Giao tiếp UART cho phép hai thiết bị truyền và nhận dữ liệu, thông số đo lường nối tiếp thông qua các đường TX và RX mà không cần sử dụng chung tín hiệu clock.
Trong lĩnh vực cảm biến, UART Digital Interface có thể được sử dụng để truyền giá trị đo, trạng thái hoạt động hoặc các dữ liệu khác giữa cảm biến và bộ điều khiển. So với tín hiệu analog 4-20mA hoặc 0-10V, UART truyền dữ liệu đo lường dưới dạng số, phù hợp với các hệ thống nhúng và thiết bị OEM.
UART LÀ GÌ?
UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, có nghĩa là bộ truyền nhận dữ liệu nối tiếp không đồng bộ.
Trong kết nối UART cơ bản, đường TX (Transmit) được sử dụng để truyền dữ liệu, RX (Receive) để nhận dữ liệu và GND làm điểm tham chiếu chung giữa hai thiết bị.
Điểm đặc trưng của UART là không sử dụng đường clock riêng. Thay vào đó, thiết bị truyền và thiết bị nhận được thiết lập cùng tốc độ và cấu trúc dữ liệu để có thể giao tiếp chính xác với nhau.
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA UART
UART truyền dữ liệu nối tiếp, nghĩa là các bit dữ liệu được truyền lần lượt trên đường tín hiệu thay vì truyền đồng thời trên nhiều dây.
Mỗi khung dữ liệu UART thường bao gồm Start Bit, Data Bits, Parity Bit và Stop Bit. Một cấu hình phổ biến là 9600 baud, 8 data bits, no parity và 1 stop bit, thường được ký hiệu là 9600 8N1.
Khi hai thiết bị sử dụng cùng thông số truyền thông, dữ liệu từ thiết bị phát có thể được thiết bị nhận đọc và xử lý chính xác.
UART DIGITAL INTERFACE TRÊN CẢM BIẾN LÀ GÌ?
UART Digital Interface trên cảm biến là giao diện truyền dữ liệu dạng số giữa cảm biến và bo mạch hoặc bộ điều khiển.
Ví dụ, một cảm biến CO2 đang đo được 850 ppm. Với ngõ ra 4-20mA, giá trị 850 ppm được chuyển đổi thành một mức dòng điện tương ứng. Với ngõ ra 0-10V, giá trị này được chuyển thành điện áp. Trong khi đó, UART có thể truyền giá trị đo dưới dạng dữ liệu số trực tiếp đến bộ điều khiển.
Ngoài giá trị đo, UART còn có thể được sử dụng để truyền trạng thái thiết bị, thông số cấu hình, dữ liệu hiệu chuẩn hoặc thông tin chẩn đoán tùy theo thiết kế của từng cảm biến.
GIAO TIẾP UART CÓ ĐO LƯỜNG ĐƯỢC KHÔNG?
Bản thân UART không phải là phần tử đo lường. Cảm biến thực hiện quá trình đo, sau đó bộ xử lý bên trong chuyển kết quả đo thành dữ liệu số và truyền dữ liệu đó qua UART.
Ví dụ cảm biến NH3 đo được nồng độ 25 ppm, dữ liệu tương ứng có thể được truyền qua UART đến controller. Tương tự, cảm biến nhiệt độ có thể truyền giá trị 25,6°C hoặc cảm biến CO2 có thể truyền giá trị 850 ppm.
Do đó, khi cảm biến hỗ trợ truyền giá trị đo qua UART, người dùng có thể đọc trực tiếp kết quả đo dưới dạng dữ liệu số mà không cần chuyển đổi từ 4-20mA hoặc 0-10V.
UART COMMUNICATION PROTOCOL LÀ GÌ?
Để các thiết bị giao tiếp qua UART, chúng cần sử dụng cùng cấu trúc truyền dữ liệu. Các thông số quan trọng thường bao gồm baud rate, data bits, parity, stop bits và cấu trúc frame dữ liệu.
Ngoài ra, mỗi thiết bị có thể sử dụng các lệnh và cấu trúc dữ liệu riêng. Vì vậy, UART Communication Protocol đóng vai trò quy định cách controller gửi lệnh, nhận dữ liệu và giải mã giá trị từ cảm biến.
Điều này cũng có nghĩa rằng hai thiết bị cùng có UART không đồng nghĩa chúng tự động giao tiếp được với nhau. Bộ điều khiển phải được lập trình để hiểu đúng cấu trúc dữ liệu mà cảm biến sử dụng.
UART KHÁC 4-20MA VÀ 0-10V NHƯ THẾ NÀO?
Điểm khác biệt lớn nhất là UART truyền dữ liệu số, trong khi 4-20mA và 0-10V là tín hiệu analog.
Với tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V, giá trị đo được biểu diễn bằng mức dòng điện hoặc điện áp tương ứng. Bộ điều khiển phải đọc tín hiệu analog và quy đổi lại thành giá trị đo.
UART có thể truyền trực tiếp dữ liệu số, do đó rất thuận tiện khi tích hợp cảm biến với vi điều khiển, bo mạch điện tử hoặc các thiết bị OEM.
Tuy nhiên, 4-20mA có lợi thế lớn về khả năng truyền xa và chống nhiễu trong môi trường công nghiệp. Vì vậy, UART và 4-20mA thường phục vụ những mục đích ứng dụng khác nhau.
UART KHÁC RS485 VÀ MODBUS RTU NHƯ THẾ NÀO?
UART, RS485 và Modbus RTU thường được nhắc đến cùng nhau nhưng không hoàn toàn giống nhau.
UART là phương thức truyền nhận dữ liệu nối tiếp không đồng bộ. RS485 quy định đặc tính điện của đường truyền và sử dụng tín hiệu vi sai, nhờ đó có khả năng truyền xa và chống nhiễu tốt hơn. Modbus RTU là một giao thức truyền thông được sử dụng rất phổ biến trên đường truyền RS485.
UART thường phù hợp với kết nối trực tiếp ở khoảng cách ngắn giữa cảm biến và bo mạch điều khiển. Trong khi đó, RS485 Modbus RTU phù hợp hơn với PLC, BMS và mạng cảm biến công nghiệp có nhiều thiết bị.
ƯU ĐIỂM CỦA GIAO TIẾP UART
UART có cấu trúc tương đối đơn giản, yêu cầu ít dây kết nối và dễ tích hợp vào các thiết bị điện tử. Dữ liệu được truyền dưới dạng số nên thuận tiện cho việc xử lý bằng vi điều khiển.
UART cũng được sử dụng rộng rãi trên các nền tảng như STM32, ESP32, Arduino, Raspberry Pi và nhiều bo mạch điều khiển OEM khác.
Một ưu điểm khác là ngoài giá trị đo, UART có khả năng truyền nhiều loại dữ liệu như trạng thái hoạt động, cảnh báo, thông số cấu hình hoặc thông tin chẩn đoán của cảm biến.
HẠN CHẾ CỦA UART
UART chủ yếu phù hợp với truyền thông khoảng cách ngắn và kết nối trực tiếp giữa các thiết bị. Trong môi trường công nghiệp có khoảng cách truyền lớn hoặc nhiễu điện từ cao, UART thường không phù hợp bằng RS485 hoặc tín hiệu 4-20mA.
UART cũng không được thiết kế tối ưu để tạo mạng nhiều cảm biến trên cùng một đường truyền như RS485.
Do đó, UART đặc biệt phù hợp cho module cảm biến, thiết bị OEM, IoT và hệ thống nhúng, trong khi các hệ thống PLC và BMS thường ưu tiên RS485 Modbus RTU hoặc 4-20mA.
ỨNG DỤNG CỦA UART
Giao tiếp UART được sử dụng trong nhiều loại cảm biến như cảm biến CO2, CO, NH3, nhiệt độ, độ ẩm, chất lượng không khí, bụi PM2.5, cảm biến siêu âm và cảm biến khoảng cách.
UART cũng được sử dụng rộng rãi trong module GPS, Bluetooth, Wi-Fi, thiết bị IoT, bo mạch điều khiển và các sản phẩm OEM.
Đặc biệt đối với nhà sản xuất thiết bị, UART giúp tích hợp module cảm biến trực tiếp vào bo mạch chính mà không cần sử dụng thêm bộ chuyển đổi tín hiệu analog.
UART là giao tiếp truyền dữ liệu số nối tiếp không đồng bộ, được sử dụng rộng rãi trong cảm biến, module điện tử và hệ thống nhúng. UART cho phép truyền dữ liệu giữa cảm biến và bộ điều khiển thông qua các đường TX và RX với cấu trúc đơn giản và chi phí thấp.
Trong ứng dụng cảm biến, UART có thể truyền trực tiếp giá trị đo dưới dạng dữ liệu số, giúp đơn giản hóa quá trình tích hợp vào controller hoặc bo mạch OEM. Đối với các hệ thống công nghiệp cần truyền xa, chống nhiễu cao hoặc kết nối nhiều thiết bị, RS485 Modbus RTU và 4-20mA thường là lựa chọn phù hợp hơn.