• February 17, 2021
• Lập trình IoT cơ bản
• 0 Comments

Lập trình giao tiếp UART với Raspberry Pi

Chuẩn bị các phần cứng và phần mềm cần thiết

Để giúp cho việc viết mã nguồn sử dụng ngôn ngữ Python cho Raspberry Pi được đơn giản và nhanh chóng, thì trong phạm vi các bài thực hành sau đây chúng ta sẽ nhận sự hỗ trợ từ một số thư viện được cài đặt mặc định trong hệ điều hành hoặc phải cài đặt bổ sung vào thêm trong quá trình sử dụng Raspberry Pi. Chẳng hạn như: thư viện GPIOZero (thư viện mặc định có sẵn), các thư viện hỗ trợ riêng cho từng loại cảm biến (thư viện phải cài đặt bổ sung).

Những phần cứng cần phải chuẩn bị cho các bài thí nghiệm dưới đây:

Bảng 3.1 Liệt kê các phần cứng cần sử dụng trong bài thí nghiệm.

Raspberry Pi 4B	USB-TTL	Test board
Thẻ nhớ	Điện trở 470, 330	Nút nhấn	LED
Cảm biến HC-SR04	Cảm biến DHT22	Mô-đun 4 relay

Yêu cầu thí nghiệm:

Trong bài thí nghiệm này chúng ta sẽ tìm hiểu cách thức mà Raspberry Pi truyền thông UART với các thiết bị ngoại vi thông qua chân GPIO (có tính năng đặc biệt UART).

Thực hiện truyền thông UART giữa máy tính PC với Raspberry Pi. Trên máy tính PC sử dụng phần mềm Terminal để thực hiện nhập dữ liệu cần gửi và hiển thị dữ liệu nhận được. Kết nối giữa máy tính PC và Raspberry Pi sẽ được thực hiện qua một bộ chuyển đổi USB-TTL.

Cấu hình chân UART

Raspberry Pi 4 đã được nhà sản xuất tích hợp sẵn bên trong khối UART, khối này sẽ giao tiếp ra bên ngoài thông qua chân hai GPIO14/Pin-8 (TxD) và chân GPIO15/Pin-10 (RxD). Như đã trình bày ở trên, muốn có thể sử dụng được các tính năng đặc biệt thì người sử dụng cần phải tiến hành thiết lập cấu hình trong hệ thống.

Một điểm rất quan trọng mà người sử dụng Raspberry Pi cần phải lưu ý là các tính năng đặc biệt đã nêu ra trên đây mặc định ban đầu sẽ chưa được phép sử dụng. Để cho phép hoặc không cho phép sử dụng các tính năng đặc biệt này thì người sử dụng cần phải tiến hành thiết lập cấu hình trong hệ thống. Giả sử để thiết lập sử dụng tính năng UART trên Raspberry Pi, tại Terminal nhập lệnh như sau:

~$ sudo raspi-config

Trong hộp thoại “Raspberry Pi Software Configuration Tool (raspi-config)” ta chọn mục “Interfacing Options“.

Tiếp theo ta chọn vào mục “Serial” để thiết lập sử dụng tính năng UART.

Tiếp theo ta chọn “No” để không sử dụng tính năng này cho việc đăng nhập hệ thống khi khởi động.

Tiếp theo ta chọn “Yes” để đồng ý sử dụng tính năng UART.

Tiếp theo xác nhận tính năng UART đã được kích hoạt bằng cách chọn “OK“.

Cuối cùng hoàn tất việc thiết lập bằng cách chọn “Finish“.

Để thiết lập sử dụng các tính năng đặc biệt khác, ta cũng thực hiện các bước tương tự như trên

• • 1. Sơ đồ kết nối

Thực hiện kết nối bộ chuyển đổi USB-TTL với Raspberry Pi thông qua giao tiếp UART theo sơ đồ như sau:

Hình 3.13. Sơ đồ kết nối UART bộ chuyển đổi USB-TTL với Raspberry Pi.

Chân VCC/Pin-1 của bộ chuyển đổi USB-TTL được nối với chân 5V/Pin-2 của Raspberry Pi, chân GND/Pin-2 của bộ chuyển đổi USB-TTL được nối với chân GND/Pin-6 của Raspberry Pi, chân RXD/Pin-3 của bộ chuyển đổi USB-TTL được nối với chân TXD/Pin-8 của Raspberry Pi, chân TXD/Pin-4 của bộ chuyển đổi USB-TTL được nối với chân RXD/Pin-10 của Raspberry Pi. Đầu USB của bộ chuyển đổi USB-TTL sẽ được dùng để kết nối với máy tính PC. Chi tiết được minh họa trong Hình 3.13.

• • 1. Lưu đồ giải thuật

Giải thuật điều khiển như sau:

Hình 3.14. Lưu đồ giải thuật của bài thí nghiệm 7.

• • 1. Mã nguồn

Dựa vào lưu đồ giải thuật để viết chương trình điều khiển bằng ngôn ngữ Python như sau:

import serial # Khai bao su dung ham trong thu vien

from time import sleep

ser = serial.Serial (“/dev/ttyS0”, 9600) # Mo cong voi toc do 9600

while True:

received_data = ser.read() # Doc du lieu tu Port noi tiep

sleep(0.03)

data_left = ser.inWaiting() # Kiem tra so byte du lieu con lai trong bo dem

received_data += ser.read(data_left) # Doc tung byte du lieu va ghep thanh 1 chuoi

print (received_data) # Hien thi du lieu nhan duoc

ser.write(received_data) # Gui du lieu vua nhan qua Port noi tiep

Để thiết lập các thuộc tính khác của UART ta có thể làm như sau:

ser = serial.Serial(port=’/dev/ttyS0′, baudrate = 9600, parity = serial.PARITY_NONE,

stopbits = serial.STOPBITS_ONE, bytesize = serial.EIGHTBITS, timeout = 1)

Lưu ý rằng đối với Raspberry Pi 4 thì khối UART sẽ có tên là “ttyS0” và các phiên bản trước đó thì khối UART có tên là “ttyAMA0”.

Để hiểu rõ hơn về truyền thông UART giữa máy tính PC với Raspberry Pi ta thực hiện thêm một số ví dụ khác. Trong ví dụ này, Raspberry Pi liên tục gửi dữ liệu thông qua chân TXD/Pin-8 của mô-đun, chương trình điều khiển bằng ngôn ngữ Python như sau:

from time import sleep # Khai bao su dung ham trong thu vien

import serial

# Khai bao chi tiet cac thuoc tinh cua Port noi tiep

ser = serial.Serial(port = ‘/dev/ttyS0’, baudrate = 9600, parity = serial.PARITY_NONE,

stopbits = serial.STOPBITS_ONE, bytesize = serial.EIGHTBITS, timeout = 1)

print(“Raspberry’s sending : “)

try:

while True:

transmit_data = “IoT-Team” # Chuoi du lieu

ser.write(transmit_data) # Gui du lieu qua Port noi tiep

ser.write(“\n”)

print(transmit_data) # Hien thi du lieu nhan duoc

sleep(1)

except KeyboardInterrupt:

ser.close() # Dong Port noi tiep

Ta thực hiện thêm ví dụ Raspberry Pi liên tục đọc dữ liệu thông qua chân RXD/Pin-10 của mô-đun, chương trình điều khiển bằng ngôn ngữ Python như sau:

import serial # Khai bao su dung ham trong thu vien

# Khai bao chi tiet cac thuoc tinh cua Port noi tiep

ser = serial.Serial(port = ‘/dev/ttyS0’, baudrate = 9600, parity = serial.PARITY_NONE,

stopbits = serial.STOPBITS_ONE, bytesize = serial.EIGHTBITS, timeout = 1)

print(“Raspberry’s receiving : “)

try:

while True:

s = ser.readline() # Cho doi (timeout) de doc du lieu tu Port noi tiep

data = s.decode() # Giai ma chuoi du lieu

data = data.rstrip() # Loai bo “\r\n” o cuoi chuoi du lieu

print(data) # Hien thi du lieu nhan duoc

except KeyboardInterrupt:

ser.close() # Dong Port noi tiep

Tags: Lập trình GPIO của raspberry pi 4, Lập trình IoT cơ bản, UART với raspberry pi