TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN
KHOA MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THƠNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN
LẬP TRÌNH THIẾT BỊ IoTs
MƠN HỌC: CÔNG NGHỆ INTERNET OF THING HIỆN ĐẠI
MÃ LỚP: NT532.I21

GVHD: GS-TS LÊ TRUNG QN

Các thành viên trong nhóm:

1. Nguyễn Hồng Thanh – 14520842
2. Lê Minh Thuận – 14520913
3. Phạm Lê Minh Trí – 14520998
4. Nguyễn Thành Triều – 14521005
5. Nguyễn Văn Tùng – 14521058

Ngày 20 tháng 04 năm 2018


Mục lục
I. Giới thiệu Mơ Hình – Kịch bản:
II. Báo cáo tiến độ cơng việc.
III. Giới thiệu và lập trình trên ESP8266.
IV. Giới thiệu và lập trình trên Web Server.
1. CƠNG NGHỆ
a. Node.js là gì?
b. Framwork Express của nodejs
c. Mongodb
2. CÁC LUỒNG CHẠY

a. Login
b. Post data
c. Get data
3. Phân tích mã nguồn
a. Mơ hình MVC
b. Cấu trúc code
V. Giới thiệu và lập trình trên MSP430G2
VI. TÀI LIỆU SỬ DỤNG, TRÍCH DẪN


I.

Giới thiệu Mơ Hình – Kịch bản:

● Mơ hình bao gồm :
-

1 Lauchpab MSP430 .

-

1 Vi xử lý ESP8266 .

-

1 Web server.

-

1 Database lưu trữ thông tin được gửi đến Server.


-

1 SHT10 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm.

-

1 BH1750 Cảm biến ánh sang.

● Kịch Bản:
-

Quy trình 1 : SHT, BH -> MSP430-> ESP-> web server -> database .
TRANG 1


2 Cảm biến SHT và BH sẽ đọc dữ liệu mơi trường và gửi cho
MSP sau đó MSP sẽ gửi cho ESP khi ESP yêu cầu ( chu kỳ 3s). Khi
nhận được thông tin EPS sẽ gửi yêu cầu cập nhật thông tin cho
Server . Server lưu thông tin xuống Database và thống kê thành bản
hiện thị.
-

Quy trình 2: client-> web server -> database .

Người dùng click nút view, web browser sẽ tự động gửi request
mỗi 3s 1 lần, server cập nhật thông tin weather cho client từ database.

II.


Báo cáo tiến độ công việc.

TRANG 2


III. Giới thiệu và lập trình trên ESP8266.

ESP8266 là dịng chip tích hợp Wi-Fi 2.4Ghz có thể lập trình được, giá rẻ được sản
xuất bởi một công ty bán dẫn Trung Quốc: Espressif Systems.
Hiện nay tất cả các dòng chip ESP8266 trên thị trường đều mang nhãn ESP8266EX,
là phiên bản nâng cấp của ESP8266
Được phát hành đầu tiên vào tháng 8 năm 2014, đóng gói đưa ra thị trường dạng Mô
dun ESP-01, được sản xuất bởi bên thứ 3: AI-Thinker. Có khả năng kết nối Internet
qua mạng Wi-Fi một cách nhanh chóng và sử dụng rất ít linh kiện đi kèm. Với giá cả
có thể nói là rất rẻ so với tính năng và khả năng ESP8266 có thể làm được.
ESP8266 có một cộng đồng các nhà phát triển trên thế giới rất lớn, cung cấp
nhiều Module lập trình mã nguồn mở giúp nhiều người có thể tiếp cận và xây
dựng ứng dụng rất nhanh.
Thông số phần cứng
TRANG 3


-

32-bit RISC CPU : Tensilica Xtensa LX106 chạy ở xung nhịp 80 MHz

-

Hổ trợ Flash ngoài từ 512KiB đến 4MiB


-

64KBytes RAM thực thi lệnh

-

96KBytes RAM dữ liệu

-

64KBytes boot ROM

-

Chuẩn wifi IEEE 802.11 b/g/n, Wi-Fi 2.4 GHz

- Tích hợp TR switch, balun, LNA, khuếch đại công suất và matching
network
-

Hỗ trợ WEP, WPA/WPA2, Open network

-

Tích hợp giao thức TCP/IP

-

Hổ trợ nhiều loại anten


-

16 chân GPIO

-

Hổ trợ SDIO 2.0, UART, SPI, I²C, PWM,I²S với DMA

-

1 ADC 10-bit

-

Dải nhiệt độ hoạt động rộng : -40C ~ 125C

Board mạch nhóm đang sử dụng là Wemos NodeMCU - ESP8266 CH340
Vì tính đơn giản và dễ sử dụng nên nhóm đã sử dụng Arduino SDK.
Q trình làm việc:
- Bước 1: ModeMCU – ESP8266 cố gắng kết nối đến Access Point đã được
chỉ định trước.
-

Bước 2: Gửi thông điệp “S” đến MSP430

-

Bước 3: Nhận thông điệp phản hồi từ MSP430

-


Bước 4: Khởi tạo một kết nối HTTP request đến máy chủ

-

Bước 5: Gửi thông điệp của bước 3 đến máy chủ.

-

Bước 6: Tạm nghỉ 3 giây và quay lại bước 2

Một số dịng mã lập trình trên ESP8266:
#include <Arduino.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
TRANG 4


#include
#include
#include
#include

<ESP8266HTTPClient.h>
"SoftwareSerial.h"
<SerialCommand.h>
<string.h>

const char* SSID = "nhtcntt"; // Khai báo tên AP const
char* PASS = "123456789"; // Mật khẩu cho AP đó
String URL = "http://192.168.123.31:3000/update"; // URL của máy chủ

lưu trữ dữ liệu
SoftwareSerial sw(D1, D2, false, 128); //rx, tx khai báo các chân dùng cho
giao tiếp Serial
SerialCommand sCmd; // Giao tiếp serial với máy tính
void
void
void
AP
void
void
void

SendInfo2Server(uint8_t *buff, size_t size); // hàm gửi dữ liệu về máy chủ
RecvFromMSP430(); // Hàm nhận dữ liệu từ MSP430
STAConnectAP(char const* ssid, char const* pass); // hàm kết nối đến
changeURL(); // Hàm thay đổi URL khi có chỉ thị từ máy tính
changeWIFI(); // Hàm thay đổi kết nối wifi khi có chỉ thị từ máy tính
help();

void setup() {
Serial.begin(115200); // thiết lập tỉ lệ bit/s cho giao tiếp serial với máy
tính
sw.begin(9600); // thiết lập tỉ lệ bit/s cho giao tiếp serial với MSP430
Serial.println("debug"); // Hiển thị lên máy tính
Serial.print("Connectting to "); Serial.println(SSID);
sCmd.addCommand("URL", changeURL); // Thiết lập các hàm liên quan
đến các lệnh - tương tự như việc dùng command line
sCmd.addCommand("WIFI", changeWIFI);
sCmd.addCommand("help", help);
}


STAConnectAP(SSID, PASS);

void loop()
{
sCmd.readSerial(); // Đọc các thông điệp từ máy tính gửi đến
RecvFromMSP430();
delay(3000); // Tạm nghỉ 5s
}
/*
Message format:
message | message | ...
*/

TRANG 5


void RecvFromMSP430()
{
sw.write('S'); // Bắt đầu gửi kí tự S đến MSP430
uint8_t buff[100];
if(sw.available() > 0) // Xác nhận khi có thơng điệp từ MSP430 gửi về thì
thực thi
{
size_t len = sw.readBytesUntil('|', buff, sizeof(buff)); // Đọc đến khi
nào gặp kí tự | thì dừng lại
if(len > 0)
{
SendInfo2Server(buff, len); // Gửi thơng điệp vừa nhận lên
máy chủ

}
}
}
/*
URL: http://IPorName:80/update
method: POST
http header:
User-Agent: MAC Address
Content-Type: application/json
Content-Length: length(http body)
Connection: close
http body:
{
"NhietDo" : int,
"DoAm" : int,
"AnhSang" : int
}
*/
void SendInfo2Server(uint8_t *buff, size_t size)
{
HTTPClient http; // Khởi tạo đối tượng http
http.begin(URL); // kết nối URL đã chỉ định
http.addHeader("Content-Type", "application/json"); // Thiết lập nội dung
sẽ gửi là kiểu dữ liệu JSON
http.setUserAgent(WiFi.macAddress()); // Thiết lập user agent là địa chỉ
MAC của thiết bị
int statuscode = http.POST(buff, size); // Sử dụng phương thức POST gửi
nội dung lên máy chủ
if(statuscode > 0)
{

String payload = http.getString();
}
http.end();
}
void STAConnectAP(char const* ssid, char const* pass)
{

TRANG 6


WiFi.mode(WIFI_STA); // chuyển về chế độ station hay client để kết nối
đến AP
WiFi.begin(ssid, pass); // thiết lập tên wifi và mật khẩu
/
Nếu trạng thái là chưa kết nối thì cố gắng kết nối lại trong khoảng
thời gian 10s
unsigned long startTime = millis();
while( WiFi.status() != WL_CONNECTED && millis() - startTime < 10000
)
{
delay(2000);
Serial.println("Failed - Try connect");
}
if(WiFi.status() != WL_CONNECTED) return;

}

/ Xuất dữ liệu đến máy tính dùng để debug.
Serial.println("WiFi connected");
Serial.print("IP address: ");

Serial.println(WiFi.localIP());
Serial.print("MAC: ");
Serial.println(WiFi.macAddress());

void changeURL()
{
char *arg = sCmd.next();
if(arg)
{
URL = String(arg);
}
}
void changeWIFI()
{
char ssid[20], pass[20];
ssid[0] = '\0';
pass[0] = '\0';
char *arg = sCmd.next();
if(arg)
{
Serial.println(arg);
strncpy(ssid, arg, 20);
arg = sCmd.next();
if(arg)
{
Serial.println(arg);
strncpy(pass, arg, 20);
WiFi.disconnect();
STAConnectAP(ssid, pass);
}

else
{
WiFi.disconnect();

TRANG 7


STAConnectAP(ssid, NULL);

}
}

}

void help()
{
Serial.println("Use: ");
Serial.println("URL|<url> - example: URL|http://IP/path");
Serial.println("WIFI|SSID|[PASSWORD]");
}

IV.

Giới thiệu và lập trình trên Web Server.

1.

CƠNG NGHỆ
a.


Node.js là gì?

Node.js là một nền tảng chạy trên mơi trường V8 JavaScript runtime - một
trình thơng dịch JavaScript cực nhanh chạy trên trình duyệt Chrome

b.

Framwork Express của nodejs

Express là một framework nhỏ và tiện ích để xây dựng các ứng dụng web,
cung cấp một lượng lớn của tính năng mạnh mẽ để phát triển các ứng dụng
web và mobile. Nó rất dễ dàng để phát triển các ứng dụng nhanh dựa trên
Node.js cho các ứng dụng Web
TRANG 8


c.

Mongodb

MongoDB là gì?
- MongoDB là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu mã nguồn mở thuộc học
NoSQL. Nó được thiết kế theo kiểu hướng đối tượng, các bảng trong
MongoDB được cấu trúc rất linh hoạt, cho phép các dữ liệu lưu trữ
trên bảng không cần tuân theo một cấu trúc nhất định nào cả (điều
này rất thích hợp để làm big data).
- MongoDB lưu trữ dữ liệu theo hướng tài liệu (document), các dữ
liệu được lưu trữ trong document kiểu JSON nên truy vấn sẽ rất
nhanh.
Ưu điểm của mongoDB.

- Schema linh hoạt: Do MongoDB sử dụng lưu trữ dữ liệu dưới
dạng Document JSON nên mỗi một collection sẽ các các kích cỡ
và các document khác nhau.
- Cấu trúc đối tượng rõ ràng: Tuy rằng cấu trúc của dữ liệu là linh
hoạt nhưng đối tượng của nó được xác định rất rõ ràng. Sử dụng bộ
nhớ nội tại, nên truy vấn sẽ rất nhanh.
- MongoDB rất dễ mở rộng.
- Không có các join: Điều này cũng góp phần tạo nên tốc độ truy
vấn cực nhanh trên mongoDB.
- MongoDB phù hợp cho các ứng dụng realtime.
Nhược điểm của mongoDB.
Điều đầu tiên phải kể đến ở đây là MongoDB khơng có các tính chất
ràng buộc như trong RDBMS nên khi thao tác với mongoDB thì phải
hết sức cẩn thận. MongoDB sử dụng sẽ hao tốn tài nguyên của hệ
thống nhiều hơn RDBMS.

2.

CÁC LUỒNG CHẠY
a.

Login

Bước 1: Nhập username, password
Bước 2: Web browser gửi request lên server
Bước 3: Server check user với database
TRANG 9


Bước 4: Nếu tồn tại user thì tạo token và lưu lại token và gửi response

cho web browser
Bước 5: Browser thông báo đăng nhập thành công cho admin

b.

Post data

Bước 1: ESP gửi request và data lên web server
Bước 2: Web server lưu data xuống database
Bước 3: Trả về kết quả cho ESP

TRANG 10


c.

Get data

Bước 1: Admin click view
Bước 2: Web browser gửi request xem thông tin và token
Bước 3: Web server check token với database
Bước 4: Nếu tồn tại token web server sẽ lấy dữ liệu từ database và
gửi response về cho web browser
Bước 5: Web browser hiển thị thông tin lên màn hình cho admin

TRANG
11


3. Phân tích mã

nguồn a. Mơ hình
MVC
- M là Model: cấu trúc dữ liệu theo cách tin cậy và chuẩn bị dữ liệu
theo lệnh của controller
- V là View: Hiển thị dữ liệu cho người dùng theo cách dễ hiểu dựa
trên hành động của người dùng.
- C là Controller: Nhận lệnh từ người dùng, gửi lệnh đến cho
Model để cập nhập dữ liệu, truyền lệnh đến View để cập nhập giao
diện hiển thị.


TRANG
12


b. Cấu trúc code

TRANG
13


-

Luồng login:
+

Front end gửi request đăng nhập gồm thông tin username,

password


TRANG 14


+ Back end xử lý login:

TRANG
15


V.

Giới thiệu và lập trình trên MSP430G2

MSP430G2
TRANG 16


Thuộc dòng Kit Lauchpad giá rẻ từ hãng sản xuất TI danh tiếng, MSP430
Lauchpad là kit thí nghiệm được rất nhiều các bạn sinh viên, người
nghiên cứu và các trường đại học lựa chọn hiện nay

THƠNG SỐ KỸ THUẬT:
-

MCU dịng DIP 20 chân MSP420G2xxx.

-

Mạch nạp và Debug tích hợp sẵn trên board.


-

Có led RGB và nút nhấn tích hợp sẵn.

-

Tặng kèm thạch anh 32khz cho các ứng dụng timer.

-

Tặng thêm 1 vi điều khiển MSP430 trong hộp.

-

Phần mềm lập trình miễn phí trên trang web của hãng.

PHẦN MỀM LẬP TRÌNH:
-

Code Composer Studio
TRANG
17


-

IAR Embedded.

CÁC CHUẨN GIAO TIẾP HỖ TRỢ:
-


General-purpose input/output (GPIO)

-

Universal asynchronous receiver-transmitter (UART)

-

Inter-Integrated Circuit (IIC)

-

Serial Peripheral Interface (SPI)

-

Anolog to digital

CLOCK:
-

Nguồn xung Clock của MSP430 được chia làm 2 lớp.

TRANG 18


-

Lớp đầu tiên là các nguồn tạo ra xung clock:

● LFXT1CLK: Bộ dao động tần số thấp/ tần số cao, nó có thể
được sử dụng với tần số
● thạch anh 32768 Hz hoặc tần số thạch anh chuẩn, hoặc bộ cộng
hưởng từ 450 KHz đến 8 MHz.
● XT2CLK: Bộ dao động tần số cao. Bộ dao động này có thể
được sử dụng với thạch
● anh chuẩn, bộ cộng hưởng, hoặc nguồn xung Clock bên ngồi có
tần số từ 450 KHz đến 8 MHz.
● DCOCLK: Bộ dao động được điều khiển bằng kĩ thuật số ( DCO).
● VLOCLK : Bộ dao động tần số thấp giống DCOCLK

-

Có 3 tín hiệu clock đầu ra cơ bản là :
● ACLK (Auxiliary clock ) : Có thể sử dụng nguồn LFX1CLK và
VLOCLK. Có thể tạo được tần số nhỏ hơn nữa bằng cách sử dụng
các bộ chia 1, 2, 4, 8. Dùng cho các module ngoại vi.
● MCLK (Master clock) : Có thể sử dụng nguồn LFX1CLK,
VLOCLK, XT2CLK và DCOCLK. Dùng cho hệ thống và CPU.
● SMCLK (Sub-main clock) : Cũng có thể sử dụng 4 nguồn trên và
dùng cho các module ngoại vi.
● Clock của MSP430 có thể coi là bước cải tiếp lớn so với các
dòng VĐK khác với rất nhiều ưu điểm như:
● Xung nội có sai số nhỏ ( 1 – 3% tùy dòng)
● Chỉnh tần số bằng phần mềm
● Chế độ ngủ thơng minh,có thể ngủ hoặc thức dậy rất
nhanh,khơng bị treo khi ngủ
● Có nhiều lựa chọn nguồn xung clock riêng biệt cho từng module

MSP430 được cung cấp các define cái giá trị DCOCTL và

BCSCTL1 cho phép nhanh chóng chỉnh tần số có sẵn là 1MHZ , 8MHZ ,
12MHZ , 16MHZ . Ví dụ để chỉnh tần số 8Mhz,có thể viết:
● DCOCTL = CALDCO_1MHZ;
● BCSCTL1 = CALBC1_1MHZ;
TRANG 19


-

Hoặc cấu hình module clock chúng ta sẽ sử dụng 4 thanh ghi :
● DCOCTL : DCO control register
● BCSCTL1: Basic clock system control register
● BCSCTL2: Basic clock system control register
● BCSCTL3: Basic clock system control register

UART:
Có thể nói đây là một trong những giao tiếp phổ biến và dễ sử dụng
nhất,dùng để truyền nhận dữ liệu giữa 2 hay nhiều thiết bị khác nhau
không nhất thiết là vi điểu khiển.UART là chuẩn truyền thông không đồng
bộ (nghĩa là 2 thiết bị giao tiếp với nhau cần phải biết được các thông số
của khung truyền như tốc độ,độ dài khung,số bit stop,bit parity....).Khi
muốn dùng giao tiếp UART thì chúng ta phải khai báo hàm khởi tạo giá trị
cho các thanh ghi UART,cụ thể:
● Chọn các chân dùng UART(VĐK MSP430G2553 là P1.1 và P1.2)
để ở chức năng giao tiếp ngoại vi,tùy vào thứ tự ưu tiên chúng ta chọn
thanh ghi PxSEL và PxSEL2 cho phù hợp.
● Định dạng khung truyền dữ liệu,số bit stop,bit parity,số bit dữ
liệu bằng thanh ghi UCA0CTL0
● Cài đặt nguồn cấp xung clk
● Định tần số giao tiếp(Chú ý là module trên kit Lauchpad chỉ hỗ trợ

duy nhất tần số 9600,muốn dùng tần số khác các bạn buộc phải nối với
module UART to Com bên ngoài.
● Set cờ cho phép ngắt nhận tín hiệu.
Một số chip MSP430 khơng có module UART,thường là các chip
cũ dùng module truyền thông loại USI,để biết chi tiết các bạn nên đọc
trực tiếp trong datasheet
GPIO:
-

Thanh ghi dữ liệu vào PxIN :
● Mỗi Bit trong mỗi thanh ghi PxIN phản ảnh giá trị của tín hiệu vào
ở chân I/O tương ứng khi các chân này được thiết lập chức năng I/O.

● Bit = 0: Ngã vào mức thấp
TRANG 20


● Bit = 1: Ngã vào mức cao
-

Thanh ghi dữ liệu xuất PxOUT:
● Mỗi Bit trong mỗi thanh ghi PxOUT là giá trị xuất ra trên các chân
I/O tương ứng khi khi
● các chân này được thiết lập chức năng I/O. Xuất dữ liệu có
hướng và việc tăng giảm điện
● trở thì khơng được phép.
● Bit = 0: Ngã ra mức thấp
● Bit = 1: Ngã ra mức cao
● Nếu các chân điều khiển tăng-giảm điện trở bị mất hiệu lực thì các
Bit tương ứng trong

● thanh ghi PxOUT có tác dụng lựa chọn việc tăng giảm điện trở.
● Bit = 0: Giảm xuống.
● Bit = 1: Tăng lên

-

Các thanh ghi định hướng PxDIR
● Mỗi Bit trong mỗi thanh ghi PxDIR lựa chọn định hướng của chân
I/O tương ứng, bất
● chấp chức năng đã được chọn của chân. Những Bit PxDIR cho
những chân I/O được lựa
● chọn cho những chức năng khác phải được thiết lập theo yêu cầu
của chức năng đó.
● Bit = 0: Những chân của Port được định hướng là ngã vào.
● Bit = 1: Những chân của Port được định hướng là ngã ra.

-

Thanh ghi cho phép tăng/giảm điện trở PxREN
● Mỗi Bit của mỗi thanh ghi PxREN dùng để cho phép hoặc không
cho phép sự tăng/giảm
● điện trở của các chân I/O tương ứng. Những Bit tương ứng của
thanh ghi PxOUT được
● chọn nếu chân được tăng lên hoặc giảm xuống.
● Bit = 0: Tăng/giảm điện trở không được cho phép.
TRANG
21


● Bit = 1: Tăng/giảm điện trở được cho phép.

-

Thanh ghi chức năng lựa chọn PxSEL và PxSEL2
● Các chân này được đa hợp với các các chức năng của các mô
đun ngoại vi khác. Mỗi Bit
● PxSEL và PxSEL2 được sử dụng cho việc lựa chọn chức năng của
các chân: Chức năng
● I/O xuất nhập dữ liệu hoặc chức năng mô đun giao tiếp ngoai vi.

INTERRUPT:
Ngắt (interrupt) là quá trình dừng chương trình chính đang chạy
để ưu tiên thực hiện
một chương trình khác , chương trình này được gọi là chương trình
phục vụ ngắt (ISR –
-

Interrupt Service Routine) .

-

MSP430 có 2 loại ngắt là ngắt khả ngụy và ngắt không khả ngụy .
● Ngắt không khả ngụy liên quan đến các hoạt động Reset,phát hiện
lỗi xong clock , sự cố về bộ nhớ Flash.Nói chung ngắt này có mức độ
ưu tiên cao nhất , ở chế độ bình thường khơng ảnh hưởng đến hoạt
động của chương trình . Một số chế độ đặc biệt mình sẽ hướng dẫn
trong loạt bài MSP430_Advance , sẽ viết sau,trình bày cách điều
khiển hoạt động của các ngắt không khả ngụy này như tắt chức năng
reset ở chân Reset,khởi động lại bằng phần mềm.Ngắt không khả
ngụy không điều khiển bằng bit GIE trong thanh ghi điều khiển .
● Ngắt khả ngụy là loạt ngắt liên quan trực tiếp đến hoạt động của hầu

hết các chương trình cho phép thực hiện các chương trình gọi từ ngắt của
các cổng Inout,ngắt từ Timer , ADC , Các giao thức truyền thơng . Có
hai loại ngắt khả ngụy là ngắt trong và ngắt ngoài . Ngắt khả ngụy điều
khiển bằng bit GIE trong thanh ghi điều khiển.Tức là muốn hoạt động
thì BIT GIE phải được set=1 . (đây là một bit trong thanh ghi trạng thái
SR(đọc thêm trong sách Cơ sở lý thuyết MSP430))

Ngắt ngoài là các ngắt do tác động của bên ngoài lên chip VD
như ngắt GPIO,ADC,Các giao thực truyền thông

TRANG 22