Điều khiển thiết bị bằng tin nhắn sms

Điều khiển thiết bị bằng tin nhắn sms sử dụng modul sim 800 hoặc 900...............................................................................................................................................................................................................................................................................................

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1

ĐỀ TÀI: Điều Khiển Thiết Bị Bằng Tin Nhắn SMS

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Đại Mã SV:

10420046

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Dương Mã SV: 11220434

Đ-ĐTK18.3 Mã lớp: 112202.3 Cán bộ hướng dẫn: ĐỖ Tuấn Anh Khoa Điện – Điện tử

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình làm Đồ án 1 với đề tài “Điều Khiển Thiết Bị Bằng TinNhắn SMS” đã có sự giám sát trạng thái thiết bị và giao tiếp với người sử dụngthông qua tin nhắn, em đã nhận được rất nhiều ý kiến đóng góp và hướng dẫngiúp đỡ rất chân tình từ cô, bạn bè và gia đình

Tuy còn nhiều thiếu sót, chậm trễ trong quá trình trao đổi với cô nhưngnhững gì cô hướng dẫn và chỉ bảo đã giúp tụi em thấy thích thú khi được thựchành một cách cụ thể Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô khoaĐiện - Điện Tử, em chúc các thầy cô sức khỏe, hạnh phúc và thành công trongcông việc

Đặc biệt, em xin cảm ơn thầy cô đã tạo mọi điều kiện cung cấp những tàiliệu bổ ích thiết thực nhằm giúp cho chúng em tìm hiểu và áp dụng lý thuyếtdựa trên nguyên lý hoạt động và cách ứng dụng để thực hiện đồ án

Em xin chân thành cảm ơn!

Hưng yên,ngày tháng năm 2023

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

HƯNG YÊN, ngày tháng năm 2023

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 6

1.1 Đặt vấn đề 6

1.2 Mục tiêu của đề tài 6

1.3 Phạm vi của đề tài 6

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 8

2.1 Giới thiệu về mạng GSM 8

2.2 Giới thiệu về SMS 10

2.3 Giới thiệu module GSM GPRS SIM900A 10

2.4 Giới thiệu mạch Arduino nano FT232RL 13

2.5 Module 1 Relay 12v 17

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 19

3.1 Thiết kế 19

3.2 Sơ đồ khối của hệ thống mạch 19

CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 22

4.1 Chương trình điều khiển hệ thống 22

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 24

5.1 Kết luận 24

5.2 Hướng phát triển 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề:

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹthuật, công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật tự động điều khiểnđóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, côngnghiệp, cung cấp thông tin hoặc có thể là một hệ thống điều khiển các thiết bịtrong nhà… Điển hình của một hệ thống điều khiển các thiết bị trong nhà từ xathông qua tin nhắn SMS gồm các thiết bị đơn giản như bóng đèn, quạt máy, lòsưởi đến các thiết bị tình vi, phức tạp như tivi, máy giặt, hệ thống báo động…Đầu não trung tâm ở đây có thể là một máy vinh tính hoàn chỉnh hoặc có thể làmột bộ xử lí đã được lập trình sẵn tất cả các chương trình điều khiển Bìnhthường, các thiết vị trong ngôi nhà này có thể được điều khiển từ xa thông quacác tin nhắn của chủ nhà Chẳng hạn như việc tắt quạt, đèn điện… khi ngườichủ nhà quên chưa tắt trước khi ra khỏi nhà Hay chỉ với một tin nhắn SMS,người chủ nhà có thể bật máy điều hòa để làm mát phòng trước khi về nhà trongmột khoảng thời gian nhất định Bên cạnh đó nó cũng gửi thông báo cho ngườiđiều khiển biết là yêu cầu đã được thực hiện Ngoài ra, hệ thống còn mang tínhbảo mật Nghĩa là chỉ có chủ nhà hay người biết mật khẩu của hệ thống thì mớiđiều khiển được Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao củacuộc sống với sự hợp tác, phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên chúng em

đã chọn đề tài: “ Điều khiển thiết bị bằng tin nhắn SMS” để đáp ứng nhu cầungày càng cao của con người và góp phần vào sự tiến bộ, văn minh, hiện đạicủa nước nhà

1.2 Mục tiêu của đề tài:

Nhằm ứng dụng những kiến thức được truyền đạt, giảng dạy trong thờigian học tại trường Ứng dụng sự phổ biến và tiện lợi của mạng điện thoại đểtạo lập một mô hình có thể điều khiển các thiết bị dân dụng một cách dễ dàng ởkhoảng cách xa của người sử dụng thông qua tin nhắn SMS Tìm hiểu hoạt độngmột số tính năng của Module sim800A và mạch Arduino nano Qua đó thiết kếmột mạch điều khiển thiết bị tượng trưng cho các thiết bị trong nhà, có thể biếtđược trạng thái thiết bị khi bật tắt, cũng như điều khiển được thiết bị từ bất cứnơi nào có phủ sóng các mạng điện thoại (như Viettel, Mobi, Vinaphone…) Và

cú pháp tin nhắn điều khiển dễ dàng của mô hình, cũng như khi ứng dụng rathực tế Nhóm đã chọn theo hướng xây dựng hệ thống sử dụng arduino để quản

lý nơi ở mà con người phải bỏ sức ra để thực hiện một công việc lặp đi lặp lại

hằng ngày Nhằm bỏ qua sự tác động của con người, con người sẽ không phảibận tâm quá nhiều đến việc quản lý ngôi nhà mang lại cuộc sống thoải mái.

1.3 Phạm vi của đề tài:

Nhóm thực hiện đề tài đã đặt ra mục tiêu nghiên cứu cụ thể như sau: Tìmhiểu về nguyên tắc hoạt động của công nghệ số trên module Arduino Biết cácứng dụng trên arduino IDE Tuy đây là một công nghệ không còn quá mớinhưng với khả năng và kiến thức hiện tại cùng với thời gian ngắn nên mạch ứngdụng của nhóm vẫn còn một số hạn chế Với những vấn đề đó thì nhóm em đãnghiên cứu, thiết kế tập trung hoàn thiện một số điểm như:

- Điều khiển được một số thiết bị.

- Gửi tin nhắn tương tác với điện thoại khi bật tắt thiết bị hay khi khởi

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

2.1 Giới thiệu về mạng GSM:

2.1.1 Khái niệm về mạng GSM:

Viết tắt của Global System Mobile Communication, hệ thống truyềnthông đi động toàn cầu GSM là hệ thống điện thoại mạng lưới hoàn toàn sửdụng kỹ thuật số, khác với hệ thống mạng điện thoại analog cổ điển như AMPS(Advanced Mobile Phone Service: Dịch vụ điện thoại di động cao cấp) GSM

là một hệ thống của Châu Âu được thiết kết theo kỹ thuật tín hiệu số Nó khôngtương thích với các hệ thống trước đó Hệ thống GSM nguyên thủy hoạt động ởtần số 900MHz So với các hệ thống mạng lưới khác, các người dùng di độngliên lạc với nhau thông qua một trạm trung tâm tại mỗi vị trí bằng cách sử dụngcác kênh nối lên (uplink) và nối xuống (downlink) riêng rẽ nhau Tần số nối lênbắt đầu tại 935.2MHz và kênh nối xuống bắt đầu từ 890.2MHz Tất cả các kênh

đề có độ rộng tần số là 200kHz

Mỗi băng tần trong số 124 uplink và downlink bao gồm các khung 8 khe(slot) để truyền thoại dữ liệu Vì có 8 khe trên mỗi kênh, tất cả là 124 kênh, nêntrên lý thuyết hệ thống có thể phục vụ 992 người dùng; tuy nhiên, một số kênh

sẽ không dùng được nếu chúng xung đột với kênh hiện thời đang sử dụng trong

ô lưới mạng bên cạnh

Mỗi khoảng thời gian truyền khung trong uplink hay downlinnk có độrộng 1250 bit chia thành 8 khe 148 bit Nói chung, mỗi kênh có thể truyền mộtcuộc đối thoại âm hay truyền dữ liệu với tốc độ 9600 bit/giây

2.1.2 Cấu trúc và thành phần mạng GSM:

a) Cấu trúc:

- Hệ thống GSM được chia thành nhiều hệ thống con như sau:

+ Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem).+ Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)

+ Phân hệ bảo dưỡng và khai thác OSS (Operation Subsystem ).+ Trạm di động MS (Mobile station )

Hình 2.1: Cấu trúc của công nghệ GSM

b) Thành phần mạng GSM:

Một mạng GSM để cung cấp đầy đủ các dịch vụ cho khách hang cho nên

nó khá phức tạp vì vậy sau đây sẽ chia ra thành các phần như sau chia theo phânhệ:

- Phân hệ chuyển mạch NSS: Network switching SubSystem.

- Phân hệ vô tuyến RSS = BSS + MS : Radui SubSystem.

- Phân hệ vận hành và bảo dưỡng OMS : Operation and Maintenance

SubSystem

c) Đặc điểm mạng GSM:

Cho phép gởi và nhận những mẫu tin nhắn văn bản bằng kí tự dài đến

126 kí tự Cho phép chuyển giao và nhận dữ liệu, FAX giữa các mạng GSM vớitốc đõ hiện hành lên đến 9.600 bps

Tính phủ sóng cao Mạng GSM sử dụng 2 kiểu mã hóa âm thanh để néntín hiệu âm thanh 3,1Khz đó là mã hóa 6 và 13Kbps gọi là Full rate (13Kbps) vàhaft rate (6Kbps)

2.2 Giới thiệu về SMS:

SMS (Short Message Services) là một giao thức viễn thông cho phép gửi

các thông điệp dạng text ngắn (không quá 160 chữ cái) SMS là công nghệ mà

nó cho phép gửi và nhận những thông điệp giữa những chiếc điện thoại di động.SMS lần đầu tiên xuất hiện năm 1992, nó được sử dụng trên hệ thống mạngGSM đây là chuẩn duy nhất vào thời điểm khởi đầu

2.2.1 Ưu điểm và khuyết điểm:

a) Ưu điểm:

SMS có thể gửi và đọc bất cứ lúc nào SMS có thể gửi khi máy nhận tắt.SMS được hỗ trợ 100% đối với thiết bị di động GSM, tin nhắn SMS là mộtcông nghệ rất mạnh Tất cả các thiết bị di động GSM đều hổ trợ chúng

b) Khuyết điểm:

Một tin nhắn SMS chỉ có thể mang theo một khối lượng dữ liệu rất hạnhchế Để khắc phục vấn đề trên một cách giải quyết được đưa ra là nối các SMSlại với nhau (và nó được hiểu là một SMS dài) Một tin nhắn văn bản được nốilại có thể chứa hơn 160 ký tự Tiếng Anh

2.3 Giới thiệu module GSM GPRS SIM900A:

Mạch GSM GPRS Sim900A tích hợp nguồn xung và ic đệm được thiết

kế cho các ứng dụng cần độ bền và độ ổn định cao

Mạch GSM GPRS Sim900A tích hợp nguồn xung và ic đệm được thiết

kế nhỏ gọn nhưng vẫn giữ được các yếu tố cần thiết của thiết kế ModuleSim như: Mạch chuyển mức tín hiệu logic sử dụng Mosfet, IC giao tiếp RS232MAX232, mạch nguồn xung dòng cao, khe sim chuẩn và các đèn led báo hiệu,

mạch còn đi kèm với Anten GSM Module Sim800A cung cấp giải pháp band GSM/GPRS 900/1800MHz, có thể truyền nhận SMS, Dat.

Dual-Được thiết kế cho thị trường toàn cầu, SIM900 là mô-đun GSM / GPRSbốn băng tần hoạt động trên các tần số GSM 850 MHz, EGSM 900 MHz, DCS

1800 MHz và PCS 1900 MHz SIM800 có tính năng đa khe GPRS 12 lớp / 10(tùy chọn) và hỗ trợ các sơ đồ mã hóa GPRS CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4

Với cấu hình nhỏ 24 * 24 * 3 mm, SIM800 có thể đáp ứng gần như tất

cả các yêu cầu về không gian trong người dùng các ứng dụng, như M2M, điệnthoại thông minh, PDA và các thiết bị di động khác

SIM900 có 68 miếng đệm SMT và cung cấp tất cả các giao diện phầncứng giữa mô-đun và bảng khách hàng

SIM900 được thiết kế với kỹ thuật tiết kiệm năng lượng để mức tiêu thụhiện tại thấp tới 1,2mA ở chế độ ngủ

SIM900 tích hợp giao thức TCP / IP và các lệnh TCP / IP AT mở rộngrất hữu ích cho việc truyền dữ liệu các ứng dụng

2.3.1 Tính năng của module Sim900A:

- Sử dụng module GSM GPRS Sim900A

+ Nguồn cấp đầu vào: 5 - 18VDC, lớn hơn 1A

+ Mức tín hiệu giao tiếp: TTL (3.3-5VDC) hoặc RS232

+ Tích hợp IC chuyển mức tín hiệu RS232 MAX232

+ Tích hợp nguồn xung với dòng cao cung cấp cho Sim800A.+ Thiết kế mạch nhỏ gọn, bền bỉ, chống nhiễu

+ Các kênh âm thanh bao gồm đầu vào micrô và đầu ra máy thu

+ Lập trình mục đích đầu vào và đầu ra chung

+ Giao diện một thẻ SIM

+ Hỗ trợ chức năng Bluetooth

+ Hỗ trợ một PWM, PCM

2.3.2 Sơ đồ chân và chức năng của từng chân của module Sim900A:

Hình 2.2: Sơ đồ chân của module SIM900A.

- Header P1: Từ trên xuống dưới

 VCC: Nguồn dương từ 5-18VDC, lớn hơn 1A

 GND: Mass, 0VDC

 EN: Mặc định nối lên cao, chức năng dùng để khởi động (Enable) hoặcdừng hoạt động (Disable) Module Sim800, nếu nếu muốn moduleSim800 dừng hoạt động bạn có thể nối chân này xuống âm GND(0VDC)

 232R: Chân nhận tín hiệu RS232

 232T: Chân truyền tín hiệu RS232

 GND: Mass, 0VDC

 RXD: Kết nối với RX của MCU

 TXD: Kết nối với TX của MCU (Chân nhận tín hiệu TTL 3.3V)

- Header P2: Từ phải sang trái

 BRXD: Thường không sử dụng, chân nhận tín hiệu, dùng để giao tiếp nạpFirmware cho Sim900, mức tín hiệu 3.3VDC

 BTXD: Thường không sử dụng, chân truyền tín hiệu, dùng để giao tiếpnạp Firmware cho Sim900, mức tín hiệu 3.3VDC

 GND: Mass, 0VDC

 EPN: Ngõ ra loa Speaker âm

 EPP: Ngõ ra loa Speaker dương

 MICP: Ngõ vào Micro dương

P1

P2

 MICN: Ngõ vào Micro âm.

2.3.3 Các chế độ hoạt động của module Sim900A:

 GSM/GPRS SLEEP Module sẽ tự động chuyển sang chế độ SLEEP nếuDTR được thiết lập mức cao và ở đó không có ngắt phần cứng như ngắt GPIOhoặc dữ liệu trên port nối tiếp Trong trường hợp này, dòng tiêu thụ của module

sẽ giảm xuống mức thấp nhất Trong suốt chế độ SLEEP, module vẫn có thểnhận gói tin nhắn hoặc SMS tự hệ thống

 GSM IDLE: Phần mềm tích cực Module kết nối mạng GSM và modulesẵn sàng gửi và nhận

 GSM TALK: Kết nối vẫn tiếp tục diễn ra giữa 2 thuê bao, nhưng không

có dữ liệu được gửi hoặc nhận Trong trường hợp này, năng lượng tiêu thụ phụthuộc vào thiết lập mạng và cấu hình GPRS

 GPRS STANDBY: Module sẵn sàng truyền dữ liệu GPRS, nhưng không

có dữ liệu nào được gửi và nhận Trong trường hợp này, năng lượng tiêu thụphụ thuộc vào thiết lập mạng và cấu hình GPRS

 GPRS DATA: Xảy ra việc truyền dữ liệu GPRS Trong trường hợp này,năng lượng tiêu thụ liên quan tới việc thiết lập mạng (mức điều khiển nguồn),tốc độ uplink/downlink và cấu hình GPRS (sử dụng thiết lập multi-slot)

2.4 Giới thiệu mạch Arduino nano FT232RL:

Hình 2.3: Mạch Arduino nano FT232RL.

Mạch Arduino Nano FT232RL có kích thước nhỏ gọn, thiết kế và chuẩnchân giao tiếp tương đương với Arduino Nano chính hãng, mạch sử dụng ICnạp và giao tiếp UART FT232RL có chất lượng và độ ổn định cao như phiênbản gốc trên trang Arduino.cc, mạch có đi kèm cáp nạp Mini USB

Arduino Nano là phiên bản nhỏ gọn của Arduino Uno R3 sử dụng MCUATmega328P-AU dán, vì cùng MCU nên mọi tính năng hay chương trình chạytrên Arduino Uno đều có thể sử dụng trên Arduino Nano, một ưu điểm củaArduino Nano là vì sử dụng phiên bản IC dán nên sẽ có thêm 2 chân AnalogA6, A7 so với Arduino Uno

- Thông số kỹ thuật:

 Thiết kế theo đúng chuẩn chân, kích thước của Arduino Nano chính hãng

 IC chính: ATmega328P-AU

 IC nạp và giao tiếp UART: FT232RL chính hãng FTDI

 Điện áp cấp: 5VDC cổng USB hoặc 6-9VDC chân Raw

 Mức điện áp giao tiếp GPIO: TTL 5VDC

 Dòng GPIO: 40mA

 Số chân Digital: 14 chân, trong đó có 6 chân PWM

 Số chân Analog: 8 chân (hơn Arduino Uno 2 chân)

 Flash Memory: 32KB (2KB Bootloader)

Hình 2.4: Sơ đồ chân mạch arduino nano FT232RL.

Arduino Nano

Pin

Pin

Serial TX Pin

Serial RX Pin

Arduino Nano

Pin

Pin

Arduino Nano có sẵn trong TQFP với 32 chân Thêm 2 chân củaArduino Nano phục vụ cho các chức năng ADC, trong khi Arduino UNO có 6cổng ADC nhưng Nano có 8 cổng ADC Bảng mạch Nano không có giắc cắm

nguồn DC như các bo mạch Arduino khác, nhưng thay vào đó có cổng USB Cổng này được sử dụng cho cả lập trình và giám sát nối tiếp Tính nănghấp dẫn trong Nano là nó sẽ chọn nguồn năng lượng mạnh nhất với sự khác biệttiềm năng của nó và nguồn nhảy chọn nguồn không hợp lệ.

mini-Như đã đề cập trước đó, Arduino Nano có 14 chân I / O kỹ thuật số cóthể được sử dụng làm đầu vào hoặc đầu ra kỹ thuật số Các chân hoạt động vớiđiện áp 5V là tối đa, tức là, mức cao kỹ thuật số là 5V và mức thấp kỹ thuật số

là 0V Mỗi pin có thể cung cấp hoặc nhận dòng điện 40mA và có điện trở kéolên khoảng 20-50k ohms Mỗi trong số 14 chân kỹ thuật số trên sơ đồ chânNano có thể được sử dụng làm đầu vào hoặc đầu ra, sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite () và digitalRead () Khác với các chức năng đầu vào và đầu ra

kỹ thuật số, các chân kỹ thuật số cũng có một số chức năng bổ sung

Lập trình cho Arduino

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung

Và Wiring lại là một biến thể của C/C++ Một số người gọi nó là Wiring, một

số khác thì gọi là C hay C/C++ Riêng mình thì gọi nó là “ngôn ngữ Arduino”,

và đội ngũ phát triển Arduino cũng gọi như vậy Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn

từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễ học, dễ hiểu Nếu học tốt chương trình Tin học 11 thì việc lập trình Arduino sẽ rất dễ thở đối với bạn

Để lập trình cho Mạch Arduino, nhà phát triển cung cấp một môi trường lập trình Arduino được gọi là Arduino IDE (Intergrated Development

Environment) như hình dưới đây

2.5 Module 1 Relay 12v:

Hình 2.5: Module 1 Relay 12v:

Module 1 Relay với opto cách ly nhỏ gọn, có opto và transistor cách lygiúp cho việc sử dụng trở nên an toàn với board mạch chính, mạch được sửdụng để đóng ngắt nguồn điện công suất cao AC hoặc DC, có thể chọn đóng khikích mức cao hoặc mức thấp bằng Jumper