Nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống chiếu sang dùng năng lượng mặt trời được điều khiển qua mang thông tin di động

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐƯỢC ĐIỀU KHIỂN QUA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG...29 2.1.. Công nghệ, thiết bị sử dụng năng lượng mặt trờiđã được hoàn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận Văn Thạc sỹ Khoa học này là do tôi nghiên cứu vàthực hiện dưới sự hướng dẫn của Tiến sỹ Phạm Duy Phong Các kết quả thamkhảo từ các nguồn tài liệu cũng như các công trình nghiên cứu khoa học khácđược trích dẫn đầy đủ Nếu có gì sai phạm về bản quyền (trích dẫn thiếu hoặcsai), tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em muốn được bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn của

em là thầy TS Phạm Duy Phong – Giảng viên trường Đại học Điện lực đã tậntình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới các thầy cô giáo trong

và ngoài trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã giảng dạy em trong nămqua, những kiến thức và kinh nghiệm quý báu mà các thầy cô đã truyền đạtcho em trên giảng đường là nền tảng giúp em hoàn thành bài luận văn này và

là hành trang vững chắc cho em trong bước đường tương lai

Em xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong Trung tâm Sau đại học đãtận tình giúp đỡ và tạo điều kiện giúp em hoàn thành luận văn của em

Trong quá trình làm luận văn khó có thể tránh khỏi những sai sót, em rấtmong nhận được sự góp ý của thầy cô giáo cũng như của các bạn

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Học viên thực hiện

MỤC LỤC

Trang phụ bìa Trang

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ĐỂ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 3

1.1 NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3

1.1.1 Cấu trúc của mạng GSM 3

1.1.2 Tổng quan về tin nhắn SMS 6

1.2 Thiết bị đầu cuối ứng dụng trong điều khiển chiếu sáng 10

1.2.1 Tổng quan về sim900A 10

1.2.2 Đặc điểm của Sim900A 11

1.2.3 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân 14

1.2.3 Khởi tạo cấu hình modul sim ……….18

1.2.4 Đọc tin nhắn……….20

1.2.5 Gửi tin nhắn……… 22

1.2.6 Nhận cuộc gọi………

26 1.3 Ứng dụng của mạng thông tin di động trong truyền tín hiệu điều khiển 27

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐƯỢC ĐIỀU KHIỂN QUA

MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 29

2.1 HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 29

2.1.1 Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời 30

2.1.2 Tính toán, lựa chọn tấm pin năng lượng mặt trời 34

2.1.3 Tính toán lựa chọn ắc quy 38

2.2 NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 41

2.2.1 Lựa chọn loại đèn chiếu sáng 41

2.2.2 Phương pháp điều khiển đèn 43

2.2.3 Phương pháp điều khiển hệ thống 43

2.2.4 Tính toán thời gian bật tắt đèn 44

2.3 MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG QUA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 45

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 48

3.1 Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển sạc 48

3.2 Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển đèn chiếu sáng 52

3.2.1 Thiết kế khối nguồn 54

3.2.2 Thiết kế khối điều khiển trung tâm 54

3.2.3 Khối thời gian thực RTC 59

3.2.4 Thiết kế mạch động lực điều khiển đèn 60

3.2.5 Khối màn hình hiển thị GLCD 61

3.2.6 Khối xử lý trung tâm 61

3.3 Thiết kế, chế tạo module truyền tín hiệu điều khiển 62

3.3.1 Nguồn điện áp của Module SIM 63

3.3.2 Socket lắp SIM Card 63

3.3.3 Khối sim900A 64

3.3.4 Chế tạo module sim900A 64

3.4 Thực nghiệm 66

KẾT LUẬN 69

4.1 Đánh giá kết quả ………69

4.2 Hướng phát triển của đề tài………69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

PHỤ LỤC………71

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấu trúc của công nghệ GSM 5

Hình 1.2 Các thành phần mạng GSM 5

Hình 1.3 Cấu trúc của một tin nhắn SMS 8

Hình 1.4 Mô hình điều khiển qua mạng di động 10

Hình 1.5 SIM900A 11

Hình 1.6 Sơ đồ chân của SIM900A 14

Hình 1.7: Cấu hình khởi tạo module sim 18

Hình 1.8 Cấu hình đọc tin nhắn 21

Hình 1.9 Cấu hình gửi tin nhắn 22

Hình 1.10 Cấu hình thực hiện cuộc gọi 24

Hình 1.11 Cấu hình nhận cuộc gọi 26

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống đèn công cộng dùng năng lượng mặt trời .29

Hình 2.1 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời 31

Hình 2.2 Sự dịch chuyển các điện tích trong pin mặt trời 34

Hình 2.3 Giải pháp truyền thông qua mạng internet ADSL 46

Hình 2.4 Giải pháp truyền thông qua mạng không dây GSM 46

Hình 3.1 Đường đặc tuyến của công suất P 49

Hình 3.2 Đường đặc tuyến V, I thể hiện công suất tại mỗi thời điểm 51

Hình 3.3.Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển sạc 51

Hình 3.4 Chế tạo bộ sạc ắc quy 52

Hình 3.5 Sơ đồ khối bộ điều khiển đèn chiếu sáng 53

Hình 3.6 Khối nguồn 54

Hình 3.7 Hình dạng thực tế STM8 56

Hình 3.8 Khối điều khiển trung tâm 59

Hình 3.9 Khối thời gian thực 60

Hình 3.10 Khối điều khiển đèn 60

Hình 3.11 Khối hiển thị GLCD 61

Hình 3.12 Sơ đồ đi dây mạch điều khiển 62

Hình 3.13 Hình ảnh thực tế mạch điều khiển 62

Hình 3.14 Khối nguồn cho module sim900A 63

Hình 3.15 Khối sim card cho sim900A 63

Hình 3.16 Khối sim900A 64

Hình 3.17 Mạch đi dây của module sim900A 65

Hình 3.18 Hình ảnh thực tế của module sim900A 66

Hình 3.19 Hình ảnh tổng thể của sản phẩm 67

Hình 3.19 Điều khiển qua tin nhắn SMS từ điện thoại di động 68

Hình 3.20 Cài đặt chế độ bằng tay/tự động 68

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Mô tả chức năng hoạt động các chân của sim900A 14Bảng 2 Quan hệ giữa cường độ dòng điện và tiết diện dây dẫn 40

LỜI MỞ ĐẦU

Năng lượng và sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là vấn đề cấp thiếtđược chính phủ, các bộ ngành và các địa phương rất quan tâm Trong cácnguồn năng lượng tái tạo, năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng có tiềmnăng rất lớn, cung cấp ở phạm vi rộng, việc phát triển và ứng dụng nănglượng mặt trờiđã đáp ứng một phần nhu cầu điện năng sử dụng trong sản xuất,đời sống và sinh hoạt của người dân, góp phần bảo vệ môi trường và chốngbiến đổi khí hậu

Công nghệ, thiết bị sử dụng năng lượng mặt trờiđã được hoàn thiện vàthương mại hóa, các nước trên thế giới và tại Việt Nam đã ứng dụng nănglượng mặt trời để đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng với quy mô nhỏ nhất

là ở những khu vực chưa thể nối được lưới điện đã phát triển mạnh và đạtđược hiệu quả cao Trong những năm gần đây, Việt Nam quan tâm đầu tư chonghiên cứu khai thác sử dụng nguồn năng lượng mặt trời, ứng dụng các côngnghệ quang điện tiên tiến để cấp điện và quang nhiệt để cấp nhiệt phục vụ nhucầu của người dân và phát triển kinh tế, xã hội

Trong đó, nguồn năng lượng mặt trời được đánh giá rất dồi dào, phong phú

và là nguồn năng lượng cơ bản có tính chiến lược không chỉ cấp điện chovùng chưa có điện lưới mà còn là nguồn bổ sung quan trọng cho hệ thốngnăng lượng quốc gia, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môitrường sống Việt Nam đã ứng dụng năng lượng mặt trời để cấp điện, nhiềuđịa phương trong cả nước đã sử dụng năng lượng mặt trời trong chiếu sángcông cộng

Hệ thống chiếu sáng công cộng là một trong những hạng mục công trình hạtầng kỹ thuật quan trọng, tiêu thụ lượng điện năng tương đối lớn và có nhiềutiềm năng để tiết kiệm Tuy nhiên, đứng trước nhu cầu sử dụng năng lượng

ngày càng tăng, nên việc ứng dụng các giải pháp để sử dụng điện tiết kiệm,hiệu quả trong chiếu sáng công cộng đang nhận được sự quan tâm nghiên cứucủa các nhà khoa học

Do đó, luận văn này tập trung thiết kế bộ điều khiển sạc và bộ điều khiểnchiếu sáng để đảm bảo hiệu quả chiếu sáng công cộng đạt hiệu suất cao Cấutrúc của luận văn, ngoài phần mở đầu, kết luận, bao gồm 3 chương:

 Chương 1: Nghiên cứu mạng thông tin di động để điều khiển chiếusáng công cộng

 Chương 2: Nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống chiếu sang dùngnăng lượng mặt trời được điều khiển qua mang thông tin di động

 Chương 3: Thiết kế,chế tạo và thử nghiệm bộ điều khiển

Nhiệm vụ trọng tâm của luân văn là xây dựng một mô hình đèn chiếu sángcông cộng sử dụng năng lượng mặt trời, tác giả đã tiến hành phân chia côngviệc và hoàn thành từng phần nhỏ rồi lắp rắp, hoàn thiện dần từng khâu đểxây dựng mô hình hoàn chỉnh

Do một vài yếu tối khách quan và chủ quan nên luận văn còn có nhữnghạn chế Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng luận văncủa em được hoàn thiện hơn nữa

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Phạm Duy Phong đã tận tìnhhướng dẫn giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ĐỂ ĐIỀU KHIỂN HỆ

THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG

Trong chương này, tác giả sẽ trình bày cấu trúc tổng quát của mạngthông tin di động; giới thiệu tổng quan về tin nhắn SMS; thiết bị đầu cuối ứngdụng trong điều khiển chiếu sáng và các ứng dụng của mạng thông tin di độngtrong truyền tín hiệu điều khiển Từ đó, làm cơ sở nghiên cứu xây dựngmôhình hệ thống chiếu sáng dùng năng lượng mặt trờiđược điều khiển qua mạngthông tin di động

1.1 NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

GSM là một hệ thống có cấu trúc mở nên hoàn toàn không phụ thuộcvào phần cứng, người ta có thể mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau Do nóhầu 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 dễdàng 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 thanhvới chất lượng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻhơn đó là 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 dàngkết nối các thiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp thiết bị khác nhau

Nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra tính năng Roaming cho thuêbao của mình với các mạng khác trên toàn thế giới Và công nghệ GSM cũngphát triển thêm các tính năng truyền dữ liệu như GPRS và sau nàytruyền với tốc độ cao hơn sử dụng EDGE GSM hiện chiếm chủ yếu thịtrường di động với hàng tỷ thuê bao tại hàng trăm quốc gia và vùng lãnh thổ.Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể Roaming với nhau do đónhững máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể

sử dụng được nhiều nơi trên thế giới

1.1.1.2 Đặc điểm công nghệ GSM

GSM cho phép gửi và nhận những mẫu tin nhắn văn bản bằng ký tự dàiđến 126 kí tự Ngoài ra, GSM còn cho phép chuyển giao và nhận dữ liệu,FAX giữa các mạng GSM với tốc độ hiện hành lên đến 9.600 bps Một đặcđiểm công nghệ khác của GSM là có tính phủ sóng cao Công nghệ GSMkhông chỉ cho phép chuyển giao trong toàn mạng mà còn chuyển giao giữacác mạng GSM trên toàn cầu mà không có một sự thay đổi, điều chỉnh nào.Đây là một tính năng nổi bật nhất của công nghệ GSM (dịch vụ roaming); sửdụng công nghệ phân chia theo thời gian TDM (Time division multiplexing)

để chia ra 8 kênh full rate hay 16 kênh haft rate Một ưu điểm khác: Công suấtphát của máy điện thoại được giới hạn tối đa là 2 watts đối với băng tần GSM850/900Mhz và tối đa là 1 watts đối với băng tần GSM 1800/1900Mhz

Mạng GSM sử dụng 2 kiểu mã hoá âm thanh để nén tín hiệu âm thanh 3,1khz

đó là mã hoá 6 và 13kbps gọi là Full rate (13kbps) và haft rate (6kbps)

Cấu trúc công nghệ của GSM được mô tả tổng quát như hình 1.1 Ở đây,

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 1.1 Cấu trúc của công nghệ GSM

Các thành phần cơ bản của mạng GSM được cho trong hình 1.2

Hình 1.2 Các thành phần mạng GSM

Trong hình này:

AUC : Trung tâm nhận thức

VLR : Bộ ghi định vị trí

HLR : Bộ ghi định vị trí thường trú

EIR : Bộ ghi nhận dạng thiết bị

MSC : Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ mạng

OSS : Phân hệ khai thác bảo dưỡng

PSPDN : Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói

CSPDN :Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh

PSTN : Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

về GSM Một thời gian sau đó, nó phát triển sang công nghệ wireless nhưCDMA và TDMA Các chuẩn GSM và SMS có nguồn gốc phát triển bởiETSI.ETSI là chữ viết tắt của European Telecommunications StandardsInstitute Ngày nay thì 3GPP (Third Generation Partnership Project) đang giữvai trò kiểm soát về sự phát triển và duy trì các chuẩn GSM và SMS

Như đã nói ở trên về tên đầy đủ của SMS là Short Message Service, từcụm từ đó, có thể thấy được là dữ liệu có thể được lưu giữ bởi một tin nhắnSMS là rất giới hạn Một tin nhắn SMS có thể chứa tối đa là 140 byte (1120bit) dữ liệu Vì vậy, một tin nhắn SMS chỉ có thể chứa :

+ 160 kí tự nếu như mã hóa kí tự 7 bit được sử dụng (mã hóa kí tự 7 bitthì phù hợp với mã hóa các kí tự latin chẳng hạn như các kí tự alphabet củatiếng Anh)

+ 70 kí tự nếu như mã hóa kí tự 16 bit Unicode UCS2 được sử dụng (cáctin nhắn SMS không chứa các kí tự latin như kí tự chữ Trung Quốc phải sửdụng mã hóa kí tự 16 bit) Tin nhắn SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngôn ngữkhác nhau Nó có thể hoạt động tốt với nhiều ngôn ngữ mà có hỗ trợ mãUnicode , bao gồm cả Arabic, Trung Quốc, Nhật bản và Hàn Quốc Bên cạnhgữi tin nhắn dạng text thì tin nhắn SMS còn có thể mang các dữ liệu dạngbinary.Nó còn cho phép gửi nhạc chuông, hình ảnh cùng nhiều tiện ích khác

… tới một điện thoại khác

Một trong những ưu điểm nổi trội của SMS đó là nó được hỗ trợ bởi cácđiện thoại có sử dụng GSM hoàn toàn.Hầu hết tất cả các tiện ích cộng thêmgồm cả dịch vụ gửi tin nhắn giá rẻ được cung cấp, sử dụng thông qua sóngmang wireless Không giống như SMS, các công nghệ mobile như WAP vàmobile Java thì không được hỗ trợ trên nhiều model điện thoại Sử dụng tinnhắn SMS ngày càng phát triển và trở lên rộng khắp, bởi các tin nhắn SMS cóthể được gửi và đọc tại bất kỳ thời điểm nào; tin nhắn SMS có thể được gửitới các điện thoại đang tắt nguồn; các tin nhắn SMS ít gây phiền phức trongkhi chúng ta vẫn có thể giữ liên lạc với người khác; Các điện thoại di động vàchúng có thể được thay đổi giữa các sóng mang Wireless khác nhau; SMS làmột công nghệ phù hợp với các ứng dụng Wireless sử dụng cùng với nó

Ngoài ra: tin nhắn SMS được hỗ trợ 100% bởi các điện thoại có sử dụngcông nghệ GSM 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 Hơnnữa, các tin nhắn SMS còn tương thích với việc mang các dữ liệu binary bêncạnh gửi các text Nó có thể được sử dụng để gửi nhạc chuông, hình ảnh, hoạthọa …

Hình 1.3 Cấu trúc của một tin nhắn SMS

- 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 nhắnSMSC (short message service centre)

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

- Instructions to SIM (optional): Chỉ thị dữ liệu kết nối, nhận biết SIM(Subscriber Identity Modules)

- Message body: Nội dung tin nhắn SMS

1.1.2.3 SMS Center/ SMSC

Một SMS Center (SMSC) là nơi chịu trách nhiệm luân chuyển các hoạtđộng liên quan tới SMS của một mạng wireless Khi một tin nhắn SMS đượcgửi đi từ một điện thoại di động thì trước tiên nó sẽ được gửi tới một trungtâm SMS Sau đó, trung tâm SMS này sẽ chuyển tin nhắn này tới đích (ngườinhận) 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 hực

sự của nó Nhiệm vụ duy nhất của một SMSC là luân chuyển các tin nhắnSMS và điều chỉnh quá trình này cho đúng với chu trình của nó Nếu như máyđiện thoại của người nhận không ở trạng thái nhận (bật nguồn) trong lúc gửithì SMSC sẽ lưu trữ tin nhắn này Và khi máy điện thoại của người nhận mởnguồn thì nó sẽ gửi tin nhắn này tới người nhận Thường thì một SMSC sẽhọat động một cách chuyên dụng để chuyển lưu thông SMS của một mạngwireless Hệ thống vận hành mạng luôn luôn quản lý SMSC của riêng nó và

ví trí của chúng bên trong hệ thống mạng wireless Tuy nhiên hệ thống vậnhành mạng sẽ sử dụng một SMSC thứ ba có vị trí bên ngoài của hệ thốngmạng wireless

Thông thường, chúng ta phải biết địa chỉ SMSC của hệ thống vận hànhmạng 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 hìnhđịa chỉ SMSC Thông thường thì địa chỉ được điều chỉnh lại trong thẻ SIMbởi hệ thống mạng wireless Điều này có nghĩa là chúng ta không cần phảilàm bất cứ thay đổi nào cả

1.1.2.4 Thiết bị đầu cuối ứng dụng trong điều khiển chiếu sáng

Cấu trúc của thiết bị đầu cuối, ứng dụng trong điều khiển chiếu sángđược cho như hình 1.4; bao gồm 4 thành phần cơ bản: Điện thoại; bộ phậnnhận dữ liệu; Vi xử lý; bộ phận giám sát – điều khiển

Hình 1.4 Mô hình điều khiển qua mạng di động

Hình 1.5 SIM900A

Giao diện vật lý cho các ứng dụng di động là một thiết kế với 68 chân,cung cấp tất cả các giao diện phần cứng giữa môđun và thiết kế của người sửdụng Bàn phím và màn hình hiển thị giao diện SPI sẽ cung cấp sự linh hoạt

để phát triển các ứng dụng

Cổng nối tiếp và cổng gỡ lỗi có thể giúp dễ dàng phát triển các ứngdụng Một kênh âm thanh bao gồm một đầu vào microphone và một đầu raloa Các SIM900A được thiết kế với kỹ thuật tiết kiệm năng lượng ở mứcthấp 1.5mA ở chế độ SLEEP SIM900A được tích hợp với giao thức TCP /IP; lệnh mở rộng giao thức TCP / IPAT được phát triển cho khách hàng sửdụng giao thức TCP / IP dễ dàng, rất hữu ích cho những ứng dụng truyền dữliệu

1.1.2.6 Đặc điểm của Sim900A

Đặc điểm của Sim900A cụ thể như sau:

- Nguồn cung cấp 3,4-4,5V

- Điện năng tiêu thụ ở chế độ SLEEP là 1,5mA

- Hoạt động ở 2 băng tần EGSM 900Mhz và DCS 1800Mhz

- Kết nối GPRS

 Multi-slot class 10 (mặc định)

 Multi-slot class 8(tùy chọn)

 GPRS trạm di động lớp B

- Giới hạn nhiệt độ:

 Bình thường -30 ºC đến +80ºC

 Nhiệt độ hoạt động hạn chế -40 ºC đến -30 ºC và 80 ºC đến 85ºC

 Nhiệt độ lưu trữ -45 ºC đến 90 ºC

- Dữ liệu GPRS:

 Truyền dữ liệu GPRS đường xuống: tối đa 85,6 kbps

 Truyền dữ liệu GPRS đường lên: tối đa 42,8 kbps

 Tốc độ truyền CSD: 2.4, 4.8, 9.6, 14.4 kbps, không minh bạch

 Không có cấu trúc bổ sung dịch vụ dữ liệu (USSD) hỗ trợ

- SMS

 MT, MO, CB, văn bản và chế độ PDU

 Lưu trữ tin nhắn SMS: thẻ SIM

- FAX

 Giao diện SIM : Hỗ trợ thẻ SIM: 1.8V, 3V

 Ăng-ten bên ngoài : Ăng-ten pad

 Tính năng âm thanh:

 Speech codec modes:

 Half Rate (ETS 06.20)

 Full Rate (ETS 06.10)

 Enhaned full rate (ETS 06,50 / 06,60 / 06,80)

 Adaptive multi rate (AMR)

 Echo cancellation

 Noise suppression

- Cổng nối tiếp và Cổng gỡ lỗi

Serial Port: giao diện 8 dây modem với tình trạng và kiểm soátdòng, không cân bằng, không đồng bộ

Nâng cấp firmware bằng cổng gỡ lỗi

1.1.2.7 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân

Hình 1.6 : Sơ đồ chân của SIM900A Bảng 1: Mô tả chức năng hoạt động các chân của sim900A

Chân

1 PWRKEY Điện áp vào dùng để tắt

mở modul sim

VIL max = 0.15*VDD_EXT VIH min = 0,85*VDD_EXT

Vi max = VDD_EXT VIL min = 0V

VIH max = VDD_EXT VOH min = VDD_EXT-0.1V VOL max = 0.1V

VOH max = VDD_EXT VOL min = 0V

VIH max = VDD_EXT

25 ADC Ngõ vào chuyển đổi

tương tự sang số Điện áp vào 0~3V

không có nguồn cung

V max = 3.15V

V min = 2.0V

cấp cho hệ thống.

Ngõ vào nguồn dự trữ khi nguông chính đã có

và nguồn dự trữ ở mức thấp.

VIH max = VDD_EXT VOH min = VDD_EXT-0.1V VOL max = 0.1V

VOH max = VDD_EXT VOL min = 0V

30 SIM_VDD Nguồn cấp cho thẻ sim 1,8-3V

31 SIM_DATA Dữ liệu sim

34 SIM_PRESENCE Nhận dạng sim

35 PMW1 Ngõ ra xung PMW1 VOH min = VDD_EXT-0.1V

VOL max = 0.1V VOH max = VDD_EXT VOL min = 0

37 SDA Đường truyền nhận dữ

liệu giao tiếp chuẩn I 2 C

Hình 1.7: Cấu hình khởi tạo module sim

Định dạng chuỗi trả về khi nhận cuộc gọi:

Thông thường, ở chế độ mặc định, khi có cuộc gọi đến, chuỗi trả về sẽ códạng: <CR><LF>RING<CR><LF>

Sau khi lệnh AT+CLIP=1<CR> đã được thực thi, chuỗi trả về sẽ có dạng:

<CR><LF>RING<CR><LF>

<CR><LF>+CLIP: "0929047589", 129,"","", 0<CR><LF>

Chuỗi trả về có chứa thông tin về số điện thoại gọi đến Thông tin nàycho phép xác định việc có nên nhận cuộc gọi hay từ chối cuộc gọi

Kết thúc các thao tác khởi tạo cho quá trình nhận cuộc gọi Các bướckhởi tạo tiếp theoliên quan đến các thao tác truyền nhận tin nhắn

(7) AT+CSAS<CR>

1.1.2.9 Đọc tin nhắn

Cấu hình đọc tin nhắn được trình bày trong hình 1.8 Ở đây, Mọi thao tácliên quan đến quá trình nhận tin nhắn đều được thực hiện trên 2 ngăn 1 và 2của bộ nhớ nằm trong SIM

(1) Đọc tin nhắn trong ngăn 1 bằng lệnh

(2) AT+CMGR=1

(2A) Nếu ngăn 1 không chứa tin nhắn, chỉ có chuỗi sau được trả về:

<CR><LF>OK<CR><LF>

(2B) Nếu ngăn 1 có chứa tin nhắn, nội dung tin nhắn sẽ được gửi trả

về TE với định dạng như sau:

sử dụng lệnh AT + CSDH = 1 trước khi thực hiện đọc tin nhắn

(3) Sau khi đọc, tin nhắn được xóa đi bằng lệnh AT + CMGD = 1

Thao tác tương tự đối với tin nhắn chứa trong ngắn thứ 2 trong các bước

4, 5A(5B) và 6

Hình 1.8 Cấu hình đọc tin nhắn

1.1.2.10 Gửi tin nhắn

Hình 1.9: Cấu hình gửi tin nhắn

(1) Gửi tin nhắn đến thuê bao bằng cách sử dụng lệnh AT+CMGS="số

(4) Chuỗi trả về thông báo kết quả quá trình gửi tin nhắn Chuỗi trả về có

(4A) Nếu tình trạng sóng không cho phép thực hiện việc gửi tin nhắn

(thử bằng cách tháo antenna), hoặc chức năng RF của modem không đượccho phép hoạt động (do sử dụng các lệnh AT+CFUN=0 hoặc AT+CFUN=4),hoặc số tin nhắn trong hàng đợi phía tổng đài vượt qua giới hạn cho phép,hoặc bộ nhớ chứa tin nhắn của MT nhận được tin nhắn bị tràn, MT sẽ gửithông báo lỗi trở về và có định dạng như sau:

<CR><LF>+CMS ERROR: 193<CR><LF>

<CR><LF>+CMS ERROR: 515<CR><LF>

Chức năng truyền nhận tin nhắn và chức năng thoại được tách biệt.Khiđang thông thoại vẫn có thể truyền nhận được tin nhắn.Khi truyền nhận tin nhắnvẫn có thể tiến hành thiết lập và kết thúc cuộc gọi (hình 1.10)

Thực hiện cuộc gọi

Hình 1.10: Cấu hình thực hiện cuộc gọi

(1)ATDxxxxxxxxxx;<CR> Quay số cần gọi

(2) Chuỗi trả về có dạng:

<CR><LF>OK<CR><LF>

Chuỗi này thông báo lệnh trên đã được nhận và đang được thực thi.Sau

đó là những chuỗi thông báo kết quả quá trình kết nối (nếu như kết nối khôngđược thực hiện thành công)

(2A) Nếu MT không thực hiện được kết nối do sóng yếu, hoặc không có

sóng (thử bằng cách tháo antenna của modem GSM), chuỗi trả về sẽ có dạng:

<CR><LF>NO DIAL TONE<CR><LF>

(2B) Nếu cuộc gọi bị từ chối bởi người nhận cuộc gọi, hoặc số máy đang

gọi tạm thời không hoạt động (chẳng hạn như bị tắt máy) chuỗi trả về códạng:

<CR><LF>NO CARRIER<CR><LF>

(2C) Nếu cuộc gọi không thể thiết lập được do máy nhận cuộc gọi đang

bận (ví dụ như đang thông thoại với một thuê bao khác), chuỗi trả về sẽ códạng:

(4A) Đầu nhận cuộc gọi gác máy trước: chuỗi trả về sẽ có dạng:

<CR><LF>NO CARRIER<CR><LF>

(4B) Đầu thiết lập cuộc gọi gác máy trước: phải tiến hành gửi lệnh ATH,

và chuỗi trả về sẽ có dạng:

<CR><LF>OK<CR><LF>

1.1.2.11 Nhận cuộc gọi

Hình 1.11: Cấu hình nhận cuộc gọi

(1) Sau khi được khởi tạo bằng lệnh AT+CLIP=1, khi có cuộc gọi đến,

(3) Giai đoạn thông thoại

(4A) Kết thúc cuộc gọi, đầu còn lại gác máy trước.

(4B) Kết thúc cuộc gọi, chủ động gác máy bằng cách gửi lệnh ATH.

1.3 Ứng dụng của mạng thông tin di động trong truyền tín hiệu điều khiển

Ngày nay, ứng dụng mạng di động được sử dụng rất rộng rãi trong lĩnhvực thu thập và điều khiển thiết bị nhờ vào sự tiện lợi và hoạt động ổn địnhcủa nó Với các phương pháp truyền tín hiệu điều khiển truyền thống nhưtruyền tín hiệu bằng dây dẫn, truyền bằng sóng RF,hồng ngoại, sóng wifi …thì khoảng cách truyền tín hiệu ngắn, lắp đặt hệ thống dây dẫn tốn kém vàphức tạp (đối với truyền có dây dẫn) Truyền tín hiệu bằng mạng di động đãgiải quyết được các vấn đề của các phương pháp cũ Với cơ sở mạng di độngphủ sóng toàn quốc, với nhiều nhà phân phối dịch vụ thì ta có thể truyền tínhiệu đi bất kì đâu chỉ cần có sóng điện thoai, thông tin truyền đi tin cậy, antoàn, tốc độ cao

Truyền tín hiệu bằng mạng di động, đặc biệt là sử dụng modulesim900a được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng như:

- Hệ thống nhà thông minh với sự điều khiển và giám sát qua mạng diđộng dùng module sim900a

- Ứng dụng điều khiển và giám sát các yếu tố của môi trường và truyền

về trạm chủ thông qua mạng dữ liệu GPRS

- Ứng dụng trốm trộm xe máy sử dụng công nghệ GPS, cho phép ta cóthể biết được vị trí của xe, hành trình đã đi của xe, khóa xe từ xa thông quamạng di động

- Hệ thống chiếu sáng đèn công cộng tự động dùng năng lượng mặt trời

để tiết kiệm năng lượng , điều khiển qua module sim 900a

- Điều khiển các thiết bị từ xa qua SMS hay giải mã DTMF

- Thu thập thông tin lượng nước, môi trường … tại các nhà máy nhiệtđiện, thủy điện dùng mạng di động để tiết kiệm nhân công, quản lý nhanhchóng và hiệu quả

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐƯỢC ĐIỀU KHIỂN QUA MẠNG

THÔNG TIN DI ĐỘNG

Trong chương này, trên cơ sở phân tích nguyên lý cơ bản của hệ thốngchiếu sáng sử dụng năng lượng mặt trời; trên nền tảng thiết bị đầu cuối ứngdụng trong điều khiển chiếu sáng và các ứng dụng của mạng thông tin di độngtrong truyền tín hiệu điều khiển; tấc giả sẽ xây dựng mô hình vật lý hệ điềukhiển cường độ chiếu sáng qua mạng thông tin di động

2.1 HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Hệ thống năng lượng mặt trời phục vụ chiếu sáng này hoạt động theo cơ

chế: tấmpin mặt trời tạo ra điện nạp vào bình ắcquy vào thời điểm có ánhsáng mặt trời Nó sẽ tích điện để hoạt động được trong vòng từ 5-10 ngày làtối thiểu Mạch điều khiển có chức năng nhận lệnh từ người điều khiển quamạng di động để thực hiện bật tắt bóng đèn theo các chế độ mà người điềukhiển cài đặt sẵn Sơ đồ tổng quan hệ thống đèn công cộng dùng năng lượngmặt trời cho như hình 2.1

2.1.1 Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch nhất và vô hạn nhất trongcác nguồn năng lượng mà chúng ta được biết Bức xạ mặt trời là sức nóng,ánh sáng dưới dạng các chùm tia do mặt trời phát ra trong quá trình tự đốtcháy mình Bức xạ mặt trời chứa đựng một nguồn năng lượng khổng lồ và lànguồn gốc của mọi quá trình tự nhiên trên trái đất.Năng lượng của mặt trời dùrất rồi dào nhưng việc khai thác hiệu quả nguồn năng lượng này thì vẫn còn làmột câu chuyện dài

Năng lượng mặt trời có thể chia làm 2 loại cơ bản: Nhiệt năng và Quangnăng Các tế bào quang điện (Photovoltaic cells - PV) sử dụng công nghệ bándẫn để chuyển hóa trực tiếp năng lượng quang học thành dòng điện, hoặc tíchtrữ vào pin, ắc quy để sử dụng sau đó Các tấm tế bào quang điện hay còn gọi

là pin mặt trời hiện đang được sử dụng rộng rãi vì chúng rất dễ chuyển đổi và

dễ dàng lắp đặt trên các tòa nhà và các cấu trúc khác Pin mặt trời có thể cungcấp nguồn năng lượng sạch và tái tạo, do vậy là một nguồn bổ sung chonguồn cung cấp điện chính Tại các vùng chưa có điện lưới như các cộngđồng dân cư ở xa, nông thôn, hải đảo, các trường hợp khẩn cấp, pin mặt trời

có thể cung cấp một nguồn điện đáng tin cậy Điều bất cập duy nhất là giáthành của Pin mặt trời đến nay còn cao và tỷ lệ chuyển đổi năng lượng chưathật sự cao (13-15%).Trái lại sức nóng của mặt trời có hiệu suất chuuyển đổilớn gấp 4-5 lần hiệu suất của quang điện, và do vậy đơn giá của một đơn vịnăng lượng được tạo ra rẻ hơn rất nhiều

Silicon được biết đến là một chất bán dẫn."Chất bán dẫn là vật liệu trunggian giữa chất dẫn điện và chất cách điện.Chất bán dẫn hoạt động như mộtchất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng".Với tínhchất như vậy, silicon là một thành phần quan trọng trong cấu tạo của pin nănglượng mặt trời

Hình 2.1 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời

Nguyên tử Si có 4 electron ở vành ngoài, cùng dùng để liên kết với bốnnguyên tử Si gần đó (cấu trúc kiểu như kim cương) Nếu pha tạp vào Si một ítnguyên tử phôt-pho P có 5 electron ở vành ngoài, electron thừa ra không dùng

để liên kết nên dễ chuyển động hơn làm cho bán dẫn pha tạp trở thành có tínhdẫn điện electron, tức là bán dẫn loại n (negative- âm) Ngược lại nếu pha tạpvào Si một ít nguyên tử bo B có 3 electron ở vành ngoài, tức là thiếu mộtelectron mới đủ tạo thành 4 mối liên kết nên có thể nói là tạo thành lỗ trống(hole) Vì là thiếu electron nên lỗ trống mạng điện dương, bán dẫn pha tạp trởthành có tính dẫn điện lỗ trống, tức là bán dẫn loại p (positive -dương) Vậytrên cơ sở bán dẫn tinh khiết có thể pha tạp để trở thành có lớp là bán dẫn loại

n, có lớp bán dẫn loại p, lớp tiếp giáp giữa hai loạị chính là lớp chuyển tiếp

p-n Ở chỗ tiếp xúc p- n này một ít electron ở bán dẫn loại n chạy sang bán dẫnloại p lấp vào lỗ trống thiếu electron, ở đó Kết quả là ở lớp tiếp xúc p-n cómột vùng thiếu electron cũng thiếu cả lỗ trống, người ta gọi đó là vùngnghèo.Sự dịch chuyển điện tử để lấp vào lỗ trống tạo ra vùng nghèo này cũngtạo nên hiệu thế gọi là hiệu thế ở tiếp xúc p- n, đối với Si vào cỡ 0,6V đến0,7V.Đây là hiệu thế sinh ra ở chỗ tiếp xúc không tạo ra dòng điện được

Nhưng nếu đưa phiến bán dẫn đã tạo lớp tiếp xúc p- n phơi cho ánh sángmặt trời chiếu vào thì photon của ánh sáng mặt trời có thể kích thích làm chođiện tử đang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ởnguyên tử xuất hiện chỗ trống vì thiếu electron, người ta gọi là photon đến tạo

ra cặp electron- lỗ trống Nếu cặp electron- lỗ trống này sinh ra ở gần chỗ cótiếp p- n thì hiệu thế tiếp xúc sẽ đẩy electron về một bên (bên bán dẫn n) đẩy

lỗ trống về một bên (bên bán dẫn p) Nhưng cơ bản là electron đã nhảy từmiền hoá trị (dùng để liên kết) lên miền dẫn ở mức cao hơn, có thể chuyểnđộng tự do Càng có nhiều photon chiếu đến càng có nhiều cơ hội để electronnhảy lên miền dẫn

Nếu ở bên ngoài ta dùng một dây dẫn nối bán dẫn loại n với bán dẫn loại

p (qua một phụ tải như đèn LED chẳng hạn) thì electron từ miền dẫn của bándẫn loại n sẽ qua mạch ngoài chuyển đến bán dẫn loại p lấp vào các lỗ trống

Đó là dòng điện pin mặt trời silic sinh ra khi được chiếu sáng Dùng bán dẫnsilic tạo ra tiếp xúc p- n để từ đó làm pin mặt trời là một tiến bộ lớn trên conđường trực tiếp biến ánh sáng mặt trời thành dòng điện để sử dụng Tuy nhiênpin mặt trời silic có một số hạn chế về kinh tế, kỹ thuật

Vật liệu xuất phát là silic tinh khiết nên rất đắt Ban đầu là làm từ silicđơn tinh thể dùng trong công nghệ vi điện tử, tuy chỉ là dùng đầu thừa đuôithẹo nhưng giá vẫn là khá cao Đã có những cách dùng silic đa tinh thể, silic

vô định hình tuy hiệu suất thấp hơn nhưng bù lại giá rẻ hơn.Nhưng xét chocùng thì vật liệu silic sử dụng phải là tinh khiết nên giá thành rẻ hơn khôngnhiều

Đối với silic, để đưa electron từ miền hoá trị lên miền dẫn phải tốn nănglượng cỡ 1,1eV Vậy năng lượng của photon đến phải bằng hoặc cao hơn1,1eV một chút là đủ để kích thích eletron nhảy lên miền dẫn, từ đó tham giatạo thành dòng điện của pin Mặt trời Photon ứng với năng lượng 1,1 eV có