Cảnh báo chống trộm và điều khiển thiết bị qua SMS Sim900

LỜI NÓI ĐẦU Ngành công nghiệp điện tử viễn thông đã có những bước phát triển mạnh mẽ trong những năm vừa qua, đặc biệt là trong lĩnh vực vô tuyến và di động. Sự phát triển của các công nghệ mới kéo theo là rất nhiều dịch vụ tiện ích mới ra đời đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Điển hình là điện thoại di động một sản phẩm ứng dụng phổ biến của Viễn thông, sự ra đời của những thiết bị thông minh khác là một điều tất yếu, nhằm phục vụ cho cuộc sống hiện đại và phát triển của thời kỳ công nghệ số. Sự phát triển của các loại máy, các thiết bị sử dụng trong ngôi nhà ở đã làm thay đổi cuộc sống và không gian sống. Các thiết bị ngày càng hiện đại, tiện lợi và thông minh hơn. Tuy nhiên đó chỉ là những thay đổi cục bộ trong từng thiết bị. Các thiết bị còn có thể trở nên “thông minh” một cách tổng thể nhờ những giải pháp ngôi nhà thông minh hiện cũng đang rất phát triển trên thị trường. Tất cả các hệ thống, thiết bị đều được tự động hoá, được lập trình và hoạt động theo những kịch bản tương ứng. Ngày nay, với công việc bộn bề, tấp nập và tình trạng an ninh kém ổn định dẫn đến những tình huống như quên khóa nhà, khóa cửa, thậm chí dù đã khóa cũng bị trộm phá hoại, đột nhập vào nhà. Đề phòng và xử lý các vụ trộm cắp, đặc biệt là khi vắng nhà, điện thoại di động sẽ trở thành một thiết bị tối ưu để kết hợp với các hệ thống cảnh báo, có thể thông báo một cách nhanh chóng đến người sử dụng để kịp thời nắm bắt tình hình và giải quyết từ xa (gọi điện nhờ trợ giúp từ hàng xóm, báo công an,.. mà không cần phải lập tức về nhà, đặc biệt là trong những trường hợp đang ở xa nhà : công tác, tham quan, nghỉ dưỡng, …). Để giải quyết bài toán này, chúng em đã chọn “Hệ thống cảnh báo chống trộm qua mạng di động GSM bằng dịch vụ tin nhắn SMS” để làm đồ án tốt nghiệp, và cũng là để ứng dụng vào thực tiễn những gì đã được học trong nhà trường. Hệ thống cảnh báo chống trộm qua mạng di động GSM bằng dịch vụ tin nhắn SMS, nhằm mục đích: Biết được khi nào có trộm đột nhập vào nhà Kích hoạt chuông cảnh báo chống trộm và gửi tin nhắn cảnh báo tới số điện thoại của người sử dụng Quản lý được tình trạng bật tắt các cảm biến từ xa thông qua tin nhắn SMS Chúng em xin chân thành cảm ơn cô giáo hướng dẫn Th.s Đặng Thị Hương Giang và thầy Nguyễn Đình Hồng đã có những định hướng và góp ý quý báu giúp em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình với kết quả tốt nhất. Hà Nội, ngày 5 tháng 12 năm 2015 Các sinh viên thực hiện   TÓM TẮT NỘI DUNG Hệ thống cảnh báo chống trộm qua mạng di động GSM bằng dịch vụ tin nhắn SMS bao gồm: hệ thống mạch cảm biến chống trộm và truyền, nhận dữ liệu qua mạng di động GSM bằng dịch vụ tin nhắn SMS. Hệ thống được chia làm 2 phần lớn: Phần 1: Mô tả, thiết kế Yêu cầu: Chức năng: + Thiết kế mạch nguyên lý và layout + Mạch chạy ổn định và liên tục trong thời gian dài + Thông báo các trạng thái lên màn hình LCD 16x2 Phi chức năng: + Giá thành thấp (Mạch làm bằng tay) + Dễ vận hành và lắp đặt + Độ bền cao Phần 2: Thi công. Nhằm thực hiện nội dung đã đặt ra, cuốn đồ án được chia ra làm 5 chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Thiết kế hệ thống Chương 4: Thi công mạch Chương 5: Kết quả thực nghiệm 

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành công nghiệp điện tử - viễn thông đã có những bước phát triển mạnh mẽ trong những năm vừa qua, đặc biệt là trong lĩnh vực vô tuyến và di động Sự phát triển của các công nghệ mới kéo theo là rất nhiều dịch vụ tiện ích mới ra đời đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của xã hội Điển hình là điện thoại di động - một sản phẩm ứng dụng phổ biến của Viễn thông, sự ra đời của những thiết bị thông minh khác là một điều tất yếu, nhằm phục vụ cho cuộc sống hiện đại và phát triển của thời kỳ công nghệ số

Sự phát triển của các loại máy, các thiết bị sử dụng trong ngôi nhà ở đã làm thay đổi cuộc sống và không gian sống Các thiết bị ngày càng hiện đại, tiện lợi và thông minh hơn Tuy nhiên đó chỉ là những thay đổi cục bộ trong từng thiết bị Các thiết bị còn có thể trở nên “thông minh” một cách tổng thể nhờ những giải pháp ngôi nhà thông minh - hiện cũng đang rất phát triển trên thị trường Tất cả các hệ thống, thiết bị đều được tự động hoá, được lập trình và hoạt động theo những kịch bản tương ứng Ngày nay, với công việc bộn bề, tấp nập và tình trạng an ninh kém ổn định dẫn đến những tình huống như quên khóa nhà, khóa cửa, thậm chí dù đã khóa cũng bị trộm phá hoại, đột nhập vào nhà

Đề phòng và xử lý các vụ trộm cắp, đặc biệt là khi vắng nhà, điện thoại di động sẽ trở thành một thiết bị tối ưu để kết hợp với các hệ thống cảnh báo, có thể thông báo một cách nhanh chóng đến người sử dụng để kịp thời nắm bắt tình hình và giải quyết từ xa (gọi điện nhờ trợ giúp từ hàng xóm, báo công an, mà không cần phải lập tức về nhà, đặc biệt là trong những trường hợp đang ở xa nhà : công tác, tham quan, nghỉ dưỡng, …) Để

giải quyết bài toán này, chúng em đã chọn “Hệ thống cảnh báo chống trộm qua mạng

di động GSM bằng dịch vụ tin nhắn SMS” để làm đồ án tốt nghiệp, và cũng là để ứng

dụng vào thực tiễn những gì đã được học trong nhà trường

Hệ thống cảnh báo chống trộm qua mạng di động GSM bằng dịch vụ tin nhắn SMS, nhằm mục đích:

- Biết được khi nào có trộm đột nhập vào nhà

- Kích hoạt chuông cảnh báo chống trộm và gửi tin nhắn cảnh báo tới số điện thoại của người sử dụng

- Quản lý được tình trạng bật/ tắt các cảm biến từ xa thông qua tin nhắn SMS

Chúng em xin chân thành cảm ơn cô giáo hướng dẫn Th.s Đặng Thị Hương Giang và thầy Nguyễn Đình Hồng đã có những định hướng và góp ý quý báu giúp em

có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình với kết quả tốt nhất

Hà Nội, ngày 5 tháng 12 năm 2015 Các sinh viên thực hiện

- Phi chức năng:

+ Giá thành thấp (Mạch làm bằng tay)+ Dễ vận hành và lắp đặt

- Chương 4: Thi công mạch

- Chương 5: Kết quả thực nghiệm

MỤC LỤC

CÁC THUẬT NGỮ

3GPP: Third Generation Partner ship Project

ATA: Attention Answer

AT: Attention

ATH: Attention Hool Control

ATO: Attention return to Online data state

AUC: Authentication center

BIE: Base Station Interface Equipment

BSC: Basic Station Controller

BSS: Base Station Subsystem

BTS: Base Transceiver Station

CDMA: Code Division Multiple Acess

CPU: Central Processing Unit

EIR: Equipment Indent Register

ETSI: European

G-MSC: Gateway Mobile Station Center

GPRS: General Packet Radio Services

GSM: Global System for Mobile communication

HLR: Home Location Register

IMEI: International Mobile Equipment Identity

LCD: Liquid Crystal Display

ME: Mobile Equipment

MS: Mobile Station

MSC: Mobile Station Center

MT: Mobile Terminal

NSS: Network Switching Subsystem

OSS: Operation Station Subsystem

PIN: Personal Identity Number

PSTN: Publish Mobile Equipment Identity

SIM: Subcriber Identity Module

SMS: Short Mesasge Services

SMSC: Short Message Services Center

TDMA: Time Division Multiple Acess

TRAU: Transcoder and Rate Adapter Unit

VLR: Visitor Location Register

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Chế độ lệnh AT

Bảng 2.2: Lệnh thiết lập và cài đặt cho tin nhắn SMS

Bảng 3.1: Các bản tin giao tiếp giữa hệ thống và người sử dụng

Bảng 3.2: Chức năng các chân PIC16F877A

Bảng 3.3: Bảng mô tả chân module SIM

Bảng 3.4: Bảng mô tả chi tiết các chân của module Sim900A

Bảng 3.5: Bảng mô tả vai trò các chân của màn hình LCD

Bảng 3.6: Chức năng các đường dẫn điều khiển của LCD

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

I Tầm quan trọng của hệ thống

Ngày nay, xã hội càng hiện đại, khoa học kỹ thuật càng phát triển thì cuộc sống của con người càng đầy đủ tiện nghi và việc ứng dụng tự động hóa càng được rộng rãi Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với Internet và điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhà hoạt động theo lịch Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngôn ngữ của nhau và có khả năng tương tác với nhau

Tạo ra những thiết bị thông minh, giúp con người có thể kiểm soát các thiết bị điện

tử, đồng thời điều khiển chúng từ xa

Trên đây cũng là những mục tiêu cuối cùng mà đồ án tốt nghiệp muốn hướng tới

Đó thực sự là kết quả rất phù hợp với yêu cầu thực tiễn

II Mục đích nghiên cứu

Đồ án được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng những kiến

thức đã được học trong nhà trường để thiết kế, tạo ra một hệ thống “Hệ thống cảnh báo chống trộm qua mạng di động GSM bằng dịch vụ tin nhắn SMS” hoàn thiện Hệ thống

tích hợp module nhận tin nhắn sử dụng mạng GSM, module xử lý dữ liệu, module cảm biến, module điều khiển và module hiển thị Qua xử lí, dữ liệu sẽ được gửi về thiết bị đầu cuối (mobile) của người sử dụng để báo tình trạng của các cảm biến và báo động cho người sử dụng khi có trộm

Hệ thống cảnh báo chống trộm qua điện thoại di động dùng tin nhắn SMS có chức năng như sau:

- Kích hoạt chuông báo động khi có trộm đột nhập và gửi tin nhắn cảnh báo cho người sử dụng

- Người sử dụng có thể kiểm tra trạng thái hoạt động (bật/ tắt) của cảm biến qua điện thoại, từ kết quả kiểm tra trạng thái, người dùng có thể bật/ tắt các cảm biến

- Hệ thống sau khi nhận tin nhắn, xuất lệnh bật/ tắt các cảm biến tương ứng và tự động báo trạng thái của các cảm biến sau điều khiển

III Phương pháp nghiên cứu

Trong đề tài này, chúng em đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí về điện tử, viễn thông, truy cập từ mạng internet, từ các đồ án của khóa trước

- Phương pháp quan sát: khảo sát một số mạch điện từ mạng internet, khảo sát các điện thoại di động để chọn lựa phương án thiết kế cho hệ thống

- Phương pháp thực nghiệm: từ những ý tưởng và kiến thức của chúng em, kết hợp

sự hướng dẫn của giáo viên, chúng em đã có được nhiều thiết kế khác nhau để từ đó chọn lọc được hệ thống tối ưu nhất

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Do nó hầu như có mặt khắp mọi nơi trên thế giới nên khi các nhà cung cấp dịch vụ thực hiện việc ký kết roaming với nhau nhờ đó mà thuê bao GSM có thể dễ dàng sử dụng máy điện thoại GSM của mình bất cứ nơi đâu

Mặt thuận lợi to lớn của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh với chất lượng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ tiền hơn như là gửi/ nhận tin nhắn SMS Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ thì công nghệ GSM được xây dựng trên cơ sở hệ thống mở nên nó dễ dàng kết nối các thiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp thiết bị khác nhau

Ở nước ta, mạng thông tin di động đầu tiên ra đời vào năm 1992 với khoảng 5000 thuê bao Hai nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động lớn là Mobifone (VMS) ra đời năm

1993 - liên doanh giữa công ty bưu chính viễn thông VN (VNPT) và tập đoàn COMVIK

và Vinafone của trung tâm dịch vụ viễn thông (GPC) thuộc VNPT ra đời năm 1996 Đến năm 2002 Sfone của tập đoàn TELECOM của Hàn Quốc và tháng 6/2004, Viettel của công ty Viễn Thông Quân Đội cùng bước vào cuộc đua Cuộc chạy đua của các nhà khai thác làm cho giá cước giảm xuống và các dịch vụ ngày càng đa dạng

1.2 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 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 có khả 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 loại dịch 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 thoại trong GSM phải ít nhất có chất lượng như các hệ thống

di động tương tự trước đó trong điều kiện vận hành thực tế

+ Hệ thống có khả năng mật mã hóa thông tin người dùng mà không ảnh hưởng đến hệ thống cũng như không ảnh hưởng đến các thuê bao khác không dùng đến khả năng 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 các mạng khác nhau

+ Trung tâm chuyển mạch và các thanh ghi định vị phải dùng hệ thống báo hiệu được tiêu chuẩn hóa quốc tế

+ Chức năng bảo vệ thông tin báo hiệu và thông tin điều khiển mạng phải được cung cấp trong hệ thống

1.3 Cấu trúc hệ thống GSM

Một hệ thống GSM có thể được chia thành nhiều phân hệ sau đây:

- Phân hệ chuyển mạch (SS: Switchj Subsystem)

- Phân hệ trạm gốc (BSS: Base Station Subsystem)

- Phân hệ khai thác (OSS: Operation Subsystem)

- Trạm di động (MS: Mobile Station)

Truyền dẫn tin tức

Kết nối cuộc gọi và truyền dẫn tin tức

Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống GSM 1.3.1 Phân hệ chuyển mạch SS

Hệ thống con chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của 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

* Hệ thống con chuyển mạch SS bao gồm các khối chức năng sau:

- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC: Mobile Services Switching

Center)

- Bộ ghi định vị tạm trú (VLR: Visitor Location Register)

- Bộ ghi định vị thường trú (HLR: Home Location Register)

- Trung tâm nhận thực (AUC: Authentication Center)

- Bộ nhận dạng thiết bị (EIR: Equipment Identity Register)

- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng (GMSC: Gateway Mobile

Services Switching Center)

* Sau đây là các chức năng chính của từng phân hệ:

- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC

Ở SS, chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện Nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM Một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS, mặt khác nó giao tiếp với mạng ngoài

MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng Việc giao tiếp với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho người sử dụng mạng GSM đòi hỏi cổng thích ứng (các chức năng tương tác IWF: Interworking Function) SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải

số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM MSC thường

là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc

Để kết nối MSC với một số mạng khác, cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của GSM với các mạng này Các thích ứng này được gọi là các chức năng tương tác IWF (Interworking Function) bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn

Nó cho phép kết nối với các mạng: PSPDN (Packet Switched Public Data Network: mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói), hay CSPDN (Circuit Switched Public Data Network: mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh), nó cũng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN hay ISDN IWF có thể được thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai thì giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở

Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng GMSC mà không cần biết đến hiện thời thuê bao đang

ở đâu Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời (MSC tạm trú) Để vậy trước hết các tổng đài cổng phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này Tổng đài cổng có một giao diện với các mạng bên ngoài với mạng GSM Về phương diện kinh tế, không phải bao giờ tổng đài cổng cũng đứng riêng

mà thường được kết hợp với MSC

- Bộ ghi định vị thường trú HLR

Là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất của mạng GSM, lưu trữ các số liệu và địa chỉ nhận dạng cũng như các thông số nhận thực của thuê bao trong mạng Các thông tin lưu trữ trong HLR gồm: nhận dạng thuê bao IMSI, MSISDN, VLR hiện thời, trạng thái thuê bao, khoá nhận thực và chức năng nhận thực, số lưu động trạm di động MSRN.

HLR chứa những cơ sở dữ liệu bậc cao của tất cả các thuê bao trong GSM Những

dữ liệu này được truy nhập từ xa bởi các MSC và VLR của mạng

- Bộ định vị tạm trú VLR

VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM Nó được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC

- Trung tâm nhận thực AUC

AUC quản lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên một khoá nhận dạng bí mật để đảm bảo an toàn số liệu cho các thuê bao được phép Khoá này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ ở MS Bộ nhớ này có dạng Simcard có thể rút ra và cắm lại được AUC có thể được đặt trong HLR hoặc MSC hoặc độc lập với cả hai

Khi đăng ký thuê bao, khoá nhận thực được ghi nhớ vào Simcard của thuê bao cùng với IMSI của nó Đồng thời khoá nhận thực cũng được lưu giữ ở trung tâm nhận thực AUC để tạo ra bộ ba thông số cần thiết cho quá trình nhận thực và mật mã hoá:

+ Số ngẫu nhiên RAND+ Mật khẩu SRES + Khoá mật mã

Mobile Equipment Identity) của thuê bao gửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI lưu giữ trong EIR phòng trường hợp đây là những thiết bị đầu cuối bị đánh cắp, nếu so sánh không đúng thì thiết bị không thể truy nhập vào mạng được

- Tổng đài di động cổng G-MSC

Tất cả các cuộc gọi vào mạng GSM sẽ được định tuyến cho tổng đài di động cổng Gateway - MSC Nếu một người nào đó ở mạng cố định PSTN muốn thực hiện một cuộc gọi đến một thuê bao di động của mạng GSM Tổng đài tại PSTN sẽ kết nối cuộc gọi này đến MSC có trang bị một chức năng được gọi là chức năng cổng Tổng đài MSC này gọi

là MSC cổng và nó có thể là một MSC bất kỳ ở mạng GSM G-MSC sẽ phải tìm ra vị trí của MSC cần tìm Điều này được thực hiện bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký HLR sẽ trả lời, khi đó 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

1.3.2 Phân hệ trạm gốc BSS

BSS thực hiện nhiệm vụ giám sát các đường ghép nối vô tuyến, liên kết kênh vô tuyến với máy phát và quản lý cấu hình của các kênh này Đó là:

- Điều khiển sự thay đổi tần số vô tuyến của đường ghép nối (Frequency Hopping)

và sự thay đổi công suất phát vô tuyến

- Thực hiện mã hoá kênh và tín hiệu thoại số, phối hợp tốc độ truyền thông tin

- Quản lý quá trình chuyển giao Handover

- Thực hiện bảo mật kênh vô tuyến

Phân hệ BSS gồm hai khối chức năng: bộ điều khiển trạm gốc (BSC: Base Station Controller) và các trạm thu phát gốc (BTS: Base Transceiver Station) Nếu khoảng cách giữa BSC và BTS nhỏ hơn 10m thì các kênh thông tin có thể được kết nối trực tiếp (chế

độ Combine), ngược lại thì phải qua một giao diện A-bis (chế độ Remote) Một BSC có thể quản lý nhiều BTS theo cấu hình hỗn hợp của 2 loại trên

của SS Trong thực tế, BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể Một BSC

có thể quản lý vài chục BTS tuỳ theo lưu lượng các BTS này Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa nó với BTS là giao diện A-bis

Nhân viên khai thác có thể từ trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMC nạp phần mềm mới và dữ liệu xuống BSC, thực hiện một số chức năng khai thác và bảo dưỡng, hiển thị cấu hình của BSC

BSC có thể thu thập số liệu đo từ BTS và BIE (Base Station Interface Equipment: Thiết bị giao diện trạm gốc), lưu trữ chúng trong bộ nhớ và cung cấp chúng cho OMC theo yêu cầu

- Trạm thu phát gốc BTS

Một BTS bao gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năng khác Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder and Rate Adapter Unit: khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ) TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng

có thể đặt cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp được đặt giữa BSC và MSC

BTS có các chức năng sau:

+ Quản lý lớp vật lý truyền dẫn vô tuyến+ Quản lý giao thức cho liên kết số liệu giữa MS và BSC+ Vận hành và bảo dưỡng trạm BTS

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

- Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc dộ TRAU

Trong GSM, tín hiệu thoại trên giao diện vô tuyến được mã hoá ở tốc độ 13Kbps

sử dụng mã hoá tiền định tuyến LPC Để thích ứng tốc độ này các tốc độ mạng hội thoại

cố định PSTN cần có bộ chuyển đổi mã TRAU để chuyển đổi giữa 13Kbps PCM giữa

MS và MSC TRAU có thể được đặt tại BTS, BSC hoặc tại MSC Để giảm thiểu chi phí truyền dẫn, thường TRAU đặt ở MSC Khi đó cần thêm báo hiệu bổ sung vào tiếng thoại 13Kbps để truyền thông tin điều khiển từ bộ chuyển đổi mã từ xa dặt ở BTS đến TRAU

1.3.3 Phân hệ khai thác OSS

Phân hệ khai thác OSS thực hiện ba chức năng chính sau:

- Khai thác và bảo dưỡng mạng: Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như: tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao giữa hai ô…, nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng của dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý các sự cố Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện tại, để chuẩn bị lưu lượng cho tương lai, để tăng vùng phủ Ở hệ thống viễn thông hiện đại, khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm

Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố hỏng hóc Nó có một số quan hệ với khai thác Bảo dưỡng cũng bao gồm cả các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế thiết bị có sự cố

Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý TMN (Telecommunication Management Network: Mạng quản lý viễn thông) Lúc này, một mặt

hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông (các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS, vì thâm nhập đến BTS được thực hiện qua BSC) Mặt khác, hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại được nối đến một máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy Theo tiêu chuẩn GSM, hệ thống được gọi là OMC (Operation and Maintenance Center: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng)

- Quản lý thuê bao: Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xóa thuê bao khỏi mạng Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung Nhà khai thác có thể thâm nhập được tất cả các thông số nói trên Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi Cước phí phải được tính và gửi đến thuê bao Quản lý thuê bao ở GSM chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OSS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp người máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao Simcard cũng đóng vai trò như một bộ phận của hệ thống quản lý thuê bao

- Quản lý thiết bị di động: Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực hiện EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR

được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị Một thiết

bị không được phép sẽ bị cấm Trong hệ thống GSM, EIR được coi là hệ thống con SS

1.3.4 Trạm di động MS

Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn thấy của hệ thống 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 micrô, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với một số các thiết bị khác (như giao diện với máy tính cá nhân, Fax…) Hiện nay, người ta đang cố gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối với trạm di động

Máy di động MS gồm hai phần: Module nhận dạng thuê bao SIM ( Subscriber Identity Module) và thiết bị di động ME (Mobile Equipment)

Để đăng ký và quản lý thuê bao, mỗi thuê bao phải có một bộ phận gọi là SIM SIM là một module riêng được tiêu chuẩn hoá trong GSM Tất cả các bộ phận thu, phát, báo hiệu tạo thành thiết bị ME ME không chứa các tham số liên quan đến khách hàng,

mà tất cả các thông tin này được lưu trữ trong SIM SIM thường được chế tạo bằng một

vi mạch chuyên dụng gắn trên thẻ gọi là Simcard Simcard có thể rút ra hoặc cắm vào MS

* Sim đảm nhiệm các chức năng sau:

- Lưu giữ khoá nhận thực thuê bao cùng với số nhận dạng trạm di động quốc tế IMSI nhằm thực hiện các thủ tục nhận thực và mật mã hoá thông tin

- Khai thác và quản lý số nhận dạng cá nhân PIN (Personal Identity Number) để bảo vệ quyền sử dụng của người sở hữu hợp pháp PIN là một số gồm từ 4 đến 8 chữ số, được nạp bởi nhà khai thác khi đăng ký lần đầu

Dịch vụ cuộc gọi khẩn là một loại dịch vụ khác bắt nguồn từ dịch vụ thoại Nó cho phép người dùng có thể liên lạc với các dịch vụ khẩn cấp như cảnh sát hay cứu hoả mà có thể có hay không có SIM card trong máy di động.

1.4.2 Dịch vụ số liệu

GSM được thiết kế để đưa ra rất nhiều dịch vụ số liệu Các dịch vụ số liệu được phân biệt với nhau bởi người sử dụng phương tiện (người sử dụng các mạng điện thoại PSTN, ISDN,…), bởi bản chất các luồng thông tin đầu cuối (dữ liệu thô, fax, videotex, teletex…), bởi phương tiện truyền dẫn (gói hay mạch, đồng bộ hay không đồng bộ…) và bởi bản chất thiết bị đầu cuối Tốc độ truyền số liệu trên mạng GSM là 9,6kbps

1.4.4 Dịch vụ Wap

Dịch vụ Wap được bắt đầu xây dựng và triển khai lần đầu tiên cách đây ba năm ( vào giữa năm 1997) Dịch vụ giao thức ứng dụng không đây (Wap) ngày nay đã trở nên phổ biến Tiêu chí của dịch vụ rất đơn giản: cho phép thuê bao dùng điện thoại di động, máy nhắn tin hoặc những thiết bị viễn thông khác có hỗ trợ Wap có thể truy cập một cách

có giới hạn vào các trang wed để xem thông tin về thị trường chứng khoán, xem tin tức, gửi và nhận email v.v…

Mặc dù Wap sử dụng các công nghệ và khái niệm từ thế giới wed và Internet nhưng các thiết bị Wap không thể truy cập trực tiếp vào các nguồn tài nguyên wed trên Internet mà phải nhờ qua Wap gateway

II Tổng quan về SMS

2.1 Giới thiệu về SMS

SMS là từ viết tắt của Short Message Service Đó là một công nghệ cho phép gửi

và nhận các tin nhắn giữa các điện thoại với nhau SMS xuất hiện đầu tiên ở Châu Âu vào năm 1992 Ở thời điểm đó, nó bao gồm cả các chuẩn về GSM (Global System for Mobile Communication) Một thời gian sau đó, nó phát triển sang công nghệ wireless như CDMA và TDMA Các chuẩn GSM và SMS có nguồn gốc phát triển bởi ETSI (European Telecommunication Standards Institute) Ngày nay 3GPP (Third Generation Partnership Project) đang giữ vai trò kiểm soát về sự phát triển và duy trì các chuẩn GSM và SMS

Như chính tên đầy đủ của SMS là Short Message Service, dữ liệu có thể được lưu giữ bởi một SMS là rất giới hạn Một SMS có thể chứa tối đa là 140 byte (1120 bit) dữ liệu Vì vậy, một SMS có thể chứa:

- 160 ký tự nếu mã hóa ký tự 7 bit được sử dụng (phù hợp với mã hóa các ký tự latin như alphatet của tiếng Anh)

- 70 ký tự nếu như mã hóa ký tự 16 bit Unicode UCS2 được sử dụng (dùng cho các ký tự không phải mã latin như chữ Trung Quốc…)

SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau Nó có thể hoạt động tốt với nhiều ngôn ngữ mà có hỗ trợ mã Unicode, bao gồm Arabic, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc… Bên cạnh gửi tin nhắn dạng text thì tin nhắn còn có thể mang dữ liệu dạng binary Nó cho phép gửi nhạc chuông, hình ảnh cùng nhiều tiện ích khác…từ điện thoại này tới điện thoại khác

Một trong những ưu điểm nổi trội của SMS là được hỗ trợ bởi các điện thoại sử dụng GSM hoàn toàn Hầu hết các tiện ích cộng thêm gồm cả dịch vụ gửi tin nhắn giá rẻ được cung cấp, sử dụng thông qua sóng wireless

* Các yếu tố kích thích sự phát triển của SMS:

- Việc nhắn tin liên mạng giữa các nhà cung cấp dịch vụ trong cùng một khu vực tạo cho khách hàng của cả hai mạng một cơ hội sử dụng dịch vụ nhắn tin SMS giống như dịch vụ thoại Các khách hàng có thể gọi điện cũng như nhắn tin cho nhau từ các mạng khác nhau

- Dịch vụ nhắn tin nhắn trả trước: đây là một nguyên nhân rất quan trọng quyết định sự phát triển mạnh mẽ của dịch vụ SMS Nhắn tin SMS trả trước (SMS for

prepayment) cho phép khách hàng có thể trả tiền trước cho dịch vụ mà không cần phải đăng ký với nhà khai thác.

- Dự đoán văn bản được bấm trên máy: sự đơn giản hóa việc nhắn tin cũng làm tăng lượng tin nhắn được gửi đi Vì vậy sự ra đời các thuật toán dự báo tin nhắn được bấm đã làm giảm một cách đáng kể việc bấm phím Sự tích hợp thuật toán này vào các máy điện thoại đã làm cho dịch vụ SMS ngày càng phát triển

- Chuẩn hóa các giao thức: việc chuẩn hóa các giao thức đã tạo ra một môi trường cho sự phát triển của các nhà hoạch định, phát triển và triển khai dịch vụ của các nhà kinh doanh Chuẩn hóa giao thức cũng làm cho người sử dụng dễ dàng hơn trong việc trả lời tin nhắn và truy nhập tới các dịch vụ tin nhắn khác thông qua giao diện menu trên máy

- Sự phát triển của các thiết bị đầu cuối: việc cho ra đời các thiết bị đầu cuối dễ sử dụng cũng góp phần làm tăng việc sử dụng tin nhắn

2.2 Cấu trúc một tin nhắn SMS

Nội dung của 1 tin nhắn SMS khi được gửi đi chia làm 5 phần như sau:

Insturctions to

air interface Instructions to SMSC Instructions to handset Instructions to SIM (optional) Message Body

- Instructions to air interface: chỉ thị dữ liệu kết nối với air interface (giao diện không khí)

- Instructions to SMSC: chỉ thị dữ liệu kết nối với trung tâm tin nhắn SMSC

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

- Instructions to SIM (optional): chỉ thị dữ liệu kết nối, nhận biết SIM

- Message body: nội dung tin nhắn SMS

2.3 Ưu điểm của các tin nhắn

- Tin nhắn có thể được gửi và đọc tại bất kỳ thời điểm nào

- Tin nhắn SMS có thể được gửi tới các điện thoại dù chúng đang bị tắt nguồn

- Ít gây phiền phức trong khi vẫn có thể giữ liên lạc

- Được sử dụng trên các điện thoại di động khác nhau và có thể gửi cùng mạng hoặc khác mạng đều được

- Phù hợp với các ứng dụng wireless sử dụng cùng với nó như: chức năng SMS được hỗ trợ 100% bởi các điện thoại sử dụng công nghệ GSM; có thể gửi nhạc chuông, hình ảnh…; hỗ trợ chi trả các dịch vụ trực tuyến download nhạc chuông…

2.4 Tin nhắn SMS chuỗi/tin nhắn SMS dài

Để khắc phục khuyết điểm mang lượng giới hạn dữ liệu, một mở rộng mới ra đời

đó là SMS chuỗi (SMS dài) Một SMS dạng text dài có thể chứa nhiều hơn 160 ký tự theo chuẩn dùng trong tiếng Anh SMS chuỗi có cơ cấu hoạt động như sau: điện thoại di động sẽ chia tin nhắn dài ra thành nhiều phần nhỏ và sau đó gửi các phần nhỏ này như tin nhắn SMS đơn Khi các tin nhắn SMS này đã được gửi tới đích hoàn toàn thì nó sẽ được kết hợp lại với nhau trên máy di động của người nhận

2.5 SMS center/SMSC

Một SMS Center (SMSC) là nơi chịu trách nhiệm luân chuyển các hoạt động liên quan tới SMS của một mạng wireless Khi một tin nhắn SMS được gửi đi từ một điện thoại di động thì trước tiên nó sẽ được gửi tới một trung tâm SMS Sau đó, trung tâm SMS này sẽ chuyển tin nhắn này tới đích (người nhận) Một tin nhắn SMS có thể phải đi qua nhiều hơn một thực thể mạng (netwok) (chẳng hạn như SMSC và SMS gateway) trước khi đi tới đích thực sự của nó Nhiệm vụ duy nhất của một SMSC là luân chuyển các tin nhắn SMS và điều chỉnh quá trình này cho đúng với chu trình của nó Nếu như máy điện thoại của người nhận không ở trạng thái nhận (bật nguồn) trong lúc gửi thì SMSC sẽ lưu trữ tin nhắn này Và khi máy điện thoại của người nhận mở nguồn thì nó sẽ gửi tin nhắn này tới người nhận

Thường thì một SMSC sẽ họat động một cách chuyên dụng để chuyển lưu thông SMS của một mạng wireless Hệ thống vận hành mạng luôn luôn quản lí SMSC của riêng

nó và vị trí của chúng bên trong hệ thống mạng wireless Tuy nhiên hệ thống vận hành mạng sẽ sử dụng một SMSC thứ ba có vị trí bên ngoài của hệ thống mạng wireless Cần phải biết địa chỉ SMSC của hệ thống vận hành mạng wireless để sử dụng, tinh chỉnh chức năng tin nhắn SMS trên điện thoại Điển hình một địa chỉ SMSC là một số điện thoại thông thường ở hình thức, khuôn mẫu quốc tế Một điện thoại nên có một thực đơn chọn

lựa để cấu hình địa chỉ SMSC Thông thường thì địa chỉ được điều chỉnh lại trong thẻ SIM bởi hệ thống mạng wireless

III Các tập lệnh AT

3.1 Giới thiệu

Các lệnh AT là các hướng dẫn được sử dụng để điều khiển một modem AT là một 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 nối (wired dial-up modems), chẳng hạn như ATD (Dial), ATA (Answer), ATH ( Hool control) và ATO (return to online data state) cũng được hỗ trợ bởi các modem GSM/GPRS và các điện thoại di động

Bên cạnh 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 bao gồm các lệnh liên quan đến SMS như AT+CMGS (gửi tin nhắn SMS), AT+CMSS (gửi tin nhắn SMS từ một vùng lưu trữ), AT+CMGL (chuỗi liệt kê các tin nhắn SMS) và AT+CMGR (đọc tin nhắn SMS)

3.2 Các tập lệnh AT cơ bản

3.2.1 Các thuật ngữ

<CR>: Carriage return (Mã ASCII 0x0D)

<LF>: Line Feed (Mã ASCII 0x0A)

MT : Mobile Terminal- Thiết bị đầu cuối mạng (trong trường hợp này là modem)

TE : Terminal Equipment- Thiết bị đầu cuối (Máy tính, vi điều khiển)

<n>: Chỉ số của thanh ghi S được thiết lập.

<m>: Giá trị đặt cho thanh ghi S <m> cí thể tùy chỉnh, nếu thiếu, giá trị mặc định

Lệnh kiểm tra AT+<x>=? Liệt kê danh sách các tham số của

lệnh và các giá trị có thể thiết lập cho tham số

Lệnh đọc AT+<x>? Cho biết giá trị hiện tại của các tham

số trong lệnh

Lệnh thiết lập AT+<x>=< > Thiết lập các giá trị cho các tham số

của lệnh

Lệnh thực thi AT+<x> Đọc các tham số bất biến được tác

động bởi các tiến trình bên trong của module

Kết hợp các lệnh AT liên tiếp trên cùng một dòng lệnh: chỉ cần đánh “AT” hoặc

“at” một lần ở đầu dòng lệnh, các lệnh còn lại chỉ cần đánh lệnh, các lệnh các nhau bởi dấu chấm phẩy Một dòng lệnh chỉ chấp nhận tối đa 256 ký tự Nếu số ký tự nhiều hơn sẽ không có lệnh nào được thi hành

Nhập các lệnh AT liên tiếp trên các dòng lệnh khác nhau: giữa các dòng lệnh sẽ có một đáp ứng (VD: OK, error, ) Cần phải chờ đáp ứng này trước khi nhập lệnh AT tiếp theo.

3.2.3 Các lệnh thiết lập và cài đặt cho tin nhắn SMS

Bảng 2.2: Lệnh thiết lập và cài đặt cho tin nhắn SMS

AT+CMGF Định dạng văn bản tin nhắn

AT+CMGL Danh sách tin nhắn đã lưu

AT+CMGR Lệnh đọc tin nhắn

AT+CMGS Lệnh gửi tin nhắn

AT+CMGW Lưu tin nhắn vào bộ nhớ

AT+CMSS Gửi tin nhắn đã lưu

AT+CMGC Gửi sms lệnh

AT+CNMI MT gửi thông báo khi có tin nhắn mới

AT+CPMS Các tin nhắn riêng biệt được lưu

AT+CRES Cài đặt lại tin nhắn

AT+CSAS Lưu các cài đặt cho tin nhắn

AT+CSCA Địa chỉ dịch vu tin nhắn

AT+CSMP Cài đặt định dạng chữ của tin nhắn

AT+CSMS Lựa chọn tin nhắn dịch vụ

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

I Mô tả hệ thống

Sơ đồ khối hệ thống:

Khối xử lý trung tâm

Khối loa báo độngKhối nguồn hệ thốngKhối led hiển thịKhối bàn phím điều khiểnKhối màn hình hiển thị LCD

Khối cảm biếnKhối nguồn cảm biếnKhối giao tiếp SMS (Module SIM)

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống

Số lượng cảm biến: tối đa có thể lắp 8 cảm biến các loại như: cảm biến quang, cảm biến chuyển động PIR, cảm biến thu - phát tia hồng ngoại, v v… người dùng có thể lựa chọn và lắp đặt tại các địa điểm khác nhau trong nhà tùy theo nhu cầu sử dụng Các cảm biến chuyển động PIR có thể được sử dụng để lắp đặt ở ngoài sân, vườn hoặc ở các hành lang, ban công Các cảm biến thu - phát tia hồng ngoại có hiệu quả tốt nhất khi lắp đặt phía sau các cửa ra vào, cửa sổ … loại cảm biến này sẽ được kích hoạt khi có vật cản chắn ngang tia hồng ngoại Trong khi đó, các cảm biến quang trở sẽ trở nên thực sự hữu dụng khi được lắp đặt bên trong các phòng kín như phòng ngủ, phòng sách hay trong các ngăn tủ đựng hồ sơ, giấy tờ, tài liệu Khoảng cách kéo dây từ bảng mạch hệ thống đi đến các điểm đặt cảm biến tối đa theo lý thuyết là 100m

Hệ thống phím ấn điều khiển: trên bảng mạch hệ thống sẽ có 5 phím ấn, bao gồm: phím Menu, phím Up (↑), phím Down (↓), phím Enter và phím Lock Trong đó phím Lock có nhiệm vụ duy nhất là khóa bàn phím để nâng cao tính bảo mật cho hệ thống 4 phím còn lại sẽ giúp người dùng truy cập và sử dụng các tính năng khác của hệ thống, bao gồm: điều khiển bật/ tắt các cảm biến; nhập/ thay đổi/ xóa mật khẩu mở bàn phím; thay đổi số điện thoại Phím Menu có tác dụng giúp người dùng truy cập vào các tính năng của hệ thống và đồng thời cũng có tác dụng như một nút Back/ Cancle, tức hủy thao tác đang thực hiện trên màn hình, trở về màn hình chính.

Hệ thống hiển thị và cảnh báo:

- Màn hình LCD 16x2: hiển thị trạng thái của các cảm biến; hiển thị thông tin và cùng với các nút bấm giúp người sử dụng giao tiếp với hệ thống, điều khiển bật/ tắt các cảm biến

- 8 Led hiển thị trạng thái cảm biến được lắp đặt trên bảng mạch hệ thống, với 3 trạng thái báo hiệu: cảm biến tắt (led không sáng), cảm biến đang hoạt động và chưa bị kích hoạt (led sáng) và cảm biến đang hoạt động và đã bị kích hoạt (led nháy sáng) Các leds này sẽ giúp người sử dụng có thể giám sát được thông tin hệ thống một cách trực quan và nhanh chóng hơn

- 1 loa cảnh báo: loa sẽ kêu để báo động, cảnh báo cho người sử dụng, hàng xóm xung quoanh cũng như đánh động cho kẻ trộm sợ; loa được bật cho kêu khi một hoặc nhiều cảm biến bị kích hoạt Loa sẽ liên tục kêu cho đến khi cảm biến đó được xử lý (được tắt hoặc khởi động lại) Khi loa kêu, người sử dụng có thể ấn phím Enter trên bảng mạch hệ thống để tắt cảm biến đã bị kích hoạt, gây ra báo động loa (loa cũng sẽ tắt theo

do không còn cảm biến nào bị kích hoạt) Tất nhiên, người sử dụng cũng có thể làm việc này bằng cách gửi một tin nhắn SMS theo cú pháp được quy định khi vắng nhà, đi xa hay đơn giản chỉ là đang bận việc ở một nơi nào đó trong nhà

Thiet lap mat khau?

MK: _ _ _ _ _ _

0123456789 < OKON: _

Yes (SDT)

SoDT: _

0123456789 < OKBat/Tat cam bien

Hình 3.2: Sơ đồ logic menu màn hình

Khối giao tiếp qua SMS, sử dụng module SIM900A, có nhiệm vụ liên lạc, trao đổi thông tin và điều khiển qua tin nhắn điện thoại SMS Ngoài việc sử dụng hệ thống phím

bấm trên bảng mạch hệ thống để giao tiếp với hệ thống, người sử dụng cũng có thể dùng tin nhắn để quản lý và điều khiển các cảm biến Người sử dụng cũng có thể kiểm tra tình trạng bật/ tắt của toàn bộ các cảm biến mà không cần trực tiếp nhìn vào hộp mạch, rất thuận tiện khi vắng nhà, đi chơi xa … Đồng thời, người dùng cũng có thể sử dụng điện thoại để bật/ tắt một cảm biến, nhiều cảm biển hay thậm chí là tất cả các cảm biến với chỉ một tin nhắn

Bảng 3.1: Các bản tin giao tiếp giữa hệ thống và người sử dụng

Các cú pháp từ điện thoại Các bản tin gửi từ hệ thống

Trangthai Dang bao dong tai cam bien: <số thứ tự của các cảm biến

đang bị kích hoạt hoặc “0” nếu không có cảm biến nào>.Cac cam bien dang bat: <danh sách số thứ tự - vị trí của các cảm biến đang bật>

Cac cam bien dang tat: <danh sách số thứ tự - vị trí của các cảm biến đang tắt>

Info

Bat <số thứ tự của cảm biến

tương ứng; hoặc “tatca”>

Da bat cac cam bien: <danh sách số thứ tự - vị trí của các cảm biến đã bật>

On <số thứ tự của cảm biến

tương ứng; hoặc “all”>

Tat <số thứ tự của cảm biến

tương ứng; hoặc “tatca”>

Da tat cac cam bien: <danh sách số thứ tự - vị trí của các cảm biến đã tắt>

Off <số thứ tự của cảm biến

tương ứng; hoặc “all”>

Loa Cam bien <danh sách số thứ tự - vị trí của các cảm biến đã

tắt> da duoc tat

Buzzer

CANH BAOHien dang co bao dong tai cam bien: <danh sách số thứ tự -

vị trí của các cảm biến bị kích hoạt>

* Nguyên lý hoạt động của hệ thống:

Khi mới sử dụng lần đầu, hệ thống chưa có mật khẩu bảo vệ, do đó sẽ hỏi người

sử dụng xem có muốn thiết lập mật khẩu mới hay không Nếu đồng ý thiết lập mật khẩu mới, người sử dụng sẽ dùng các phím Up, Down và Enter để lựa chọn và nhập vào mật khẩu, mật khẩu gồm 6 chữ số từ 0 - 9 Từ lần sau, khi bàn phím đang được khóa (bằng cách ấn phím Lock trên bảng hệ thống), người dùng nếu muốn truy cập vào hệ thống bằng cách ấn bất kỳ phím nào trên bàn phím, hệ thống sẽ yêu cầu nhập mật khẩu Mật khẩu có thể được thay đổi hoặc xóa bằng lựa chọn menu mật khẩu bên trong hệ thống sau khi đăng nhập thành công

Khối cảm biến có nhiệm vụ phát hiện các chuyển động và gửi thông tin về cho Khối xử lý trung tâm Khối xử lý trung tâm sử dụng một vi xử lý PIC16F877A, xử lý mọi thông tin đến và đi Khi nhận được thông tin cảm biến bị kích hoạt, vi xử lý sẽ bật cho loa kêu, đánh động cho chủ nhà, hàng xóm xung quoanh và khiến trộm giật mình, hoảng sợ… Đồng thời, vi xử lý sẽ gửi một tin nhắn, thông qua module SIM, tới số điện thoại được thiết lập trước, thường là số điện thoại của chủ nhà, để cảnh báo cho người sử dụng

về thông tin, vị trí hay tên cảm biến đã bị kích hoạt Đèn led hiển thị của cảm biến tương ứng cũng sẽ được chuyển sang trạng thái nhấp nháy và màn hình hiển thị sẽ hiện cảm biến bị kích hoạt trên hộp bảng hệ thống đặt trong nhà Sau khi nắm bắt được tình hình, người sử dụng có thể ngắt chuông bằng cách bấm phím Enter trên hộp hệ thống, hoặc có thể gửi một tin nhắn trên điện thoại để tắt từ xa Cảm biến tại điểm vừa kích hoạt chuông

sẽ được ngắt, các cảm biến khác vẫn hoạt động bình thường và vẫn xảy ra quy trình báo động nếu chúng bị kích hoạt Sẽ chỉ có một số điện thoại được vi xử lý lưu, và số điện thoại này sẽ là số điện thoại duy nhất để có thể điều khiển hệ thống từ xa bằng tin nhắn SMS

II Sơ đồ nguyên lý và chức năng các khối

Chức năng các khối:

- Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống

- Khối Module SIM:Có chức năng gửi, nhận tin nhắn SMS cho việc quản lý các cảm biến và nhận các bản tin cảnh báo Khối này cần 1 thiết bị điện thoại di động và 1 Module Sim900A:

+ Thiết bị điện thoại di động: dành cho người sử dụng (điều khiển) Người

sử dụng cần phải đăng kí dịch vụ viễn thông đối với các nhà cung cấp dịch vụ trong nước

+ GSM Module Sim900A: Module này phải được gắn Sim của nhà cung cấp dịch vụ và cũng cần phải có chức năng như một điện thoại di động để kết nối với vi điều khiển Module này được đặt cố định và thường xuyên kết nối với vi điều khiển Khi người sử dụng nhắn một tin SMS có nội dung là một lệnh yêu cầu điều khiển thiết bị, thì Module Sim900A sẽ nhận tin nhắn, xử lí trình và được nạp vào vi điều khiển

- Khối xử lý trung tâm: Tiếp nhận và xử lý thông tin từ khối Module SIM; Tiếp nhận và xử lý tín hiệu từ các cảm biến; Đưa ra tín hiệu điều khiển đóng mở các cảm biến

và gửi tin nhắn phản hồi cho người sử dụng

- Khối hiển thị: Sử dụng một màn hình LCD 16x2 để hiển thị các thông tin và trạng thái của hệ thống.

- Bàn phím: Gồm có 4 phím bấm, được dùng để nhập thông tin điều khiển tắt mở các cảm biến

- Khối cảm biến: Có thể mắc tối đa 8 cảm biến, khối này có 3 cảm biến chính là cảm biến ánh sáng, cảm biến chuyển động PIR và cảm biến thu - phát tia hồng ngoại Nhiệm vụ là truyền tín hiệu cảnh báo về cho khối xử lý trung tâm khi bị kích hoạt

- Khối cảnh báo: Sử dụng 1 loa công suất để báo động khi có cảm biến bị kích hoạt Khối này do vi xử lý điều khiển khi có tín hiệu từ cảm biến Đồng thời sử dụng 8 led đơn được lắp trên bảng mạch hệ thống để thông báo tình trạng hoạt động của các cảm biến tương ứng, các led này có 3 trạng thái hoạt động là:

+ Tắt: cảm biến tương ứng được tắt, khối xử lý trung tâm sẽ không đọc trạng thái của cảm biến đó khi xử lý thông tin

+ Bật: cảm biến tương ứng đang được bật và không bị kích hoạt, khối xử lý trung tâm sẽ đọc tín hiệu từ cảm biến này và khi có kích hoạt xảy ra ở cảm biến đó, vi xử

lý sẽ kích hoạt loa báo động và điều khiển khối Module SIM gửi tin nhắn cảnh báo cho người sử dụng

+ Nháy: báo động cảm biến vừa bị kích hoạt, loa vẫn đang được bật và chờ người sử dụng tắt cảnh báo, tắt/ bật lại cảm biến tương ứng

Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

RA0/AN0 2 RA1/AN1 3 RA2/AN2/VREF-/CVREF 4

RA3/AN3/VREF+

5 RA4/T0CKI/C1OUT 6 RA5/AN4/SS/C2OUT 7

RB0/INT 33 RB1 34 RB2 35 RB3/PGM 36 RB4 37 RB5 38 RB6/PGC 39 RB7/PGD 40

RC0/T1OSO/T1CKI 15RC1/T1OSI/CCP2 16RC2/CCP1 17RC3/SCK/SCL 18RC4/SDI/SDA 23RC5/SDO 24RC6/TX/CK 25RC7/RX/DT 26 RD0/PSP0 19RD1/PSP1 20RD2/PSP2 21 RD3/PSP3 22RD4/PSP4 27RD5/PSP5 28RD6/PSP6 29RD7/PSP7 30 RE0/RD/AN5 8RE1/WR/AN6 9RE2/CS/AN7 10VSS

12 VSS 31 MCLR/VPP 1 OSC1/CLKI 13 OSC2/CLKO 14

VDD 11VDD 32U1

PIC16F877A-E/P

X1 4Mhz

led1 led3 led5

VCC

RC0 RC2 RC5

Vbat SDA SQW

VCC

RB1

RB1

X2 4Mhz

-BT2 PIN 3V

GND

1 3 5 7 9 10 JP3

JP10

GND

12V

RD0 RD2 RD4 RD6

1

GND

LED3 Quang tro R7 10k

R3 10k

1 3 2

8 IC3A LM358 R410k Q1 C1815

GND

D1 1N5408 1 4

5RL1Relay 10A/12V 1 HD1 Header 2 VR2

HD3 Header 2

LED2

R7 1k

LED3

R8 1k

LED4

R9 1k

LED5

R10 1k

LED6

R11 1k

LED7

R12 1k

LED8

R13 1k

GND

le le le le le le le le

+ DC

-DC 1

2

JDC1 Jac DC

D1 1N407 C7 0.1mF C6 1uF C80.1mF

IN 1

OUT 3IC2 LM7805

GND

12V

LED9 LED nguon R18 1k

VCC

5V 0V Vs

A K

2

1 3

SW3 SW

SW4 SW

SW5 SW C2

1 3 5 7 JP3

JP7 TX

4V

GND

1

2 3IC4A 7408 4 5 6 IC4B 7408

R23 1k R241k

III Cấu trúc từng khối

3.1 Khối xử lý trung tâm

Vi điều khiển là thành phần vô cùng quan trọng của hệ thống vì đây là nơi tiếp nhận và xử lý rất nhiều tín hiệu cũng như thông tin, là “bộ não” của hệ thống Vi điều khiển phải đạt được một số yêu cầu như:

- Kích thước nhỏ gọn

3.1.1 Tổng quan về họ vi điều khiển PIC

PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology Dòng PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi Microelectronics Division thuộc General Instrument PIC bắt nguồn từ chữ viết tắt của “Programmable Intelligent Computer” (Máy tính khả trình thông minh), General Instruments đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên của họ là PIC1650 Lúc này, PIC1650 được dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16-bit CP1600, vì vậy, người ta cũng gọi PIC với tên “Peripheral Interface Controller” (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi) CP1600 là một CPU tốt, nhưng lại kém về các hoạt động xuất nhập, và vì vậy PIC 8-bit được phát triển vào khoảng năm

1975 để hỗ trợ hoạt động xuất nhập cho CP1600 PIC sử dụng microcode đơn giản đặt

trong ROM, và mặc dù, cụm từ RISC chưa được sử dụng thời bấy giờ, nhưng PIC thực

sự là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh trong một chu kỳ máy (4 chu

kỳ của bộ dao động) Ngày nay rất nhiều dòng PIC được xuất xưởng với hàng loạt các module ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC…), với bộ nhớ chương trình từ

512 Word đến 32K Word

3.1.1.1 Một số đặc tính của vi điều khiển PIC

Hiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng, nhưng có thể điểm qua một vài đặc tính nổi bật như sau :

- 8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Harvard có sửa đổi

- Flash và ROM có thể tuỳ chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte

- Các cổng Xuất/ Nhập (I/ O) (mức logic thường từ 0V đến 5.5V, ứng với logic 0

và logic 1)

- 8/16 bit Timer

- Các chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ/ khung đồng bộ USART; Bộ chuyển đổi ADC Analog-to-digital converters; 10/12 bit Bộ so sánh điện áp (Voltage Comparator)

- Các module Capture/ Compare/ PWM LCD

- MSSP Peripheral dựng cho các giao tiếp I2C, SPI

- Bộ nhớ nội EPROM - có thể ghi/ xoá lên tới 1 triệu lần

- Module Điều khiển động cơ, đọc encoder

- Hỗ trợ giao tiếp USB

- Hỗ trợ giao tiếp CAN; Hỗ trợ giao tiếp LIN

- Hỗ trợ giao tiếp IrDA

- Một số dòng có tích hợp bộ RF (PIC16F639, và RFPIC), KEELOQ, mờ hoá và giải mờ

- Tất cả các lệnh là 1chu kỳ ngoại trừ chương trình con là 2 chu kỳ

3.1.1.2 Giới thiệu về PIC16F8XX và PIC16F877A

PIC16F8X là nhóm PIC trong họ PIC16XX của họ Vi điều khiển 8-bit, tiêu hao năng lượng thấp, đáp ứng nhanh, chế tạo theo công nghệ CMOS, chống tĩnh điện tuyệt đối Tất cả các PIC16/17 đều có cấu trúc RISC PIC16CXX các đặc tính nổi bật, 8 mức ngăn xếp Stack, nhiều nguồn ngắt tích hợp bên trong lẫn ngoài Có cấu trúc Havard với các bus dữ liệu và bus thực thi chương trình riêng biệt nhau cho phép độ dài 1 lệnh là 14-bit và bus dữ liệu 8-bit cách biệt nhau Tất cả các lệnh đều mất 1 chu kỳ lệnh ngoại trừ các lệnh rẽ nhánh chương trình mất 2 chu kỳ lệnh Chỉ có 35 lệnh và 1 lượng lớn các thanh ghi cho phép đáp ứng cao trong ứng dụng

Họ PIC16F8X có nhiều tính năng đặc biệt làm giảm thiểu các thiết bị ngoại vi, vì vậy tính kinh tế cao, có hệ thống nổi bật đáng tin cậy và sự tiêu thụ năng lượng thấp Chế

độ SLEEP tiết kiệm nguồn và có thể được đánh thức bởi các nguồn reset