Đồ án tốt nghiệp công nghệ kỹ thuật điện tử và truyền thông thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại

- Phân biệt được các loại cảm biến, nắm được các thông số của cảm biến như: phạm vi, khoảng cách hoạt động, điện áp cung cấp, … Từ đó đưa ra lựa chọn phù hợp để đưa vào sử dụng trong mô

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS Nguyễn Vũ Anh Quang đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện, góp ý và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu cho em thực hiện tốt đề tài

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Kỹ thuật máy tính và Điện tử, trường Đại học CNTT&TT Việt - Hàn đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt những kiến thức nền tảng chuyên môn làm cơ sở và cũng như tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài

Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn sinh viên khoa Kỹ thuật máy tính và Điện tử đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Đà nẵng, tháng 12 năm 2020

Sinh viên thực hiện

Bùi Văn Cường

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Dự đoán kết quả 2

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

7 Nội dung bố cục 2

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẢNH BÁO 3

1.1.1 Giới thiệu về hệ thống cảnh báo 3

1.1.2 Vùng bảo vệ 4

1.2 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN 4

1.2.1 Khái niệm cảm biến 4

1.2.2 Phân loại cảm biến 7

1.2.3 Giới hạn sử dụng của cảm biến 9

1.3 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TOÀN CẦU GSM 10

1.3.1 Giới thiệu về công nghệ GSM 10

1.3.2 Các dịch vụ được tiêu chuẩn ở GSM 10

1.3.3 Cấu trúc địa lý của mạng GSM 11

1.3.4 Cấu trúc mạng GSM 12

1.3.5 Các thành phần chức năng trong hệ thống 13

1.4 GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO VÀ CÁC LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MẠCH 20

1.4.2 Các linh kiện được sử dụng trong mạch 28

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 40

2.1 PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM QUA ĐIỆN THOẠI 40

2.2 PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM QUA ĐIỆN THOẠI 40

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 41

3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG 41

3.2 NHIỆM VỤ TỪNG KHỐI 41

3.2.1 Khối nguồn 41

3.2.2 Khối xử lý trung tâm 42

3.2.3 Khối cảm biến 43

3.2.4 Khối báo động từ xa 43

3.2.5 Khối báo động tại chỗ 44

3.2.6 Khối hiển thị 44

3.2.7 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 45

CHƯƠNG IV: THI CÔNG HỆ THỐNG 47

4.1 THI CÔNG BOARD MẠCH 47

4.2 DANH SÁCH LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MẠCH 48

4.3 LẮP RÁP VÀ KIỂM TRA 48

4.4 THI CÔNG MÔ HÌNH 50

CHƯƠNG V: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 51

5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 51

5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 51

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

PHỤ LỤC 54

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

STT Kí hiệu chữ

viết tắt Chữ viết đầy đủ tiếng anh Dịch nghĩa tiếng Việt

1 AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực

2 BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc

4 BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

6 CCCH Common Control Chanel Kênh điều khiển chung

7 CDMA Code Division Multiple

9 CGI Cell Global Identity Nhận dạng ô toàn cầu

10 ETSI European Telecomunications

Standards Institue

Viện tiêu chuẩn Viễn Thông Châu Âu

11 EIR Equipment Identification

Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị

12 FDMA Frequency Division Multiple

Access

Đa truy cập phân chia theo tần

số

14 GSM Global System for Mobile

Communication Trung tâm di động toàn cầu

15 HLR Home Location Bộ đăng ký định vị thường trú

16 ISDN Intergrated Service Digital

18 MSC Mobile Switching Service

21 OMC Operation and Maintencince Trung tâm khai thác và bảo

Cente dƣỡng

22 OSS Operation and Support

23 PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động công cộng mặt

đất

24 PSPDN Packet Switch Public Data

Network

Mạng chuyển mạch công cộng theo gói

25 PSTN Public Swithched Telephone

Network

Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

26 RACH Random Access Chanel Kênh truy cập ngẫu nhiên

28 SIM Subscriber Identity Modul Module nhận dạng thuê bao

29 SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn

30 SS Switching Subsystem Phân hệ chuyển mạch

32 TDMA Time Division Multiple

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Chuyển đổi đáp ứng kích thích 7

Bảng 1.2 Phân loại theo dạng kích thích 7

Bảng 1.3 Một số thông số kỹ thuật của board Arduino UNO R3 22

Bảng 1.4 Tập lệnh AT điều khiển cuộc gọi 29

Bảng 1.5 Tập lệnh AT điều khiển tin nhắn 30

Bảng 4.1 Danh sách linh kiện đƣợc sử dụng trong mạch 48

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quan của một hệ thống cảnh báo 3

Hình 1.2 Vùng bảo vệ của cảm biến thân nhiệt 4

Hình 1.3 Một số loại cảm biến thường dùng hiện nay 6

Hình 1.4 Phân vùng cấu trúc địa lý mạng GSM 11

Hình 1.5 Mô hình hệ thống GSM 12

Hình 1.6 Cấu trúc của trạm gốc BSS 14

Hình 1.7 Vị trí và chức năng của TRAU 15

Hình 1.8 Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC 17

Hình 1.9 Một số loại Arduino thông dụng hiện nay 21

Hình 1.10 Board Arduino UNO thực tế 21

Hình 1.11 Phần cứng của board Arduino UNO 22

Hình 1.12 Tham khảo thêm chức năng các chân của Arduino UNO R3 25

Hình 1.13 Phần mềm lập trình Arduino IDE 26

Hình 1.14 Giao diện phần mềm Arduino IDE 26

Hình 1.15 Vùng lệnh của phần mềm 27

Hình 1.16 Cấu trúc cơ bản của 1 frame dữ liệu 28

Hình 1.17 Sơ đồ chân module SIM800L 28

Hình 1.18 Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK 30

Hình 1.19 Sơ đồ nguyên lý cảm biến hồng ngoại E18-D80NK 31

Hình 1.20 Module relay 1 kênh 5V 32

Hình 1.21 Màn hình LCD 16x2 33

Hình 1.22 Cấu trúc trong mỗi giao dịch (transcaction) 34

Hình 1.23 Điều kiện bắt đầu 34

Hình 1.24 Điều kiện kết thúc 35

Hình 1.25 Thiết bị Mater gửi điều kiện bắt đầu đến tất cả Slave 36

Hình 1.26 Các Slave so sánh địa chỉ Master gửi đến 36

Hình 1.27 Thiết bị Master gửi hoặc nhận khung dữ liệu 37

Hình 1.28 Thiết bị Slave nhận thành công khung dữ liệu 37

Hình 1.29 Thiết bị Master gửi điều kiện dừng, kết thúc truyền dữ liệu 38

Hình 1.30 Còi báo buzzer 38

Hình 1.31 Bóng đèn led buld 39

Hình 2.1 Sơ đồ làm việc của hệ thống báo trộm 40

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 41

Hình 3.2 Nguồn sạc adapter 5VDC 42

Hình 3.3 Khối xử lý trung tâm 42

Hình 3.4 Khối cảm biến 43

Hình 3.5 Khối báo động từ xa 43

Hình 3.6 Khối báo động tại chỗ 44

Hình 3.7 Khối hiển thị 44

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống 45

Hình 4.1 Mạch in của hệ thống 47

Hình 4.2 Mạch PCB 3D lớp dưới 47

Hình 4.3 Mạch PCB 3D lớp trên 47

Hình 4.4 Board mạch lớp dưới 49

Hình 4.5 Board mạch lớp trên 49

Hình 4.6 Mô hình hệ thống khi chưa hoạt động 50

Hình 4.7 Mô hình hệ thống gọi điện cảnh báo khi có đột nhập 50

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Như chúng ta đã biết, trong thời gian gần đây tình trạng trộm cắp đã trở nên phổ biến và ngày một tinh vi hơn tại Việt Nam Các vụ việc trộm cắp không những gây thiệt hại lớn về tài sản của các gia đình, cơ quan, mà còn tạo sự lo lắng cho nhiều người, ảnh hưởng đến trật tự an toàn xã hội Sau hàng loạt vụ việc và sự khuyến cáo của cơ quan chức năng, nhiều gia đình đã có biện pháp tăng cường lắp đặt các thiết bị báo trộm cho gia đình Tuy nhiên những biện pháp đó đôi khi không phát huy được nhiều tác dụng

Từ những yêu cầu thực tế đó, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống, cộng với sự phát triễn mạnh mẽ của mạng di động em đã chọn đề tài “Thiết kế và thi công

hệ thống chống trộm qua điện thoại” nhằm đáp ứng nhu cầu giám sát điều khiển từ xa bằng điện thoại di động, góp phần vào giữ vững trật tự an ninh của gia đình và xã hội

2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

người quản lý để kịp thời xử lý khi có sự cố đột nhập xảy ra

 Nhiệm vụ nghiên cứu

Đề tài tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:

- Nghiên cứu hệ thống báo trộm trên thị trường

- Nghiên cứu các thành phần của hệ thống báo trộm

- Tìm hiểu về các loại cảm biến, module

- Phân biệt được các loại cảm biến, nắm được các thông số của cảm biến như: phạm vi, khoảng cách hoạt động, điện áp cung cấp, … Từ đó đưa ra lựa chọn phù hợp

để đưa vào sử dụng trong mô hình

- Tìm hiểu về mạng thông tin di động

- Thiết kế mạch báo trộm qua điện thoại

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng

- Nghiên cứu về hệ thống báo trộm

- Nghiên cứu về thiết bị cảm biến hồng ngoại và module sim

- Nghiên cứu về các linh kiện có trong mạch

 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết về các thành phần có trong hệ thống báo trộm

- Nghiên cứu lý thuyết về các loại cảm biến

- Nghiên cứu lý thuyết về mạng thông tin di đông GSM

4 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp luận làm rõ nội dung đề tài:

- Thu thập, phân tích các tài liệu có liên quan đến đề tài

- Nghiên cứu các thành phần có trong hệ thống báo trộm

- Tìm hiểu về mạng thông tin di động GSM

- Tìm hiểu và phân tích hệ thống báo trộm qua điện thoại

5 Dự đoán kết quả

Hệ thống sẽ báo động khi phát hiện có đột nhập và lập tức gọi điện, nhắn tin đến

số điện thoại được cài đặt sẵn để báo động cho người chủ biết để có phương pháp xử

lý, đồng thời sẽ báo động tại chỗ bằng âm thanh (còi buzzer) và ánh sáng (bóng đèn led)

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài giúp em nắm rõ được kiến thức về hệ thống báo trộm kết hợp với mạng thông tin di động GSM Đề tài mang tính thực tế cao và được áp dụng nhiều vào cuộc sống Không chỉ các cơ quan, doanh nghiệp mà ngay cả các hộ gia đình cũng sử dụng phổ biến

7 Nội dung bố cục

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

CHƯƠNG IV: THI CÔNG HỆ THỐNG

CHƯƠNG V: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẢNH BÁO

1.1.1 Giới thiệu về hệ thống cảnh báo

Trước đây, khi nói đến công tác bảo vệ an ninh cũng như chống trộm đột nhập chúng ta thường nghĩ đến là: thuê người làm bảo vệ hoặc là nuôi chó để bảo vệ nhà … Ngày nay với sự phát triễn của công nghệ cũng như điện tử số, con người đã cho ra đời những phát minh mới về lĩnh vực báo động có đột nhập, chúng đa dạng và được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống

Về nguyên tắc một bộ cảnh báo gồm 3 phần chính: các sensor, bộ xử lý trung tâm

và các thiết bị cảnh báo

Các sensor chính là các cảm biến thu thập tín hiệu sau đó đưa về bộ xử lý trung tâm Có rất nhiều loại sensor như: cảm biến khói, cảm biến từ, cảm biến nhiệt, cảm biến hồng ngoại, cảm biến quang, cảm biến âm thanh, …

Bộ xử lý trung tâm là bộ phận nhận các thông tin từ sensor gửi về sau đó xử lý, tùy theo người lập trình mà nó đưa ra các xử lý khác nhau khi nhận tín hiệu Hầu hết các xử lý của bộ xử lý trung tâm được đưa ra các thiết bị cảnh báo để thông báo tình huống cho người sử dụng

Thiết bị cảnh báo thường là: loa, còi, điện thoại, đèn báo, …

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quan của một hệ thống cảnh báo

1.1.2 Vùng bảo vệ

Khái niệm “vùng bảo vệ” của hệ thống cảnh báo được hiểu một cách đơn giản là thể tích mà trong giới hạn đó các bộ phận cảnh báo tạo ra một sự bảo vệ phát hiện đột nhập bằng việc phát ra các chùm tia hồng ngoại, sóng siêu âm, … tạo nên một không gian bảo vệ

Kích thước và hình dáng của vùng bảo vệ thay đổi theo sự bố trí, sắp xếp và phụ thuộc vào đặc tính, độ rộng quét của cảm biến

 Vùng bảo vệ của cảm biến hồng ngoại thân nhiệt

Hình 1.2 Vùng bảo vệ của cảm biến thân nhiệt

Tùy vào mỗi loại cảm biến thì có các thông số như góc quét, khoảng cách quét tối đa, nhiệt độ phát hiện và kích thước khác nhau

 Một số lưu ý để có được vùng quan sát bảo vệ tốt nhất:

 Tránh các vị trí điều hòa, lò sưởi, các nơi thay đổi nhiệt độ

 Nên lắp ở các phòng có ít vật cản để có được phạm vi quét tốt nhất

 Cần phải điều chỉnh vị trí, góc, độ cao phù hợp để có vùng quét rộng nhất

 Tránh để thiết bị đối diện thẳng và song song với hướng chuyển động, vì như thế cảm biến sẽ kém nhạy với các chuyển động song song với tia quét

1.2 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN

1.2.1 Khái niệm cảm biến

Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng vật lý có tính chất điện như: điện trở, điện tích, điện áp

Thông tin được xử lý để rút ra tham số định tính hoặc định lượng của môi trường, phục vụ các nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh và gọi ngắn gọn là đo đạt, phục vụ trong truyền và xử lý thông tin, hay trong điều khiển các quá trình khác Cảm biến thường được đặt trong các vỏ bảo vệ tạo thành đầu thu dò, có thể kèm các mạch điện hỗ trợ, tuy nhiên trong nhiều văn liệu thì thuật ngữ cảm biến ít dùng cho vật có kích thước lớn

Các đại lượng đo (M) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất, trọng lương, …) tác động lên cảm biến cho ta đại lượng đặc trưng (S) mang tính chất điện (như điện áp, điện tích, dòng điện hay trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng đó

Phương trình chuyển đổi của cảm biến:

S = F(M)

Trong đó (S): đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến

(M): đại lượng đầu vào hay kích thích (F): phụ thuộc vào cấu tạo, vật liệu làm cảm biến Cảm biến tích cực là không có sử dụng điện năng bổ xung để chuyển sang tín hiệu điện, loại cảm biến này hoạt động như một máy phát, đáp ứng điện tích, điện áp hay dòng Cảm biến tích cực được chế tạo dựa trên ứng dụng của các hiện tượng vật lý biến đổi một dạng năng lượng nào đó (nhiệt, quang, cơ, bức xạ, …) thành đại lượng điện

Cảm biến thụ động là sử dụng điện năng bổ xung để chuyển sang tín hiệu điện, loại cảm biến này hoạt động như một trở kháng trong đó đáp ứng là điện trở, độ tự cảm hoặc điện dung Cảm biến thụ động thường được chế tạo từ một trở kháng có các thông số chủ yếu nhạy với đại lượng cần đo Giá trị của trở kháng phụ thuộc vào kích thước, tính chất điện của vật liệu chế tạo (như điện trở suất p, độ tự thẩm μ, hằng số điện môi ε) vì vậy các đại lượng đo có thể ảnh hưởng riêng biệt đến kích thước, tính chất điện hoặc đồng thời cả hai

 Một số loại cảm biến thường dùng hiện nay

Hình 1.3 Một số loại cảm biến thường dùng hiện nay

 Một cảm biến được sử dụng khi đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật xác định:

 Độ nhạy: gia số nhỏ nhất có thể phát hiện

 Mức tuyến tính: khoảng giá trị được biến đổi có hệ số biến đổi cố định

 Dải biến đổi: khoảng giá trị biến đổi sử dụng được

 Ảnh hưởng ngược: khả năng gây thay đổi môi trường

 Mức nhiễu ồn: tiếng ồn riêng và ảnh hưởng của tác nhân lên kết quả

 Sai số xác định: phụ thuộc độ nhạy và mức nhiễu

 Độ trôi; sự thay đổi tham số theo thời gian phục vụ hoặc thời gian tồn tại

 Độ trễ: mức độ đáp ứng với thay đổi của quá trình

 Độ tin cậy: khả năng làm việc ổn định, chịu những biến động lớn của môi trường

 Điều kiện môi trường: dải nhiệt độ, độ ẩm áp suất, … làm việc được

 Có sự tương đối trong tiêu chí tùy thuộc lĩnh vực áp dụng Các cảm biến ở các thiết bị số (digital), tức cảm biến logic, thì độ tuyến tính không có nhiều ý nghĩa

1.2.2 Phân loại cảm biến

a) Phân loại theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng kích thích

- Biến đổi hóa học

- Biến đổi điện hóa

- Phân tích phổ; …

Sinh học - Biến đổi sinh hóa

- Hiệu ứng trên cơ thể sống

b) Phân loại theo kích thích

Bảng 1.2 Phân loại theo dạng kích thích

c) Phân loại theo phạm vi xử dụng

 Khả năng quá tải

d) Phân loại theo thông số mô hình mạch thay thế

 Cảm biến tích cực đầu ra là nguồn áp, nguồn dòng (NPN, PNP, …)

 Cảm biến thụ động được đặc trưng bởi các thông số R, L, C, M … tuyến tính hoặc phi tuyến

 Đường cong chuẩn của cảm biến là đường cong được biểu diễn phụ thuộc vào đại lượng điện (S) ở đầu ra của cảm biến vào giá trị của đại lượng đo (M) ở đầu vào

1.2.3 Giới hạn sử dụng của cảm biến

Trong quá trình sử dụng, các cảm biến luôn chịu tác động của ứng lực cơ học, tác động nhiệt Khi các tác động này vượt quá ngưỡng cho phép, chúng sẽ làm thay đổi đặt trưng làm việc của cảm biến Bởi vậy khi sử dụng cảm biến, người sử dụng cần phải biết rõ các giới hạn này

 Vùng làm việc danh định

Vùng làm việc danh định tương ứng với những điều kiện sử dụng bình thường của cảm biến Giới hạn của vùng là các giá trị ngưỡng mà các đại lượng đo, các đại lượng vật lý có liên quan đến đại lượng đo hoặc các đại lượng ảnh hưởng có thể thường xuyên đạt tới mà không làm thay đổi các đặc trưng làm việc danh định của cảm biến

 Vùng không gây nên hư hỏng

Vùng không gây nên hư hỏng là vùng mà khi các đại lượng đo hoặc các đại lượng vật lý có liên quan và các đại lượng ảnh hưởng vượt qua ngưỡng của vùng làm việc danh định nhưng cẫn còn nằm trong phạm vi không gây nên hư hỏng, các đặc trưng của cảm biến có thể bị thay đổi nhưng những thay đổi này mang tính thuận nghịch, tức là khi trở về vùng làm việc danh định các đặc trưng của cảm biến lấy lại giá trị ban đầu của chúng

 Vùng không phá hủy

Vùng không phá hủy là vùng mà khi các đại lường đo hoặc các đại lượng vật lý

có liên quan và các đại lượng ảnh hưởng vượt qua ngưỡng của vùng không gây nên hư hỏng nhưng vẫn còn nằm trong phạm vi không bị phá hủy, các đặc trưng của cảm biến

bị thay đổi và những thay đổi này mang tính không thuận nghịch, tức là khi trở về vùng làm việc danh định các đặc trưng của cảm biến không thể lấy lại giá trị ban đầu của chúng Trong trường hợp này cảm biến vẫn còn sử dụng được, nhưng phải tiến hành chuẩn lại cảm biến

1.3 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TOÀN CẦU GSM

1.3.1 Giới thiệu về công nghệ GSM

GSM (Global System for Mobile communication) là hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM là một công nghệ không dây thuộc thế hệ 2G (Second generation) có cấu trúc mạng tế bào, cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệu chất lượng cao với các băng tần khác nhau: 400MHz, 900MHz, 1800MHz và 1900MHz, được tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) quy định GSM là một công nghệ cấu trúc mở nên hoàn toàn không phụ thuộc vào phần cứng, người ta có thể mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau Do đó hầu như công nghệ GSM có mặt khắp mọi nơi trên thế giới khi các nhà cung cấp dịch vụ thực hiện ký kết roaming với nhau nhờ đó mà thuê bao GSM có thể dễ dàng sử dụng máy điện thoại GSM của mình ở bất cứ nơi đâu

Hệ thống thông tin di động GSM sử dụng kết hợp phương pháp đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access) và phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access), trong đó mỗi MS (Mobile Station) được cấp phát một cặp tần số và một khe thời gian để truy cập vào mạng

1.3.2 Các dịch vụ được tiêu chuẩn ở GSM

 Dịch vụ thoại:

- Chuyển hướng các cuộc gọi vô điều kiện

- Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao di động không bận

- Chuyển hướng cuộc gọi khi không đến được MS

- Chuyển hướng cuộc gọi khi tắc nghẽn vô tuyến

- Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế trừ các nước PLMN (Public Lan Mobile Network) thường trú

- Giữ cuộc gọi

- Dịch vụ bản tin nhắn truyền điểm – điểm (giữa hai thuê bao) Loại này được chia thành 2 loại nhỏ:

 Dịch vụ bản tin nhắn kết nối di động, điểm – điểm Cho phép người sử dụng GSM nhận các bản tin nhắn

 Dịch vụ bản tin nhắn khởi đầu từ Mobile, điểm – điểm Cho phép người sử dụng GSM gửi bản tin đến người sử dụng GSM khác

- Dịch vụ bản tin nhắn phát quảng bá: cho phép bản tin nhắn gửi đến máy di động trên một vùng địa lý nhất định

 Các chỉ tiêu kỹ thuật của mạng GSM:

Hệ thống thông tin di động GSM cho phép chuyển vùng tự do của các thuê bao trong khu vực Châu Âu, có nghĩa là một thuê bao có thể xâm nhập sang mạng của các nước khác khi di chuyển sang biên giới Trạm di động GSM – MS (GSM Mobile Station) phải có khả năng trao đổi thông tin ở bất cứ nơi nào phủ sóng quốc tế

1.3.3 Cấu trúc địa lý của mạng GSM

Mỗi một mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định, để định tuyến các cuộc gọi đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao cần gọi Trong mạng di động thì cấu trúc này rất quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng Trong hệ thống GSM thì cấu trúc có thể được chia thành các phân vùng sau:

Hình 1.4 Phân vùng cấu trúc địa lý mạng GSM

 Vùng phục vụ PLMN (Public Lan Mobile Network):

Vùng phục vụ GSM là toàn bộ vùng phục vụ do sự kết hợp của các quốc gia thành viên nên những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới

Phân cấp theo vùng phục vụ PLMN, có thể là một hay nhiều vùng trong một quốc gia tùy theo kích thước của vùng phục vụ

 Vùng phục vụ MSC (Mobile Switching Service Center)

Vùng phục vụ MSC là một phần của mạng được một MSC quản lý, để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động Mọi thông tin để định tuyến đến thuê bao di động hiện đang trong vùng phục vụ của MSC được lưu giữ trong bộ ghi định vị tạm trú VLR Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR

 Vùng định vị LA (Location Area):

Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị LA Vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR, khi có cuộc gọi đến, hệ thống sẽ phát quảng bá một thông báo tìm thuê bao cần gọi Vùng định vị LA được hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động

 Ô (cell):

Vùng định vị được chia thành một số ô Ô là đơn vị nhỏ nhất của mạng, là một vùng bao phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng chỉ số nhận dạng ô toàn cầu CGI (Cell Global Identity) Mỗi ô được quản lý bởi một trạm vô tuyến gốc BTS

1.3.4 Cấu trúc mạng GSM

Hệ thống GSM có thể chia thành nhiều hệ thống con

Hệ thống con chuyển mạch SS (Switching Subsystem), hệ thống con trạm gốc BSS (Base Station Subsystem), hệ thống khai thác và bảo dưỡng mạng OMC (Operations & Maintenance Center)

Hình 1.5 Mô hình hệ thống GSM

- EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị

- MSC: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (tổng đài vô tuyến)

- BSS: Hệ thống trạm gốc

- BTS: Trạm thu phát gốc

- BSC: Hệ thống điều khiển trạm gốc

- MS: Trạm di động

- OMC: Trung tâm khai thác và bảo dƣỡng

- ISDN: Mạng liên kết đa dịch vụ

- PSPDN: Mạng chuyển mạch công cộng theo gói

- PSTN: Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

1.3.5.1 Hệ thống trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)

Hệ thống BSS đƣợc chia thành hai khối chức năng chính: Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station) và bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller), ngoài ra còn có các khối thích ứng tốc độ chuyển đổi mã TRAU (Transcoder Rate Adaptor Unit)

Phân hệ trạm gốc BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị BTS thông qua giao diện vô tuyến Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài

ở phân hệ chuyển mạch SS BSS thực hiện giao diện với tổng đài và nhờ vậy kết nối những người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng viễn thông khác BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấu nối với các phân hệ điều hành và bảo dưỡng OSS

Hình 1.6 Cấu trúc của trạm gốc BSS

 Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station)

BST thực hiện chức năng vô tuyến trực tiếp đến các thuê bao di động MS thông qua giao diện vô tuyến BTS bao gồm các thiết bị thu, phát, anten và các khối xử lý tín hiệu BTS được coi là một module vô tuyến phức tạp thực hiện các chức năng sau:

- Quản lý lớp vật lý truyền dẫn vô tuyến

- Quản lý giao thức liên kết số liệu giữa MS với BSC

- Vận hành và bảo dưỡng trạm BTS

- Cung cấp các thiết bị truyền dẫn và ghép kênh nối trên giao tiếp

- Mã hóa và giải mã

- Điều chế và giải điều chế

Bộ phận quan trọng nhất trong BTS chính là bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc

độ TRAU (Transcoding and Rate Adapter Unit) TRAU thực hiện chuyển đổi tín hiệu thoại thành luồng tốc độ số 64kbit/s để truyền từ BCS đến MSC TRAU tiếp nhận các khung số liệu 16kbit/s từ giao diện Abis giữa BSC đến MSC, và nó định dạng lại thông tin của mỗi luồng số liệu thành dạng A-TRAU để truyền đi trên giao diện giữa BSC và MSC TRAU thường được đặt cùng vị trí với BSC

Hình 1.7 Vị trí và chức năng của TRAU

 Trung tâm điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller)

BSC là khối chức năng điều khiển, giám sát các BTS và các liên lạc vô tuyến trong hệ thống BSC điều khiển công suất, quản lý giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển của BTS và MS

Vai trò chủ yếu của BSC là quản lý các kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao Một BSC quản lý hàng chục BTS tạo thành một trạm gốc Một tập hợp các trạm gốc gọi là phân hệ trạm gốc Giao diện Abis được quy định bởi BSC và MSC Sau đó, giao diện Abis cũng được quy định giữa BSC và BTS

Các chức năng chính của BSC

 Quản lý mạng vô tuyến

Việc quản mạng vô tuyến chính là quản lý các cell và các kênh logic của chúng Các số liệu quản lý điều được đưa về BSC để đo đạt và xử lý, ví dụ như lưu lượng thông tin ở một cell, môi trường vô tuyến, số lượng cuộc gọi bị mất, các lần chuyển giao thành công, thất bại …

 Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS

Trước khi đưa vào khai thác thì BSC lập cấu hình của BTS (số máy thu/ phát TRX, tần số cho mỗi trạm …) Nhờ đó mà BSC có sẵn một tập các kênh vô tuyến giành cho điều khiển và nối thông cuộc gọi

 Điều khiển thông tin cuộc gọi

BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đầu nối tới máy di động MS Trong quá trình gọi, sự đấu nối được BSC giám sát Cường độ tín hiệu, chất lượng các cuộc đấu nối được ở máy di động và TRX gửi đến BSC Dựa vào đó mà BSC sẽ quyết định công suất phát tốt nhất của MS và TRX để giảm nhiễu và tăng chất lượng cuộc đấu nối BSC còn điều khiển quá trình chuyển giao nhờ các kết quả đo kể trên để quyết định chuyển giao MS sang các Cell khác, nhằm đạt được chất lượng cuộc gọi tốt hơn

Trong trường hợp chuyển giao sang Cell của một BSC khác thì nó phải nhờ sự trợ giúp của MSC Ngoài ra, BSC còn có thể điều khiển chuyển giao giữa các kênh trong một Cell hoặc từ Cell này sang kênh của Cell khác khi Cell này bị ngẽn hoặc nhiễu

 Quản lý truyền dẫn

BSC có chức năng quản lý cấu hình các đường truyền dẫn tới MSC và BTS để đảm bảo chất lượng thông tin Trong trường hợp có sự cố một tuyến nào đó thì nó sẽ

tự động điều khiển tới một tuyến dự phòng

1.3.5.2 Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem)

Phân hệ chuyển mạch SS bao gồm các chức năng chính của mạng GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác

Phân hệ chuyển mạch bao gồm các chức năng sau:

- Trung tâm chuyển mạch di động MSC

- Thanh ghi định vị thường trú HLR

- Thanh ghi định vị tạm trú VLR

- Trung tâm nhận thực AUC

- Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR

 Trung tâm chuyển mạch di động MSC (Mobile Sevice Switch Center)

Ở phân hệ chuyển mạch SS, chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện Tổng đài di động MSC (Module Service Switch Center) thường là một tổng đài di động lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, vì vậy nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối

và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, ngoài ra MSC giao tiếp với phân hệ BSS và giao tiếp với mạng ngoài qua tổng đài cổng GMSC (Gateway Mobile Switching Center) Để kết nối MSC với một số mạng khác, cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của GSM với các mạng này Tổng đài có một giao diện với các mạng bên ngoài và mạng GSM Về mặt kinh tế, không phải bao giờ tổng đài cũng đứng riêng mà thường được kết hợp với MSC

Chức năng chính của tổng đài MSC:

- Xử lý cuộc gọi (Call Processing)

- Điều khiển chuyển giao (Handover Control)

- Quản lý di động (Mobilelity Management)

- Tương tác mạng IWF (Interworking Function) qua GMSC

Hình 1.8 Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC

- (1): Khi thuê bao chủ gọi quay số thuê bao di động bị gọi, số mạng dịch vụ số liên kết của thuê bao di động, sẽ có hai trường hợp sảy ra:

- (1a): Nếu cuộc gọi khởi đầu từ mạng cố định PSTN thì tổng đài sau khi phân tích số thuê bao sẽ biết đây là cuộc gọi cho một thuê bao di động Cuộc gọi sẽ được định tuyến tới tổng đài cổng GMSC gần nhất

- (1b): Nếu cuộc gọi khởi đầu từ trạm di động, MSC phụ trách ô mà trạm di động trực thuộc sẽ nhận được bản tin thiết lập cuộc gọi từ MS thông qua BTS có chứa

số thoại của thuê bao di động bị gọi

- (2): MSC (hay GMSC) sẽ phân tích số MSISDN (The Mobile Station ISDN) của thuê bao bị gọi để tìm ra HLR nơi MS đăng kí

- (3): MSC (hay GMSC) sẽ rời khỏi HLR thông tin để có thể định tuyến đến MSC/VLR quản lý MS

- (4): HLR sẽ trả lời, khi đó MSC (hay GMSC) này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS Vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM, đó là chức năng xử lý cuộc gọi của MSC

Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng GSM với các mạng này Các thích ứng đó được gọi là chức năng tương tác IWF (Internet Working Function) IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở

 Bộ đăng kí định vị thường trú HLR (Home Location Register)

Trong GSM, mỗi hoạt động đều được lưu giữ số liệu cùng những thông tin về tất

cả các thuê bao Dữ liệu được lưu trữ trên một hay nhiều HLR

HLR chứa thông tin về thuê bao như: dịch vụ mà thuê bao lựa chọn và các thông sốnhận thực Bất kể MS ở đâu, HLR đều lưu giữ thông tin về MS, kể cả vị trí hiện thời củaMS Ngoài ra, HLR sẽ nhận dạng thông tin do AUC cung cấp HLR kết nối với các MSCvà VLR thông qua giao thức GSM MAP

 Bộ định vị tạm trú VLR (Visitor Loacation Register)

Là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụ của MSC Mỗi MSC có một VLR, thường thiết kế VLR ngay trong MSC

Khi MS lưu động vào một vùng MSC mới, VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR Đồng thời, HLR sẽ được thông báo MS đang ở vùng MSC nào Các số liệu về thuê bao trong VLR chính xác hơn số liệu tương ứng trong HLR Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR Khi MS tắt máy hay rời khỏi vùng phục

vụ của MSC thì các số liệu liên quan tới nó cũng hết giá trị

Chức năng của VLR được liên kết với chức năng MSC MSC/VLR thực hiện chuyển mạch các cuộc gọi và trạm nên điểm điều khiển để cập nhật vị trí và chuyển giao MSC chủ yếu chịu trách nhiệm cho thiết lập, điều khiển cuộc gọi và tính cước

 Tổng đài GMSC (Gateway MSC)

Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến cho tổng đài

vô tuyến cổng Gateway-MSC

Nếu một thuê bao ở mạng cố định PSTN muốn thực hiện một cuộc gọi đến một thuê bao di động của mạng GSM/PLMN, tổng đài tại PSTN sẽ kết nối cuộc gọi này đến MSC có trang bị một chức năng được gọi là chức năng cổng MSC này gọi là MSC cổng và nó có thể là một MSC bất kỳ ở mạng GSM G-MSC phải tìm ra vị trí của MS cần tìm bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký HLR sẽ trả lời và MSC này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS Như vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM Như vậy, G-MSC có chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi

 Trung tâm nhận thực AUC (Authentication Center)

Được nối đến HLR, chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật Đường vô tuyến cũng được AUC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao Cơ sở dữ liệu của AUC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và được sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch

vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép

 Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register)

Để kiểm tra thiết bị di động, EIR sẽ kết nối với MSC qua một đường báo hiệu, cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị ME thông qua số liệu nhận dạng di động quốc tế IMEI (International Mobile Equiptment Indentity) và chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị ME thuộc một trong ba danh sách sau:

- ME thuộc danh sách trắng (White list): được quyền truy nhập và sử dụng các dịch vụ đã đăng ký

- ME thuộc danh sách xám (Gray list): có nghi vấn và cần kiểm tra

- ME thuộc danh sách đen (Black list): cấm không cho truy nhập mạng

1.3.5.3 Trạm di động MS (Mobile Station)

Trạm di động MS là đầu cuối di động, MS có thể là: máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên ô tô Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến, MS còn phải cung cấp các giao diện với người sử dụng như: micro, loa, màn hình hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi, hoặc giao diện với các thiết bị khác như: giao diện với máy tính các nhân, FAX …

Trạm di động MS bao gồm thiết bị trạm di động ME (Mobile Equipment) và một khối module nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identity Module)

 ME (Mobile Equipment)

- Trên xe: lắp đặt trong xe, anten ngoài xe

- Xách tay: anten không liền tổ hợp cầm tay

- Cầm tay: anten liền với tổ hợp cầm tay, máy cầm tay nằm gọn trong lòng bàn tay

 Module nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Indentity Module)

Là một card điện tử cắm vào ME để nhận dạng thuê bao và các loại dịch vụ mà

thuê bao đăng ký Nhà cung cấp dịch vụ di động bán SIM cho thuê bao đăng ký

 Chức năng chính của MS:

- Thiết bị đầu cuối: thực hiện các dịch vụ người sử dụng (thoại, fax, số liệu)

- Kết cuối trạm di động: thực hiện chức năng liên quan đến truyền dẫn ở giao

diện vô tuyến và mạng

- Bộ thích ứng đầu cuối: liên kết thiết bị đầu cuối với kết cuối di động Khi lắp

đặt các thiết bị đầu cuối tuân theo tiêu chuẩn ISDN, thiết bị đầu cuối có giao diện với module

1.3.5.4 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng OSS (Operation and Support System)

Hệ thống OSS được kết nối với tất cả các thiết bị ở hệ thống chuyển mạch và nối đến BSC OSS thực hiện 3 chức năng chính:

1.4.1 Giới thiệu về Arduino

Arduino là một board mạch vi điều khiển do một nhóm giáo sư và sinh viên Ý thiết kế và đưa ra đầu tiên vào năm 2005 Mạch Arduino được sử dụng để cảm nhận và điều khiển nhiều đối tượng khác nhau Nó có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ từ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ, và nhiều đối tượng khác Ngoài ra mạch còn có khả năng liên kết với nhiều module khác nhau như module đọc thẻ từ, ethernet shield, sim900A, … để tăng khả năng ứng dụng của mạch

Arduino sử dụng ngôn ngữ lập trình C++ được điều khiển biên dịch bởi Arduino IDE và các trình biên dịch đi kèm

 Ứng dụng của Arduino trong đời sống

 Làm robot

 Máy bay không người lái

 Máy in 3D

 Điều khiển đèn tín hiệu giao thông

 Điều khiển các thiết bị cảm biến ánh sáng, âm thanh,

 Một số loại board Arduino thông dụng hiện nay

Hình 1.9 Một số loại Arduino thông dụng hiện nay

1.4.1.1 Board Arduino UNO R3

Hiện phần cứng của Arduino có tất cả 6 phiên bản, các phiên bản thường được sử dụng nhiều nhất là Arduino Uno và Arduino Mega Trong đó Arduino Uno được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới

Hình 1.10 Board Arduino UNO thực tế

Thông số kỹ thuật của Arduino UNO R3

Bảng 1.3 Một số thông số kỹ thuật của board Arduino UNO R3

Chip điều khiển chính Atmega328P

Chip nạp và giao tiếp UART Atmega16U2

Điện áp hoạt động 5V-DC (chỉ đƣợc cấp qua USB)

Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

 Phần cứng của board Arduino UNO R3

Hình 1.11 Phần cứng của board Arduino UNO

1 Cáp USB

Đây là dây cáp thường được bán kèm theo board, dây cáp dùng để cắm vào máy tính để nạp chương trình cho board và dây đồng thời cũng lấy nguồn từ nguồn usb của máy tính để cho board hoạt động Ngoài ra cáp USB còn được dùng để truyền dữ liệu

từ board Arduino lên máy tính Dây cáp có 2 đầu, đầu 1a được dùng để cắm vào cổng USB trên board Arduino, đầu 1b dùng để cắm vào cổng USB trên máy tính

6 ICSP của ATmega 16U2

ICSP là chữ viết tắt của In-Circuit Serial Programming Đây là các chân giao tiếp SPI của chip Atmega 16U2 Các chân này thường ít được sử trong các dự án về Arduino

7 Chân xuất tín hiệu ra

Có tất cả 14 chân xuất tín hiệu ra trong Arduino Uno, những chân có dấu ~ là những chân có thể băm xung (PWM), tức có thể điều khiển tốc độ động cơ hoặc độ sáng của đèn

8 IC ATmega 328

IC Atmega 328 là linh hồn của board mạch Arduino Uno, IC này được sử dụng trong việc thu thập dữ liệu từ cảm biến, xử lý dữ liệu, xuất tín hiệu ra, …

9 Chân ICSP của ATmega 328

Các chân ICSP của ATmega 328 được sử dụng cho các giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface), một số ứng dụng của Arduino có sử dụng chân này, ví dụ như sử dụng module RFID RC522 với Arduino hay Ethernet Shield với Arduino

10 Chân lấy tín hiệu Analog

Các chân này lấy tín hiệu Analog (tín hiệu tương tự) từ cảm biến để IC Atmega

328 xử lý Có tất cả 6 chân lấy tín hiệu Analog, từ A0 đến A5

11 Chân cấp nguồn cho cảm biến

Các chân này dùng để cấp nguồn cho các thiết bị bên ngoài như role, cảm biến,

RC servo,…trên khu vực này có sẵn các chân GND (chân nối đất, chân âm), chân 5V, chân 3.3V như được thể hiện ở hình 1.10 Nhờ những chân này mà người sử dụng không cần thiết bị biến đổi điện khi cấp nguồn cho cảm biến, relay, rc servo,…Ngoài

ra trên khu vực này còn có chân Vin và chân reset, chân IOREF Tuy nhiên các chân này thường ít được sử dụng

12 Các linh kiện khác trên board Arduino Uno

Ngoài các linh kiện đã liệt kê bên trên, Arduino Uno còn 1 số linh kiện đáng chú

ý khác Trên board có tất cả 4 đèn led, bao gồm 1 led nguồn (led ON nhằm cho biết board đã được cấp nguồn), 2 led Tx và Rx, 1 led L Các led Tx và Rx sẽ nhấp nháy khi

có dữ liệu truyền từ board lên máy tính hoặc ngược lại thông qua cổng USB Led L được kết nối với chân số 13 Led này được gọi là led on board (tức led trên board), led này giúp người dùng có thể thực hành các bài đơn giản mà không cần dùng thêm led ngoài

Trong 14 chân ra của board còn có 2 chân 0 và 1 có thể truyền nhận dữ liệu nối tiếp TTL Có một số ứng dụng cần dùng đến tính năng này, ví dụ như ứng dụng điều khiển mạch Arduino Uno qua điện thoại sử dụng bluetooth HC05

Hình 1.12 Tham khảo thêm chức năng các chân của Arduino UNO R3

 Phần mềm lập trình Arduino IDE (Integrated Development Environment)

Arduino IDE là môi trường phát triển tích hợp mã nguồn mở, cho phép người dùng dễ dàng viết code và tải nó lên bo mạch Môi trường phát triển được viết bằng Java dựa trên ngôn ngữ lập trình xử lý và phần mềm mã nguồn mở khác Phần mềm này có thể được sử dụng với bất kỳ bo mạch Arduino nào

Arduino IDE là một môi trường phát triển tích hợp đa nền tảng, làm việc cùng với một bộ điều khiển Arduino để viết, biên dịch và tải code lên bo mạch Phần mềm này cung cấp sự hỗ trợ cho một loạt các bo mạch Arduino như Arduino Uno, Nano, Mega, Pro hay Pro Mini, Ngôn ngữ tổng quát cho Arduino C và C++, do đó phần mềm phù hợp cho những lập trình viên đã quen thuộc với cả 2 ngôn ngữ này Các tính năng như làm nổi bật cú pháp, thụt đầu dòng tự động, làm cho nó trở thành một sự thay thế hiện đại cho các IDE khác Arduino IDE có thư viện code mẫu quá phong phú, viết chương trình trên Arduino IDE khá dễ dàng cộng thêm OpenSource viết riêng cho Arduino thì ngày càng nhiều