Ý nghĩa khoa học của đề tài
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngày càng nhiều thiết bị điện tử được ra đời, đáp ứng nhu cầu sử dụng tự động hóa và giải trí ngày càng cao của con người Mặc dù Việt Nam chưa phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực này, nhưng các mô hình nhà tự động điều khiển từ xa đã phát triển mạnh tại nhiều quốc gia châu Âu và châu Mỹ Nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong nước, chúng tôi muốn áp dụng một phần công nghệ hiện đại vào thực tiễn Việt Nam thông qua hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà từ xa bằng tin nhắn SMS Việc sử dụng SMS để điều khiển thiết bị không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn mang lại tính cạnh tranh và linh hoạt, cho phép điều khiển thiết bị ở bất kỳ đâu có sóng điện thoại di động Sản phẩm này có tính mở, phù hợp với nhiều đối tượng sử dụng trong cả lĩnh vực dân dụng và công nghiệp.
Mục đích nghiên cứu
Đồ án này được thực hiện nhằm áp dụng kiến thức đã học để thiết kế một hệ thống hoàn chỉnh cho việc "Điều khiển các thiết bị gia dụng bằng điện thoại" Hệ thống tích hợp module nhận tin nhắn qua mạng để điều khiển thiết bị.
Hệ thống điều khiển thiết bị từ xa qua điện thoại di động sử dụng tin nhắn SMS, bao gồm GSM, module xử lý dữ liệu và module công suất cho các thiết bị trong nhà Qua quá trình xử lý, dữ liệu sẽ được gửi về thiết bị di động của người điều khiển, giúp báo cáo trạng thái của các thiết bị được điều khiển.
Có thể kiểm tra trạng thái của thiết bị trước khi điều khiển.
Từ kết quả kiểm tra trạng thái, người dùng có thể dùng lệnh bằng tin nhắn để điều khiển.
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 điều khiển đóng mở 4 thiết bị với đặc điểm sau:
Bạn có thể điều khiển các thiết bị trong nhà, đặc biệt là thiết bị có công suất trung bình, thông qua tin nhắn SMS tại những khu vực có sóng của mạng điện thoại di động như Viettel, Mobile Phone và Vina Phone.
Tự động gửi tin nhắn ngược trở lại cho người điều khiển, với nội dung tin nhắn chứa thông tin hoạt động của thiết bị (on/off).
Người dùng có khả năng kiểm tra thông tin trạng thái các thiết bị và điều khiển tập trung một cách đơn giản.
Ý tưởng thiết kế
Sử dụng mạng di động của các nhà cung cấp như Viettel, Mobiphone, Vinaphone, người dùng có thể gửi tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị và nhận dữ liệu phản hồi về trạng thái hoạt động ON/OFF Điều này giúp người dùng dễ dàng theo dõi và quản lý tất cả các thiết bị chỉ với một tin nhắn đơn giản.
Phương án thiết kế
Gồm 2 phương án thiết kế như sau:
Sử dụng bộ GSM MODULE SIM900 để kết nối với vi điều khiển PIC18F4520 là một giải pháp tiết kiệm chi phí và giá thành Phương án này rất phù hợp cho việc lập trình lệnh, mang lại hiệu quả cao trong các ứng dụng.
AT dễ dàng và đầy đủ tính năng cho lập trình AT Ngoài ra còn có thể phát triển ứng dụng sâu thêm với GPRS, GPS…
Phương án 2 là sử dụng điện thoại di động có chức năng tương tự như GSM MODULE SIM900 để kết nối với PIC18F4520 Việc lập trình cho điện thoại di động tương tự như lập trình cho GSM MODULE, nhưng có một số hạn chế do một số điện thoại chỉ hỗ trợ lệnh AT ở dạng MODULE PDU, làm cho quá trình lập trình trở nên phức tạp hơn Thêm vào đó, kết nối giữa điện thoại di động và khối vi điều khiển cũng gặp nhiều khó khăn.
Chúng tôi đã chọn phương án 1 vì MODULE SIM900 hỗ trợ lập trình lệnh AT ở cả hai chế độ Mode Text và Mode PDU, giúp việc lập trình trở nên đơn giản hơn so với điện thoại di động Hơn nữa, MODULE SIM900 còn cho phép phát triển các ứng dụng khác sử dụng GPRS và GPS.
Đề cương nghiên cứu chi tiết
Đề tài này được thực hiện gồm 5 chương:
Chương 2: Cơ sở lý thuyết chung
Chương 3: Thiết kế và thi công phần cứng hệ thống điều khiển.
Chương 4: Thiết kế và thi công phần mềm hệ thống điều khiển.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài.
Phụ lục và tài liệu tham khảo. tho iạ
Phương tiện nghiên cứu
Nhóm sử dụng sách giáo khoa, máy tính để truy cập mạng tìm kiếm thông tin, các thiết bị dùng để thiết kế và thi công mạch.
Phương pháp nghiên cứu
Trong đề tài này, nhóm đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp tham khảo tài liệu là một kỹ thuật quan trọng trong việc thu thập thông tin từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm sách, tạp chí chuyên ngành về điện tử và viễn thông, cũng như các tài liệu trực tuyến và đồ án của các khóa học trước Việc này giúp người học có cái nhìn tổng quát và sâu sắc hơn về lĩnh vực mình đang nghiên cứu.
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 sau này.
Nhóm đã áp dụng phương pháp thực nghiệm bằng cách kết hợp ý tưởng và kiến thức của mình với sự hướng dẫn của giáo viên Qua việc lắp ráp và thử nghiệm nhiều dạng mạch khác nhau, nhóm đã lựa chọn được những mạch điện tối ưu nhất.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG
Tổng quan về công nghệ GSM
2.1.1 Giới thiệu về công nghệ GSM.
GSM (Hệ thống Thông tin Di động Toàn cầu) là công nghệ không dây thế hệ 2G, sử dụng cấu trúc mạng tế bào để cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệu chất lượng cao Hệ thống này hoạt động trên các băng tần 400Mhz, 900Mhz, 1800Mhz và 1900Mhz, theo tiêu chuẩn của Viễn thông Châu Âu (ETSI).
GSM là một hệ thống mở, không phụ thuộc vào phần cứng, cho phép người dùng mua thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau Với sự hiện diện toàn cầu, các nhà cung cấp dịch vụ có thể ký kết roaming, giúp thuê bao GSM sử dụng điện thoại của mình ở bất kỳ đâu Công nghệ GSM không chỉ cung cấp chất lượng âm thanh cao mà còn hỗ trợ giao tiếp qua tin nhắn SMS với chi phí thấp Hệ thống mở của GSM cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết nối các thiết bị từ nhiều nhà cung cấp khác nhau.
Công nghệ GSM cho phép nhà cung cấp dịch vụ cung cấp tính năng roaming cho thuê bao của mình trên toàn cầu, đồng thời phát triển các tính năng truyền dữ liệu như GPRS và EDGE với tốc độ cao hơn Hiện tại, GSM chiếm 85% thị trường di động, với 2,5 tỷ thuê bao tại 218 quốc gia và vùng lãnh thổ Các mạng di động GSM có khả năng roaming lẫn nhau, giúp người dùng sử dụng điện thoại di động GSM ở nhiều nơi trên thế giới.
2.1.2 Đặc điểm của công nghệ GSM.
- Cho phép gởi và nhận những mẫu tin nhắn văn bản bằng kí tự dài đến 126 kí tự.
- Cho phép chuyển giao và nhận dữ liệu, FAX giữa các mạng GSM với tốc độ hiện hành lên đến 9.600 bps.
Công nghệ GSM nổi bật với tính năng chuyển giao dịch vụ roaming, cho phép người dùng kết nối và sử dụng dịch vụ di động không chỉ trong mạng của mình mà còn giữa các mạng GSM toàn cầu mà không cần bất kỳ sự điều chỉnh nào.
- Sử dụng công nghệ phân chia theo thời gian TDM (Time division multiplexing ) để chia ra 8 kênh full rate hay 16 kênh haft rate.
Công suất phát tối đa của máy điện thoại được quy định là 2 watts cho băng tần GSM 850/900Mhz và 1 watt cho băng tần GSM 1800/1900Mhz.
Mạng GSM sử dụng hai kiểu mã hóa âm thanh để nén tín hiệu âm thanh 3,1 kHz, bao gồm mã hóa Full rate (13 kbps) và Half rate (6 kbps).
2.1.3 Cấu trúc của mạng GSM
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). tho iạ
Hình 2.1 Cấu trúc mạng GSM.
2.1.3.2 Các thành phần của công nghệ mạng GSM.
Hình 2.2 : Các thành phần mạng GSM tho iạ
Các thành phần trong mạng GSM:
AUC (): Trung tâm nhận thức
ULR (): Bộ ghi định vị tạm trú.
HLR (): Bộ ghi định vị thường trú.
EIR (): bộ ghi nhận dạng thiết bị
MSC (): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ mạng.
BSC (): Bộ điều khiển trạm gốc
BTS (): Trạm thu phát gốc.
NSS (): Phân hệ chuyển mạch
BSS (): Phân hệ trạm gốc
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.
PLMN (): Mạng di động mặt đất.
ISDN (): Mạng số dịch vụ tích hợp.
2.1.4 Sự phát triển của công nghệ GSM ở Việt Nam
Công nghệ GSM đã được triển khai tại Việt Nam từ năm 1993, hiện nay ba nhà cung cấp di động lớn nhất là VinaPhone, MobiFone và Viettel Mobile, chiếm lĩnh thị trường với thị phần cao và số lượng thuê bao mới tăng nhanh chóng Hiện tại, hơn 85% người dùng di động tại Việt Nam sử dụng dịch vụ của các nhà cung cấp này, với tổng số thuê bao di động lên tới khoảng 120 triệu.
MobiFone và Viettel đều tăng trưởng rất nóng với số lượng thuê bao mỗi ngày phát triển được lên tới hàng trăm ngàn thuê bao.
Tổng quan về SMS
SMS, viết tắt của Short Message Service, là công nghệ cho phép gửi và nhận tin nhắn giữa các điện thoại, lần đầu tiên xuất hiện ở Châu Âu vào năm 1992 Công nghệ này được phát triển dựa trên các chuẩn GSM (Global System for Mobile Communication) và sau đó mở rộng sang các công nghệ không dây như CDMA và TDMA Các chuẩn GSM và SMS được phát triển bởi ETSI (European Telecommunication Standards Institute), và hiện nay, 3GPP (Third Generation Partnership Project) chịu trách nhiệm về việc duy trì và phát triển các chuẩn này Do giới hạn của SMS, mỗi tin nhắn chỉ có thể chứa tối đa 140 byte dữ liệu.
(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).
SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau, bao gồm tiếng Ả Rập, Trung Quốc, Nhật Bản và Hàn Quốc, với khả năng mã hóa ký tự 16 bit Unicode UCS2 cho phép tối đa 70 ký tự cho các ký tự không phải mã Latin Ngoài việc gửi tin nhắn văn bản, người dùng còn có thể gửi dữ liệu dạng galery như nhạc chuông, hình ảnh và nhiều tiện ích khác tới điện thoại khác.
2.2.2 Cấu trúc một tin nhắn SMS.
Nội dung của 1 tin nhắn SMS khi được gửi đi chia làm 5 phần như sau: tho iạ
Hình 2.3 : Cấu trúc của 1 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 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.
- 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 bạn vẫn có thể giữ liên lạc với người khác
- Được sử dụng trên các điện thoại di động khác nhau và có thể gửi cùng mạng hoặc khác mạng đều được.
Các ứng dụng wireless tương thích với công nghệ GSM bao gồm chức năng SMS được hỗ trợ hoàn toàn, cho phép gửi nhạc chuông và hình ảnh Ngoài ra, công nghệ này còn hỗ trợ thanh toán cho các dịch vụ trực tuyến như tải nhạc chuông.
2.2.4 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 tho ại 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 Khó khăn của SMS chuỗi là nó ít được hỗ trợ nhiều so với SMS ở các thiết bị có sử dụng sóng wireless. tho iạ
Một SMS Center (SMSC) là trung tâm quản lý các hoạt động liên quan đến tin nhắn SMS trong mạng wireless Khi một tin nhắn SMS được gửi từ điện thoại di động, nó sẽ được chuyển đến SMSC trước khi đến tay người nhận Tin nhắn có thể đi qua nhiều thực thể mạng như SMSC và SMS gateway trước khi đến đích Nhiệm vụ của SMSC là luân chuyển tin nhắn và đảm bảo quá trình này diễn ra đúng chu trình Nếu điện thoại của người nhận tắt nguồn khi tin nhắn được gửi, SMSC sẽ lưu trữ tin nhắn cho đến khi điện thoại được bật lại Thông thường, mỗi mạng wireless sẽ có một SMSC chuyên dụng để quản lý lưu thông SMS, và hệ thống vận hành mạng sẽ quản lý vị trí của SMSC trong mạng wireless, đồng thời có thể sử dụng SMSC bên ngoài hệ thống.
Để sử dụng và tinh chỉnh chức năng tin nhắn SMS trên điện thoại, bạn cần biết địa chỉ SMSC của hệ thống mạng wireless Địa chỉ SMSC thường có dạng số điện thoại theo hình thức quốc tế Điện thoại thường có menu để cấu hình địa chỉ SMSC, nhưng thông thường, địa chỉ này đã được điều chỉnh sẵn trong thẻ SIM bởi hệ thống mạng, nên bạn không cần thực hiện bất kỳ thay đổi nào.
Tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành được phân chia thành hai loại: tin nhắn cục bộ và tin nhắn quốc tế Tin nhắn cục bộ là những tin nhắn được gửi giữa các nhà điều hành trong cùng một quốc gia, trong khi tin nhắn quốc tế là những tin nhắn giữa các nhà điều hành mạng không dây ở các quốc gia khác nhau Chi phí gửi tin nhắn SMS quốc tế thường cao hơn so với tin nhắn trong nước Ngoài ra, chi phí gửi tin nhắn trong nội mạng thường thấp hơn so với gửi cho mạng khác trong cùng một quốc gia và cũng thấp hơn so với chi phí gửi tin nhắn quốc tế Khả năng kết nối giữa các mạng không dây cục bộ và quốc tế là yếu tố quan trọng thúc đẩy sự phát triển của hệ thống SMS toàn cầu.
Một thách thức lớn trong việc sử dụng SMS là sự phát triển của các Trung tâm Nhắn tin Ngắn (SMSC) bởi các công ty với giao thức truyền thông riêng biệt, phần lớn thuộc quyền sở hữu Chẳng hạn, Nokia sử dụng giao thức CIMD cho SMSC của họ, trong khi nhà điều hành CMG lại áp dụng giao thức EMI Điều này dẫn đến việc không thể kết nối hai SMSC nếu chúng không sử dụng cùng một giao thức Để khắc phục vấn đề này, một cổng SMS được triển khai giữa hai giao thức SMSC khác nhau, cho phép chúng giao tiếp qua hai sóng mang khác nhau mà không gặp trở ngại nào.
Module Sim900
2.3.1 Giới thiệu về Module Sim900.
Modem GSM là một loại modem không dây, hoạt động trên mạng GSM Khác với modem quay số, modem wireless truyền và nhận dữ liệu qua sóng thay vì qua đường dây điện thoại cố định.
Modem GSM, giống như điện thoại di động GSM, cần một thẻ SIM và mạng không dây để hoạt động Module SIM 900 là một loại modem GSM cải tiến với tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn, sử dụng công nghệ GSM/GPRS Nó hoạt động ở các băng tần GSM 850Mhz, EGSM 900Mhz, DCS 1800Mhz và PCS 1900Mhz, đồng thời hỗ trợ GPRS với các chế độ mã hóa CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4.
Trong đồ án này, Module Sim900 nhận tín hiệu SMS từ điện thoại và chuyển tiếp tín hiệu đến vi điều khiển để điều khiển trạng thái thiết bị Đồng thời, nó cũng phản hồi bằng SMS tới điện thoại, cung cấp thông tin về trạng thái của các thiết bị.
Hình 2.5 Module Sim900. tho iạ
2.3.2 Đặc điểm của module SIM 900
+ Băng tần: GSM 850Mhz EGSM 900Mhz, DCS 1800 Mhz và PCS 1900Mhz SIM900 có thể tự động tìm kiếm các băng tần.
+ Phù hợp với GSM Pha 2/2+
- Loại GSM là loại MS nhỏ
• Hạn chế : - 40°C tới -30°C và +80°C tới +85°C
• Nhiệt độ bảo quản: -45°C tới 90°C
• GPRS dữ liệu tải xuống: Max 85.6 kbps
• GPRS dữ liệu tải lên: Max 42.8 kbps
• Sơ đồ mã hóa: CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4
• Sim 900 hổ trợ giao thức PAP ,kiểu sử dụng kết nối PPP
• Sim 900 tích hợp giao thức TCP/IP
• Chấp nhận thông tin được điều chỉnh rộng rãi
• MT, MO, CB, Text and PDU mode
• Bộ nhớ SMS: Sim card
• Kết nối thông qua anten ngoài 500km hoặc đế anten
• Dạng mã hòa âm thanh.
• Toàn bộ chế độ (ETS 06.1 0)
• Toàn bộ chế độ tăng cường (ETS 06.50/ 06.06/ 06.80) tho iạ
+ Giao tiếp nối tiếp và sự ghép nối:
• Cổng nối tiếp: 8 Cổng nối tiếp( ghép nối)
• Cổng kết nối có thể Sd với CSD Fax, GPRS và gửi lệnh ATCommand tới module điều khiển
• Cổng nối tiếp có thể Sd chức năng giao tiếp
• Hỗ trợ tốc độ truyền 1200 BPS tới 115200 BPS
• Cổng hiệu chỉnh lỗi: 2 cổng nối tiếp TXD và RXD
• Cổng hiệu chỉnh lỗi chỉ sử dụng sữa lỗi
• Hỗ trợ mẫu danh sách: SM, FD, LD, RC,ON, MC
+ Đồng hồ thời gian thực:
• Lập trình thông qua AT Command
+Đặc tính vật lý (đặc điểm):
• Kích thước 24mmx24mmx24mm> Nặng 3.4g.
2.3.3 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân của Breakout SIM 900.
Trong đồ án đã sử dụng Breakout SIM 900 tức là SIM 900 đã được thế kế thành module để tiện sử dụng cho đồ án. tho iạ
Hình 2.6 Breakout của Module SIM 900.
Hình 2.7 Sơ đồ thiết kế Breakout của Module SIM 900.
Sơ đồ chân Breakout: tho iạ
Hình 2.8 Sơ đồ chân Breakout SIM900.
Để khởi động chân ON/OFF, cần kích một xung dương khoảng 1 giây, lúc này đèn status sẽ sáng lên Sau đó, đèn sẽ chớp nháy nhanh, cho biết SIM900 đang khởi động và tìm kiếm mạng Sau 10 giây, đèn status sẽ nhấp nháy chậm, báo hiệu rằng SIM900 đã hoạt động bình thường.
+ Chân 3: đầu ra dùng để chỉ báo mạng kết nối được hệ thống.
+ Chân 5:đầu vào pin dự phòng cho module.
+ Chân 7:Chân vào của bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số
+ Chân 8: Ring chân ra loa báo hiệu có cuộc gọi đến.
+ Chân 9, 11: chân loa nghe cuộc thoại
+ Chân 10: chân đầu cuối dữ liệu.
+ Chân 12: chân truyền dữ liệu.
+ Chân 14: chân nhận dữ liệu.
+ Chân 17,19: chân nguồn cấp cho sim hoạt động.
Khảo sát tập lệnh AT Command của Module SIM 900
Các lệnh AT, viết tắt của "Attention", là những hướng dẫn được sử dụng để điều khiển modem Mỗi lệnh bắt đầu bằng "AT" hoặc "at", do đó, chúng được gọi là lệnh AT Những lệnh này thường được áp dụng cho modem quay số sử dụng dây, như ATD (Gọi), ATA (Trả lời), ATH (Kiểm soát hủy) và ATO (trở về trạng thái dữ liệu trực tuyến), và cũng được hỗ trợ bởi modem GSM/GPRS cùng các điện thoại di động.
Các modem GSM/GPRS và điện thoại di động được hỗ trợ bởi một bộ lệnh AT đặc biệt cho công nghệ GSM, bao gồm các lệnh quan trọng liên quan đến SMS như AT+CMGS để gửi tin nhắn, AT+CMSS để gửi tin nhắn từ vùng lưu trữ, AT+CMGL để liệt kê các tin nhắn, và AT+CMGR để đọc tin nhắn.
Lệnh AT mở rộng, được định nghĩa trong các chuẩn GSM, cho phép người dùng thực hiện nhiều tác vụ khác nhau Những lệnh này cung cấp khả năng tương tác linh hoạt với thiết bị, giúp tối ưu hóa hiệu suất và chức năng của hệ thống.
+ Đọc,viết, xóa tin nhắn.
+ Kiểm tra chiều dài tín hiệu.
+ Đọc, viết và tìm kiếm về các mục danh bạ.
Modem SMS có khả năng gửi từ 6 đến 10 tin nhắn mỗi phút, một con số khá thấp Trong đồ án này, tôi sẽ tập trung vào một số lệnh cơ bản cần thiết cho công việc của mình Dưới đây là các lệnh cơ bản để thao tác với dịch vụ SMS.
+ Gửi tin nhắn Các thuật ngữ em dùng:
+ : carriage return (0x0D). tho iạ
+ MT : Mobile Terminal :Thiết bị đầu cuối mạng (chính là module).
+ TE : Terminal Equipment: Thiết bị đầu cuối(chính là vi điều khiển).
2.4.1 Khởi tạo cấu hình mặc định cho modem.
(1) ATZ reset modem, kiểm tra modem đã hoạt động bình thường chưa Gửi cho đến khi nhận được chuỗi:
ATZOK
(2) ATE0 tắt chế độ echo lệnh Chuỗi trả về có dạng:
ATE0OK
(3) AT+CLIP=1 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 có dạng:
RING Sau khi lệnh AT+CLIP=1 đã được thực thi, chuỗi trả về sẽ có dạng:
RING
+CLIP:”0988600524”,129,””,,””,0,
Chuỗi trả về cung cấp thông tin về số điện thoại gọi đến, giúp người dùng quyết định có nên nhận hay từ chối cuộc gọi Sau khi hoàn tất các thao tác khởi tạo cho quá trình nhận cuộc gọi, các bước tiếp theo sẽ liên quan đến việc truyền nhận tin nhắn.
Hình 2.9 Cấu hình mặc định cho SIM 900
(4) AT&WLưu cấu hình cài đặt được thiết bị bởi các tập lệnh AET0 và AT+CLIP vào bộ nhớ.
(5) AT+CMGF=1 Thiết lập quá trình truyền nhận tin nhắn được thực hiện ở chế độ text (mặc định là ở chế độ PDU) Chuỗi trả về sẽ có dạng:
OK
Lệnh AT+CNMI=2,0,0,0,0 thiết lập chế độ thông báo cho thiết bị đầu cuối (TE) khi điện thoại di động (MT) nhận được tin nhắn mới Sau khi thực hiện lệnh này, chuỗi trả về sẽ là OK Tin nhắn mới sẽ được lưu trữ trong SIM và MT sẽ không gửi bất kỳ thông báo nào đến TE Trong trường hợp cần thiết, TE có thể truy cập và đọc tin nhắn đã lưu trong SIM.
(7) AT+CSAS Lưu cấu hình cài đặt được thiết lập bởi các lệnh AT+CMGF và AT+CNMI.
2.4.2 Delete tin nhắn trong SIM.
(1) AT+CMGD=1 Xóa tin nhắn ở vùng nhớ 1 trong SIM Chuỗi trả về sẽ có dạng:
OK
Lệnh này được dùng để xóa tin nhắn được lưu trong ngăn số 2.
Hình 2.10 Cấu hình xóa tin nhắn SIM 900
Bộ nhớ lưu tin nhắn trong SIM được tổ chức thành nhiều ngăn, mỗi ngăn có một số thứ tự riêng Khi có tin nhắn mới, nội dung sẽ được lưu vào ngăn trống có số thứ tự nhỏ nhất Việc xóa tin nhắn ở hai ngăn đầu tiên giúp tin nhắn mới luôn được lưu vào những ô nhớ này, từ đó dễ dàng xác định vị trí và thao tác với tin nhắn mới, giảm nguy cơ thất lạc tin nhắn trong bộ nhớ.
Khi bộ nhớ tin nhắn của MT đầy, MT sẽ không nhận thêm tin nhắn mới Những tin nhắn gửi đến sẽ được lưu trữ tại tổng đài và chỉ được gửi tới MT khi có không gian trống trong bộ nhớ Việc xóa nội dung tin nhắn trong các ngăn 1 và 2 sẽ giúp MT nhận thêm tin nhắn mới.
(1) ATDxxxxxxxxxx;Quay số cần gọi.
(2) Chuỗi trả về sẽ có dạng:OK 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 không được 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:
NO DIAL TONE
Nếu cuộc gọi bị từ chối hoặc số máy đang gọi tạm thời không hoạt động, chuỗi trả về sẽ có định dạng cụ thể.
NO CARRIER
Nếu cuộc gọi không thể thiết lập vì máy nhận cuộc gọi đang bận (chẳng hạn như đang nói chuyện với một thuê bao khác), chuỗi trả về sẽ có dạng nhất định.
BUSY (4s) Tổng thời gian từ lúc modem nhận lệnh cho đến lúc nhận được chuỗi trên thông thường là 4 giây.
(2D) Nếu sau 1 phút mà thuê bao nhận cuộc gọi không bắt máy, chuỗi trả về sẽ có dạng: NO ANSWER (60s) tho iạ
Hình 2.11 Cấu hình gọi điện cho SIM 900.
Trong trường hợp thiết lập cuộc gọi diễn ra bình thường mà không có thông báo nào như 2A, 2B, 2C hay 2D, cuộc gọi sẽ chuyển sang giai đoạn thông thoại Quá trình kết thúc cuộc gọi sẽ diễn ra trong hai trường hợp.
(4A) Đầu nhận cuộc gọi gác máy trước, chuỗi trả về sẽ có dạng:
NO CARRIER
(4B) Đầu thiết lập cuộc gọi gác máy trước: phải tiến hành gửi lệnh ATH, và chuỗi trả về sẽ có dạng: OK tho iạ
(1) Sau khi được khởi tạo bằng lệnh AT+CLIP=1, khi có cuộc gọi đến, chuỗi trả về sẽ có dạng:
RING+CLIP:”0929047589”,129,””,0
Hình 2.12 Cấu hình nhận cuộc gọi.
Nếu số điện thoại gọi đến không hợp lệ, hãy từ chối nhận cuộc gọi bằng lệnh ATH Kết quả trả về sẽ có dạng: OK, và cuộc gọi sẽ kết thúc.
Nếu số điện thoại gọi đến hợp lệ, hãy nhận cuộc gọi bằng cách gửi lệnh ATA Chuỗi trả về sẽ có định dạng: OK, sau đó chuyển sang 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. tho iạ
Hình 2.13 Cấu hình đọc tin nhắn.
Mọi thao tác liên quan đến quá trình nhận tin nhắn đều được thực hiện trên hai ngăn 1 và 2 của bộ nhớ nằm trong SIM.
(1) Đọc tin nhắn trong ngăn 1 bằng lệnh AT+CMGR=1.
(2A) Nếu ngăn 1 không chứa tin nhắn, nội dung tin nhắn sẽ được gửi trả về TE với định dạng như sau: tho iạ
Các tham số trong chuỗi trả về của module SIM508 bao gồm trạng thái tin nhắn (REC UNREAD), số điện thoại gửi tin nhắn (+84929047589), thời gian gửi tin nhắn (07/05/15, 09:32:05+28) và nội dung tin nhắn Để sử dụng dạng mở rộng, người dùng cần thiết lập bằng lệnh AT+CSDH=1 trước khi đọc tin nhắn.
(3) Sau khi đọc, tin nhắn được xóa đi bằng lệnh AT+CMGD=1
Thao tác tương tự đới với tin nhắn chứa trong ngăn thứ 2 trong các bước (4), (5A) (5B) và (6).
(1) Gửi tin nhắn đến thuê bao bằng cách sử dụng lệnh AT+CMGS=”số điện thoại”.
(2) Nếu lệnh (1) được thực hiện thành công, chuỗi trả về sẽ có dạng:
> (kí tự “>” và 1 khoảng trắng)
(3) Gửi nội dung tin nhắn và kết thúc bằng kí tự có mã ASCII 0x1A.
Để dừng việc gửi tin nhắn, bạn chỉ cần gửi kí tự ESC (mã ASCII 27) Khi đó, hệ thống sẽ phản hồi bằng chuỗi OK.
Hình 2.14 Cấu hình gửi tin nhắn.
(4) Chuỗi trả về thông báo quá trình gửi tin nhắn Chuỗi trả về có định dạng như sau:
+CMGS :62OK
Tổng quan về vi điều khiển PIC
Bộ vi điều khiển ghi tắt là Micro-controller, là một mạch tích hợp có thể lập trình trên một chip, được sử dụng để điều khiển hoạt động của hệ thống Dựa vào các tập lệnh của lập trình viên, bộ vi điều khiển thực hiện việc đọc và lưu trữ thông tin, xử lý dữ liệu, đo thời gian, và điều khiển các cơ cấu khác nhau.
PIC, viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, được dịch là “Máy tính thông minh khả trình”, là tên gọi mà hãng General Instrument đặt cho vi điều khiển đầu tiên của họ.
Các kí hiệu của Vi điều khiển PIC:
+ PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit
+ PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit
+ PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit
+ C: PIC có bộ nhớ EPROM
+F: PIC có bộ nhớ Flash
+LV,LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp. tho iạ
Hiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng, nhưng chúng ta có thể điểm qua một vài nét như sau :
• 8/16 bít CPU, xây dựng theo kiến trúc trên kiến trúc Harvard sửa đổi, với tập lệnh rút gọn (do vậy PIC thuộc loại RISC)
• Flash và Rom có thể tuỳ chọn 256 byte đến 256 kbybe
• Các cổng xuất/nhập (mức lôgic thường từ 0v đến 5v, ứng với mức logic 0 và 1)
• Các chuẩn giao tiếp ngoại vi nối tiếp đồng bộ/ không đồng bộ
• Bộ so sánh điện áp
• MSSP Pripheral dùng cho các giao tiếp I2C, SPI
• Bộ nhớ nội EEPROM - có thể ghi/ xoá lên tới hàng triệu lần
• Modul điều khiển động cơ, đọc encoder
• Hỗ trợ giao tiếp USB
• Hỗ trợ điều khiển Ethernet
• Hỗ trợ giao tiếp CAN
• Hỗ trợ giao tiếp LIN
• Hỗ trợ giao tiếp IRDA
Cách lựa chọn một vi điêu khiển PIC phù hợp:
+ Số chân của vi điều khiển cần thiết cho ứng dụng Có nhiều vi điều khiển PIC với số lượng chân khác nhau như 28, 40, 44…chân.
+ PIC có bộ nhớ flash để có thể nạp xóa chương trình được nhiều lần hơn.
+ Các khối chức năng được tích hợp sẵn trong vi điều khiển, các chuẩn giao tiếp bên trong.
+ Sau cùng cần chú ý đến bộ nhớ chương trình mà vi điều khiển cho phép.
Trong nghiên cứu và thiết kế em đã lựa chọn vi điều khiển PIC18F4520. tho iạ
Tổng quan về vi điều khiển PIC 18F4520
2.6.1 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC18F4520
Hình 2.15 Sơ đồ chân của PIC 18F4520.
2.6.2 Các thông số về vi điều khiển PIC18F4520.
• CPU tốc độ cao có 75 cấu trúc lệnh, nếu được cho phép có thể kéo dài đến 83 cấu trúc lệnh.
• Hầu hết các cấu trúc lệnh chỉ mất một chu kỳ máy, ngoại trừ lệnh rẽ nhánh chương trình mất hai chu kỳ máy
• Tốc độ làm việc: xung clock đến 40MHz, tốc độ thực thi lệnh 125ns
• Bộ nhớ chương trình ( flash program memory) là 32kbyte
• Bộ nhớ dữ liệu SRAM là 1536 byte
• Bộ nhớ dữ liệu EEPROM là 256 byte
• 1 enhanced capture/ compare/PWM modules
Giao tiếp nối tiếp : MSSP, enhanced USART.
Cổng giao tiếp song song.
13 bộ Analog to Digital module 10 bít
Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:
+ Bộ nhớ Flash có khả năng ghi xoá được 100.000 lần.
+ Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xoá được 1.000.000 lần.
+ Flash/Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ hàng 100 năm.
+ Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm.
+ Watchdog timer với bộ dao động trong.
+ Chức năng bảo mật mã chương trình
+ Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau
2.6.3 Sơ đồ khối của vi điều khiển PIC18F4520. tho iạ
Hình 2.16 Sơ đồ khối của PIC18F4520. tho iạ
2.6 4 Sơ đồ khối bộ nhớ dữ liệu PIC18F4520.
Hình 2.17 Sơ đồ khối bộ nhớ PIC 18F4520. tho iạ
2.7.1 Định nghĩ rơ le (relay).
Rơle là thiết bị điện tự động, cho phép tín hiệu đầu ra thay đổi khi tín hiệu đầu vào đạt giá trị nhất định Nó được sử dụng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều chỉnh hoạt động của mạch điện động lực.
Rơ le là một thiết bị chuyển đổi hoạt động bằng điện, có hai trạng thái là ON và OFF Trạng thái của rơ le phụ thuộc vào dòng điện chạy qua nó.
Rơle có nhiều loại với nguyên lý và chức năng hoạt động đa dạng, dẫn đến nhiều phương pháp phân loại khác nhau Một trong những cách phân loại rơle là dựa vào nguyên lý làm việc, trong đó có các nhóm khác nhau.
+ Rơle điện cơ (rơle điện từ, rơle từ điện, rơle điện từ phân cực, rơle cảm ứng, ). + Rơle nhiệt.
+ Rơle điện tử -bán dẫn, vi mạch.
+ Rơle số. b) Phân theo nguyên lí tác động của cơ cấu chấp hành
+ Rơle có tiếp điểm: loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm.
Rơle không tiếp điểm, hay còn gọi là rơle tĩnh, hoạt động bằng cách thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành trong mạch điều khiển, bao gồm điện cảm, điện dung và điện trở Phân loại này dựa trên đặc tính tham số đầu vào của rơle.
Trong nghiên cứu và thực hiện đồ án chúng em lựa chọn Rơ le điện từ để điều khiển đóng ngắt các thiết bị. tho iạ
Khi dòng điện chạy qua rơ le, nó kích hoạt cuộn dây bên trong, tạo ra từ trường hút Từ trường này tác động lên đòn bẩy, dẫn đến việc đóng hoặc mở các tiếp điểm điện, từ đó thay đổi trạng thái của rơ le Số lượng tiếp điểm điện thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tùy thuộc vào thiết kế của rơ le.
Rơ le hoạt động với hai mạch độc lập Mạch đầu tiên điều khiển cuộn dây của rơ le, xác định trạng thái ON hay OFF bằng cách cho dòng điện chạy qua Mạch thứ hai kiểm soát dòng điện cần điều chỉnh, dựa vào trạng thái hoạt động của rơ le để quyết định liệu dòng điện có đi qua hay không.
2.18 Cấu tạo Rơ le. tho iạ
Dòng điện điều khiển rơ le thường khoảng 30mA ở điện áp 12V, có thể lên đến 100mA Hầu hết các vi mạch không đủ khả năng cung cấp dòng này, vì vậy cần sử dụng một BJT để khuếch đại dòng điện nhỏ từ ngõ ra IC thành dòng lớn hơn để điều khiển rơ le.
Chú ý: Tuy vậy, IC 555 có dòng điện ngõ ra có thể lên tới 200mA, vì thế với IC 555 thì không cần một BJT để khuếch đại dòng.
Rơ le hoạt động thông qua cuộn dây và các tiếp điểm điện Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, nó sẽ hút một đòn bẩy, mở các tiếp điểm điện và kiểm soát dòng điện không cho đi qua rơ le Dòng điện trong cuộn dây không ảnh hưởng đến dòng điện cần kiểm soát.
Trên rơ le có 3 kí hiệu là: NO, NC và COM.
Chân COM (chân chung) luôn được kết nối với một trong hai chân còn lại, và việc nó kết nối với chân nào phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của rơ le.
+ NC (Normally Closed): Nghĩa là bình thường nó đóng Nghĩa là khi rơ le ở trạng thái OFF, chân COM sẽ nối với chân này.
+ NO (Normally Open): Khi rơ le ở trạng thái ON (có dòng chạy qua cuộn dây) thì chân COM sẽ được nối với chân này.
Khi bạn muốn điều khiển dòng điện trong trạng thái OFF của rơ le, hãy kết nối COM và NC Lưu ý rằng khi rơ le chuyển sang trạng thái ON, dòng điện này sẽ bị ngắt.
=> Ngược lại thì nối COM và NO.
2.7.4 Cách chọn rơ le phù hợp.
+ Kích thước và kiểu chân rơ le phải phù hợp với mạch điện của mình.
+ Điện áp điều khiển cuộn dây của rơ le phù hợp với điện áp cung cấp thiết kế Có thể là 5V, 12V hoặc 24V
+ Điện trở của cuộn dây sẽ ảnh hưởng đến dòng cần cung cấp cho cuộn dây hoạt động
Ví dụ: Khi cần chọn một rơ le có điện áp hoạt động là 12V, cuộn dây có điện trở là
Để cung cấp dòng 30mA cho tải 400 Ohm, IC 555 có khả năng đáp ứng, nhưng hầu hết các IC khác không đủ khả năng này, do đó cần sử dụng một BJT để khuếch đại dòng Ngoài ra, rơ le cần phải có số tiếp điểm đóng mở phù hợp với yêu cầu của mạch.
2.7.5 Diod bảo vệ rơ le.
Rơ le hoạt động dựa trên dòng điện đi qua cuộn cảm, tạo lực hút để điều khiển việc đóng mở các tiếp điểm Tuy nhiên, sự tắt đột ngột của cuộn cảm có thể gây hư hỏng cho BJT hoặc IC Để đảm bảo an toàn, nên luôn kết hợp một diode với rơ le.
Hình 2.20 Mạch Rơ le đã được bảo vệ. tho iạ
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 cung cấp điện áp cho toàn bộ mạch Khi nhận được tin nhắn điều khiển từ Module Sim900, module này sẽ gửi lệnh đến vi xử lý để thông báo có tin nhắn mới Vi xử lý tiếp nhận và xử lý tin nhắn, sau đó gửi tín hiệu điều khiển đến khối.
Rơ le nhận tín hiệu từ vi điều khiển và điều khiển các tiếp điểm để mở hoặc đóng thiết bị Vi điều khiển gửi lệnh cho Module Sim 900 để gửi tin nhắn thông báo kết quả điều khiển đến số điện thoại đã định Cuối cùng, vi xử lý thực hiện lệnh xóa tin nhắn điều khiển từ Module Sim 900.
Khối Rơ le Thiết bị điện tho iạ
Khối nguồn
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn.
Nguồn đầu vào 12V một chiều được xử lý qua Điôt 4006 và tụ hóa 470uF, sau đó cung cấp điện áp 5V qua chân Vout của LM 2576 Điôt Zen được sử dụng để tạo điện áp chuẩn 5V, trong khi cuộn cảm L2 100/3A đảm bảo dòng điện đủ lớn cho toàn mạch Tụ hóa C5 giúp lọc đầu ra sau L2, và mạch phân áp với R123 và R124 phản hồi điện áp về chân 4 của LM2576 Cuối cùng, dòng điện được lọc qua C6 104 trước khi cung cấp cho toàn bộ mạch.
Chức năng của khối nguồn : cấp điện áp phù hợp cho từng linh kiện để mạch hoạt động.
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 truyền thông ( Module Sim900).
– Xuất tín hiệu hiển thị ra khối hiển thị.
– Xuất tín hiệu điều khiển đến khối Rơ le. tho iạ
Hình 3.3 Vi điều khiển PIC 18F4520.
Vi xử lý sử dụng chip PIC 18F4520, có khả năng nhận diện tín hiệu tin nhắn mới từ Module Sim Khi có tín hiệu, PIC sẽ tiến hành đọc và xử lý tin nhắn, sau đó gửi tín hiệu điều khiển đến các khối hiển thị và rơ le.
Khối hiển thị
Hiển thị bằng màn hình LCD16X2 dùng hiển thị trạng thái hoạt động các thiết bị. tho iạ
Hình 3.5 Hệ thống đèn báo.
Hiển thị trạng thái hoạt động các thiết bị được điều khiển thông qua đèn LED.
Chức năng của khối hiển thị là nhận tín hiệu từ khối điều khiển và hiển thị các thông tin trạng thái thiết bị.
Khối Rơ le
Hình 3.5 Hệ thống rơ le đóng ngắt.
Khối này có tác dụng điều khiển các thiết bị điện trong nhà thông qua Rơle.
Khi nhận tín hiệu điều khiển từ nút bấm, vi xử lý sẽ xử lý tín hiệu và gửi tín hiệu điều khiển đến Rơle 1, kích hoạt cuộn hút của Rơ le, khiến tiếp điểm thường mở đóng lại và cấp nguồn 220V cho thiết bị 1 hoạt động Khi nút tắt được ấn, Rơ le mất điện cuộn hút, làm tiếp điểm mở ra và ngắt nguồn cấp cho thiết bị 1, dẫn đến thiết bị 1 tắt Quá trình này cũng tương tự cho các thiết bị khác.
Chức năng của khối điều khiển : Lấy tín hiệu từ khối vi xử lý để điều khiển on/off các thiết bị điện.
Khối Module Sim900
Module Sim900 có khả năng nhận tín hiệu SMS từ điện thoại và truyền tín hiệu này đến vi điều khiển để điều khiển trạng thái thiết bị Đồng thời, nó cũng phản hồi qua SMS để cung cấp thông tin về trạng thái của các thiết bị.
Hình 3.8 Sơ đồ khối module Sim900.
Các khối liên quan
Hình 3.7 Khối tạo dao động chi vi điều khiển tho iạ
Dùng thạch anh 12MHz tạo dao động ngoài cho PIC hoạt động với tần số 1ms.
Dùng báo hiệu khi chuyển đổi trạng thái thiết bị.
Chúng ta trực tiếp điều khiển các thiết bị trên mạch điều khiển thông qua các nút bấm mà không qua truyền thông Dùng khi lỗi trong truyền thông.
Hình 3.7 Sơ đồ mạch nguyên lý hệ thống điều khiển. tho iạ
Lưu đồ chương trình chính
Hình 4.1 Lưu đồ chương trình chính.
GVHD: NCS Trịnh Thị Khánh Ly Lớp: Đ5 – CNTĐ
Khởi tạo truyền dữ liệu nối tiếp
Báo có tin nhắn mới?
Xử lý tin nhắn và Điều khiển thiết bị
Báo cáo kết quả xử lý và điều khiển S Đ tho iạ
Khi khởi động hoặc reset, vi điều khiển khởi tạo các thanh ghi truyền dữ liệu để chuẩn bị nhận tin nhắn từ module SIM900 Nó sẽ chờ nhận thông báo có tin nhắn mới Khi có tin nhắn mới, vi điều khiển gửi lệnh để đọc tin nhắn từ module Sau khi nhận được tin nhắn, vi điều khiển xử lý nội dung và điều khiển thiết bị tương ứng Cuối cùng, vi điều khiển gửi tin nhắn phản hồi kết quả điều khiển và quay lại trạng thái chờ để nhận tin nhắn mới.
Lưu đồ chương trình xử lý tin nhắn
Để xử lý tin nhắn, vi điều khiển đầu tiên tách nội dung tin nhắn cùng với số điện thoại gửi tin Tiếp theo, vi điều khiển sẽ tiến hành phân tích thông tin này.
GVHD: NCS Trịnh Thị Khánh Ly Lớp: Đ5 – CNTĐ
Cú pháp đúng? Điều khiển thiết bị
Việc kiểm tra cú pháp lệnh điều khiển là rất quan trọng; nếu cú pháp đúng, vi điều khiển sẽ thực hiện điều khiển thiết bị, ngược lại, quá trình sẽ tự động kết thúc.
Lưu đồ chương trình điều khiển thiết bị
Để điều khiển thiết bị, trước tiên cần kiểm tra lệnh điều khiển, được chia thành hai loại: lệnh điều khiển ngắn và lệnh điều khiển dài Lệnh điều khiển ngắn áp dụng cho tất cả các thiết bị, cho phép tắt hoặc mở toàn bộ hệ thống Ngược lại, lệnh điều khiển dài chỉ thực hiện cho một thiết bị cụ thể, nhằm điều khiển từng thiết bị một cách riêng biệt.
Vi điều khiển kiểm tra độ dài của lệnh điều khiển để xác định xem nó là ngắn hay dài Nếu lệnh ngắn, vi điều khiển sẽ thực hiện các lệnh tắt hoặc mở để điều khiển thiết bị Đối với lệnh dài, vi điều khiển sẽ phân tích từng cụm lệnh, được phân cách bằng dấu hai chấm, và thực hiện điều khiển tương ứng cho từng cụm lệnh đúng Quá trình kiểm tra các cụm lệnh sẽ diễn ra lần lượt cho đến khi hoàn thành toàn bộ lệnh điều khiển.
GVHD: NCS Trịnh Thị Khánh Ly Lớp: Đ5 – CNTĐ Điều khiển thiết bị
Mã điều khiển dài? Điều khiển on/off từng thiết bị Điều khiển kiểm tra ? Điều khiển on/off thiết bị
Trong quá trình kiểm tra thiết bị, vi điều khiển thực hiện các lệnh để điều khiển thiết bị theo nhiệm vụ được giao Sau khi hoàn thành mỗi lệnh, vi điều khiển tiếp tục thực hiện các lệnh tiếp theo cho đến khi kết thúc chuỗi lệnh Cuối cùng, sau khi hoàn tất các lệnh điều khiển, vi điều khiển sẽ kiểm tra trạng thái của thiết bị và báo cáo kết quả điều khiển.
Lưu đồ chương trình nhận dữ liệu
Hình 4.20 : Lưu đồ chương trình con nhận dữ liệu.
Khi có các dữ liệu từ module SIM900 gửi qua, chương trình sẽ tiến hành nhận dữ liệu và lưu bộ nhớ RAM nội của vi điều khiển.
Lưu đồ chương trình gửi dữ liệu
GVHD: NCS Trịnh Thị Khánh Ly Lớp: Đ5 – CNTĐ
Thiết lập bộ nhớ lưu dữ liệu
Lưu ký tự Tăng địa chỉ lưu
Hình 4.5 : Lưu đồ chương trình con gửi dữ liệu
Chương trình sẽ gửi các lệnh điều khiển cũng như dữ liệu từ vi điều khiển đến moduleSIM900.
Lưu đồ chương trình lấy địa chỉ
Khi nhận được tin nhắn từ module SIM900, vi điều khiển cần xác định các vùng dữ liệu quan trọng để thực hiện điều khiển Điều này bao gồm việc xác định vùng dữ liệu chứa số điện thoại gửi tin nhắn và vùng nhớ lưu nội dung điều khiển Chương trình con sẽ lấy địa chỉ bắt đầu của vùng nhớ lưu số điện thoại cùng với địa chỉ bắt đầu và kết thúc của vùng nhớ lưu nội dung điều khiển.
Gửi ký tự Tăng lên ký tự tiếp theo Đ Đ
Hình 4.6 : Lưu đồ chương trình con lấy địa chỉ.
Lưu đồ chương trình điều khiển thiết bị
Hai chương trình con này sẽ thực hiện mở và tắt thiết bị khi được yêu cầu.
GVHD: NCS Trịnh Thị Khánh Ly Lớp: Đ5 – CNTĐ
Ký tự đầu số điện thoại ?
Ký tự đầu dữ liệu ?
Lấy địa chỉ đầu lưu số điện thoại
Lấy địa chỉ đầu lưu số điện thoại
Lấy địa chỉ đầu dữ liệu
Tăng lên đến ký tự tiếp theo
Lấy địa chỉ đầu lưu số điện thoại Địa chỉ cuối dữ liệu ?
Hình 4.7: Lưu đồ chương trình con điều khiển mở thiết bị.
Hình 4.8 : Lưu đồ chương trình con tắt thiết bị
Lưu đồ chương trình kiểm tra thiết bị
Chương trình sẽ kiểm tra trạng thái thiết bị là mở hay tắt để báo cho vi điều khiển biết.
GVHD: NCS Trịnh Thị Khánh Ly Lớp: Đ5 – CNTĐ
Mở chân điều khiển thiết bị
Thiết bị đã mở ? Tắt chân điều khiển thiết bị
Tắt chân điều khiển thiết bị
Thiết bị đã tắt ? Mở chân điều khiển thiết bị
GVHD: NCS Trịnh Thị Khánh Ly Lớp: Đ5 – CNTĐ
Tb1:off Tb2:off Tb3:off Tb4:off
Tb1:off Tb2:off Tb3:off Tb4:on
Tb1:off Tb2:off Tb3:on Tb4:off
Tb1:off Tb2:off Tb3:on Tb4:on
Tb1:off Tb2:on Tb3:off Tb4:off
Tb1:off Tb2:on Tb3:off Tb4:on
Tb1:off Tb2:on Tb3:on Tb4:off
Tb1:off Tb2:on Tb3:on Tb4:on
Tb1:on Tb2:off Tb3:off Tb4:off
Tb1:on Tb2:on Tb3:on Tb4:on
Tb1:on Tb2:on Tb3:on Tb4:off
Tb1:on Tb2:on Tb3:off Tb4:on
Tb1:on Tb2:on Tb3:off Tb4:off
Tb1:on Tb2:off Tb3:on Tb4:on
Tb1:on Tb2:off Tb3:on Tb4:off
Tb1:on Tb2:off Tb3:off Tb4:on
Lưu đồ chương trình gửi tin nhắn
Hình 4.9 Lưu đồ chương trình con gửi tin nhắn.
Chương trình sẽ gửi mã lệnh AT tới module SIM900, cho phép module này thực hiện việc gửi tin nhắn đến số điện thoại đã gửi lệnh điều khiển.
Gửi kết quả kiểm tra thiết bị
Hình ảnh thực tế hệ thống điều khiển
4.10 Mạch điều khiển các thiết bị qua tin nhắn SMS tho iạ
4.11 Mạch điều khiển các thiết bị qua tin nhắn SMS tho iạ
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Kết quả thực hiện
Sau hơn 3 tháng triển khai, nhóm đã hoàn thành thiết kế và thi công mô hình điều khiển thiết bị từ xa qua điện thoại di động sử dụng SMS Hệ thống đã được kiểm tra và hoạt động rất ổn định.
Về phần cứng: gồm 3 board
- Board Module sim900 giao tiếp mạng GSM nhận tin nhắn điều khiển và truyền tin nhắn phản hồi.
- Board vi điều khiển PIC18F4520 xử lý tin nhắn, xuất tín hiệu điều khiển, nhận biết trạng thái của thiết bị.
- Board hiển thị LCD hiển thị các lệnh trong quá trình làm việc của vi điều khiển.
- Hoàn thành chương trình cho vi điều khiển với các tính năng sau:
+ Hệ thống điều khiển được 4 thiết bị điện dân dụng với công suất nhỏ như đèn, quạt…
+ Có tin nhắn phản hồi sau khi thực hiện lệnh điều khiển.
+ Có khả năng kiểm tra trạng thái của thiết bị hiện tại bằng lệnh trước khi gửi tin nhắn điều khiển.
Mô tả hệ thống
Hệ thống bao gồm các khối Module SIM900, vi điều khiển, khối công suất được mắc cố định đặt tại địa điểm chứa thiết bị điều khiển.
Khi người dùng ở xa không thể trực tiếp điều khiển thiết bị, họ có thể kiểm tra trạng thái hoặc điều khiển thiết bị thông qua việc gửi tin nhắn SMS theo cú pháp quy định.
-> gửi tới Số điện thoại trên Module Sim900
- Tb:on mở tất c ả các thiết bị
- Tb:off tắt tất c ả các thiết bị
- Tb1:on mở thiết bị 1
- Tb1:off tăt thiết bị 1
- Tb2:on mở thiết bị 2
- Tb2:off tăt thiết bị 2
- Tb3:on mở thiết bị 3
- Tb3:off tăt thiết bị 3
- Tb4:on mở thiết bị 4
- Tb4:off tăt thiết bị 4
Khi nhận được tin nhắn mới, Module Sim900 sẽ thông báo cho vi điều khiển bằng lệnh +CMTI: “SM”, 1 qua chân TXD Vi điều khiển sau đó sẽ gửi lệnh AT+CMGR=1 qua chân TXD để đọc nội dung tin nhắn Modul sẽ nhận lệnh này qua chân RXD và gửi lại nội dung tin nhắn đến vi điều khiển.
Sau khi nhận tin nhắn, vi điều khiển xử lý và gửi tín hiệu điều khiển tới chân P2.7 cho thiết bị 1 và P2.5 cho thiết bị 2 Sau khi thực hiện điều khiển, vi điều khiển xác định trạng thái của thiết bị 1 qua chân P2.6.
P2.4 (thiết bị 2), và điều khiển module gửi tin nhắn báo kết quả điều khiển bằng lệnh: AT+CMSS=, trong đó:
Chỉ số là số chỉ thị kết quả điều khiển thiết bị, tương ứng với vị trí tin nhắn lưu trong SIM Tin nhắn phản hồi sẽ chứa nội dung báo trạng thái của các thiết bị.
+ Tb1:on or off tho iạ
Vi điều khiển gửi lệnh AT+CMGD=1 đến module để xóa tin nhắn điều khiển, và quá trình này sẽ lặp lại mỗi khi có tin nhắn điều khiển mới được nhận.
Ưu điểm và hạn chế của hệ thống
- Sử dụng mạng viễn thông GSM trong truyền thông mang tính công nghiệp.
- Hệ thống hoạt động ở những vị trí khó khăn mà đường dây điện thoại không có, chỉ cần được mạng di động phủ sóng.
- Hệ thống có thể sử dụng các loại sim của các nhà cung cấp khác nhau như:Viettel, Mobile….
- Phần cứng được thiết kế đơn giản, sử dụng số linh kiên tối thiểu, kết nối chân ra đáp ứng nhu cầu phát triển đề tài sau này.
- Hệ thống có thể điều khiển thiết bị công suất nguồn 220V.
- Hệ thống có dùng LCD hiện thị quá trình làm việc của vi điều khiển nên dễ dàng phát hiện sai và sữa chữa cho phần mềm
- Nếu ở gần thiết bị, có thể điều khiển công tắt được thiết kế cho từng thiết bị trong module mà không cần phải gửi tin nhắn.
- Chỉ dừng ở điều khiển được 4 thiết bị công suất.
- Độ bảo mật chưa cao.
- Hệ thống hoạt động ở vùng có phủ sóng điện thoại di động. tho iạ
- Hệ thống được lập trình chỉ điều khiển thiết bị dùng tin nhắn SMS dạng text.
- Phải tốn chi phí gửi SMS.
Khả năng ứng dụng thực tế của đề tài
Đề tài đáp ứng được những nhu cầu của xã hội:
- Có thể nhận tin nhắn điều khiển với số lượng và thời lượng không giới hạn.
- Có thể điều khiển, kiểm tra trạng thái thiết bị từ xa thông qua điện thoại di động chỉ với 1 tin nhắn SMS
Hệ thống cho phép điều khiển thiết bị bằng tay thông qua công tắc tích hợp, không cần nhắn tin Với những tính năng nổi bật, sản phẩm này đáp ứng nhu cầu tiêu dùng và có tính khả thi cao trong thực tế, mang lại sự hiện đại và thực tiễn cho người sử dụng.