THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢNH BÁO QUA HỆ THỐNG SMS

MỤC LỤCCHƯƠNG 1TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢNH BÁO QUA SMS11.1 ĐẶT VẤN ĐỀ11.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU21.3 Ý TƯỞNG THIẾT KẾ21.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU2CHƯƠNG 2CƠ SỞ LÝ THUYẾT32.1 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TOÀN CẦU GSM32.1.1 Giới thiệu về GSM32.1.2 Lịch sử mạng GSM32.1.3 Các thông số kỹ thuật của mạng GSM32.1.4 Băng tần sử dụng trong mạng GSM52.1.5 Phương pháp truy nhập trong mạng GSM52.1.6 Cấu trúc hệ thống thông tin di động GSM62.1.7 Hệ thống chuyển mạch NSS62.1.8 Hệ thống con trạm gốc BSS82.1.9 Trạm di động MS82.2 TỔNG QUAN VỀ TIN NHẮN SMS92.2.1 Giới thiệu về SMS92.2.2 Cấu trúc SMS11CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN123.1 GIỚI THIỆU MODULE SIM900 VÀ TẬP LỆNH AT123.1.1 Giới thiệu module SIM900123.1.2 Sơ đồ khối SIM900153.1.3 Khảo sát tập lệnh AT của Module SIM900213.1.4 Các lệnh khởi tạo GSM Module SIM900233.1.5 Các lệnh xử lý điện thoại243.1.6 Các lệnh xử lý về SMS243.2 TỔNG QUAN VỀ PIC 16F877A263.2.1 Sơ lược PIC 16F877A263.2.2 Sơ đồ chân273.3 TỔNG QUAN VỀ LM35 VÀ LCD313.3.1 Giới thiệu LM35313.3.2 Giới thiệu LCD Y1602C31CHƯƠNG 4THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH HỆ THỐNG354.1 SƠ ĐỒ KHỐI354.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ364.3 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT434.4 CODE CHƯƠNG TRÌNH45CHƯƠNG 5KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI725.1 KẾT LUẬN725.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI73TÀI LIỆU THAM KHẢO74

Điều khiển các thiết bị điện trong nhà giữ vai trò quan trọng trong việc xây dựngngôi nhà thông minh nhằm khai thác an toàn hiệu quả và kinh tế Đây là một vấn đềđược thế giới quan tâm và phát triển Việc điều khiển các thiết bị điện trong nhà từ xabằng tin nhắn điện thoại di động là một ứng dụng mới của điện thoại.

Các hệ thống điều khiển từ xa bằng SMS thông qua mạng GSM ngày càng được

sử dụng phổ biến và các hệ thống này có thể giúp cho các thiết bị giao tiêp với nhau

về mặt dữ liệu.Bình thường, các thiết bị trong ngồi nhà này có thể được điều khiển từ

xa thông qua các tin nhắn của chủ nhà Chẳng hạn như việc tắt quạt, đèn điện … khingười chủ 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 trong mộtkhoảng thời gian nhất định Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng caocủa cuộc sống, cộng với sự hợp tác, phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên chúng

em đã chọn đề tài " Điều khiển thiết bị bằng SMS dùng Module SIM900” để đáp ứngđược nhu cầu ngày càng cao của con người

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Đồ án được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng những kiếnthức đã được học để thiết kế, tạo ra một hệ thống điều khiển tự động từ xa bằng tinnhắn SMS hoàn chỉnh

Hệ thống gồm có :

- Module SIM 900 gửi nhận tin nhắn

- Mạch điều khiển dùng PIC16F877A để xử lý

- Mạch công suất gồm 3 relay 12V để điều khiển thiết bị trong nhà

- LCD hiển thị trạng thái làm việc, và nhiệt độ môi trường

- Cảm biến nhiệt độ LM35

1.3 Ý TƯỞNG THIẾT KẾ

Dùng mạng điện thoại di động của các nhà cung cấp dịch vụ như Viettel,Mobiphone, Vinaphone để gửi tin nhắn SMS điều khiển các thiết bị và có thể nhận dữliệu đáp ứng lại từ các thiết bị cho biết tình trạng hoạt động ON/OFF của các thiết bị

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Dựa trên một số tài liệu hướng dẫn sử dụng tập lệnh AT, sự giúp đỡ của giáoviên hướng dẫn và một số nguồn tài liệu tìm kiếm trên Internet

2.1.2 Lịch sử mạng GSM

Vào đầu thập niên 1980, tại Châu Âu người ta phát triển một mạng điện thoại diđộng chỉ sử dụng trong một vài khu vực Sau đó vào năm 1982 nó được chuẩn hóa bởiCEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) vàtạo ra Groupe Spéccial Mobile (GSM) với mục đích sử dụng chung cho toàn Châu

Âu Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa vào sửdụng đầu tiên bởi Radiolinja ở Phần Lan Vào năm 1989 công việc quản lý tiêu chuẩn

và phát triển mạng GSM được chuyển cho viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu(European Telecommunications Standards Institute - ETSI) và các tiêu chuẩn, đặctính phase 1 của công nghệ GSM được công bố vào năm 1990 Vào cuối năm 1993 đã

có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48 quốcgia

2.1.3 Các thông số kỹ thuật của mạng GSM

Hệ thống thông tin di động GSM cho phép chuyển vùng tự do của các thuê baotrong châu Âu, có nghĩa là một thuê bao có thể thâm nhập sang mạng của nước khác

khi di chuyển qua biên giới Trạm di động GSM – MS (GSM Mobile Station) phải cókhả năng trao đổi thông tin tại bất cứ nơi nào trong vùng phủ sóng quốc tế.

Về khả năng phục vụ:

- Hệ thống được thiết kế sao cho MS có thể dùng được trong tất cả các nước có mạng

- Cùng với phục vụ thoại, hệ thống phải cho phép sự linh hoạt lớn nhất cho các loạidịch vụ khác liên quan tới mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN)

- Tạo một hệ thống có thể phục vụ cho các MS trên các tàu viễn dương như một mạng

mở rộng cho các dịch vụ di động mặt đất

Về chất lượng phục vụ và an toàn bảo mật:

- Chất lượng của thoại trong GSM phải ít nhất có chất lượng như các hệ thống di độngtương tự trước đó trong điều kiện vận hành thực tế

- Hệ thống có khả năng mật mã hoá thông tin người dùng mà không ảnh hưởng gì đến

hệ thống cũng như không ảnh hưởng đến các thuê bao khác không dùng đến khảnăng này

- Kế hoạch nhận dạng dựa trên khuyến nghị của CCITT

- Kế hoạch đánh số dựa trên khuyến nghị của CCITT

- Hệ thống phải cho phép cấu trúc và tỷ lệ tính cước khác nhau khi được dùng trong cácmạng khác nhau

- Trung tâm chuyển mạch và các thanh ghi định vị phải dùng hệ thống báo hiệu đượctiêu chuẩn hoá quốc tế

- Chức năng bảo vệ thông tin báo hiệu và thông tin điều khiển mạng phải được cungcấp trong hệ thống

2.1.4 Băng tần sử dụng trong mạng GSM

Hệ thống GSM làm việc trong băng tần 890 – 960 MHz, chia làm 2 phần:

- Băng tần lên (Uplink band) từ 890 – 915 MHz cho các kênh vô tuyến từ MS đến BTS

- Băng tần xuống (Downlink band) từ 935 – 960 MHz cho các kênh vô tuyến từ BTSđến MS

Mỗi băng rộng 25MHz, chia làm 124 sóng mang tương đương với 124 kênh vôtuyến Các sóng mang cạnh nhau cách nhau 200KHz Mỗi kênh sử dụng 2 tần số riêngbiệt cho đường lên và cho đường xuống Các kênh này được gọi là kênh song công.Khoảng cách giữa 2 tần số là không đổi và bằng 45MHz Kênh vô tuyến này có 8 khethời gian, mỗi khe thời gian là một kênh vật lý để trao đổi giữa BTS và MS Ngoàibăng tần cơ sở còn có băng tần GSM mở rộng và băng tần DCS:

- Băng tần GSM mở rộng: 882 – 915MHz và 927 – 960 MHz

- Băng tần DCS: 1710 – 1785 MHz và 1805 – 1880 MHz

2.1.5 Phương pháp truy nhập trong mạng GSM

Mạng GSM sử dụng phương pháp TDMA (Time Division Multiple Access) kếthợp FDMA (Frequency Division Multiple Access)

Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA:

- Khi có yêu cầu một cuộc gọi thì một kênh vô tuyến được ấn định Các thuê bao khácnhau dùng chung một kênh nhờ cài xen thời gian Mỗi thuê bao được cấp một khethời gian trong cấu trúc khung tuần hoàn 8 khe

Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA:

- Phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần số khác nhau Người dùng được cấp phát mộtkênh trong tập hợp các kênh trong lĩnh vực tần số Phổ tần số được chia thành 2N dảitần số kế tiếp, cách nhau một khoảng bảo vệ Mỗi dải tần được gán cho

một kênh liên lạc, N dải dành cho liên lạc hướng lên, N dải còn lại cho liên lạc hướngxuống

2.1.6 Cấu trúc hệ thống thông tin di động GSM

Cấu trúc hệ thống thông tin di động GSM gồm có 2 hệ thống chính là : BSS, NSS.Mỗi hệ thống bao gồm một số khối chức năng hoặc các thành phần riêng lẻ của mạng

Tổng đài di động MSC thực hiện chức năng chuyển mạch cho các thuê bao diđộng thông qua trường chuyển mạch của nó MSC quản lí việc thiết lập cuộc gọi, điềukhiển cập nhật vị trí và thủ tục chuyển giao giữa các MSC Việc cập nhật vị trí củathuê bao cho phép tổng đài di động MSC nhận biết được vị trí của các thuê bao diđộng trong quá trình tìm gọi trạm di động MS MSC có tất cả các chức năng của mộttổng đài cố định như tìm đường, định tuyến, báo hiệu,… Điều khác biệt giữa tổng đài

của mạng cố định ( PSTN, ISDN, …) và MSC là MSC thực hiện xử lý cho các thuêbao di động, thực hiện chuyển vùng giữa các cell

Chức năng của tổng đài MSC ngoài việc kết nối với các phần tử của mạng diđộng nó còn kết nối với các phần tử của mạng khác như PSTN, ISDN, PSPDN,CSPDN, PLMN MSC thực hiện chức năng trên gọi là MSC cổng (GMSC) Việc giaotiếp với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho những người sử dụng mạng GSM đòihỏi cổng thích ứng( Các chức năng tương tác IWF – Interworking Function) IWF làcổng giao tiếp giữa người dùng mạng GSM với các mạng ngoài Nó có thể được thựchiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng.

Bộ ghi định vị thường trú HLR:

- HLR chứa đầy đủ các thông tin liên quan đến việc đăng ký dịch vụ và vị trí của cácthuê bao Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạchnhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao Khi mạng có thêm một thuê baomới thì các thông tin về thuê bao sẽ được đăng ký trong HLR

Trung tâm nhận thực AUC:

- Được nối đến HLR, chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực

và các khóa mật mã để sử dụng cho bảo mật Đường vô tuyến cũng được AUC cungcấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuêbao

Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR:

- EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị di động ME thông qua số liệu nhậndạng di động quốc tế (IMEI – International Mobile Equipment Identity) và chứa các

số liệu về phần cứng của thiết bị

2.1.8 Hệ thống con trạm gốc BSS

Là một hệ thống các thiết bị đặc thù riêng cho các tính chất tổ ong vô tuyến củaGSM BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những người sử

dụng các trạm di động với những người sử dụng viễn thông khác BSS bao gồm 2 loạithiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC.

Trạm thu phát gốc BTS:

- Bao gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến.Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ).TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSMđược tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền sốliệu

Bộ điều khiển trạm gốc BSC

- Có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ BTS

và MS, chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao.Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng của cácBTS này

2.1.9 Trạm di động MS

MS có thể là thiết bị xách tay, thiết bị đặt trong ô tô hay thiết bị cầm tay Ngoàiviệc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến, MS cònphải cung cấp các giao diện với người sử dụng như: micro, loa, màn hiển thị, bànphím để quản lý cuộc gọi hoặc giao diện với một số thiết bị khác như máy tính cánhân, Fax…MS thực hiện hai chức năng:

- Thiết bị vật lý để giao tiếp giữa thuê bao di động với mạng qua đường vô tuyến

- Đăng ký thuê bao: mỗi thuê bao phải có một thẻ gọi là Simcard để truy nhập vàomạngVề cấu trúc MS gồm hai phần chính:

- Thiết bị di động ME: là bộ phận để xử lý các công việc chung như thu, phát, …

- Modul nhận dạng thuê bao SIM: là thành phần để nhận dạng thuê bao trong quá trình

MS hoạt động trong mạng, nó là một card điện tử thông minh có thể lưu trữ thông tin

2.2 TỔNG QUAN VỀ TIN NHẮN SMS

2.2.1 Giới thiệu về SMS

SMS là một dịch vụ dùng để chuyển tin, dữ liệu từ một máy mobile tới một thiết

bị đầu cuối như email, máy nhắn tin Nó gứi tin nhắn qua một mạng không dây.Chiều dài của tin nhắn có thể không được qua 160 ký tự, mặc dù thức tế thì điều này

do các nha cung cấp dịch vụ quyết định Ở Châu Âu tin nhắn 2 chiều trở lên rất phổbiến, còn ở Bắc Mỹ đang phát triển chậm tuy nhiên những "ông trùm" trong làng côngnghệ không dây đã bắt đầu cung cấp dịch vụ này (như AT&T) SMS là một dịch vụ

dữ liệu mang tính thống nhất chung được hỗ trợ trên các hệ GSM, TDMA va CDMA.SMS có thể được truyền từ một thiết bị đầu cuối như email hay mobile sau đó truyềnqua mạng lưới thông qua một trung tâm SMS (Short Message Service Center, SMSC),SMSC sẽ gửi tin này tới đích

Lợi ích của SMS:

SMS xuất hiện đầu tiên ở châu Âu năm 1991, được phát triển bởi GSM (GlobalSystem for Mobile) Sau đó SMS đã nhanh chóng trở lên phổ biến tại Châu Mỹ SMSlần đâu tiên xấu thiện trên mạng sóng của các nhà cung cấp dịch vụ không dây đầutiên như BellSouth Mobility, Nextel va At&t SMS được hỗ trợ trên tần sóng số nhưGSM, CDMA, TDMA SMS có rất nhiều lợi ích khác nhau như:

+ Bảo đảm sự phân tán tin nhán tới 1 người hay nhiều người

+ Tăng người dùng nhờ dịch vụ phân tán

+ Giá thành thấp, và đảm bảo sự chắc chắn, tin cây trong công nghệ truyền thông pháttán

+ Tương thích với Internet và những ứng dụng cơ bản

Ứng dụng SMS:

Peer to peer messaging: Đây là một dạng phổ biến của tin nhắn

Một tin nhắn có dạng: "Chào anh, anh có khỏe ko?" hay "Hello" là những tinnhắn thường được qua lại giữa những người dùng Đây là một dịch vụ nhanh chóng,

rẻ tiền, nhiều tiện lợi hơn người sử dụng

Dịch vụ thông tin: SMS có thể dự báo thời tiết, và gửi tin tức

Quảng cáo: SMS có thể sử dụng cho mục đích quảng cáo Người sử dụng có thểđăng ký để nhận các tin nhắn đặc biệt, thương mại

Sử dụng tin nhắn SMS ngày càng phát triển và trở nên rộng khắp:

Các tin nhắn SMS có thể được gửi và đọc tại bất kỳ thời điểm nào

Ngày nay, hầu hết mọi người đều có điện thoại di động của riêng mình và mang

nó theo người hầu như cả ngày Với một điện thoại di động , bạn có thể gửi và đọccác tin nhắn SMS bất cứ lúc nào bạn muốn, sẽ không gặp khó khăn gì khi bạn đang ởtrong văn phòng hay trên xe buýt hay ở nhà…

Tin nhắn SMS có thể được gửi tới các điện thoại mà tắt nguồn

Nếu như không chắc cho một cuộc gọi nào đó thì bạn có thể gửi một tin nhắnSMS đến bạn của bạn thậm chí khi người đó tắt nguồn máy điện thoại trong lúc bạngửi tin nhắn đó Hệ thống SMS của mạng điện thoại sẽ lưu trữ tin nhắn đó rồi sau đógửi nó tới người bạn đó khi điện thoại của người bạn này mở nguồn

Các tin nhắn SMS ít gây phiền phức trong khi bạn vẫn có thể giữ liên lạc vớingười khác

Việc đọc và viết các tin nhắn SMS không gây ra ồn ào Trong khi đó, bạn phảichạy ra ngoài khỏi rạp hát, thự viện hay một nơi nào đó để thực hiện một cuộc điệnthoại hay trả lời một cuộc gọi Bạn không cần phải làm như vậy nếu như tin nhắnSMS được sử dụng

Các điện thoại di động và chúng có thể được thay đổi giữa các sóng mangWireless khác nhau

Tin nhắn SMS là một công nghệ rất thành công và trưởng thành Tất cả các điệnthoại mobile ngày nay đều có hỗ trợ nó Bạn không chỉ có thể trao đổi các tin nhắnSMS đối với người sử dụng mobile ở cùng một nhà cung cấp dịch vụ mạng sóng

mang Wireless, mà đồng thời bạn cũng có thể trao đổi nó với người sử dụng khác ởcác nhà cung cấp dịch vụ khác

SMS là một công nghệ phù hợp với các ứng dụng Wireless sử dụng cùng với nó.Nói như vậy là do:

+ Thứ nhất, tin nhắn SMS được hỗ trợ 100% bởi các điện thoại có sử dụng công nghệGSM Xây dựng các ứng dụng wireless trên nền công nghệ SMS có thể phát huy tối

đa những ứng dụng có thể dành cho người sử dụng

+ Thứ hai, các tin nhắn SMS còn tương thích với việc mang các dữ liệu binary bên cạnhgửi các text Nó có thể được sử dụng để gửi nhạc chuông, hình ảnh

+ Thứ ba, tin nhắn SMS hỗ trợ việc chi trả các dịch vụ trực tuyến

2.2.2 Cấu trúc SMS

Nội dung của một tin nhắn SMS khi được gửi đi gồm 5 phần:

Hình 2.2 Cấu

kết nối đến giao diện vô tuyến

• Instructions to SMSC: chỉ thị dữ liệu kết nối đến SMSC(Trung tâm dịch vụ bản tinngắn: Short Message Service Center

• Instructions to handset: chỉ thị dữ liệu kết nối bắt tay

• Intructions to SIM(optional): Chỉ thị dữ liệu kết nối, nhận biết SIM (SubscriberIdentity Modules)

• Message body: Nội dung tin nhắn SMS

CHƯƠNG 3

GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN

3.1 GIỚI THIỆU MODULE SIM900 VÀ TẬP LỆNH AT

3.1.1 Giới thiệu module SIM900

SIM 900 làm việc trên tần số GSM 850MHz SIM900 hỗ trợ mã hóa GPRS theogiả thuật CS-1, CS2, CS3 và CS4

Với cấu hình nhỏ bé 24mm x 24mm x 3mm, SIM900 có thể bắt gặp hầu hết trêntất cả các ứng dụng như: M2M, smart phone, PDA và một số thiết bị mobile khác.SIM900 được thiết kế với kỹ thuật tiết kiệm năng lượng, vì vậy dòng tiêu haothấp 1,5mA trong chế độ SLEEP

SIM900 tích hợp giao thức TCP/IP, mở rộng TCP/IP lệnh AT được phát triểncho người sử dụng để sử dụng giao thức TCP/IP dễ dàng

Đặc điểm SIM900:

Nguồn cung cấp Điện áp cung cấp đơn 3.4V-4.5V

Tiết kiệm năng

lượng Năng lượng tiêu hao phổ biến trong chế độ SLEEP là 1.5mA

Dải tần

_SIM900 có 4 dải tần: GSM 850, EGSM 900, DSC 1800, PCS 1900 SIM900 có thể tìm kiếm 4 dải tần một cách tự động Dải tần chỉ có thể được thiết lập bởi lệnh AT

_Phù hợp với GSM Phase 2/2+

Công suất truyền

_Loại 4(2W) tại GSM 850 và EGSM 900_Loại 1(1W) tại DCS 1800 và PCS 1900

Tính kết nối GPRS

_Nhiều khe GPRS loại 10 (mặc định)_ Nhiều khe GPRS loại 8 (lựa chọn)_Trạm mobile GPRS loại B

Dải nhiệt độ

ở chế độ hoạt động bình thưởng: -300C đến +800C_Hoạt động hạn chế: -400C đến -300C và +800C đến +850C_Nhiệt độ bảo quản: -450C đến +900C

Dữ liệu GPRS

_Dữ liệu GPRS truyền xuống: tối đa 85.6 kbps_Dữ liệu GPRS truyền lên: tối đa 42.8 kbps_Hệ thống mã hóa: CS-1, CS-2, CS-3, CS-4_SIM900 hỗ trợ giao thức PAP(Password Authentication Protocol) thường dùng cho kết nối PPP

_SIM900 tích hợp giao thức TCP/IP

_Hỗ trợ kênh điều khiển quảng bá chuyển mạch gói(PBCCH)_Các hệ số truyền dẫn CSD: 2.4, 4.8, 9.6, 14.4

_Hỗ trợ dữ liệu các dịch vụ bổ sung không kêt nối

SMS

_Chế độ MT,MO,CB, Text và PDU_lưu trữ SMS: SIM card

Giao diện SIM Hỗ trợ SIM card: 1.8V, 3V

Anten ngoài Anten pad

Các đặc điểm Audio Các chế độ mã hóa-giải mã giọng nói:

_Half rate(ETS 06.20)

_Full Rate(ETS 06.10)_khả năng thích nghi nhiều hệ số(ARM)_Hủy bỏ tiếng dội

_khử nhiễu

Port nối tiếp và port

hiệu chỉnh lỗi

Port nối tiếp:

_Đầy đủ giao diện modem với các đường điều khiển và trạngthái, đồng bộ

_1200bps đến 115200bps

_Có thể sử dụng cho các lệnh AT hoặc dòng dữ liệu_Hỗ trợ cơ chế bắt tay phần cứng RTS/CTS và phần mềm điều khiển luồng ON/OFF

_Hỗ trợ tốc độ baud từ 1200bps đến 57600bps

Port hiệu chỉnh lỗi:

_không có module giao diện DBG_TXG và DBG_RXD._có thể sử dụng cho hiệu chỉnh lỗi

CS-4 21.4kbps 42.8kbps 85.6kbps

Bảng 3.2: Các giải thuật mã hóa và dung lượng giao diện vô tuyến

3.1.2 Sơ đồ khối SIM900

• Giao diện Analog, Digital

• Các băng tần cơ sở (A/D)

• Flash

Hình 3.2: Sơ đồ chân SIM900

Tên chân Số chân I/O Mô tả Chú thích

Power supply

cho RTC

Nó yêu cầu để nốivới một nguồn điệnhoặc một bộ tụ điện

cấp ngõ ra

Nếu không sửdụng, giữ chế độmở

GND

17,18,29,

39 45,46,53,5458,59,61,6263,64,65

Ground

Power on/down

PWRKEY nênđược kéo xuốngthấp nhất 1s vàsau đó nhả vềpower on/downcủa module

Kéo lên bên trong

Audio interfaces

I Vi sai âm ngõ vào Nếu không sử

dụng, giữ ở chế độmở

I2C interface

dụng, giữ ở chế độmở

Nếu không sửdụng, giữ ở chế độmở

Nếu không sửdụng, giữ ở chế độmở

SIM interface

Điện áp cung cấpcho SIM card Hỗtrợ 1.8V hoặc 3V

Các tín hiệu trênSIM nên được bảo

vệ để chống tínhiệu ngược ESDbằng dãy đi-ốt

input/output

Bảng 3.3: Chức năng các chân SIM900

3.1.3 Khảo sát tập lệnh AT của Module SIM900

Các lệnh AT là các hướng dẫn được sử dụng để điều khiển một modem AT làmột cách viết gọn của chữ Attention Mỗi dòng lệnh của nó bắt đầu với “AT” hay

“at” Đó là lý do tại sao các lệnh modem được gọi là các lệnh AT Nhiều lệnh của nó

được sử dụng để điều khiển các modem quay số sử dụng dây mối (wired dial-upmodems), chẳng hạn như ATD(Dial), ATA(Answer), ATH(Hool control) vàATO(return to online data state), cũng được hỗ trợ bởi các modem GSM/GPRS và cácđiện thoại di động.

Bên cạch bộ lệnh AT thông dụng này, các modem GSM/GPRS và các điện thoại

di động còn được hỗ trợ bởi một bộ lệnh AT đặc biệt đối với công nghệ GSM Nó baogồm các lệnh liên quan tới SMS như AT+ CMGS (gửi tin nhắn SMS), AT+CMSS(gửi tin nhắn SMS từ một vùng lư trữ), AT+CMGL (chuỗi liệt kê các tin nhắn SMS)

và AT+CMGR (đọc tin nhắn SMS).Ngoài ra, các modem GSM còn hỗ trợ một bộlệnh AT mở rộng Những lệnh AT mở rộng này được định nghĩa trong các chuẩn củaGSM Với các lệnh AT mở rộng này,bạn có thể làm một số thứ như sau:

+ Đọc, viết, xóa tin nhắn

+ Gửi tin nhắn SMS

+ Kiểm tra chiều dài tín hiệu

+ Kiểm tra trạng thái sạc pin và mức sạc của pin

+ Đọc, viết và tìm kiếm về các mục danh bạ

Một vài nhiệm vụ có thể được hoàn thành bằng cách sử dụng các lệnh AT kếthợp với sử dụng 1 modem GSM/GPRS hay một điện thoại di động:

• Lấy thông tin cơ bản về điện thoại di động hay modem GSM/GPRS Ví dụ nhưtên của nhà sản xuất (AT+CGMI), số model (AT+CGMM), số IMEI (InternationalMobile Equipment Identity) (AT+CGSN) và phiên bản phần mềm (AT+CGMR)

• Lấy các thông tin cơ bản về những người kí tên dưới đây Thí dụ, MSISDN(AT+CNUM) và số IMS (International Mobile Subscriber Identity) (AT+CIMI)

• Lấy thông tin trạng thái hiện tại của điện thoại di động hay modemGSM/GPRS Ví dụ như trạng thái hoạt động của điện thoại (AT+CPAS), trạng tháiđăng kí mạng mobile (AT+CREG), chiều dài sóng radio (AT+CSQ), mức sạc bin vàtrạng thái sạc bin (AT+CBC).

• Thiết lập một kết nối dữ liệu hay kết nối voice tới một remote điều khiển(ATD, ATA, )

• Gửi và nhận fax (ATD, ATA,AT+F*)

• Gửi (AT+CMGS, AT+CMSS), đọc(AT+CMGR, AT+CMGL), viết(AT+CMGW) hay xóa tin nhắn SMS (AT+CMGD) và nhận các thông báo của các tinnhắn SMS nhận được mới nhất (AT+CNMI)

• Đọc (AT+CPBR), viết (AT+CPBW) hay tìm kiếm (AT+CPBF) cá mục vềdanh bạ điện thoại (phonebook)

• Thực thi các nhiệm vụ liên quan tới an toàn, chẳng hạn như mở hay đóng cáckhóa chức năng (AT+CLCK), kiểm tra xem một chức năng được khóa hay chưa(AT+CLCK) và thay đổi password (AT+CPWD)

(Các ví dụ về khóa chức năng: khóa SIM [một password phải được cho vào thẻSIM mỗi khi điện thoại được mở] và khóa PH-SIM [một thể SIM nào đó có liên kếttới điện thoại, và để sử dụng được các thẻ SIM khác thì buộc phải đăng nhập mộtpassword vào trong nó].)

• Điều khiển hoạt động của các mã kết quả/các thông báo lỗi của các lệnh AT

Ví dụ, bạn có thể điều khiển cho phép hay không cho phép kích hoạt hiển thị thôngbáo lỗi (AT+CMEE) và các thông báo lỗi nên được hiển thị theo dạng số hay theodạng dòng chữ (AT+CMEE=1 hay AT+CMEE=2)

• Thiết lập hay thay đổi cấu hình của điện thoại di dộng hay modemGSM/GPRS Ví dụ, thay đổi mạng GSM (AT+COPS), loại dịch vụ của bộ truyền tin

(AT+CBST), các thông số protocol liên kết với radio (AT+CRLP), địa chỉ trung tâmSMS (AT+CSCA) và khu vực lưu trữ các tin nhắn SMS (AT+CPMS).

• Lưu và phục hồi các cấu hình của điện thoại di động hay modem GSM/GPRS

Ví du, lưu (AT+COPS) và phục hồi (AT+CRES) các thiết lập liên quan tới tin nhắnSMS chẳng hạn như địa chỉ trung tâm tin nhắn SMS

3.1.4 Các lệnh khởi tạo GSM Module SIM900

• Lệnh AT<cr>

Nếu lệnh thực hiện đựợc thì trả về:

OkBắt đầu thực hiện các lệnh tiếp theo

Nếu lệnh không thực hiện được thì trả về dạng:

+CMS ERROR <err>

• Lệnh AT+CMGF=[<mode>] <cr>

Nếu lệnh thực hiện được thì trả về:

Ok

<mode> : 0 dạng dữ liệu PDU

1 dạng dữ liệu kiểu textNếu lệnh không thực hiện được thì trả về dạng:

+CMS ERROR <err>

• Lệnh AT&W[<n>]

Nếu lệnh thực hiện đựợc thì trả về:

Ok

Nếu lệnh không thực hiện được thì trả về dạng:

<index>: vị trí ngăn nhớ lưu tin nhắn

Ví dụ: muốn xóa một tin nhắn tại vị trí 1 được lưu trên SIM thì ta thực hiện lệnhsau

<index>: vị trí ngăn nhớ lưu tin nhắn

Nếu có tin nhắn sẻ trả về chuỗi:

AT+CMGS=” Số điện thoại” <CR>

> nội dung tin nhắn

3.2 GIỚI THIỆU VỀ VỀ PIC 16F877A

3.2.1 Sơ lược PIC 16F877A

PIC 16F877A thuộc họ vi điều khiển 16Fxxx có các đặc tính sau:

 Ngôn ngữ lập trình đơn giản với 35 lệnh có độ dài 14 bit

 Tất cả các câu lệnh thực hiện trong 1 chu kì lệnh ngoại trừ 1 số câu lệnh rẽ nhánh thựchiện trong 2 chu kì lệnh Chu kì lệnh bằng 4 lần chu kì dao động của thạch anh

 Bộ nhớ chương trình Flash 8Kx14 words, với khả năng ghi xoá khoảng 100 ngàn lần

 Bộ nhớ Ram 368x8bytes

 Bộ nhớ EFPROM 256x8 bytes

 Khả năng ngắt (lên tới 14 nguồn cả ngắt trong và ngắt ngoài)

 Ngăn nhớ Stack được chia làm 8 mức

 Truy cập bộ nhớ bằng địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp

 Dải điện thế hoạt động rộng: 2.0V đến 5.5V

 Có 3 timer: timer0, 8 bit chức năng định thời và bộ đếm với hệ số tỷ lệ trước.Timer1,

16 bit chức năng bộ định thời, bộ đếm với hệ số tỷ lệ trước, kích hoạt chế độSleep.Timer2, 8 bit chức năng định thời và bộ đếm với hệ số tỷ lệ trước và sau

 Có 2 kênh Capture/ so sánh điện áp (Compare)/điều chế độ rộng xung PWM 10 bit /(CCP)

 Có 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit

 Cổng truyền thong nối tiếp SSP với SPI phương thức chủ và I2C (chủ/phụ).Bộ truyềnnhận thông tin đồng bộ, dị bộ (USART/SCL) có khả năng phát hiện 9 bit địa chỉ

 Cổng phụ song song (PSP) với 8 bít mở rộng, với RD, WR và CS điều khiển

Trong quá trình thực hiện đồ án, nhóm chúng em chỉ tìm hiểu về các Port I/Ocủa con PIC 16F877A để xuất nhập dữ liệu

3.2.2 Sơ đồ chân

Hình 3.3: Sơ đồ chân PIC 16F877A

PIC 16F877A có 5 Port I/O:

• PortA: có 6 chân(chân 2 đến chân 7)

 Chân RA0/AN0(2):

RA0: xuất nhập số

AN0: ngõ vào tương tự kênh 0

 Chân RA1/AN1(3):

RA1: xuất nhập số

AN1: ngõ vào tương tự kênh 1

 Chân RA2/AN2/V REF- /CVREF(4):

RA2: xuất nhập số

AN2: ngõ vào tương tự kênh 2

VREF-: ngõ vào điện áp chuẩn bộ ADC

CVREF: điện áp tham chiếu ngõ ra bộ so sánh

 Chân RA3/AN3/V REF+ (5):

RA3: xuất nhập số

AN3: ngõ vào tương tự kênh 3

VREF+: ngõ vào điện áp chuẩn bộ ADC

AN4: ngõ vào tương tự kênh 4

: ngõ vào lựa chọn SPI phụ

T1OSO: ngõ RA bộ dao động Timer1.

T1CKI: ngõ vào xung clock bên ngoài Timer1

 Chân RC1/T1OSI/CCP2(16):

RC1: xuất nhập số

T1OSI: ngõ vào bộ dao động Timer1

CCP2: sử dụng cho khối Capture/Compare/PWM

 Chân RC2/ CCP1(17):

CCP1: sử dụng cho khối Capture/Compare/PWM

 Chân RC3/SCK/SCL(18):

RC3: xuất nhập số

SCK: sử dụng cho chuẩn giao tiếp SPI

SCL: sử dụng cho chuẩn giao tiếp I2C

 Chân RC4/SDI/SDA(23):

RC4: xuất nhập số

SDI: sử dụng cho chuẩn giao tiếp SPI

SDA: sử dụng cho chuẩn giao tiếp I2C

PSP1: dữ liệu port tới song song.

 Chân RD2/PSP2(21), Chân RD3/PSP3(22), Chân RD4/PSP4(27), Chân

RD5/PSP5(28), Chân RD6/PSP6(29), Chân RD7/PSP7(30): chức năng tương

tự chân 19, 20

• PortE: có 3 chân

 Chân RE0/RD/AN5(8):

RE0: xuất nhập số

RD: điều khiển đọc port tới song song

AN5: ngõ vào tương tự kênh 5

 Chân RE1/WR/AN6(9):

RE1: xuất nhập số

WR: điều khiển ghi port tới song song

AN6: ngõ vào tương tự kênh 6

 Chân RE2/CS/AN7(10):

RE2: xuất nhập số

CS: lựa chọn điều khiển port tới song song

AN7: ngõ vào tương tự kênh 7

Ngoài ra, một số chức năng của các chân khác trong PIC 16F877A:

 Chân OSC1/CLKI(13) và chân OSC2/CLKO(14): kết nối với dao động thạch anh,

là ngõ vào/ra của xung clock

 Chân /VPP(1):

: ngõ vào reset tích cực mức thấp

VPP: khi lập trình cho PIC thì đóng vai trò nhận điện áp lập trình.

 Chân VDD(11-32) và VSS(12-31): cấp nguồn cho PIC.

3.3 GIỚI THIỆU VỀ LM35 VÀ LCD

3.3.1 Giới thiệu LM35

Hình 3.4 Sơ đồ chân LM35

- LM35 là một cảm biến nhiệt độ analog dùng để đo nhiệt độ theo oC

- Nhiệt độ được xác định bằng cách đo hiệu điện thế ngõ ra của LM35

- Đơn vị nhiệt độ: °C

- Hệ số chia tuyến tính: +10.0 mV/°C

- Sai số khoảng 0.5°C tại 25°C

- Phạm vi giới hạn nhiệt độ từ -55°C tới +150°C

- Hoạt động từ 4V đến 30V

- Dòng qua khoảng 60 A

- Khả năng tản nhiệt thấp, khoảng 0.08°C trong điều kiện khí là tĩnh

- Mức độ phi tuyến tiêu biểu là 1/4°C

- Trở kháng ngõ ra thấp, 0.1Ω với tải 1mA

3.3.2 Giới thiệu LCD Y1602C

LCD YM1602C là LCD hiển thị 2 hàng mỗi hàng hiển thị được 16 kí tự

Thông số :

+ Kích thước hiển thị : 16x2 dòng

+ Màu hiển hiển thị : đen trắng

+ Chế độ giao tiếp : 8 hoặc 4 bit

+ Cỡ chữ hiển thị : 5x7 hoặc 5x10.

+ Số chân : 16

1 VSS Chân nối đất cho LCD, khi thiết ta nối chân này với GND

của vi điều khiển

2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế ta nối chân này với

VCC = 5V của mạch điều khiển

3 VEE Dùng để điều chỉnh độ tương phản cho LCD

Chân chọn thanh ghi (register seclect)

Nối chân RS xuống mức logic ‘0’ (GND) hay ‘1’ (VDD) đểchọn thanh ghi

+ Mức ‘0’ : Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh của LCD (ở chế độ ‘ghi’- write)hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ ‘đọc’- read)

+ Mức ‘1’ : Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR trong LCD

Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/S xuống mức logic ‘0’ để LCD hoạt động ở chế độ ghi hoặc nối R/S lên mức logic ‘1’ để LCD hoạt động ở chế độ đọc

6 E Chân cho phép (Enable) Sau khi các tin hiệu được đặt lên

DB0-DB7 Các lệnh chỉ được chấp nhận khi có một xung cho phép của chân E

+ Ở chế độ ghi : dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi ở bên trong nó khi xuất hiện một xung cạnh xuống (từ cao xuống thấp) của chân tín hiệu E.+ Ở chế độ đọc : dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi

+ Chế độ 4 bit : dữ liệu được truyền trên 4 đường DB4 – DB7, bit MSB với là bit DB7.

15 A Điều khiển bật LCD(lên mức 1)

+ Chân D4→D7 được kết nối tương ứng RD4→RD7.

+ Chân RW không sử dụng vì chỉ dùng với mục đích ghi, không dùng chế độ đọc

Sử dụng chế độ ghi dữ liệu 4 bit và 2 hàng

CHƯƠNG 4

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH HỆ THỐNG

4.1 SƠ ĐỒ KHỐI

Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống

• Khối giao tiếp SMS

Có chức năng gửi nhận tin nhắn SMS cho việc điều khiển các thiết bị Khối nàycần một thiết bị điện thoại di động và một Module Sim900:

o Thiết bị điện thoại di động: dành cho người sử dụng (điều khiển) Người sử dụng phảiđăng ký dịch vụ viễn thông đối với các nhà cung cấp dịch vụ trong nước

o Module Sim900: Module này phải được gắn Sim của nhà cung cấp dịch vụ và cầnphải có chức năng như một điện thoại di động để kết nối với vi điều khiểnPIC16F877A

• Khối vi xử lý

Khối vi xử lý là khối trung tâm trong việc xử lý và điều khiển phần cứng khối

do một vi điều khiển PIC16F877A đảm nhận có nhiệm vụ gửi nhận dữ liệu vớiModule Sim900 một cách liên tục

• Khối công suất

Khối này bao gồm BJT C1815 có nhiệm vụ khuếch đại điện áp để kích choRelay

Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn

Khối nguồn cung cấp cho PIC16F877a và SIM900 sử dụng LM2576ADJ để tạo

ra điện áp 4,5V cung cấp cho PIC16F877a và SIM900 hoạt động

Dùng các tụ hóa có giá trị khác nhau để lọc điện áp ra, thường chọn các tụlớn: 1000uF, 10nF,470uF

Tính toán giá trị điện trở

Hình 4.3 Sơ đồ kết nối LM2576

Vì điện áp của SIM hoạt động trong khoảng điện áp 3.3V- 4.5V, nên ta chọnđiện áp cung cấp là 4,5V để mạch hoạt động bình thường Khi đó, nếu ta chọnR1=1KΩ, thì:

R2 = R1*[(Vout/1.23)-1] = 1*[(4,5/1.23)-1] = 2.65 KΩChọn R2 = 2.7KΩ

Dùng các điện trở 220Ω để báo hiệu để nhận biết đã có nguồn

• Khối vi xử lý

Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý khối vi xử lý

• Khối Module SIM900

Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý Module SIM900

• Khối LCD

Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý khối LCD

• Khối cảm biến LM35