VCC là chân cấp nguồn cho module SIM 800L có mức điện áp từ 3.4V đến 4.4 volts. (Lưu ý: Nếu kết nối với điện áp 5V có thể làm cháy module, nó cũng không thể hoạt động ở điện áp 3.3 V! Nguồn điện từ Pin Li-Po hoặc mạch ổn áp DC-DC có mức điện áp 3.7V và 2A là phù hợp nhất.)
RST (Reset) là chân dùng để reset. Nối chân reset xuống mức thấp ở 100ms sẽ reset toàn bộ module.
RxD (Receiver) Chân dùng để kết nối UART.
TxD (Transmitter) Chân dùng để kết nối UART.
GND Chân nối mass, chúng ta cần nối mass chung với kit bluepill.
RING pin Hoạt động giống như chuông điện thoại. Nó thường dùng để ngắt ngoài (Interrupt) của vi điều khiển stm32f103c8t6. Mặc định của nó là mức cao và được kéo xuống mức thấp 120ms khi nhận cuộc gọi. Ngoài ra, bạn có thể điều chỉnh để có thể xuất xung khi nhận tin nhắn SMS.
DTR pin activates/deactivates chế độ sleep. Đặt chân này ở mức CAO sẽ đưa module vào trạng thái ngủ, disable giao tiếp UART. Kéo chân xuống mức thấp sẽ đánh thức hoạt động của module.
MIC± là 2 kết nối microphone.
SPK± là 2 kết nối của loa.
2.3 Giới thiệu về Module GPS neo 06 2.3.1.Tổng quan về Module GPS Neo 06
Module định vị GPS NEO-6M, với độ nhạy cao, tiêu thụ điện năng thấp, kích thước nhỏ, độ nhạy theo dõi cao lớn của nó lớn to lớn vị trí của nó bao phủ, nơi mô-đun bình thường GPS không định vị, chẳng hạn như ngày đô thị chật hẹp rỗng, dày đặc. Môi trường rừng rậm, NEO-6M có thể được định vị với độ chính xác cao.
Module định vị GPS NEO-6M kích thước nhỏ gọn, thích hợp cho xe hãng, thiết bị cầm tay như PDA, giám sát phương tiện, video máy ứng dụng
và hệ thống định vị di động khác, các ứng dụng của GPS là nhất lựa chọn tốt của sự lựa chọn.
Hình 2. 13 Module GPS Neo 06
2.3.2.Thông số kỹ thuật của module định vị GPS Neo-6m
+Điện áp đầu vào: 3,3-5,5V. +Điện năng tiêu thụ.
+Chế độ bình thường: 50mA.
+Chế độ tiết kiệm năng lượng: 30mA. +Nhiệt độ hoạt động -40°C to + 85°C. +Nhiệt độ lưu trữ -55°C to + 100°C. +VCC: Điện áp đầu vào 3,3-5,5V. +GND: 0V.
+RXD: kết nối vi điều khiển cổng nối tiếp TXD truyền.
+TXD: chân gửi cổng nối tiếp mô-đun – kết nối với cổng nối tiếp đơn chip nhận RXD.
+PPS: Pin đầu ra xung đồng hồ.
+Mô-đun PPSPin được kết nối đỏ LED ánh sáng.
+Bật ổn định: Hoạt động bình thường, nhưng không nhấp nháy vị trí : Định vị thành công.
Thông số đặc trưng
+Các mô-đun đi kèm với một ăng-ten gốm, và có giao diện IPEX có thể được kết nối với các ăng-ten hoạt động khác.
+Mô-đun thêm một mạch khuếch đại tần số vô tuyến để giúp tăng tốc tìm kiếm.
+Mô-đun đi kèm với một pin dự phòng có thể sạc lại có thể được tắt nguồn để duy trì dữ liệu phù du.
+Mô-đun tương thích 3,3V / 5V , thuận tiện cho việc kết nối các hệ thống vi điều khiển khác nhau.
Hình 2. 15 Mặt sau và một số kích thước module GPS NEO06
2.4 Module cảm biến rung SW-4202.4.1. Tính năng 2.4.1. Tính năng
Module cảm biến rung sử dụng bộ cảm biến SW-420 cùng IC LM393 nhằm phát hiện các rung động trong một ngưỡng xác định (ngưỡng này có thể thay đổi bằng biến trở trên module). Với thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng, tương thích với các board STM trên thị trường, Module rất thích hợp với những dự án DIY như: thiết bị nhận biết rung động, thiết bị chống trộm, cảnh báo động đất, xe thông minh, …
Hình 2. 16 Cảm biến rung SW420
2.4.2.Nguyên lý hoạt động
Hình 2. 17 Sơ đồ mạch
Khi không có rung thì trở kháng ~0 . Khi có rung động hoặc nghiêng trở kháng lớn.
Ban đầu khi ở bất kỳ góc độ nào công tắc đều ở trạng thái bật, khi có sự rung động hoặc chuyển động, các con lăn của dòng điện dẫn trong công tắc sẽ
tạo ra chuyển động hoặc rung động, gây ra dòng điện qua ngắt kết nối hoặc sự gia tăng của điện trở và mạch được kích hoạt.
2.4.3.Thông số kỹ thuật
+Điện áp hoạt động 3.3V -5V +Dòng tiêu thụ 15mA
+Có biến trở có khả năng điều chỉnh ngưỡng ra ( đặt ngưỡng của cường độ rung). +Kích cỡ 32x14mm 2.4.4.Sơ đồ chân +Chân sử dụng VCC, GND, DO +VCC cấp điện áp từ 3.3- 5V +GND cấp điện áp 0V
+DO chân đầu ra tín hiệu 0,1 đưa tín hiệu số và chân vi điều khiển hoặc relay, transistor.
Hình 2. 18 Sơ đồ chân SW420
2.5 Buzzer
Buzzer 5 VDC là loại nút nhấn nhỏ gọn, tuổi thọ cao và có hiệu suất ổn định, có thiết kế nhỏ gọn rất phù hợp với các loại mạch còi hay mạch báo động. hoạt động ở điện áp từ 3.5 đến 5 VDC, dòng tiêu thụ không lớn hơn 25 mA.
Hình 2. 19 Buzzer
2.6 Một số giao thức truyền thông giữa cảm biến và vi điều khiển2.6.1 Giao tiếp onewire 2.6.1 Giao tiếp onewire
OneWire là hệ thống bus giao tiếp được thiết kế bởi Dallas
Semiconductor Corp. Giống như tên gọi, hệ thống bus này chỉ sử dụng 1 dây để truyền nhận dữ liệu.
Chính vì chỉ sử dụng 1 dây nên giao tiếp này có tốc độ truyền thấp nhưng dữ liệu lại truyền được khoảng cách xa hơn.
OneWire chủ yếu sử dụng để giao tiếp với các thiết bị nhỏ, thu thập và truyền nhận dữ liệu thời tiết, nhiệt độ,… các công việc không yêu cầu tốc độ cao.
Giống như các chuẩn giao tiếp khác, 1-Wire cho phép truyền nhận dữ liệu với nhiều Slave trên đường truyền. Tuy nhiên chỉ có thể có 1 Master ( điểm này giống với SPI).
Hình 2. 20 Giao tiếp onewire
Cơ sở truyền nhận :
Các tín hiệu sử dụng Restart , 0 write , 1 write , Read .
Write 1 : truyền đi bit 1 : Master kéo xuống 0 một khoảng A(us) rồi về mức 1 khoảng B
Write 0 : truyền đi bit 0 : Master kéo xuống 0 khoảng C rồi trả về 1 khoảng D
Read : Đọc một Bit : Master kéo xuống 0 khoảng A rồi trả về 1 . delay khoảng E rồi đọc giá trị slave gửi về . delay F
Restart : Chuẩn bị giao tiếp . Master ké0 xuống 0 một khoảng H rồi nhả lên mức 1 sau đó cấu hình Master là chân In delay I (us) rồi đọc giá trị slave trả về . Nếu =0 thì cho phép giao tiếp . =1 đường truyền lỗi hoặc slave đang bận .
Hình 2. 21 Các thao tác hoạt động của giao tiếp onewire
Chế độ hoạt động:
Chế độ Standard - Chế độ tiêu chuẩn: o 15.4 Kb/s
o 65 µs bit
Chế độ Overdrive – Chế độ tốc độ nhanh: o 125 Kb/s
o 8 µs bit
2.6.2 Giao tiếp UART
UART được viết tắt từ Universal Asynchronous Receiver Transmitter là chuẩn giao tiếp nối tiếp với sự hỗ trợ của phần cứng – hardware. UART hoàn toàn khác biệt với chuẩn giao tiếp SPI hoặc I2C, những chuẩn này chỉ đơn tuần là giao tiếp phần mềm.
UART là chuẩn giao tiếp đơn giản nhất và được sử dụng nhiều nhất trong các kỹ thuật giao tiếp nối tiếp. Ngày nay, UART được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng như: GPS, Bluetooth, GSM, GPRS, giao tiếp không dây, RFID,…
Với những thiết bị máy tính cũ như chuột, bàn phím, và các modem khác sử dụng những connector to và rườm rà thì chắc chắn rằng, hầu hết chúng đều sử dụng chuẩn giao tiếp UART.
Thậm chí trong giao tiếp qua cổng USB thường được sử dụng trong các thiết bị máy tính hiện nay, UART vẫn là chuẩn giao tiếp chính để sử dụng trong các ứng dụng đã kể trên. Các giao tiếp này được
chuyển đổi qua mạch chuyển USB-UART.
Gần như tất cả các vi điều khiển điều có hardware UART cố định trong kiến trúc của nó. Nguyên do chính cho việc tích hợp hardware
UART vào trong vi điều khiển vì đây là kiểu giao tiếp nối tiếp và nó chỉ tiêu tốn 2 chân cho việc giao tiếp này.
Trước khi đi sâu hơn tìm hiểu giao tiếp UART, phương thức hoạt động và các bước để truyền nhận dữ liệu, chúng ta sẽ sơ lược một số thông tin về sự khác nhau giữa giao tiếp nối tiếp và giao tiếp song song.
Hình 2. 23 Một số thiết bị sử dụng giao tiếp UART
Với những thiết bị máy tính cũ như chuột, bàn phím, và các modem khác sử dụng những connector to và rườm rà thì chắc chắn rằng, hầu hết chúng đều sử dụng chuẩn giao tiếp UART.
Thậm chí trong giao tiếp qua cổng USB thường được sử dụng trong các thiết bị máy tính hiện nay, UART vẫn là chuẩn giao tiếp chính để sử dụng trong các ứng dụng đã kể trên. Các giao tiếp này được chuyển đổi qua mạch chuyển USB-UART.
Gần như tất cả các vi điều khiển điều có hardware UART cố định trong kiến trúc của nó. Nguyên do chính cho việc tích hợp hardware UART vào trong vi điều khiển vì đây là kiểu giao tiếp nối tiếp và nó chỉ tiêu tốn 2 chân cho việc giao tiếp này.
Trước khi đi sâu hơn tìm hiểu giao tiếp UART, phương thức hoạt động và các bước để truyền nhận dữ liệu, chúng ta sẽ sơ lược một số thông tin về sự khác nhau giữa giao tiếp nối tiếp và giao tiếp song song.
Việc chuyển dữ liệu số (Digital Data) từ thiết bị này sang thiết bị khác có thể thực hiện được bằng 2 cách:
• Giao tiếp song song • Giao tiếp nối tiếp
Trong giao tiếp song song, tất cả các bits sẽ được truyền đi từ thiết bị truyền đến thiết bị nhận trong 1 lần (1 xung nhịp). Đây là điều khả thi vì giao tiếp song song sử dụng nhiều đường truyền – dây dẫn – giữa thiết bị truyền và thiết bị nhận.
Hình 2. 24 giao tiếp song song
Giao tiếp song song là chuẩn giao tiếp nhanh hơn và tốn kém hơn vì chúng cần nhiều phần cứng hơn và nhiều dây dẫn hơn. Các máy in kiểu cũ là
ví dụ rõ ràng nhất về kiểu giao tiếp song song. Bạn có thể bắt gặp một số thiết bị gần gũi hơn là giao tiếp RAM, PCI,…
Với sự phát triển của nền công nghiệp bán dẫn, các IC ngày càng trở nên nhỏ hơn và nhanh hơn. Kết quả là giao tiếp song song trở thành nút thắt cổ chai trong quá trình giao tiếp giữa các thiết bị với việc sử dụng quá nhiều chân để truyền, nhận dữ liệu.
Mặc khác, giao tiếp nối tiếp chỉ truyền dữ liệu thông qua 1 dây duy nhất. Để giao tiếp 2 chiều giữa thiết bị truyền và thiết bị nhận, chúng ta cần 2 dây để có thể truyền tải dữ liệu của chúng.
Kể từ khi chuẩn giao tiếp nối tiếp cần ít mạch và ít dây hơn, chi phí sản xuất sẽ giảm xuống. Kết quả tất yếu là sử dụng giao tiếp nối tiếp trong những mạch điện phức tạp sẽ dễ dàng hơn và tiết kiệm hơn so với giao tiếp song song.
Vấn đề duy nhất còn lăng tăng ở đây là tốc độ truyền tải dữ liệu. Việc chỉ truyền tải dữ liệu qua 1 dây duy nhất thì tốc độ sẽ thấp hơn nhiều so với giao tiếp song song. Tuy nhiên ngày nay, tốc độ của những con vi điều khiển, vi xử lý đã giải quyết được giới hạn của việc truyền nhận dữ liệu này.
Vậy giao tiếp UART truyền nhận thông tin như thế nào?
UART hay Universal Asynchronous Receiver Transmitter là giao tiếp nối tiếp được chuyển đổi từ giao tiếp song song – quá trình chuyển đổi này được thực hiện trước khi truyền ở thiết bị truyền và sau khi nhận ở thiết bị nhận dữ liệu. Nó là giao tiếp phổ biến tại vì các thông số như: tốc độ truyền, kiểu dữ liệu,… đều có thể thay đổi được.
Như đã đề cập ở phần giới thiệt, giao tiếp UART cần hardware làm cầu nối giữa vi xử lý và cổng giao tiếp nối tiếp. Hình ảnh dưới đây sẽ chỉ ra điểm đặc biệt này. Nó có thể được kết nối với USB, RS-232,…
Hình 2. 26 Gaio tiếp UART
Chữ ‘A’ trong UART là viết tắt của từ Asynchronous nghĩa là không cần tín hiệu clock để đồng bộ hoặc validate trong quá trình truyền và nhận dữ liệu (Asynchronous Serial Communication).
Điều này đối nghịch với giao tiếp song song khi mà nó luôn luôn cần tín hiệu clock nối giữa thiết bị truyền và thiết bị nhận để đồng bộ “Synchronize” dữ liệu trong quá trình truyền, nhận. Nếu không có tín hiệu này, quá trình truyền nhận dữ liệu song song sẽ bị gián đoạn.
Trong UART, thiết bị truyền và thiết bị nhận cùng đồng ý ngầm về nhau về việc timing – định thời – cho quá trình giao tiếp. Mặc khác, UART sử dụng những bits đặc biệt ở đầu và cuối frame truyền để đồng bộ dữ liệu giữa thiết bị truyền và thiết bị nhận. Đặc biệt hơn, nó còn sử dụng Parity bit – sẽ đề cập ở phần sau – để chắc chắn rằng quá trình này truyền tải đúng dữ liệu chúng ta cần.
Trong giao tiếp UART cơ bản, thiết bị truyền và thiết bị nhận giao tiếp theo cách thức như sau: Phần cứng – hardware- UART sẽ chuyển đổi dữ liệu song song nhận được từ vi xử lý, vi điều khiển và chuyển chúng thành dữ liệu nối tiếp. Dữ liệu nối tiếp này sẽ được truyền đến thiết bị nhận và tại đây, hardware UART sẽ chuyển đổi ngược lại thành dữ liệu song song để truyền về vi điều khiển, vi xử lý của thiết bị nhận.
Hình 2. 27 Kết nối chân truyền nhận UART'
Các chân sử dụng cho giao tiếp UART được gọi là TX ở thiết bị truyền và RX ở thiết bị nhận. Đồng thời, có các thanh ghi – shift registers – được
hiểu như là một phần của UART hardware (2 loại thanh ghi được sử dụng ở đây là: Transmitter Shift Register và Receiver Shift Register).
Cách thức hoạt động của giao tiếp UART
Trong giao tiếp UART, dữ liệu được truyền không đồng bộ, nghĩa là không cần tín hiệu clock hoặc các tín hiệu timming khác để đồng bộ, kiểm tra dữ liệu giữa thiết bị truyền và thiết bị nhận. Thay vào đó, UART sử dụng các bit đặt biệt được gọi là Start và Stop bits.
Các bits này được thêm vào đầu và cuối gói dữ liệu. Các bits được thêm vào sẽ giúp bên nhận xác định được phần nào là phần dữ liệu thực tế cần nhận.
Hình 2. 28 Kết nối giữa các thành phần trong giao tiếp UART
Hình bên trên cho thấy kết nối giữa các thành phần trong giao tiếp UART. Bộ phận truyền UART sẽ nhận dữ liệu từ vi điều khiển thông qua bus điều khiển và bus dữ liệu. Với dữ liệu này, UART sẽ thêm vào Start, Parity và Stop bits theo cầu hình và convert nó thành 1 gói dữ liệu. Gói dữ liệu này sẽ
được chuyển đổi từ song song sang nối tiếp được lưu dưới các thanh ghi – shift register và truyền đi từng bit một qua chân TX.
Thiết bị nhận UART sẽ nhận dữ liệu từ chân RX và xác định đâu là dữ liệu thực sau khi loại trừ start và stop bits. Parity bit được sử dụng để kiểm tra độ chính xác của dữ liệu. Phụ thuộc vào sự chia cắt của start, parity và stop bits từ gói dữ liệu, tất cả dữ liệu sẽ được chuyển từ nối tiếp sang song song và được lưu dưới các thanh ghi – shift register. Những dữ liệu song song này sẽ được truyền đến vi điều khiển thông qua data bus.
Hình 2. 29 Khung truyền UART
- Start-bit
Start-bit còn được gọi là bit đồng bộ hóa được đặt trước dữ liệu thực tế. Nói chung, một đường truyền dữ liệu không hoạt động được điều khiển ở mức điện áp cao. Để bắt đầu truyền dữ liệu, truyền UART kéo đường dữ liệu từ mức điện áp cao (1) xuống mức điện áp thấp (0). UART thu được thông báo sự chuyển đổi này từ mức cao sang mức thấp qua đường dữ liệu cũng như bắt đầu hiểu dữ liệu thực. Nói chung, chỉ có