Tài liệu Thiết kế hệ thống giám sát hành trình ứng dụng gps

Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT HÀNH TRÌNH ỨNG DỤNG GPS Sinh viên thực hiện Cán bộ hướng dẫn Hàng Ngọc Nhân MSSV: 1101026 Nguyễn Văn Ngoan MSSV: 1101025 Trần Ngọc Thể MSSV: 1101056 ThS, GV Trần Hữu Danh Cần Thơ, 05-2014 SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 1 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Luận văn được thực hiện bởi: 1. Trần Ngọc Thể, MSSV: 1101056, Lớp TC1071A2 2. Nguyễn Văn Ngoan, MSSV: 1101025, Lớp TC1071A1 3. Hàng Ngọc Nhân, MSSV: 1101026, Lớp TC1071A1 Tựa đề Luận văn: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT HÀNH TRÌNH ỨNG DỤNG GPS Luận văn đã nộp và báo cáo Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn tốt nghiệp Đại học ngành Điện tử Viễn thông/ Kỹ thuật Máy tính, Bộ môn Điện tử viễn thông vào ngày 15 tháng 05 năm 2014. (Quyết định thành lập Hội đồng số: 139/QĐCN ngày 09 tháng 5 năm 2014 của Trưởng Khoa Công Nghệ) Kết quả đánh giá: A Chữ ký của các thành viên Hội đồng: Thành viên 1: Ths. Trần Hữu Danh………………………………………...... Thành viên 2: TS. Lương Vinh Quốc Danh………………………………..... Thành viên 3: Ths. Nguyễn Hứa Duy Khang………………………………... SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 2 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh LỜI CAM ĐOAN Giám sát hành trình sử dụng định vị toàn cầu GPS là một đề tài đã được thực hiện bởi anh Phan Lê Cường – Trường Đại học Cần Thơ báo cáo vào 5/2011, với việc ứng dụng tính năng GSM/GPRS/GPS tích hợp trong module SIM548. Đề tài đã thành công trong việc ghi nhận giám sát phương tiện bằng tin nhắn SMS. Tuy nhiên việc sử dụng tin nhắn SMS để truyền nhận dữ liệu tỏ ra không hiệu quả kinh tế khi thao tác với dữ liệu liên tục. Để khắc phục những tồn tại trên chúng tôi chọn đề tài “ Thiết kế hệ thống giám sát hành trình sử dụng định vị toàn cầu” Trong quá trình thực hiện đề tài, có thể còn nhiều thiếu sót do kiến thức hạn chế nhưng những nội dung trình bày trong quyển báo cáo này là những hiểu biết và thành quả của chúng tôi đạt được dưới sự hướng dẫn của thầy Trần Hữu Danh. Chúng tôi xin cam đoan rằng: Những nội dung trình bày trong quyển báo cáo luận văn tốt nghiệp này không phải là bản sao chép từ bất kỳ công trình đã có trước nào. Nếu không đúng sự thật, chúng tôi xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường. Cần Thơ, tháng 5 năm 2014 Sinh viên thực hiện Trần Ngọc Thể Hàng Ngọc Nhân Nguyễn Văn Ngoan SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 3 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh LỜI CẢM ƠN Đầu tiên chúng tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Hữu Danh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và chỉnh sửa những sai sót để chúng tôi có thể hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp. Bên cạnh đó chúng tôi cũng xin gởi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong Bộ môn Điện tử viễn thông đã tận tình giảng dạy và trang bị cho chúng tôi những kiến thức vô cùng quý báo trong thời gian theo học tại trường. Để chúng tôi có thể vận dụng các kiến thức này vào quá trình thực hiện đề tài. Cuối cùng chúng tôi xin gởi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình đã ủng hộ, lo lắng về vật chất và tinh thần. Xin gởi lời cảm ơn đến tất cả bạn bè đã giúp đỡ, động viên chúng tôi trong thời gian qua. SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 4 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh MỤC LỤC TÓM TẮT .................................................................................................................11 ABSTRACT ..............................................................................................................11 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ..............................................................12 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ...........................................................................................12 1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ ...........................................................12 1.3 PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI...........................................................................13 1.4 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ..................................................13 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .........................................................................15 2.1 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN MSP430F5529 .......................................15 2.1.1 Các chế độ hoạt động ............................................................................17 2.1.2 Tổ chức bộ nhớ .....................................................................................18 2.1.3 Truyền thông UART .............................................................................19 2.2 GIỚI THIỆU MSP-EXP430F5529 KIT ...................................................25 2.2.1 Giới thiệu chung ....................................................................................25 2.2.2 Các tính năng cơ bản .............................................................................26 2.3 GIỚI THIỆU MODULE GPS UBLOX NEO-6M ....................................29 2.3.1 Giới thiệu chung về module GPS UBLOX NEO-6M..............................29 2.3.2 Các tính năng và cách thiết lập Module Ublox Neo-6M ......................30 2.3.3 Cấu trúc bản tin $GPRMC ....................................................................32 2.4 GIỚI THIỆU MODULE SIM 900 ............................................................33 2.4.1 Các thông số cơ bản của SIM900 .........................................................33 2.4.2 Giới thiệu Tập Lệnh AT .........................................................................36 2.4.3 Giới thiệu Breakout SIM900 .................................................................39 2.5 GIỚI THIỆU CAMERA PTC08 ...............................................................40 2.5.1 Giới thiệu chung về camera PTC08 ......................................................40 2.5.2 Các thông số của Camera PTC08 .........................................................41 2.5.3 Chức năng chân và cách thức thiết lập của camera PTC08 .....................41 2.6 GIỚI THIỆU NGÔN NGỮ PHP, MySQL VÀ GOOGLE MAP API ......43 2.6.1 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình web PHP ................................................43 SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 5 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh 2.6.2 Giới thiệu ngôn ngữ MySQL ................................................................44 2.6.2 Giới thiệu Google Map API ..................................................................44 2.7 KẾT LUẬN ...............................................................................................44 CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ ...............................................................45 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CỦA HỆ THỐNG .....................................45 3.2 CÁC KHỐI TRONG HỆ THỐNG .................................................................46 3.2.1 Module thiết bị đặt tại phương tiện .......................................................46 3.2.2 Thiết kế giao diện và lập trình WEBSITE giám sát. .............................53 3.3 CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG .............................................57 3.5 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC............................................................................57 3.6 NHỮNG VẤN ĐỀ CHƯA GIẢI QUYẾT ...............................................58 3.7 KẾT LUẬN ...............................................................................................59 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .......................................................................................60 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................61 PHỤ LỤC 1 ...............................................................................................................62 Một số thanh ghi thường được sử dụng trong USCI_A0: .....................................62 Bảng giá trị tốc độ baud thường sử dụng: .............................................................65 PHỤ LỤC 2 ...............................................................................................................67 Một số câu lệnh SQL thông dụng: ........................................................................67 SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 6 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ADC Analog-to-digital converter API Application programming interface CSDL Cơ sở dữ liệu GPRS General packet radio service GPS Global Positioning System GSM Global System for Mobile Communications HTTP HyperText Transfer Protocol I2C Inter-Integrated Circuit LSB Least-Significant Bit MCU Microcontroller Unit MSB Most-Significant Bit PHP Hypertext Preprocessor RAM Random Access Memory RF Radio Frequency RISC Reduced Instructions Set Computer RTC Real-time clock SPI Serial Peripheral Interface Bus TI Texas Instruments UART Universal Asynchronous Reciever/Transmitter SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 7 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Các chế độ hoạt động của MSP430F5529 ................................................18 Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật chính của Module Ublox-6M .....................................29 Bảng 2.3: Ý nghĩa các thông số của bản tin $GPRMC .............................................32 Bảng 2.4: Các thông số cơ bản của SIM900 .............................................................33 Bảng 2.5: Các chế độ hoạt động của SIM900 ...........................................................35 Bảng 2.6: Chức năng các chân của CAMERA PTC08 .............................................41 Bảng 1: Chức năng các bit trong thanh ghi UCA0CTL0 ..........................................62 Bảng 2: Các bit trong thanh ghi UCA0CTL1 ...........................................................63 Bảng 3: Giá trị tốc độ baud thường sử dụng trong module USCI_A0 .....................65 Bảng 4: Giá trị tốc độ baud thường sử dụng trong module USCI_A0(tt).................66 SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 8 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ các khối chức năng của MSP430F5529 .........................................16 Hình 2.2: Tổ chức bộ nhớ của MSP430F5529 .........................................................19 Hình 2.3: Sơ đồ khối module USCI_Ax ...................................................................21 Hình 2.4: Định dạng chuỗi dữ liệu của chế độ UART trong USCI_A0 ...................21 Hình 2.6: Hình dạng thực tế và sơ đồ khối của MSP-EXP430F5529 KIT ...............25 Hình 2.7: Sơ đồ kết nối nguồn cung cấp cho KIT thí nghiệm ..................................26 Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý MSP-EXP430F5529 KIT...............................................28 Hình 2.9: Module Ublox Neo-6M .............................................................................30 Hình 2.10: Cửa sổ thiết lập của phần mềm Ublox center .........................................31 Hình 2.11: Cửa sổ thiết lập tốc độ baud của phần mềm Ublox center .....................31 Hình 2.12: Hình ảnh SIM900 ....................................................................................33 Hình 2.13: Ảnh thực tế Breakout SIM900 ................................................................39 Hình 2.14: Hình ảnh về camera PTC08 ....................................................................40 Hình 3.1: Mô hình tổng quát của hệ thống ...............................................................45 Hình 3.2: Sơ đồ khối tổng quát của thiết bị giám sát. ...............................................45 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch đa hợp Uart và chuyển đổi chuẩn RS232<=>TTL ...................................................................................................................................47 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý nguồn 4V-3.3V ..............................................................47 Hình 3.5: Layout mạch đa hợp UART<>RS232 hoàn chỉnh. ...................................48 Hình 3.6: Giải thuật chương trình chính ...................................................................49 Hình 3.7: Giải thuật chương trình send dữ liệu lên Web Server. ..............................50 Hình 3.8: Giải thuật chương trình chụp ảnh và gửi qua MMS. ................................50 Hình 3.9: Giải thuật chương trình kiểm tra tài khoản. ..............................................51 Hình 3.10: Giải thuật chương trình gửi tọa độ qua SMS. .........................................52 Hình 3.11: Giải thuật chương trình đổi số điện thoại điều khiển mặc định. .............52 Hình 3.12: Mô hình mạng Client-Server ..................................................................53 Hình 3.13: Giao diện trang đăng nhập hệ thống .......................................................54 Hình 3.14: Giao diện trang giám sát hành trình ........................................................55 Hình 3.15: Giao diện trang quản lý tài khoản ...........................................................55 SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 9 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh Hình 3.16: Giao diện trang thêm tài khoản ...............................................................55 Hình 3.17: Mô hình thực tế .......................................................................................58 SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 10 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh TÓM TẮT Đề tài luận văn “Thiết kế hệ thống giám sát hành trình sử dụng định vị toàn cầu” sử dụng KIT MSP-430F5529 làm bộ vi điều khiển trung tâm cho việc điều khiển, bao gồm thu tín hiệu GPS thông qua module GPS Ublox neo-6M, camera PTC08 để chụp ảnh, xử lý dữ liệu và gửi toàn bộ dữ liệu lên Web server qua module SIM900. Vì vậy, hệ thống tích hợp các module phần cứng có các tính năng GSM/GPRS, GPS, camera để thu nhận các thông tin định vị từ vệ tinh và truyền về máy chủ Web và thông qua giao diện Web hoặc tin nhắn SMS chúng ta sẽ xác định được vị trí và tình trạng của phương tiện. ABSTRACT The thesis entitled “The journey surveillance system by using GPS (Global Positioning System) design” using KIT MSP-430F5529 as the main microcontrollers to control, include receiving GPS through module GPS Ublox neo6M, taking picture through PTC08, processing data and transferring data to Web server through module Sim900. Therefore, the hardware module integrated system performs the function of GSM/GPRS, GPS, camera to receive locator information from satellite and transfer data to Web server, and the user can detect the position and the current status of the device by accessing webpage or SMS message. Key words: GPS, microcontrollers, camera, … SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 11 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ chế tạo máy thu ngày càng hiện đại, các máy thu GPS ngày càng nhỏ gọn và độ chính xác ngày càng cao. Các thiết bị sử dụng công nghệ GPS đang tăng nhanh về mặt số lượng lẫn chất lượng. Các ứng dụng GPS ngày càng phổ biến trong đời sống hằng ngày tuy nhiên chi phí lắp đặt thiết bị còn khá cao. Trên nền tảng ứng dụng công nghệ GPS và trên cơ sở quy định về việc bắt buộc các phương tiện ô tô vận tải hành khách theo tuyến cố định phải lắp đặt hộp đen – thiết bị giám sát hành trình của Bộ giao thông vận tải bắt đầu thực thi vào ngày 1 tháng 1 năm 2012. Chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát hành trình ứng dụng GPS”. 1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System – GPS) do Bộ quốc phòng Mỹ thiết kế, xây dựng vận hành và bảo quản. Lúc đầu tính năng này chỉ phục vụ cho mục đích quân sự là chính. Tuy nhiên 1991 Mỹ đã cho phép cộng đồng thế giới sử dụng dịch vụ định vị tiêu chuẩn (SPS) GPS bắt đầu từ năm 1993 trên cơ sở liên tục và miễn phí. Khoảng đầu thế kỷ 21, ứng dụng những tiến bộ của kỹ thuật công nghệ, các công ty lớn bắt đầu sản xuất các thiết bị định vị cá nhân đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng. Ở nước ta, thời gian gần đây các thiết bị định vị sử dụng công nghệ GPS bắt đầu phổ biến. Từ chiếc điện thoại di động có trang bị GPS cho đến các thiết bị giám sát hành trình sử dụng trong các phương tiện giao thông vận tải chứng tỏ GPS đã đi vào đời sống và trở nên quen thuộc với người tiêu dùng. Trong phạm vi trường đại học ở nước ta cũng có một số đề tài tương tự. Đề tài của sinh viên Phan Lê Cường – Trường Đại học Cần Thơ báo cáo vào 5/2011, với việc ứng dụng tính năng GSM/GPRS/GPS tích hợp trong module SIM548. Gần đây nhất là đề tài “Hệ thống giám sát và định vị thiết bị bằng SMS” do sinh viên SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 12 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh Nguyễn Tấn Đạt – Cao Anh Khoa – Trần Văn Tân – Trường đại học Cần Thơ thực hiện vào tháng 5/2013. Cả hai đề tài đã thành công trong việc thiết kế một thống giám sát phương tiện qua tin nhắn SMS tuy nhiên hệ thống chỉ gửi dữ liệu qua tin nhắn SMS chưa tận dụng triệt để tính năng gửi dữ liệu có sẵn trên module SIM gửi trực tiếp đến Server Web. Để khắc phục những tồn tại trên chúng tôi chọn tiếp tục phát triển đề tài “ Thiết kế hệ thống giám sát hành trình sử dụng định vị toàn cầu”. 1.3 PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI Do nguồn thời gian hạn chế nên nhóm thực hiện đề tài chỉ thực hiện việc cập nhật dữ liệu lên website, và hiện vị trí hiện tại của phương tiện trên bản đồ của Google, xây dựng một website với đầy các tính năng quản lý thông thường. Trong đề tài này chúng tôi ứng dụng và tạo ra một hệ thống bao gồm: Module GPS Ublox Neo-6M để thu tín hiệu GPS và truyền đến vi điều khiển, module camera PCT-08 làm nhiệm vụ chụp ảnh và gửi dữ liệu ảnh về bộ vi điều khiển trung tâm. KIT MSP430F5529 làm nhiệm vụ xử lý chính việc truyền nhận giữa các module. Dữ liệu được gửi đến web server qua mạng GPRS tích hợp trong module Sim900 của hãng SIMCOM. Việc còn lại là xây dựng webserver bằng code PHP kết hợp với các hàm API được viết bằng Java Script do Google cung cấp để hiện vị trí của phương tiện trên bản đồ số Google map. Vấn đề được đặt ra là phải tìm hiểu nguyên lý hoạt động của 3 module ứng dụng: GPS, SIM900, camera và vi điều khiển MSP-430F5529 từ đó thực hiện xử lý gửi dữ liệu lên Server web xử lý. 1.4 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Để thực hiện đề tài nhóm thực hiện đã tiến hành qua các công đoạn sau: Lập đề cương nghiên cứu, xác định phạm vi của đề tài, ước tính thời gian có thể hoàn thành, xin ý kiến của giáo viên hướng dẫn. Sau khi được sự góp ý của giáo viên hướng dẫn, tiến hành sửa chữa và bổ sung để hoàn thiện đề cương nghiên cứu. Sưu tầm, lưu trữ và lập danh mục tư liệu phục vụ cho quá trình thực hiện đề tài. Tìm nguồn tài liệu từ sách vở, giáo trình bài giảng trên mạng. Tiến hành sàng SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 13 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh lọc và lựa chọn nguồn tài liệu tham khảo. Ghi chú lại nguồn tài liệu tham khảo, tên tác giả, năm đăng xuất tài liệu để đưa vào phần nguồn tài liệu tham khảo sau này. Dựa vào đề cương nghiên cứu tiến hành từng bước thực hiện có sự phân chia thời gian thực hiện một cách hợp lý nhất: – Tìm hiểu cấu tạo, chức năng chính trên MSP-EXP430F5529 KIT thông qua tài liệu hướng dẫn sử dụng đi kèm. Tìm hiểu chức năng và nguyên tắc hoạt động của từng thành phần trên KIT thông qua sơ đồ nguyên lý. – Tìm hiểu cấu tạo và chức năng của dòng MSP430 cụ thể là MSP430F5529, tổ chức CPU, các thanh ghi, các module ngoại vi tích hợp, các tính năng đặc trưng,… – Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của module GPS NEO-6M, cách thức thiết lập dữ liệu truyền về. – Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của Module SIM900, các lệnh AT cơ bản để gửi tin nhắn, gọi điện và truyền nhận dữ liệu. – Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình web PHP, MySQL cùng với Google Map API v3, sử dụng chương trình Dreamweaver để thiết kế trang web giám sát thiết bị. SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 14 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN MSP430F5529 MSP430F5529 thuộc dòng vi điều khiển được sản suất và cung cấp bởi hãng Texas Instruments, thuộc họ vi điều khiển MSP430 nổi trội với tính năng tiết kiệm năng lượng cùng nhiều tính năng ưu việt khác. Vi điều khiển MSP430F5529 thích hợp cho các ứng dụng điều khiển vừa trong gia đình, hệ thống thông minh vừa và nhỏ . Bên cảnh ưu thế về tiết kiệm năng lượng, MSP430F5529 còn được tích hợp nhiều ngoại vi như: Real Time Clock, bộ biến đổi ADC 12-bit, DAC 12-bit, 2 bộ USCIs… đặc biệt tích hợp USB và PHY hỗ trợ USB 2.0. MSP430F5529 có kiến trúc RISC 16-bit và được thiết kế theo họ MCU MSP430X. Một số tính năng đặc trưng của MSP430F5529 bao gồm: – Nguồn sử dụng cho vi điều khiển là 1.8V - 3.6V. – Hoạt động với công suất tiêu thụ cực thấp:  Chế độ hoạt động (Active Mode): 290 μA ở 8MHz, 3V.  Chế độ nghỉ (Standby Mode): + Chế độ realtime với thạch anh ngoài: 2.1 μA, 3V. + Ở chế độ VLO: 1.4 μA, 3V.  Chế độ tắt duy trì RAM (Off Mode): 1.1 μA, 3V. – Có năm chế độ tiết kiệm nguồn, thuận lợi cho từng mục đích sử dụng của người dùng. – Thời gian khởi động lại từ Standby Mode thông thường 3.5μs. – CPU được thiết kế theo kiến trúc RISC 16-bit, xung clock hệ thống có thể lên tới 25-MHz. – Tích hợp ba kênh DMA (Direct Memory Access). – Bộ chuyển đổi ADC 12-bit, có thể sử dụng điện thế tham chiếu nội. – Tích hợp 12 kênh chuyển đổi DAC 12-bit. SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 15 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh – Có 4 bộ Timer 16-bit bao gồm: + Timer TA0 với 5 thanh ghi Capture/Compare. + Timer TA1 với 3 thanh ghi Capture/Compare. + Timer TA2 với 3 thanh ghi Capture/Compare. + Timer TB0 với 7 thanh ghi Capture/Compare. – Có bộ theo dõi điện áp nguồn. – Tích hợp 2 module tryền thông: + USCI_A0 và USCI_A1 mỗi bộ hỗ trợ : Chế độ UART, IrDA encoder and Decoder và chế độ SPI. + USCI_B0 và USCI_B1 mỗi bộ hỗ trợ : Chế độ truyền I2C và truyền thông SPI. – Tích hợp bộ Basic Timer với tính năng đồng hồ thời gian thực. – Kích thước bộ nhớ: 128KB Flash, 8 + 2 KB SRAM. Sơ đồ các khối chức năng trong vi điều khiển MSP430F5529 [5] được mô tả trong Hình 2.1. Hình 2.1: Sơ đồ các khối chức năng của MSP430F5529 SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 16 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh Trong bài báo cáo luận văn này, chúng tôi chỉ trình bày những chức năng và những phần có liên quan đến đề tài mà nhóm thực hiện đã tiến hành. Những kiến thức khác mong quý vị tìm đọc trong các công trình nghiên cứu khác. 2.1.1 Các chế độ hoạt động Vi điều khiển MSP430F5529 có một chế độ hoạt động và năm chế độ tiết kiệm nguồn, được thiết lập bằng phần mềm bằng cách set hoặc clear các bit CPUOFF, OSCOFF, SCG0, và SCG1 trong thanh ghi trạng thái SR. Khi có một sự kiện ngắt thiết bị sẽ thoát khỏi chế độ tiết kiệm năng lượng để thực hiện chương trình phục vụ ngắt và quay lại chế độ tiết kiệm nguồn sau khi thoát khỏi chương trình phục vụ ngắt.  Thanh ghi trạng thái: SR Thanh ghi trạng thái được sử dụng như một thanh ghi nguồn hoặc một thanh ghi đích gồm hệ thống các cờ (là các bit độc lập). Chức năng một số bit điểu khiển chính trong thanh ghi SR: – SCG1: System clock generator 1. Bit này khi được set lên sẽ làm tắt bộ dao động DCO nếu DCOCLK không được sử dụng cho MCLK hoặc SMCLK. – SCG0: System clock generator 0. Bit này được set lên sẽ làm tắt bộ FLL+ loop control. – OSCOFF: Oscillator Off. Bit này được set lên sẽ làm tắt dao động thạch anh LFXT1 khi LFXT1CLK không được sử dụng cho MCLK hoặc SMCLK. – CPUOFF: bit này được set lên sẽ làm tắt CPU. – GIE: bit cho phép ngắt. Khi bit này được set lên thì sẽ cho phép tất cả các ngắt, khi reset thì tất cả các ngắt điều bị vô hiệu hóa. Các chế độ hoạt động và đặc điểm của từng chế độ của MSP430F5529 [6] được trình bày trong Bảng 2.1. SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 17 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh Bảng 2.1: Các chế độ hoạt động của MSP430F5529  Cách thiết lập chế độ hoạt động cho MSP430 Chế độ Active: mặc định khi cấp nguồn thì tất cả các bit trong thanh ghi SR đều được reset nên MSP430 sẽ hoạt động ở chế độ Active. Để vào một chế độ tiết kiệm nguồn ta thực hiện lệnh: _BIS_SR(LPMx_bits) Để thoát chế độ tiết kiệm nguồn ta thực hiện lệnh: _BIC_SR_IRQ(LPMx_bits) 2.1.2 Tổ chức bộ nhớ Bộ nhớ của vi điều khiển MSP430F5529 có tổng cộng 128KB Flash, có thể lập trình qua cổng JTAG hoặc thông qua Bootstrap loader. SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 18 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh Với 8KB bộ nhớ RAM cộng với 2KB USB RAM, MSP430F5529 cho phép người thiết kế dễ dàng ghi và xóa dữ liệu, thuận lợi cho việc truyền dữ liệu từ thiết bị ngoại vi về vi điều khiển. Ưu điểm bộ nhớ Flash có dung lượng lớn (128KB) làm cho MSP430F5529 có thể hoạt động với một chương trình điều khiển với nhiều chức năng khác nhau. Phân vùng bộ nhớ MSP430F5529 [5] được mô tả như Hình 2.3. Main: Code Memory Ram USB Ram Information Memory (flash) Bootstrap loader (BSL) memory (flash) Peripherals MSP430F5529 128KB: 00FFFFh-00FF80h 8KB: 0043FFh-002400h 2KB: 0023FFh-001C00h 512B: 0019FFh-001800h 2KB: 0017FFh-001000h 4KB: 000FFFh-0h Hình 2.2: Tổ chức bộ nhớ của MSP430F5529 Thiết lập chức năng cho các module ngoại vi: Ngoài chức năng In/Out, các Port trong MSP430 còn được dùng cho chức năng vào/ra của các module ngoại vi được tích hợp bên trong. Để sử dụng các chân này cho module ngoại vi ta cần thiết lập giá trị cho thanh ghi PxSEL. Tùy thuộc vào chức năng của các chân mà ta có các cách thiết lập lựa chọn khác nhau. Ví dụ: Để chọn chức năng chân TXD và RXD cho module UART trong module USCI_A0 ta thiết lập như sau: P3SEL |=BIT3 + BIT4 ; //P3.3,P3.4 = USCI_A0 TXD/RXD 2.1.3 Truyền thông UART Truyền thông UART là một trong các chuẩn truyền thông được tích hợp trong hai module USCIA_0 và USCI_A1 của MSP430F5529. Trong phần này nhóm thực hiện chỉ trình bày UART trong module USCI_A0. SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 19 Luận văn tốt nghiệp Cán bộ hướng dẫn: Th.S Trần Hữu Danh USCI là module hỗ trợ nhiều chế độ truyền thông phổ biến, được chia làm hai loại là USCI_Ax và USCI_Bx. Tùy theo từng module mà sẽ được hỗ trợ các chế độ truyền thông khác nhau. Với các module USCI_Ax thì hỗ trợ các chế độ giao tiếp: UART, IrDA, SPI; Với các module USCI_Bx thì hỗ trợ các chế độ giao tiếp: I2C, SPI. Trong chế độ truyền bất đồng bộ UART module USCI_Ax kết nối MSP430 với một hệ thống bên ngoài qua hai chân: UCAxTXD và UCAxRXD. Với vi điều khiển MSP-430F5529 thì hai chân TXD và RXD ứng với từng module USCI_Ax như sau: USCI_A0 ( P3.3 và P3.4), USCI_A1 (P4.4 và P4.5).  Đặc điểm UART trong module USCI_A0: – 7 hoặc 8 bit dữ liệu, có hoặc không có bit kiểm tra chẵn lẽ. – Có thanh ghi dịch, thanh ghi đệm truyền và nhận độc lập. – Bắt đầu truyền và nhận dữ liệu từ bit LSB hoặc MSB. – Có khả năng phát hiện cạnh bắt đầu được truyền đến và tự động được đánh thức từ chế độ tiết kiệm nguồn. – Tốc độ baud có thể lập trình, có sự điều chỉnh và bổ sung để nâng cao độ chính xác. – Có cờ trạng thái dùng cho phát hiện và ngăn chặn lỗi. – Có khả năng ngắt truyền và nhận độc lập. Sơ đồ khối module USCI_Ax [6] được thể hiện trong hình 2.3. SVTT: Trần Ngọc Thể - Nguyễn Văn Ngoan – Hàng Ngọc Nhân Trang 20