở hạ tầng… mà còn kéo theo sóng cao, nước biển dâng, đồng thời mưa lớn xảy ra trên diện rộng gây ra lũ lụt,

lũ quét, ngập lụt, sạt lở đất bất thường… làm thiệt hại nghiêm trọng về người và của cải cho khu vực này, thậm chí tới mức thảm họa Theo dự báo trong tương lai, số lượng cơn bão có cường độ mạnh sẽ ngày một gia tăng

1.3.1 Ảnh hưởng của lũ tới kinh tế

Lũ lớn là nguyên nhân gây ra hư hỏng công trình xây dựng, gây ra ngập lụt Dòng chảy từ lỗ vỡ có tốc độ lớn có khả năng tàn phá công trình và sự sống nơi mà nó

đi qua Các dòng chảy tràn do lũ thường kéo theo đất đá, cát sỏi vùi lấp đồng ruộng, nhà cửa, công trình thủy lợi Vật liệu xây dựng công trình ngập trong nước lũ giảm khả năng chịu tải, công trình phải chịu thêm tải trọng tĩnh và tải trọng động của nước nên nguy cơ bị đổ vỡ tăng lên Về tổng thiệt hại kinh tế được đo lường bằng tiền, trung bình hàng năm trong vòng 10 năm từ 2005 đến 2014, nền kinh tế Việt Nam phải gánh chịu khoảng 5,2 tỷ USD Trong tổng số thiệt hại này, thiệt hại kinh tế do lũ lụt gây ra chiếm tỷ phần lớn nhất với 58% Xếp sau đó, thiệt hại kinh tế do các trận bão hàng năm gây ra khoảng 29%, xếp ở vị trí thứ hai Với cách tiếp cận mới này, có thể thấy các thảm họa tự nhiên gây ra thiệt hại rất lớn cho nền kinh tế Việt Nam Nếu chỉ tính riêng cho lũ lụt thì Việt Nam nằm trong nhóm nước phải gánh chịu thiệt hại lớn nhất trên thế giới Do vậy, với công tác phòng chống và đối phó hữu hiệu với rủi ro do thiên tai gây ra cần được quan tâm hơn bao giờ hết, không chỉ đối với tính mạng, tài sản mà còn dưới góc độ sức khoẻ của con người

Trang 17

17

1.3.2 Ảnh hưởng của lũ tới nền nông nghiệp, thủy sản

Nông nghiệp là ngành sản xuất chính đóng góp lớn vào nền kinh tế và ổn định đời sống.Hoạt động sản xuất nông nghiệp phụ thuộc nhiều vào các yếu tố tự nhiên như: đất đai, nguồn nước, khí hậu, chế độ thủy văn, nhiệt độ, độ ẩm nên sẽ là ngành

bị ảnh hưởng nặng nề khi có bão lũ xuất hiện.tình trạng ngập lụt sẽ làm mất đất canh tác trong nông nghiệp, làm hư hại tới những cây trồng nông sản, giảm năng xuất cây trồng, gây thiệt hại nặng nề trong tăng gia sản xuất

Đối với ngành thuỷ sản, khu vực miền trung nói riêng và cả nước nói chung việc đắn bắt và nuôi trồng thủy sản chịu ảnh hưởng rất lớn khi có bão lũ xuất hiện Nhìn chung, lũ lụt có xu hướng làm thay đổi môi trường sống của các loài thuỷ sản, dẫn đến thay đổi trữ lượng các loài thuỷ hải sản do di cư hoặc do chất lượng môi trường sống

bị suy giảm; từ đó làm thu hẹp ngư trường đánh bắt, sản lượng đánh bắt và sản lượng nuôi trồng Kết quả khảo sát của Bộ Lao động, Thương binh và Xã hội năm 2014 cho thấy, các địa phương được khảo sát đều có tỷ lệ lao động đang làm trong lĩnh vực nuôi trồng thủy hải sản khá cao, dao động từ trên 50% đến 90% lực lượng lao động Do hạn chế về vốn đầu tư và kiến thức/kỹ thuật nên hoạt động nuôi trồng thủy sản của người dân hầu như phụ thuộc vào môi trường tự nhiên, thời tiết, Thiệt hại trong nuôi trồng thủy sản có xu hướng gia tăng trong những năm gần đây do ảnh hưởng của nước biển dâng, xâm nhập mặn, mưa lũ trái mùa, thay đổi môi trường nước

1.3.3 Ảnh hưởng tới nghành công nghiệp

Các ngành công nghiệp, đặc biệt là khu công nghiệp ven biển, sẽ bị ảnh hưởng nặng nề khi bão lũ xuất hiện.Nguồn nguyên liệu cho công nghiệp, đặc biệt là nguyên liệu cho công nghiệp chế biến lương thực thực phẩm, dệt, may mặc sẽ bị suy giảm đáng kể vì không được tiếp ứng từ các vùng nguyên liệu ở các tỉnh vùng vốn bị ngập lụt nặng nề nhất ở Việt Nam Điều này càng gây sức ép đến việc chuyển dịch cơ cấu các ngành công nghiệp về loại hình công nghiệp, tỷ lệ công nghiệp chế biến, công nghệ cao

Mưa lũ xảy ra sẽ làm nước biển dâng sẽ tác động tiêu cực đến quá trình vận hành, khai thác hệ thống truyền tải và phân phối điện, làm gia tăng chi phí bảo dưỡng và sửa chữa các công trình năng lượng; ảnh hưởng tới việc cung cấp, tiêu thụ năng lượng, an ninh năng lượng quốc gia

Trang 18

18

1.3.4 Đề xuất phương án thiết kế hệ thống

Nhận thấy được những thiệt hại mà mưa lũ gây ra, nếu không có biện pháp phòng chống kịp thời thì sẽ dẫn tời nhiều tổn thất về kinh tế, xã hội cũng như đời sống nhân dân Vì thế cùng với sự phát triển khoa học kĩ thuật hiện nay để giải quyết các nội dung trong bài toán : “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo và giám sát lũ từ xa trên cơ sở vi điều khiển arm” Với mục đích đề tài như trên, bố cục Đồ án gồm 3 chương với nội dung như sau:

Chương 1 Tổng quan về đề tài

Chương 2 Cơ sở hệ thống giám sát và cảnh báo lũ từ xa

Chương 3 Thiết kế hệ thống cảnh báo và giám sát lũ từ xa

Trang 19

19

Chương 2

CƠ SỞ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO LŨ TỪ XA

2.1 Cảm biến siêu âm

Hình 2.1 Một số loại cảm biến siêu âm

Cảm biến siên âm có nhiều loại, tùy theo công dụng như để nhận biết vật trong khoảng cách gần hay xa, nhận biết các vật có tính chất khác nhau và trong những điều kiện hoạt động khác nhau mà người ta chế tạo các loại cảm biến siêu âm cũng khác nhau

2.1.1 Cảm biến siêu âm và nguyên tắc TOF (Time Of Flight)

Sóng siêu âm được truyền đi trong không khí với vận tốc khoảng 343m/s Nếu một cảm biến phát ra sóng siêu âm và thu về các sóng phản xạ đồng thời, đo được khoảng thời gian từ lúc phát đi tới lúc thu về, thì máy tính có thể xác định được quãng đường mà sóng đã di chuyển trong không gian Quãng đường di chuyển của sóng sẽ bằng 2 lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngoại vật, theo hướng phát của sóng siêu âm.Hay khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật sẽ được tính theo nguyên lý TOF:

d = v • t/2

Hình 2.2 Nguyên tắc TOF

Trang 20

20

2.1.2.Tầm quét của cảm biến siêu âm

Cảm biến siêu âm có thể được mô hình hóa thành một hình quạt, trong đó các điểm ở giữa dường như không có chướng ngại vật, còn các điểm trên biên thì dường như có chướng ngại vật nằm ở đâu đó

Hình 2.3 Tầm quét của cảm biến Bảng 2.1.Thông số một số loại cảm biến siêu âm SRF

Cảm biến

Thông tin

Trang 21

21

*: Ước tính góc của hình nón cảm biến ở 1 / 2 cảm biến **: Số vang ghi lại bởi cảm biến Đây là những tiếng vọng ghi từ đọc gần đây nhất, và được ghi đè mới bằng mỗi lần khác nhau

A: Những cảm biến nhỏ hơn điển hình (SRF 05/04 / 08) kích thước

B: Phạm vi thời gian có thể được điều chỉnh xuống bằng cách điều chỉnh được C: cảm biến này cũng bao gồm một photocell ở mặt trước để phát hiện ánh sáng D: Hoạt động ở một tần số 235kHz cao hơn

2.2 Cảm biến siêu âm SRF05 và đặc điểm kỹ thuật 2.2.1 Giới thiệu

+ SRF05 là một bước phát triển từ SRF04, được thiết kế để làm tăng tính linh hoạt, tăng phạm vi, ngoài ra còn giảm bớt chi phí SRF05 là hoàn toàn tương thích với SRF04 Khoảng cách được tăng từ 3 mét đến 4 mét

+ SRF05 cho phép sử dụng một chân duy nhất cho cả kích hoạt và phản hồi, do đó tiết kiệm giá trị trên chân điều khiển Khi chân chế độ không kết nối, thì SRF05 hoạt động riêng biệt chân kích hoạt và và chân hồi tiếp, như SRF04 SRF05 bao gồm một thời gian trễ trước khi xung phản hồi để mang lại điều khiển chậm hơn chẳng hạn như

bộ điều khiển thời gian cơ bản Stamps và Picaxe để thực hiện các xung lệnh

2.2.2 Các chế độ của SRF05

Chế độ 1 : Tương ứng SRF04 – tách biệt kích hoạt và phản hồi Chế độ này sử dụng riêng biệt chân kích hoạt và chân phản hồi, và là chế độ đơn giản nhất để sử dụng Tất cả các chương trình điển hình cho SRF04 sẽ làm việc cho SRF05

ở chế độ này Để sử dụng chế độ này, chỉ cần chân chế độ không kết nối - SRF05 có một nội dừng trên chân này

Hình 2.4 Khối cảm biến SRF05

Trang 22

22 Hình 2.5 Giản đồ định thời SRF05, chế độ 1 Chế độ 2 – Dùng một chân cho cả kích hoạt và phản hồi Chế độ này sử dụng một chân duy nhất cho cả tín hiệu kích hoạt và hồi tiếp, và được thiết kế để lưu các giá trị trên chân lên bộ điều khiển nhúng Để sử dụng chế độ này, chân chế độ kết nối vào chân mass.Tín hiệu hồi tiếp sẽ xuất hiện trên cùng một chân với tín hiệu kích hoạt SRF05 sẽ không tăng dòng phản hồi cho đến 700uS sau khi kết thúc các tín hiệu kích hoạt

Để sử dụng chế độ 2 với các Stamps BS2 cơ bản, ta chỉ cần sử dụng PULSOUT

và PULSIN trên cùng một chân, như sau : SRF05 PIN 15 sử dụng pin cho cả hai và kích hoạt echo Range VAR Word xác định phạm vi biến 16 bit

SRF05 = 0 bắt đầu bằng pin thấp PULSOUT SRF05, 5 đưa ra kích hoạt pulse 10uS (5 x 2uS) PULSIN SRF05, 1, Range echo đo thời gian

Range = Range/29 để chuyển đổi sang cm(chia 74 cho inch

Trang 23

23 Hình 2.6 Giản đồ định thời SRF05, chế độ 2 + Tính toán khoảng cách:

Giản đồ định thời SRF05 thể hiện ở hai chế độ trên; Chỉ cần cung cấp một đoạn xung ngắn 10uS kích hoạt đầu vào để bắt đầu đo khoảng cách Các SRF05 sẽ cho ra một chu kỳ 8 burst của siêu âm ở 40khz và tăng cao dòng phản hồi của nó (hoặc kích hoạt chế độ dòng 2) Sau đó chờ phản hồi, và ngay sau khi phát hiện nó giảm các dòng phản hồi lại.Dòng phản hồi là một xung có chiều rộng tỷ lệ với khoảng cách đến đối tượng Bằng cách đo xung, ta hoàn toàn có thể để tính toán khoảng cách theo inch / centimét hoặc đơn vị đo khác Nếu không phát hiện gì thì SRF05 giảm thấp hơn dòng phản hồi của nó sau khoảng 30mS

SRF05 có thể được kích hoạt nhanh chóng với mọi 50mS, hoặc 20 lần mỗi giây.Nên chờ 50ms trước khi kích hoạt kế tiếp, ngay cả khi SRF05 phát hiện một đối tượng gần và xung phản hồi ngắn hơn.Điều này là để đảm bảo các siêu âm "beep" đã phai mờ và sẽ không gây ra sai phản hồi ở lần đo kế tiếp

+ Các thiết lập khác của chân 5 Chân 5 được đóng nhãn là "programming pins" được sử dụng một lần duy nhất trong quá trình sản xuất để lập trình cho bộ nhớ Flash trên chip PIC16F630 Các chương trình của PIC16F630 pins cũng được sử dụng cho các chức năng khác trên SRF05, nên chắc chắn rằng không kết nối bất cứ cái gì với các chân này, nếu không sẽ làm gián đoạn hoạt động mô-đun

+ Thay đổi chùm tia và độ rộng chùm Chùm tia của SRF05 có dạng hình nón với độ rộng của chùm là một hàm của

Trang 24

24 diện tích mặt của các cảm biến và là cố định Chùm tia của cảm biến được sử dụng trên SRF05 được biểu diễn bên dưới:

Hình 2.7 Độ rộng phổ của SRF05

2.2.3 Hoạt động phát và nhận phản hồi sóng âm cơ bản của SRF05 :

Nguyên tắc cơ bản của sonar: là tạo ra một xung âm thanh điện tử và sau đó lắng nghe tiếng vọng tạo ra khi các làn sóng âm thanh số truy cập một đối tượng và được phản xạ trở lại Để tính thời gian cho phản hồi trở về, một ước tính chính xác có thể được làm bằng khoảng cách tới đối tượng Xung âm thanh tạo ra bởi SRF05 là siêu

âm, nghĩa là nó là ở trên phạm vi nhận xét của con người Trong khi tần số thấp hơn

có thể được sử dụng trong các loại ứng dụng, tần số cao hơn thực hiện tốt hơn cho phạm vi ngắn, nhu cầu độ chính xác cao

Hình 2.8 Phản hồi sóng âm của SRF05

Trang 25

25

Một số đặc điểm khác của cảm biến siêu âm SRF05 Mức độ của sóng âm hồi tiếp phụ thuộc vào cấu tạo của đối tượng và góc phản xạ của

nó

Hình 2.9 Phản xạ sóng âm của SRF05

Một đối tượng mềm có thể cho ra tín hiệu phản hồi yếu hoặc không có phản hồi Một đối tượng ở một góc cân đối thì mới có thể chuyển thành tín hiệu phản chiếu một chiều cho cảm biến nhận

Vùng phát hiện của SRF05 Nếu ngưỡng để phát hiện đối tượng được đặt quá gần với cảm biến, các đối tượng trên một đường có thể bị va chạm tại một điểm mù Nếu ngưỡng này được đặt ở một khoảng cách quá lớn từ các cảm biến thì các đối tượng sẽ được phát hiện mà không phải là trên một đường va chạm

Trang 26

26 sung và gắn kết của hai đơn vị hướng về phía trước Thiết lập như vậy thì có một khu vực mà hai khu vực phát hiện chồng chéo lên nhau

Hình 2.11 Vùng phát hiện có 2 cảm biến SRF05 Các vùng hoạt động của 2 cảm biến SRF05 tạo góc chung 30 độ Vùng chung thì được phân biệt bởi 2 phần tín hiệu trái phải và phần cản ở giữa

2.3 Vi điều khiển ARM 2.3.1 Cấu trúc vi điều khiền ARM

Cấu trúc cơ bản ARM

- Cấu trúc load-store (nạp-lưu trữ)

- Cho phép truy xuất dữ liệu không thẳng hàng

- Tập lệnh trực giao

- Tập lệnh ARM-32bit

- Hầu hết các lệnh đều thực hiện trong vòng một chu kỳ đơn

Trong ARM có một số tính chất mới như sau:

- Hầu hết tất cả các lệnh đều cho phép thực thi có điều kiện, điều này làm giảm việc phải viết các tiêu đề rẽ nhánh cũng như bù cho việc không có một bộ dự đoán rẽ nhánh

- Trong các lệnh số học, để chỉ ra điều kiện thực hiện, người lập trình chỉ cần sửa mã điều kiện

- Có một thanh ghi dịch 32 bit mà có thể sử dụng đầy đủ chức năng với hầu hết các lệnh số học và việc tính toán địa chỉ

- Có các kiểu định địa chỉ theo chỉ số rất mạnh

- Có hệ thống con thực hiện ngắt hai mức ưu tiên đơn giản nhưng rất nhanh, kèm theo cho phép chuyển từng nhóm thanh ghi

Mô hình kiến trúc

Trang 27

27 Các thành phần nhúng cùng với một lõi xử lý ARM được mô tả trong hình 2.1 Đây cũng là một kiến trúc chung trong họ xử lý với lõi ARM

Hình 2.12 Mô hình kiến trúc lõi xử lý ARM Lõi xử lý ARM là một khối chức năng được kết nối bởi các bus dữ liệu, các mũi tên thể hiện cho dòng chảy của dữ liệu, các đường thể hiện cho bus dữ liệu, và các ô biểu diễn trong hình là một khối hoạt động hoặc một vùng lưu trữ Cấu hình này cho thấy các dòng dữ liệu và các thành phần tạo nên một bộ xử lý ARM.Dữ liệu đi vào lõi

xử lý thông qua các bus dữ liệu.Các dữ liệu có thể là một hướng để thực hiện hoặc một trường dữ liệu.Hình 2.12 cho thấy ưu điểm kiến trúc Harvard của ARM là sử dụng trên hai bus truyền khác nhau (bus dữ liệu và bus lệnh tách riêng), còn kiến trúc Von Neumann chia sẻ dữ liệu trên cùng bus.Các bộ giải mã sẽ định hướng dịch chuyển trước khi chúng được thực thi.Mỗi một chỉ lệnh thực hiện thuộc về một tập lệnh riêng biệt.Bộ xử lý ARM, giống như tất cả bộ xử lý RISC, sử dụng kiến trúc load-store Điều này có nghĩa là có hai loại chỉ lệnh để chuyển dữ liệu vào và ra của

bộ xử lý: lệnh load cho phép sao chép dữ liệu từ bộ nhớ vào thanh ghi trong lõi xử lý, và ngược lại lệnh store cho phép sao chép dữ liệu từ thanh ghi tới bộ nhớ Không có lệnh xử lý dữ liệu trực tiếp trong bộ nhớ Do đó, việc xử lý dữ liệu chỉ được thực hiện trong các thanh ghi Tất cả dữ liệu thao tác nằm trong các thanh ghi, các thanh ghi có thể là toán hạng nguồn, toán hạng đích, con trỏ bộ nhớ Các dữ liệu 8 bit, 16 bit đều

Trang 28

28 được mở rộng thành 32 bit trước khi đưa vào thanh ghi Tập lệnh ARM nằm trong hai nguồn thanh ghi Rn và Rm, và kết quả được trả về thanh ghi đích Rd Nguồn toán hạng được đọc từ thanh ghi đang sử dụng trên bus nội bộ A và B tương ứng Khối số học và logic (ALU: Arithmetic Logic Unit) hay bộ tích lũy nhân (MAC: Multiply-Accumulate Unit) lấy các giá trị thanh ghi Rn và Rm từ bus A và B, và tính toán kết quả (bộ tích lũy nhân có thể thực hiện phép nhân giữa hai thanh ghi và cộng kết quả với một thanh ghi khác) Các lệnh xử lý dữ liệu ghi các kết quả trực tiếp trong Rd rồi trả về tệp thanh ghi.Một tính năng quan trọng của ARM là thanh ghi Rm còn có thể được xử lý trước trong shifter (bộ dịch chuyển) trước khi nó đi vào ALU.Shifter và ALU có thể phối hợp với nhau để tính toán các biểu thức và địa chỉ.Mô hình thanh ghi theo kiến trúc Registry – Registry, giao tiếp với bộ nhớ thông qua các lệnh load-store, các lệnh load và store sử dụng ALU để tính toán địa chỉ được lưu trong các thanh ghi địa chỉ, ngoài ra tập lệnh này còn sử dụng ALU để tạo ra địa chỉ được tổ chức trên địa chỉ thanh ghi và truyền đi trên các bus địa chỉ Bộ gia tốc dùng trong các trường hợp truy xuất các vùng nhớ liên tục.Sau khi đi qua các khối chức năng, kết quả trong Rd được ghi trở lại tệp thanh ghi Tập lệnh load-store cập nhật tăng địa chỉ thanh ghi trước khi lõi xử lý đọc hoặc ghi giá trị thanh ghi từ vị trí nhớ tuần tự tiếp theo Lõi xử

lý tiếp tục thực hiện các lệnh cho đến khi xảy ra một ngắt ngoại lệ hoặc có thay đổi dòng chảy thực hiện bình thường.Trên là tổng quan về bộ xử lý ARM Các thành phần chính của bộ vi xử lý gồm lõi xử lý, các thanh ghi, kiến trúc đường ống sẽ được trình bày trong phần kế tiếp

Chế độ hoạt động của ARM:

ARM có bẩy chế độ hoạt động, chế độ người dùng là chế độ cơ bản và ít đặc quyền nhất, khi đó CPU thực hiện mã hóa dữ liệu cho người dùng

Các chế độ hoạt động của ARM được mô tả trong bảng 1.1

Trang 29

29 Bảng 2.2 Các chế độ hoạt động của RAM

- IRQ : Được sử dụng cho việc xử lý các ngắt mục đích chung

- Supervisor : Chế độ bảo vệ dùng cho hệ điều hành

- System : Chế độ ưu tiên, dùng cho hệ điều hành

- Undefined : Dùng cho trường hợp mã lệnh không hợp lệ

- User : Chế độ người dùng có mức ưu tiên thấp

Các chế độ này có thể được thiết lập bằng phần mềm hoặc thông qua các ngắt bên ngoài hoặc thông qua quá trình xử lý ngoại lệ.Phần lớn các chương trình ứng dụng được thực thi trong chế độ User Mỗi chế độ điều khiển đều có các thanh ghi hỗ trợ để tăng tốc độ bắt các ngoại

Mô hình thiết kế ARM

+ Lõi xử lý Dạng đơn giản của lõi xử lý gồm những phần cơ bản sau:

- Program Counter (PC): Bộ đếm chương trình: giữ địa chỉ của lệnh hiện tại

- Thanh ghi tích lũy (ACC): giữ giá trị dữ liệu khi đang làm việc

- Đơn vị xử lý số học (ALU): thực thi các lệnh nhị phân như cộng, trừ, gia tăng…

Trang 30

30

- Thanh ghi lệnh (IR): giữ tập lệnh hiện tại đang thực thi

Lõi xử lý MU0 được phát triển đầu tiên và là lõi xử lý đơn giản, có tập lệnh dài

16 bit, với 12 bit địa chỉ và 4 bit mã hóa

Cấu trúc tập lệnh lõi MU0 có dạng:

Hình 2.13 Cấu trúc chuẩn cho tập lệnh của MU0

Mô hình thiết kế đường truyền dữ liệu đơn giản của lõi xử lý MU0 được mô tả trong hình 1.3 Việc thiết kế ở cấp chuyển đổi mức thanh ghi (RTL): Bộ đếm chương trình (PC) chỉ đến tập lệnh cần thực thi, nạp vào thanh ghi lệnh (IR), giá trị chứa trong

IR chỉ đến vùng địa chỉ ô nhớ, nhận giá trị, kết hợp với giá trị đang chứa trong thanh ghi tích lũy (ACC) qua đơn vị xử lý số học (ALU) để tạo giá trị mới, chứa vào ACC Mỗi một lệnh như vậy, tùy vào số lần truy cập ô nhớ mà tốn số chu kỳ xung nhịp tương đương Sau mỗi lệnh thực thi, PC sẽ được tăng thêm

Hình 2.14 Đường truyền dữ liệu của lõi xử lý MU0

Các thanh ghi của ARM

Để phục vụ mục đích của người dùng: r0 ÷ r14 là 15 thanh ghi đa dụng, r15 là thanh ghi Program Counter (PC), thanh ghi trạng thái chương trình hiện tại (CPSR - Current Program Status Register) Các thanh ghi khác được giữ lại cho hệ thống (như thanh ghi chứa các ngắt).Các thanh ghi của ARM được mô tả trong hình 2.14

Trang 31

31 Hình 2.15 Mô hình các thanh ghi của ARM

- Thanh ghi CPSR được người dùng sử dụng chứa các bit điều kiện

- N: Negative - cờ này được bật khi bit cao nhất của kết quả xử lý ALU bằng 1

- Z: Zero - cờ này được bật khi kết quả cuối cùng trong ALU bằng 0

- C: Carry - cờ này được bật khi kết quả cuối cùng trong ALU lớn hơn giá trị 32 bit và tràn

- V: Overflow - cờ báo tràn sang bit dấu

- Thanh ghi SPSR (Save Program Status Register) dùng để lưu giữ trạng thái của thanh ghi CPSR khi thay đổi chế độ

Cấu trúc load-store

Cũng như hầu hết các bộ xử lý dùng tập lệnh RISC khác, ARM cũng sử dụng cấu trúc load-store Điều đó có nghĩa là: tất cả các lệnh (cộng, trừ…) đều được thực hiện trên thanh ghi Chỉ có lệnh sao chép giá trị từ bộ nhớ vào thanh ghi (load) hoặc chép lại giá trị từ thanh ghi vào bộ nhớ (store) mới có ảnh hưởng tới bộ nhớ.Các bộ xử

lý CISC cho phép giá trị trên thanh ghi có thể cộng với giá trị trong bộ nhớ, đôi khi còn cho phép giá trị trên bộ nhớ có thể cộng với giá trị trên thanh ghi.ARM không hỗ trợ cấu trúc lệnh dạng từ bộ nhớ đến bộ nhớ Vì thế, tất cả các lệnh của ARM thuộc một trong ba loại sau:

- Lệnh xử lý dữ liệu: chỉ thay đổi giá trị trên thanh ghi

- Lệnh load-store: sao chép giá trị từ thanh ghi vào bộ nhớ và sao chép giá trị từ

bộ nhớ vào thanh ghi

Trang 32

32

- Lệnh điều khiển dòng lệnh: bình thường, ta thực thi các lệnh chứa trong một vùng nhớ liên tiếp, tập lệnh điều khiển dòng lệnh cho phép chuyển sang các địa chỉ khác nhau khi thực thi lệnh, tới những nhánh cố định (lệnh rẽ nhánh) hoặc là lưu và trở lại địa chỉ để phục hồi chuỗi lệnh ban đầu (lệnh rẽ nhánh và kết nối) hay là đè lên vùng mã của hệ thống

Cấu trúc tập lệnh của ARM

Thực thi lệnh có điều kiện ARM cung cấp khả năng thực hiện một cách có điều kiện hầu hết các lệnh dựa trên tổ hợp trạng thái của các cờ điều kiện trong thanh ghi CPSR Thanh ghi CPSR cho biết trạng thái của chương trình hiện tại và được mô tả trong hình 2.5

Ngăn xếp

ARM hỗ trợ việc lưu và phục hồi giá trị nhiều thanh ghi, gồm hai lệnh:

-LDM : Load multiple register

- STM : Store multiple register

Việc lưu hoặc phục hồi giá trị thanh ghi với bộ nhớ bắt đầu từ địa chỉ được lưu trong thanh ghi nền, giá trị của thanh ghi nền có thể giữ nguyên hoặc được cập nhật Thứ tự địa chỉ bộ nhớ sao lưu các thanh ghi tăng hoặc giảm tùytheo phương thức định địa chỉ

Tập lệnh ARM Tất cả lệnh của ARM đều là 32 bit:

- Có cấu trúc dạng load-store

- Cấu trúc lệnh định dạng ba địa chỉ (nghĩa là địa chỉ của hai toán hạng nguồn

và toán hạng đích đều là các địa chỉ riêng biệt)

Trang 33

33

- Mỗi một lệnh thực thi một điều kiện

- Có cả lệnh load-store nhiều thanh ghi đồng thời

- Có khả năng dịch bit kết hợp với thực thi lệnh ALU trong chỉ một chu kỳ máy

- Chế độ Thumb code: là một chế độ đặc biệt của ARM dùng để tăng mật độ

mã bằng cách nén lệnh 32 bit thành 16 bit Một phần cứng đặc biệt sẽ giải nén lệnh Thumb 16 bit thành lệnh 32 bit

ARM hỗ trợ sáu kiểu dữ liệu:

- 8 bit có dấu và không dấu

- Các toán tử của ARM có 32 bit, khi làm việc với các dữ liệu ngắn hơn, các bit cao của toán tử sẽ được thay thế bằng bit ‘0’

Cách tổ chức và thực thi tập lệnh của ARM:

Hình 2.17 Chu kỳ thực thi lệnh theo kiến trúc đường ống Cách tổ chức của lõi ARM không thay đổi nhiều từ năm 1983 ÷ 1995, đều sử dụng tập lệnh có kiến trúc đường ống ba tầng Từ 1995 trở về đây, ARM đã giới thiệu một số lõi mới có sử dụng kiến trúc đường ống chín tầng.Chu kỳ thực thi lệnh theo kiến trúc đường ống được mô tả trong hình 2.6

Các bước thực thi lệnh gồm:

- Nhận lệnh từ bộ nhớ (fetch);

- Giải mã lệnh, xác định các tác động cần có và kích thước lệnh (decode);

- Truy cập các toán hạng có thể được yêu cầu từ thanh ghi (reg);

- Kết hợp với toán hạng đấy để tạo thành kết quả hay địa chỉ bộ nhớ (ALU);

- Truy cập vào bộ nhớ cho toán hạng dữ liệu nếu cần thiết (mem);

- Viết kết quả ngược lại thanh ghi (res)

Trang 34

34 Kiến trúc đường ống

Kiến trúc đường ống là kiến trúc cơ bản trong vi điều khiển ARM, hình 1.7 mô tả kiến trúc đường ống ba tầng để minh họa các bước thực thi lệnh: fetch – decode – excute (nhận lệnh – giải mã – thực thi)

Hình 2.18 Kiến trúc đường ống ba tầng Trong kiến trúc đường ống, khi một lệnh đang được thực thi thì lệnh thứ hai đang được giải mã và lệnh thứ ba bắt đầu được nạp từ bộ nhớ Với kỹ thuật này thì tốc độ

xử lý tăng lên rất nhiều trong một chu kỳ máy.Trong hình 1.7 cho ta thấy được một chuỗi ba lệnh được nạp, giải mã, và thực thi bởi bộ xử lý Mỗi lệnh có một chu trình duy nhất để hoàn thành sau khi đường ống được lấp đầy Tập lệnh được đặt vào các đường ống liên tục Trong chu kỳ đầu tiên lõi xử lý nạp lệnh ADD (cộng) từ bộ nhớ Trong chu kỳ thứ hai lõi tìm nạp các lệnh SUB (trừ) và giải mã lệnh ADD Trong chu

kỳ thứ ba, cả hai lệnh SUB và ADD được di chuyển dọc theo đường ống Lệnh ADD được thực thi, lệnh SUB được giải mã, và lệnh CMP (so sánh) được nạp.Quá trình này được gọi là lấp đầy đường ống Kiến trúc đường ống cho phép lõi xử lý thực hiện lệnh trong mỗi chu kỳ Khi tăng chiều dài đường ống, số lượng công việc thực hiện ở từng công đoạn giảm, điều này cho phép bộ xử lý phải đạt được đến một tần số hoạt động cao hơn để tăng hiệu suất thực thi Thời gian trễ của hệ thống cũng sẽ tăng lên bởi vì

có nhiều chu kỳ hơn để lấp đầy đường ống trước khi lõi xử lý có thể thực thi một lệnh Chiều dài đường ống tăng lên cũng có nghĩa là dữ liệu cũng có thể sẽ phải phụ thuộc giữa các công đoạn nhất định.ARM giới thiệu và đưa ra kiến trúc đường ống có năm tác vụ, với vùng nhớ dữ liệu và chương trình riêng biệt Từ kiến trúc lệnh có ba tác vụ được chia nhỏ lại thành năm tác vụ cũng làm cho mỗi chu kỳ xung nhịp sẽ thực hiện

Trang 35

35 một công việc đơn giản hơn ở mỗi công đoạn, cho phép có thể tăng chu kỳ xung nhịp của hệ thống Sự tách rời bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu cũng cho phép giảm đáng kể tài nguyên chiếm của mỗi lệnh trong một chu kỳ máy

Hình 2.19 Kiến trúc đường ống ba tầng trong tập lệnh có nhiều chu kỳ máy Thời gian để bộ xử lý thực thi một chương trình được tính bởi công thức:

Trong đó:

- CPI là số xung nhịp trung bình cần cho mỗi lệnh;

- Ninst là số lệnh thực thi một chương trình (cố định);

- fclk là tần số xung nhịp

Với công thức trên thì có hai cách để giảm thời gian thực thi một chương trình:

- Tăng tần số xung nhịp: điều này đòi hỏi trạng thái của mỗi nhiệm vụ trong dòng chảy lệnh đơn giản, và do đó số tác vụ sẽ tăng thêm

- Giảm CPI: điều này đòi hỏi mỗi lệnh cần nhiều dòng chảy lệnh hơn với tác vụ không đổi, hoặc các tác vụ cần đơn giản hơn, hoặc kết hợp cả hai lại với nhau

Mô hình giao tiếp trong vi điều khiển ARM

Vi điều khiển ARM là một hệ thống có chứa lõi vi xử lý ARM với các giao tiếp

hỗ trợ bên trong [6]

Vi điều khiển ARM được thực thi trên hệ thống kiến trúc các bus truyền dữ liệu

đa chức năng của vi điều khiển Bao gồm bộ xử lý ARM kết nối qua hệ thống bus truyền dữ liệu hiệu suất cao để đồng bộ nhanh với SRAM, các bus giao tiếp ngoài, và cầu nối tới các bus truyền ngoại vi công suất thấp, được mô tả trong hình 2.19

Trang 36

36 Thiết bị ngoại vi bên ngoài được xây dựng từ các thiết bị riêng và tùy theo ứng dụng người dùng

- Cầu nối AHB – APB (Advanced Peripheral Bus: Bus truyền ngoại vi tối ưu)

- Cầu nối ngoài AHB;

giao tiếp nối tiếp truyền/thu không đồng bộ đa năng

Các giao tiếp cơ bản trong vi điều khiển ARM Giao tiếp với bộ nhớ

Trang 37

37 Giao tiếp với bộ nhớ trong vi điều khiển ARM [7] có tính năng truy xuất dữ liệu rất nhanh

Trong vi điều khiển ARM, bộ nhớ nội bộ có thể có các dạng bộ nhớ như: SSRAM, SRAM, DRAM, EPROM/Flash

Bản đồ bộ nhớ chính được mô tả trong hình 2.10:

Hình 2.21 Sự phân táchE hai trạng thái trên bản đồ bộ nhớ

Bản đồ bộ nhớ có hai trạng thái:

- Trạng thái Reset

- Trạng thái thông thường: sau khi đã được ánh xạ các thanh ghi định địa chỉ vào

Trong cấu hình thông thường (đã được định địa chỉ), ký hiệu vùng RAM là từ địa chỉ 0x0 đến 0x04000000

Trong cấu hình Reset, ROM được ánh xạ vào không gian được ký hiệu với khả năng truy cập RAM ở địa chỉ cao hơn

Khi truy cập vào không gian bộ nhớ 0x10000000, bộ xử lý sẽ hủy bỏ các trường hợp ngoại lệ (sai địa chỉ)

Vùng RAM Vùng RAM được chia thành bốn khối chính được mô tả trong hình 2.3 Từ phần

Trang 38

38 16MB dành riêng cho DRAM, SRAM, SSRAM

Hình 2.22 Vùng RAM

2.4 Giao thức TCP/IP

Với sự phát triển nhanh chóng của mạng internet như hiện nay, các máy tính ở khắp mọi nơi đều có thể liên lạc và trao đổi thông tin với nhau.Vậy chúng sử dụng phương thức giao tiếp như thế nào?

Câu trả lời đó chính là giao thức TCP/IP trong đó giao thức là 1 hệ luật và chuẩn cho phép các máy tính trong mạng liên lạc với nhau

TCP/IP là viết tắt của Transmission Control Protocol (Giao thức điều khiển truyền thông) / Internet Protocol (Giao thức Internet).TCP/IP không chỉ gồm 2 giao thức mà thực tế nó là tập hợp của nhiều giao thức Chúng ta gọi đó là 1 hệ giao thức hay bộ giao thức (Suite Of Protocols)

Để cho các máy tính trao đổi dữ liệu với nhau TCP/IP sử dụng mô hình truyền thông 4

tầng hay còn gọi là Mô hình DoD (Department of Defense :Mô hình của Bộ Quốc

Phòng Mỹ)

Giả sử bạn đang ở máy A và muốn gửi một thông điệp tới máy B Bạn dùng một trình soạn thảo văn bản để soạn thư, sau đó nhấn nút Send Tính từ thời điểm đó dữ liệu được xử lý lần lượt như trong hình 2

Trang 39

39 Hình 2.23 Đường đi của dữ liệu trong mạng Các tầng trong mô hình này là: (Theo thứ tự từ trên xuống)

2.4.1 Tầng ứng dụng (Application Layer)

Gồm nhiều giao thức cung cấp cho các ứng dụng người dùng.Được sử dụng để định dạng và trao đổi thông tin người dùng 1 số giao thức thông dụng trong tầng này là:

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Giao Thức Cấu Hình Trạm Động DNS (Domain Name System): Hệ Thống Tên Miền

SNMP (Simple Network Management Protocol ): Giao Thức Quản Lý Mạng Đơn

Giản

FTP (File Transfer Protocol): Giao Thức Truyền Tập Tin TFTP (Trivial File Transfer Protocol): Giao Thức Truyền Tập Tin Bình Thường SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Giao Thức Truyền Thư Đơn Giản

TELNET

2.4.2 Tầng giao vận (Transport Layer)

Tầng này có nhiệm vụ thiết lập phiên truyền thông giữa các máy tính và quy định cách truyền dữ liệu 2 giao thức chính trong tầng này gồm:

Trang 40

40

UDP (User Datagram Protocol): Còn gọi là Giao Thức Gói Người Dùng UDP cung

cấp các kênh truyền thông phi kết nối nên nó không đảm bảo truyền dữ liệu 1 cách tin cậy Các ứng dụng dùng UDP thường chỉ truyền những gói có kích thước nhỏ, độ tin cậy dữ liệu phụ thuộc vào từng ứng dụng

TCP (Transmission Control Protocol): Ngược lại với UDP, TCP cung cấp các kênh

truyền thông hướng kết nối và đảm bảo truyền dữ liệu 1 cách tin cậy TCP thường truyền các gói tin có kích thước lớn và yêu cầu phía nhận xác nhận về các gói tin đã nhận

2.4.3 Tầng liên mạng (Internet Layer) :

Có chức năng gán địa chỉ, đóng gói và định tuyến (Route) dữ liệu 4 giao thức quan trọng nhất trong tầng này gồm:

IP (Internet Protocol): Có chức năng gán địa chỉ cho dữ liệu trước khi truyền và định

tuyến chúng tới đích

ARP (Address Resolution Protocol): Có chức năng biên dịch địa chỉ IP của máy đích

thành địa chỉ MAC

ICMP (Internet Control Message Protocol): Có chức năng thông báo lỗi trong trường

hợp truyền dữ liệu bị hỏng

IGMP (Internet Group Management Protocol): Có chức năng điều khiển truyền đa

hướng (Multicast)

2.4.4 Tầng giao diện mạng (Network Interface Layer)

Tầng Giao Diện Mạng có trách nhiệm đưa dữ liệu tới và nhận dữ liệu từ phương tiện truyền dẫn.Tầng này gồm các thiết bị phần cứng vật lí chẳng hạn như Card Mạng và Cáp Mạng

Card Mạng chẳng hạn card chứa 1 số HEX 12 kí tự (18-03-73-A3-41-13) được gọi là Địa chỉ MAC (Media Access Control) hay Địa chỉ truy nhập phương tiện MAC đóng vai trò quan trọng trong việc gán địa chỉ và truyền dữ liệu

Một số giao thức tiêu biểu thuộc tầng này gồm :

ATM (Asynchronous Transfer Mode) Ethernet

Token Ring FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

Định dạng
Số trang	88
Dung lượng	2,35 MB