Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển các thiết bị trong nhà thông qua module sim 900 và sóng RF

Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống về ngôi nhà của mình, cộng với sự hợp tác, phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên em đã chọn đề tài " THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ THÔNG QUA MODULE SIM 900 VÀ SÓNG RF " để đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người và góp phần vào sự tiến bộ, văn minh, hiện đại của nước nhà.  Nội dung đồ án: Đồ án thiết lập một hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà từ xa thông qua tin nhắn SMS gồm có các thiết bị đơn giản như bóng đèn, quạt máy, lò sưởi đến các thiết bị tinh vi, phức tạp như tivi, máy giặt, hệ thống báo động … Nó hoạt động như một ngôi nhà thông minh. Nghĩa là tất cả các thiết bị này có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu thông qua một đầu não trung tâm.Đầu não trung tâm ở đây là một bộ xử lí sử dụng AVR ATMega32 đã được lập trình sẵn tất cả các chương trình điều khiển. Bình thường, các thiết bị trong ngồi nhà này có thể được điều khiển từ xa thông

LỜI CAM ĐOAN Đồ án này đã được hoàn thành sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu các nguồn tài liệu là sách báo chuyên ngành và thông tin trên mạng mà theo em là hoàn toàn tin cậy. Em xin cam đoan nội dung của đồ án được em tổng hợp lại từ các tài liệu tham khảo, nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ đồ án hoặc công trình đã có từ trước. Nếu vi phạm tôi (em) xin chịu mọi hình thức kỷ luật của Khoa. Đà Nẵng, tháng 06 năm 2013 Người thực hiện Hồ Tuấn Việt LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do thời gian thực hiện đề tài là ít và một số hạn chế trong việc tìm hiểu tài liệu liên quan nên chắc chắn không thể tránh khỏi thiếu sót, rất mong sự đóng góp ý kiến chân thành của quý Thầy Cô và bạn bè để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Huỳnh Thanh Tùng. Thầy đã trực tiếp hướng dẫn, theo sát, ân cần chỉ bảo chúng em từng bước, kịp thời một cách nhiệt tình từ khi bắt đầu đồ án cho tới khi hoàn thành đồ án. Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong Khoa Điện Tử-Viễn Thông trường Đại học Bách Khoa đã truyền thụ kiến thức trong suốt thời gian học tập ở trường. Đà Nẵng, tháng 06 năm 2013 Người thực hiện Hồ Tuấn Việt. MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 PHẦN NỘI DUNG 5 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU MODULE BREAKOUT SIM900, TẬP LỆNH ATCOMMAND VÀ MODULE RF 5 1.1 Giới thiệu chương. 5 1.2 Giới thiệu Module Breakout SIM 900. 5 1.2.1 Giới thiệu Module Breakout SIM 900. 5 1.2.2 Đặc điểm của module SIM 900 6 1.2.3 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân của Breakout SIM 900 8 1.3 Khảo sát tập lệnh AT Command của Module SIM 900 10 1.3.1 Khởi tạo cấu hình mặc định cho modem 12 1.3.2 Delete tin nhắn trong SIM. 13 1.3.3 Thực hiện cuộc gọi. 15 1.3.4 Nhận cuộc gọi đến. 16 1.3.5 Đọc tin nhắn. 18 1.3.6 Gửi tin nhắn. 19 1.3.7 Các lệnh khác: 21 1.4 Giới thiệu về cặp Module thu phát RF. 21 1.4.1 Module phát RF . 21 1.4.2 Module thu RF. 22 1.5 Kết luận. 23 CHƯƠNG 2 VI ĐIỀU KHIỂN AVR 24 2.1 Giới thiệu chương. 24 2.2 Giới thiệu tổng quan về AVR. 24 2.3 Chức năng các chân của ATMega 32. 27 2.4 Ngắt USART 30 2.5 Kết luận. 32 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 33 3.1 Giới thiệu chương. 33 3.2 Phần mạch điều khiển. 33 3.2.1 Nguyên lý 33 3.2.2 Layout. 35 3.2.3 Tính toán thiết kế. 35 3.2.4 Quá trình thi công. 35 3.2.5 Thuật toán khối trung tâm 41 3.3 Phần thu RF và cơ cấu chấp hành khu vực. 49 3.3.1 Nguyên lý. 49 3.3.2 Layout. 49 3.3.3 Tính toán chọn linh kiện 50 3.3.4 Lưu đồ thuật toán. 50 3.4 Phần điều khiển từ xa bằng RF 52 3.4.1 Nguyên lý 52 3.4.2 Layout. 53 3.4.3 Tính toán chọn linh kiện 53 3.4.4 Lưu đồ thuật toán. 53 3.5 Phần công suất sử dụng Role 12V. 54 3.5.1 Nguyên lý mạch công suất dung Role 12V. 54 3.5.2 Layout. 55 3.5.3Tính toán thiết kế. 55 3.5.4 Nguyên tắc hoạt động. 56 3.6 Phần động cơ đóng mở cổng sử dụng Role 12V 56 3.6.1 Nguyên lý. 56 3.6.2 Layout. 57 3.6.3 Tính toán thiết kế. 57 3.6.4 Nguyên tắc hoạt động. 58 3.7 Mạch nguồn. 59 3.7.1 Nguyên lý. 59 3.7.2 Layout. 60 3.7.3 Tính toán thiết kế. 60 3.8 Khối cảm biến. 62 3.8.1 Nguyên lý. 62 3.8.2 Layout. 62 3.8.3 Tính toán thiết kế. 62 3.8 Kết luận. 63 CHƯƠNG 4 TỔNG KẾT ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỒ ÁN 64 4.1 Kết quả và đánh giá đồ án. 64 4.2 Hướng phát triển đề tài. 65 4.3 Tài liệu tham khảo. 66 PHẦN PHỤ LỤC 67 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Module SIM 900. 8 Hình 1.2 Breakout của Module SIM 900 8 Hình 1.3 Sơ đồ thiết kế Breakout của Module SIM 900. 9 Hình 1.4 Sơ đồ chân Breakout SIM900 9 Hình 1.5 Cấu hình mặc định cho SIM 900 12 Hình 1.6 Cấu hình xóa tin nhắn SIM 900 14 Hình 1.7 Cấu hình gọi điện cho SIM 900. 15 Hình 1.8 Cấu hình nhận cuộc gọi. 17 Hình 1.9 Cấu hình đọc tin nhắn. 19 Hình 1.10 Cấu hình gửi tin nhắn. 20 Hình 1.11 :Module phát RF. 22 Hình 1.12:Module thu RF. 22 Hình 2.1 Hình dạng phân bố chân vào ra của ATMega32 24 Hình 2.2 Sơ đồ khối ATMega32. 25 Hình 2.3 Chức năng đặc biệt của PORTA 28 Hình 2.7 Các cách mắc nguồn dao động cho ATMega32 30 Hình 2.8 Đơn vị tạo xung clock. 31 Hình 2.9 Định dạng khung truyền 32 Hình 3.1 PuTYY và UART to USB 36 Hình 3.2 Sơ đồ kết nối Module SIM với máy tính thông qua Module UART to USB 36 Hình 3.3 Cấu hình mặc định cho SIM 900. 37 Hình 3.4 Test gọi đến và đi 38 Hình 3.5 Test gửi tin nhắn. 39 Hình 3.6 Test đọc tin nhắn và xóa tin nhắn. 39 Hình 3.7 Test truyền của Vi điều khiển. 40 PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN NỘI DUNG PHẦN PHỤ LỤC PHẦN MỞ ĐÂU Page 1 Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống về ngôi nhà của mình, cộng với sự hợp tác, phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên em đã chọn đề tài " THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ THÔNG QUA MODULE SIM 900 VÀ SÓNG RF " để đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người và góp phần vào sự tiến bộ, văn minh, hiện đại của nước nhà.  Nội dung đồ án: Đồ án thiết lập một hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà từ xa thông qua tin nhắn SMS gồm có các thiết bị đơn giản như bóng đèn, quạt máy, lò sưởi đến các thiết bị tinh vi, phức tạp như tivi, máy giặt, hệ thống báo động … Nó hoạt động như một ngôi nhà thông minh. Nghĩa là tất cả các thiết bị này có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu thông qua một đầu não trung tâm.Đầu não trung tâm ở đây là một bộ xử lí sử dụng AVR ATMega32 đã được lập trình sẵn tất cả các chương trình điều khiển. Bình thường, các thiết bị trong ngồi nhà này có thể được điều khiển từ xa thông qua các tin nhắn của chủ nhà.Chẳng hạn như việc tắt quạt, đèn điện … khi người chủ nhà quên chưa tắt trước khi ra khỏi nhà.Hay chỉ với một tin nhắn SMS, người chủ nhà có thể bật máy điều hòa để làm mát phòng trước khi về nhà trong một khoảng thời gian nhất định. Bên cạnh đó nó cũng gửi thông báo cho người điều khiển biết khi có người lạ đột nhập vào nhà thông qua hệ thống báo động dùng cảm biến chuyển động hay là gửi thông báo cảnh báo sự rò rỉ khí gas trong gia đình. Ngoài ra, hệ thống còn mang tính bảo mật. Nghĩa là chỉ có chủ nhà hay người biết mật khẩu của ngôi nhà thì mới điều khiển được ngôi nhà này. Đồng thời đồ án còn đưa ra các giải pháp để điều khiển ngôi nhà thông qua sóng RF bằng bộ module thu phát RF, đây là giải pháp điều khiển từ xa có khoảng cách tương đối xa, ưu điểm của giải pháp này chính là việc điều khiển không bị hạn chế bởi các bức tường, các vật chắn như hồng ngoại đơn thuần. Để làm được điều đó ta thiết [...]... mã sóng RF theo chuẩn Manchester  Thực hiện kết nối giữa Module SIM9 00 với vi điều khiển ATMega32  Hoàn thành mục tiêu đặt ra là điều khiển được các thi t bị điện trong nhà và hoàn thi n hệ thống cảnh báo PHẦN MỞ ĐÂU Page 4 Chương 1: Giới thi u Module Breakout SIM 900, tập lệnh ATCommand và Module RF CHƯƠNG 1 GIỚI THI U MODULE BREAKOUT SIM9 00, TẬP LỆNH ATCOMMAND VÀ MODULE RF 1.1 Giới thi u chương Trong. . .kế nên 1 remote điều khiển các thi t bị trong nhà bằng sóng RF Từ đó đồ án đã được thực hiện và nội dung gồm 3 phần và 4 chương chính: PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN NỘI DUNG  Chương 1: GIỚI THI U MODULE BREAKOUT SIM9 00, TẬP LỆNH ATCOMMAND VÀ MODULE RF  Chương 2: VI ĐIỀU KHIỂN AVR  Chương 3: THI T KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH  Chương 4: TỔNG KẾT VÀ ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỒ ÁN PHẦN PHỤ LỤC  Mô hình hệ thống. .. ra một hệ thống quản lý, hệ thống cảnh báo trong nhà một cách hoàn chỉnh Hệ thống tích hợp module điều khiển giám sát trung tâm, module công suất cho các thi t bị trong nhà và và module báo động (cảnh báo) cùng các module tiện ích khác Với module báo động thì sử dụng cảm biến chuyển động sẽ gởi thông tin dữ liệu về bộ xử lí trung tâm khi có tác động của đối tượng bên ngoài (người lạ đột nhập) .Module. .. baud 1.5 Kết luận Kết thúc chương 1 ta có thể hình dung và nắm rõ các kiến thức để bắt tay vào thi công mạch thực tế Qua chương này ta nắm được các nội dung cơ bản sau:  Biết về các chân vào ra, chân giao tiếp cách thức giao tiếp của Breakout SIM 900 với vi điều khiển, chuẩn bị kiến thức thi t kế mạch chứa Module SIM, biết điều kiện cần và đủ để Module hoạt động  Học được tập lệnh AT, rất quan trọng... trình thông qua AT Command  Đặc tính vật lý (đặc điểm):  Kích thước 24mmx24mmx24mm> Nặng 3.4g PHẦN NỘI DUNG Trang 7 Chương 1: Giới thi u Module Breakout SIM 900, tập lệnh ATCommand và Module RF Hình 1.1 Module SIM 900 1.2.3 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân của Breakout SIM 900 Hình 1.2 Breakout của Module SIM 900 Trong đồ án đã sử dụng Breakout SIM 900 tức là SIM 900 đã được thế kế thành module. .. trang bị đầy đủ kiến thức về phần cứng của Module SIM, tìm hiểu rõ tập lệnh AT phục vụ cho quá trình làm đồ án Trong chương này chúng ta còn biết được phương pháp mã hóa, giải mã sóng RF để phục vụ quá trình thi t kế thi công sau này Nội dung chính của chương bao gồm:  Giới thi u về Module SIM 900, các chân vào ra  Giới thi u các tập lệnh cấu hình cho Module SIM  Giới thi u về cặp module thu phát RF. .. Giới thi u Module Breakout SIM 900, tập lệnh ATCommand và Module RF Hình 1.3 Sơ đồ thi t kế Breakout của Module SIM 900 Sơ đồ chân Breakout: Hình 1.4 Sơ đồ chân Breakout SIM9 00  Chân 1: Chân ON/OFF ta cần kích 1 xung có mức tích cực dương vào khoảng 1s, lúc này đèn status sẽ sáng, sau đó chớp nháy với tần suất nhanh báo hiệu SIM9 00 PHẦN NỘI DUNG Trang 9 Chương 1: Giới thi u Module Breakout SIM 900, ... cặp module RF TX11 và RX11, các thông số của module để tiến hành và việc code dễ dàng hơn Để bước vào thi công mạch thực tế, ta cần tiếp tục tìm hiểu vi điều khiển mà ta dự định sử dụng Chương tiếp theo sẽ cung cấp 1 số kiến thức cơ bản để ta nắm bắt vi điều khiển mới này Ta bước vào Chương 2 “VI ĐIỀU KHIỂN AVR” PHẦN NỘI DUNG Trang 23 Chương 2: Vi điều khiển AVR CHƯƠNG 2 VI ĐIỀU KHIỂN AVR 2.1 Giới thi u... AT+CNMI=2,0,0,0,0 Thi t lập chế độ thông báo cho TE khi MT nhận được tin nhắn mới Chuỗi trả về sẽ có dạng: OK Sau khi lệnh trên được thi t lập, tin nhắn mới nhận được sẽ được lưu trong SIM, và MT không truyền tở về TE bất cứ thông báo nào TE sẽ đọc tin nhắn được lưu trong sim trong trường hợp cần thi t (7) AT+CSAS (8) Lưu cấu hình cài đặt được thi t lập bởi các lệnh AT+CMGF và AT+CNMI... tế.Thử nghiệm và tối ưu sản phẩm trực quan các phần không mô phỏng được  Với đề tài này, em dựa vào sách giáo khoa và những kiến thức được trang bị trong quá trình học tập cùng với sự trợ giúp của máy tính và những thông tin trên mạng Internet Ngoài ra, còn có những thi t bị trợ giúp trong quá trình thi t kế mạch do em tự trang bị PHẦN MỞ ĐÂU Page 3  Thành quả đạt được: Đồ án đã đạt được những kết quả . ngôi nhà của mình, cộng với sự hợp tác, phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên em đã chọn đề tài " THI T KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THI T BỊ TRONG NHÀ THÔNG QUA MODULE SIM 900. điều khiển thi t bị trong nhà từ xa thông qua tin nhắn SMS gồm có các thi t bị đơn giản như bóng đèn, quạt máy, lò sưởi đến các thi t bị tinh vi, phức tạp như tivi, máy giặt, hệ thống báo động. với vi điều khiển ATMega32.  Hoàn thành mục tiêu đặt ra là điều khiển được các thi t bị điện trong nhà và hoàn thi n hệ thống cảnh báo. Chương 1: Giới thi u Module Breakout SIM 900, tập lệnh