Khối nguồn sẽ cung cấp điện áp cho toàn mạch hoạt động. Khi có tin nhắn điều khiển tới Module Sim900, Module Sim900 sẽ gửi lệnh về vi xử lý để báo có tin nhắn mới. Vi xử lý nhận được tin nhắn và xử lý tin nhắn, sau đó sẽ gửi tín hiệu điều khiển tới khối Rơ le đồng thời gửi tín hiệu tới khối hiển thị (LCD). Vi điều khiển sẽ gửi lệnh điều khiển Module Sim 900 gửi tin nhắn báo kết quả điều khiển về số điện thoại điều khiển. Cuối cùng vi xử lý gửi lệnh đến Module Sim900 để xóa tin nhắn điều khiển. Khối Rơ le khi nhận tín hiệu từ vi điều khiển sẽ đóng mở các tiếp điểm điều khiển trực tiếp khối thiết bị.
Trang 1MỤC LỤC
CHƯƠNG I DẪN NHẬP
1.1 Giới thiệu đề tài 3
1.2 Ý nghĩa khoa học của đề tài 4
1.3 Mục đích nghiên cứu 4
1.4 Ý tưởng, phương án thiết kế 5
CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG 2.1 Tổng quan về công nghệ GSM 6
2.2 Tổng quan về SMS 6
2.3 Module Sim900 7
2.4 Tập lệnh AT Command của Module SIM 900 8
2.5 Tổng quan về vi điều khiển PIC 16f877a 10
CHƯƠNG III THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.1 Sơ đồ tổng quan mô hình điều khiển 13
3.2 Khối nguồn 14
3.3 Khối vi xử lý 15
3.4 Khối hiển thị 16
3.5 Khối Rơ le 17
3.6 Khối Module Sim900 18
3.7 Sơ đồ nguyên lý……… 19
Trang 23.8 sơ đồ 3d……… 19
CHƯƠNG IV THIẾT KẾ PHẦN MỀM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 4.1 Lưu đồ chương trình chính 20
4.2 Lưu đồ chương trình xử lý tin nhắn 21
4.3 Lưu đồ chương trình điều khiển thiết bị 22
4.4 Lưu đồ chương trình gửi tin nhắn 23
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Kết quả thực hiện 24
5.2 Mô tả hệ thống 26
5.3 Ưu điểm và hạn chế của hệ thống 27
5.4 Khả năng ứng dụng thực tế của đề tài 28
5.5 Hướng phát triển của đề tài 29
Tài liêu tham khảo………30
Trang 3CHƯƠNG I DẪN NHẬP
1.1 Giới thiệu đề tài.
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ
kỹ thuật điện tử mà trong đó đặc biệt là kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò quantrọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp, cung cấp thôngtin Do đó, là một sinh viên chuyên ngành “KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ” chúng ta phải biếtnắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoahọc kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử, tuyền thông nóiriêng Bên cạnh đó còn là sự thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nước nhà
Như chúng ta đã biết, gần như các thiết bị tự động trong nhà máy, trong đời sống củacác gia đình ngày nay đều hoạt động độc lập với nhau, mỗi thiết bị có một quy trình sửdụng khác nhau tuỳ thuộc vào sự thiết lập, cài đặt của người sử dụng Chúngchưa có một sự liên kết nào với nhau về mặt dữ liệu Nhưng đối với hệ thống điều khiểnthiết bị từ xa thông qua tin nhắn SMS thì lại khác Ở đây, các thiết bị điều khiển tự độngđược kết nối với nhau thành một hệ thống hoàn chỉnh qua một một thiết bị trung tâm và
có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu Điển hình của một hệ thống điều khiển thiết bịtrong nhà từ xa thông qua tin nhắn SMS gồm có các thiết bị đơn giản như bóng đèn, quạtmáy, lò sưởi đến các thiết bị tinh vi, phức tạp như tivi, máy giặt, hệ thống báo động …
Hệ thống điều khiển thiết bị qua tin nhắn nhằm tạo khả năng điều khiển các thiết bịđiện dân dụng qua điện thoại di động Đây là vấn đề rất có ý nghĩa để tiết kiệm điện ởnước ta hiện nay Có rất nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan dẫn đến lãng phíđiện Nếu có thể tích hợp khả năng tắt, mở các thiết bị dân dụng qua điện thoại di động sẽtạo cho con người khả năng quan sát điều khiển các thiết bị trong gia đình ở bất cứ nơiđâu Tiện ích này có thể góp phần hạn chế lãng phí điện Ví dụ để có nướcnóng chúng tachỉ cần dùng điện thoại di động bật điện bình nóng lạnh trước 15 phút thay vì bật liên tục
Trang 4Ngoài ra, hệ thống còn mang tính bảo mật nhất định Nghĩa là chỉ có chủ nhà hayngười biết số điện thoại điều khiển của ngôi nhà thì mới điều khiển được ngôi nhà này.
Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống, cộng với sự hợptác, phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên chúng em đã chọn đề tài “ĐIỀU KHIỂNTHIẾT BỊ BẰNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG” để đáp ứng được nhu cầu ngày càng caocủa con người và góp phần vào sự tiến bộ của nước nhà
1.2 Ý nghĩa khoa học của đề tài.
Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các thiết bị điện tử ra đời ngàycàng nhiều về chủng loại cũng như tính năng sử dụng Bên cạnh đó nhu cầu sử dụng cácthiết bị một cách tự động ngày càng cao, con người ngày càng muốn có nhiều thiết bị giảitrí cũng như các thiết bị sinh hoạt với kỹ thuật và công nghệ ngày càng cao Có thể ở ViệtNam chưa phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực này nhưng hiện nay ở trên thế giới, nhất làcác quốc gia thuộc Châu Âu hay châu Mĩ thì mô hình ngôi nhà tự động được điều khiển
từ xa đã phát triển rất mạnh mẽ Từ những nhu cầu thực tế đó, nhóm muốn đưa một phầnnhững kỹ thuật hiện đại của thế giới áp dụng vào điều kiện thực tế trong nước để có thểtạo ra một hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà từ xa thông qua tin nhắn SMS nhằm đápứng nhu cầu ngày càng cao của nhu cầu tiêu thụ trong nước
Đề tài lấy cơ sở là tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị Việc sử dụng tin nhắn SMS đểđiều khiển thiết bị có thuận lợi là tiết kiệm chi phí, mang tính cạnh tranh và cơ động cao(nghĩa là ở chỗ nào có phủ sóng mạng điện thoại di động ta cũng có thể điều khiển thiết
bị được) Ngoài ra, sản phẩm của đề tài này có tính mở, có thể áp dụng cho nhiều đốitượng khác nhau trong dân dụng cũng như trong công nghiệp
1.3 Mục đích nghiên cứu.
Đồ án được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng những kiến thức đãđược học trong nhà trường để thiết kế hệ thống “ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ĐIỆNTHOẠI DI ĐỘNG” hoàn chỉnh Hệ thống tích hợp module nhận tin nhắn sử dụng mạngGSM, module xử lý dữ liệu, module công suất cho các thiết bị trong nhà Qua xử lí, dữliệu sẽ được gửi về thiết bị đầu cuối (mobile) của người điều khiển để báo cho biết trạng
Trang 5thái của các thiết bị được điều khiển Hệ thống điều khiển thiết bị từ xa bằng điện thoại diđộng dùng tin nhắn SMS có chức năng như sau:
Người dùng có thể dùng lệnh bằng tin nhắn để điều khiển bật tắt thiết bị
Hệ thống sau khi nhận tin nhắn xuất lệnh điều khiển các thiết bị và tự động báo trạng thái các thiết bị sau điều khiển
Nhóm thực hiện tiến hành khảo sát Module 900, ứng dụng để thi công mạch cụ thể điềukhiển đóng mở 4 thiết bị với đặc điểm sau:
Điều khiển các thiết bị trong nhà (cụ thể là điều khiển một thiết bị công suất trungbình) bằng tin nhắn SMS tại ví trí có phủ sóng của mạng điện thoại di động đang hoạtđộng trong nước như Viettel, Mobile Phone, Vina Phone …
Tự động gửi tin nhắn ngược trở lại cho người điều khiển, với nội dung tin nhắn chứathông tin hoạt động của thiết bị (bật/tắt)
Dùng mạng điện thoại di động của các nhà cung cấp dịch vụ như Viettel, phone, Vinaphone… để gửi tin nhắn SMS điều khiển thiết bị và có thể nhận dữ liệu đápứng lại từ thiết bị cho biết tình trạng hoạt động BẬT/TẮT của thiết bị bên cạnh đó ngườidùng có thể chủ động nắm bắt trạng thái hoạt động của tất cả các thiết bị và điều khiển tất
Mobi-cả một cách đơn giản với một tin nhắn
Phương án: Dùng bộ GSM MODULE SIM900 để kết nối vớivi điều khiểnPIC16F877A Phương án này có chi phí và giá thành thấp, thích hợp cho lập trình lệnh
AT dễ dàng và đầy đủ tính năng cho lập trình AT Ngoài ra còn có thể phát triển ứngdụng sâu thêm với GPRS, GPS…
Trang 6GSM là một hệ thống có cấu trúc mở nên hoàn toàn không phụ thuộc vào phần cứng,người ta có thể mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau Do nó hầu như có mặt khắp mọinơi trên thế giới nên khi các nhà cung cấp dịch vụ thực hiện việc ký kết roaming với nhaunhờ đó mà thuê bao GSM có thể dễ dàng sử dụng máy điện thoại GSM của mình bất cứnơi đâu Mặt thuận lợi to lớn của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh với chấtlượng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ tiền hơn đó là tinnhắn SMS Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ thì công nghệ GSMđược xây dựng trên cơ sở hệ thống mở nên nó dễ dàng kết nối các thiết bị khác nhau từcác nhà cung cấp thiết bị khác nhau.
Nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra tính năng roaming cho thuê bao của mình vớicác mạng khác trên toàn thế giới Và công nghệ GSM cũng phát triển thêm các tính năngtruyền dữ liệu như GPRS và sau này truyền với tốc độ cao hơn sử dụng EDGE GSMhiện chiếm 85% thị trường di động với 2,5 tỷ thuê bao tại 218 quốc gia và vùng lãnh thổ.Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể roaming với nhau do đó những máyđiện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơitrên thế giới
2.2 Tổng quan về SMS.
SMS là từ viết tắt của Short Message Service Đó là một công nghệ cho phép gửi vànhận các tin nhắn giữa các điện thoại với nhau SMS xuất hiện đầu tiên ở Châu Âu vào
Trang 7năm 1992 Ở thời điểm đó, nó bao gồm cả các chuẩn về GSM (Global System for MobileCommunication) 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 bởi ETSI (EuropeanTelecommunication Standards Institute) Ngày nay 3GPP (Third Generation PartnershipProject) 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 bởimột SMS là rất giới hạn Một SMS có thể chứa tối đa là 140 byte (1120 bit) dữ liệu Vìvậy,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 latinnhư 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 ngữkhác nhau Nó có thể hoạt động tốt với nhiều ngôn ngữ mà có hỗ trợ mã Unicode, baogồm Arabic, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc… Bên cạnh gửi tin nhắn dạng text thì tinnhắn còn có thể mang dữ liệu dạng galery Nó cho phép gửi nhạc chuông, hình ảnh cùngnhiều tiện ích khác…tới điện thoại khác
2.3 Module Sim900.
Một modem GSM là một modem wireless, nó làm việc cùng với một mạng wirelessGSM Một modem wireless thì cũng hoạt động giống như một modem quay số Điểmkhác nhau chính ở đây là modem quay số thì truyền và nhận dữ liệu thông qua một đườngdây điện thoại cố định trong khi đó một modem wireless thì việc gửi nhận dữ liệu thôngqua sóng
Giống như một điện thoại di động GSM , một modem GSM yêu cầu 1 thẻ sim với mộtmạng wireless để hoạt động Module SIM 900 là một trong những loại modem GSM.Nhưng Module SIM 900 được nâng cao hơn có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn Nó sửdụng công nghệ GSM/GPRS hoạt động ở băng tầng GSM 850Mhz, EGSM 900Mhz,
Trang 8DCS 1800 Mhz và PCS 1900Mhz, có tính năng GPRS của Sim 900 Và hỗ trợ GPRStheo dang đồ thị mã hóa CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4.
Trong đồ án này, Module Sim900 có chức năng nhận tín hiệu SMS từ điện thoại rồichuyển tín hiệu tới vi điều khiển để điều khiển trạng thái thiết bị đồng thời phản hồi bằngSMS tới điện thoại để cung cấp thông tin về trạng thái các thiết bị
Hình 2.1 Module Sim900.
2.4 Tập lệnh AT Command của Module SIM 900
Các lệnh AT là các hướng dẫn được sử dụng để điều khiển một modem.AT là một cáchviết gọn của chữ Attention.Mỗi dòng lệnh của nó bắt đầu với “AT” hay “at” Đó là lý dotại sao các lệnh modem được gọi là các lệnh AT Nhiều lệnh của nó được sử dụng để điềukhiển các modem quay số sử dụng dây mối (wired dial-up modems), chẳng hạn như ATD(Dial), ATA (Answer), ATH (Hool control) và ATO (return to online data state), cũngđược 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 diđộng còn được hỗ trợ bởi một bộ lệnh AT đặc biệt đối với công nghệ GSM Nó bao gồm
Trang 9các lệnh liên quan tới SMS như AT+ CMGS (gửi tin nhắn SMS), AT+CMSS (gửitinnhắn SMS từ một vùng lư trữ), AT+CMGL (chuỗi liệt kê các tin nhắn SMS) vàAT+CMGR (đọc tin nhắn SMS) Ngoài ra, các modem GSM còn hỗ trợ một bộ lệnh AT
mở rộng.Những lệnh AT mở rộng này được định nghĩa trong các chuẩn của GSM Vớicác 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
+ Đọc, viết và tìm kiếm về các mục danh bạ
Số tin nhắn SMS có thể được thực thi bởi một modem SMS trên một phút thì rất thấp,
nó chỉ khoảng từ 6 đến 10 tin nhắn SMS trên 1 phút Trong khuôn khổ của đồ án em chỉtìm hiểu 1 số tập lệnh cơ bản phục vụ cho công việc của mình Sau đây em xin giới thiệu
1 số tập lệnh cơ bản để thao tác dùng cho dịch vụ SMS,bao gồm:
+ <LF> : Line Feed (0x0A)
+ MT : Mobile Terminal :Thiết bị đầu cuối mạng (chính là module)
+ TE : Terminal Equipment: Thiết bị đầu cuối(chính là vi điều khiển)
Trang 102.5 Tổng quan về vi điều khiển PIC 16F877A.
2.5.1 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A
Hình 2.2 Sơ đồ chân của PIC 16F877A
2.5.2 Các thông số về vi điều khiển PIC 16F877A.
Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kỳ xung lock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kỳ lệnh là 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ
dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O
Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:
Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit
Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa vàoxung lock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep
Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler
Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rộng xung
Trang 11 Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Series Port), SPI và I2C.
Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ
Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD,
WR, CS ở bên ngoài
Các đặc tính Analog:
8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit
Hai bộ so sánh
Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:
Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần
Bộ nhớ EEPROM có khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần
Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm
Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mền
Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming)thông qua 2 chân
Watchdog Timer với bộ giao động trong
Chức năng bảo mật mã chương trình
Chế độ sleep
Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau
Trang 122.5.3 Sơ đồ khối của vi điều khiển PIC16F877A.
Hình 2.3 Sơ đồ khối của PIC16F877A
Trang 13CHƯƠNG III THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
3.1 Sơ đồ tổng quan mô hình điều khiển.
Hình 3.1 Tổng quan mô hình.
Hoạt động của các khối trong sơ đồ:
Khối nguồn sẽ cung cấp điện áp cho toàn mạch hoạt động Khi có tin nhắn điều khiển tớiModule Sim900, Module Sim900 sẽ gửi lệnh về vi xử lý để báo có tin nhắn mới Vi xử lýnhận được tin nhắn và xử lý tin nhắn, sau đó sẽ gửi tín hiệu điều khiển tới khối Rơ leđồng thời gửi tín hiệu tới khối hiển thị (LCD) Vi điều khiển sẽ gửi lệnh điều khiển Mod-ule Sim 900 gửi tin nhắn báo kết quả điều khiển về số điện thoại điều khiển Cuối cùng
vi xử lý gửi lệnh đến Module Sim900 để xóa tin nhắn điều khiển Khối Rơ le khi nhận tínhiệu từ vi điều khiển sẽ đóng/ mở các tiếp điểm điều khiển trực tiếp khối thiết bị
Module Sim900
Khối
nguồn
Khối Vi Xử Lý
Khối hiển thị
điện
Trang 14Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn.
Nguồn đầu vào là nguồn 1 chiều 12V được đưa qua Điôt 4006 sau đó được san phẳngbởi tụ hóa 470uF vào chân 1 Vin của LM 2576 để xuất ra điện áp 1 chiều 5V qua chân 2Vout sau đó được đưa qua Điôt Zen để ghim áp tạo điện áp chuẩn 5V, qua cuộn cảm L2100/3A để tạo dòng đủ lớn cấp cho toàn mạch hoạt động, tụ hóa C5 dùng lọc đầu ra khi
đi qua L2 R123 và R124 là mạch phân áp phản hồi điện áp về chân 4 của LM2576, dòngđược lọc tiếp bởi C6 104 rồi cung cấp cho toàn mạch
Chức năng của khối nguồn : cấp điện áp phù hợp cho từng linh kiện để mạch hoạtđộng
3.3 Khối vi xử lý.
Chức năng khối vi xử lý:
– Là thành phần chính trong hệ thống, thực hiện quá trình lấy tín hiệu từ khối truyềnthông ( Module Sim900)
– Xuất tín hiệu hiển thị ra khối hiển thị
– Xuất tín hiệu điều khiển đến khối Rơ le
Trang 15Hình 3.3 Vi điều khiển PIC 16F877A.
Khối vi xử lý dùng chip PIC 18F4520 Khi có tín hiệu tin nhắn mới từ Module Sim tớithì PIC sẽ thực hiện đọc và xử lý tin nhắn sau đó xuất tín hiệu điều khiển ra các khối hiểnthị, rơ le…