Nghiên cứu, thiết kế bộ thu thập xử lý cảnh báo ngaoif cho trạm bts

Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ THU THẬP XỬ LÍ CẢNH BÁO NGOÀI CHO TRẠM BTS Ngành: Kĩ thuật điện tử, truyền thông Chuyên ngành: Điện tử viễn thông Giảng viên hướng dẫn : ThS.Phạm Thúy Oanh TRƯỜNG ĐẠIviên HỌCthực GIAO THƠNG TẢI Nhật TP HỒKhiêm CHÍ MINH Sinh : VẬN Dương KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Nguyễn Thể Tích ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tp.Hồ Chí Minh, tháng 6, năm 2015 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh Khoa: ………………………… Bộ môn: ……………………… PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP (Phiếu dán trang báo cáo LVTN) Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (sĩ số nhóm……): (1) MSSV: ………………… Lớp: (2) MSSV: ………………… Lớp: (3) MSSV: ………………… Lớp: Ngành : Chuyên ngành : Tên đề tài : Các liệu ban đầu : Các yêu cầu chủ yếu : Kết tối thiểu phải có: 1) 2) 3) SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang i Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh 4) Ngày giao đề tài: ……./…… /……… Ngày nộp báo cáo: ……./…… /……… TP HCM, ngày … tháng … năm ……… Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang ii Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến tất quý thầy cô, người giảng dạy chúng em suốt năm qua, cảm ơn quý thầy cô Khoa ĐiệnĐiện Tử Viễn Thông Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện để chúng em hoàn thành đề tài Để hồn thành tốt luận văn chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn Ths.Phạm Thúy Oanh, cô tận tình hướng dẫn, giám sát động viên chúng em suốt trình thực đề tài Chúng em xin cảm ơn bạn lớp DV11 góp ý, giúp đỡ động viên Cuối cùng, chúng em xin gửi lời biết ơn đến bố mẹ người thân gia đình ln bên cạnh ủng hộ công việc học tập SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang iii Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng chúng em, số liệu, kết nêu luận văn trung thực cơng trình nghiên cứu riêng chúng em, luận văn khơng giống hồn tồn luận văn cơng trình có trước TP Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2015 SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang iv Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh MỤC LỤC Phiếu giao đề tài luận văn tốt nghiệp i Nhận xét GVHD Nhận xét GVPB Lời cảm ơn iii Lời cam đoan iv Mục lục v Danh mục hình ảnh bảng biểu viii Danh mục từ viết tắt luận văn x Lời mở đầu Chương 1: TỔNG QUAN TRẠM BTS CỦA ERICSSON 1.1 Tổng quan trạm BTS mạng thông tin di động 1.2 Mơ hình tổng quan nhà trạm BTS Ericsson 1.3 Mô tả tủ cabinet Delta 1.4 Cabinet ABA01 1.4.1 Hình dáng, kích thước 1.4.2 Các thành phần cabinet 1.4.2.1 Bộ điều khiển giám sát môi trường CCU 10 1.4.2.2 Bộ phận quạt trao đổi nhiệt 12 1.4.2.3 Cảm biến độ ẩm 13 1.4.2.4 Quạt làm mát 14 1.4.2.5 Cảnh báo cửa 16 1.4.2.6 Cảm biến nhiệt độ 16 1.5 Các cảnh báo 17 1.6 Kết luận 19 Chương 2: TÌM HIỂU CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG HỆ THỐNG THU THẬP, XỬ LÍ CẢNH BÁO NGOÀI 20 SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang v Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh 2.1 Vi điều khiển PIC 16F877A 20 2.1.1 Tổng quan 20 2.1.2 Sơ đồ chân 21 2.1.3 Tổ chức nhớ 23 2.1.3.1 Bộ nhớ chương trình 23 2.1.3.2 Bộ nhớ liệu 24 2.1.4 ADC 27 2.1.5 Chế độ PWM 29 2.1.5.1 Chu kỳ xung PWM 30 2.1.5.2 Hệ số làm đầy PWM 30 2.2 Module sim900A 31 2.2.1 Giới thiệu mạng di động GSM 31 2.2.2 Đặc điểm mạng di động GSM 32 2.2.3 Ưu điểm số ứng dụng tin nhắn SMS 33 2.2.4 Giới thiệu sim900A 35 2.2.5 Giới thiệu tập lệnh AT 38 2.2.6 Cú pháp tổng quát lệnh AT mở rộng 39 2.2.6.1 Lệnh ATZ 39 2.2.6.2 Lệnh AT+CMGR 40 2.2.6.3 Lệnh AT+CMGS 40 2.2.6.4 AT+CMGD 41 2.2.6.5 Lệnh ATE 41 2.2.6.6 Lệnh AT&W 41 2.2.6.7 Lệnh AT+CMGF 41 2.2.6.8 Lệnh AT+CNMI 42 2.2.6.9 Lệnh AT+CSAS 42 2.3 LCD 16x2 43 2.4 Kết luận 44 SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang vi Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh Chương 3: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ 45 3.1 Sơ đồ khối 45 3.1.1 Chức nhiệm vụ khối 45 3.1.1.1 Module cảm biến độ ẩm 46 3.1.1.2 Module cảm biến chuyển động PIR 47 3.2 Sơ đồ nguyên lí 50 3.3 Mô 54 3.3.1 Mơ hình mơ 54 3.3.2 Lưu đồ giải thuật 55 3.3.2.1 Lưu đồ giải thuật toàn mạch 55 3.3.2.2 Lưu đồ giải thuật khối nút nhấn điều chỉnh 56 3.3.2.3 Lưu đồ giải thuật khối cảnh báo 57 3.3.2.4 Lưu đồ giải thuật khối kiểm tra SMS 58 3.3.3 Kết mô 59 3.3.4 Đánh giá kết đạt 59 Chương 4: THI CÔNG MẠCH PHẦN CỨNG 61 4.1 Sơ đồ mạch layout 61 4.2 Sản phẩm mạch phần cứng 61 Chương 5: KẾT LUẬN 65 5.1 Ưu nhược điểm đề tài 65 5.2 Hướng phát triển 65 Tài liệu tham khảo 66 SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang vii Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh DANH SÁCH HÌNH ẢNH VÀ BẢNG Hình 1.1 Mơ hình tổng quan nhà trạm BTS Ericsson_Vietnammobile Hình 1.2 Các loại tủ cabinet Ericsson dùng cho mạng di động Hình 1.3 Kích thước tủ Cabinet ABA01 Hình 1.4 Các thành phần tủ Cabinet ABA01 Hình 1.5 Mặt trước CCU 11 Hình 1.6 Vị trí quạt trao đổi nhiệt 13 Hình 1.7 Vị trí quạt làm mát 15 Hình 1.8 Kích thước quạt làm mát 16 Hình 1.9 Cảm biến nhiệt acquy 17 Hình 1.10 Cảm biến nhiệt độ 18 Hình 1.11 Vị trí cảm biến mơi trường 19 Hình 2.1 Sơ đồ chân PIC16F877A 21 Hình 2.2 Bộ nhớ chương trình 24 Hình 2.3 Bộ nhớ liệu 25 Hình 2.4 Sơ đồ logic ADC 28 Hình 2.5 Các tham số đầu PWM 29 Hình 2.6 Hình ảnh sim900A 35 Hình 2.7 LCD 16x2 43 Hình 3.1 Module cảm biến độ ẩm 47 Hình 3.2 Cảm biến chuyển động PIR 48 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý 50 Hình 3.4 Khối nút nhấn tạo tín hiệu digital 51 Hình 3.5 Khối tín hiệu analog dùng LM35 51 Hình 3.6 Khối led cảnh báo 52 Hình 3.7 Khối điều khiển 52 Hình 3.8 Khối điều hịa dùng động DC 53 SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang viii Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh Hình 3.9 Khối hiển thị dùng LCD 16x2 53 Hình 3.10 Mô Proteus 54 Hình 3.11 Lưu đồ giải thuật toàn hệ thống 55 Hình 3.12 Lưu đồ giải thuật khối nút nhấn điều chỉnh 56 Hình 3.13 Lưu đồ giải thuật khối cảnh báo 57 Hình 3.14 Lưu đồ giải thuật khối kiểm tra SMS 58 Hình 3.15 Kết mơ 59 Hình 4.1 Layout mạch 61 Hình 4.2 Mạch 61 Hình 4.3 LCD hiển thị 62 Hình 4.4 Khối quạt trao đổi nhiệt 62 Hình 4.5 Khối ngõ vào 63 Hình 4.6 Khối led cảnh báo 63 Hình 4.7 Mơ hình tồn mạch 64 Bảng 1.1 Mô tả chân cảm biến độ ẩm 14 Bảng 2.1 Chức chân sim900A 35 Bảng 2.2 Sơ đồ chân LCD 16x2 43 SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang ix Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh Hình 3.6 Khối led cảnh báo - Khối điều khiển chia làm phần: + Phần tín hiệu vào: Gồm chân RB4, RB5, RB6, RB7 tương ứng với phím ấn UP, DOWN, SET HIGHTEMP, SET LOWTEMP Mục đích chân thiết lập thông số ngưỡng, thông số chuẩn cho cảnh báo Hình 3.7 Khối điều khiển + Phần tín hiệu ra: Gồm chân RC1, RC2 đưa tới điều khiển cực B transistor TIP41C Các chân đầu điều chế độ rộng xung PWM (CCP1 CCP2) Tải transistor TIP41C động quạt làm mát với nguồn cấp 24VDC 48VDC Ở sử dụng động DC 5V SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang 52 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh Hình 3.8 Khối điều hịa dùng động DC - Khối hiển thị: Khối hiển thị sử dụng đồ án LCD16x2 Trong ứng dụng thực tế LCD giúp cho việc giao tiếp người thiết bị trở nên trực quan dễ dàng LCD 16x2 dùng để hiển thị thông tin cần thiết hiển thị nhiệt độ, báo hiệu trạng thái trạm BTS Hình 3.9 Khối hiển thị dùng LCD 16x2 - Khối module sim900A: kết nối với vi điều khiển 16F877A qua chân RC6 (TX) RC7 (RX) Khi có cảnh báo xảy PIC điều khiển module sim900A gửi tin nhắn SMS cảnh báo trung tâm xử lí SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang 53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh 3.3 Mô 3.3.1 Mơ hình mơ Sử dụng vi mạch trung tâm vi điều khiển PIC16F877A Chương trình phần mềm viết CCS, sử dụng ngôn ngữ C để viết cho vi điều khiển Chương trình dịch sử dụng PIC C Compiler Để mô hoạt động mạch điện, bước đầu sử dụng phần mềm Proteus phiên 7.10 để quan sát hoạt động mạch điện Giao diện phần mềm mơ sau: Hình 3.10 Mơ Proteus SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang 54 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh 3.3.2 Lưu đồ giải thuật 3.3.2.1 Lưu đồ giải thuật tồn mạch Hình 3.11 Lưu đồ giải thuật SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang 55 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh 3.3.2.2 Lưu đồ giải thuật khối nút nhấn điều chỉnh Hình 3.12 Lưu đồ giải thuật khối nút nhấn điều chỉnh SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang 56 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh 3.3.2.3 Lưu đồ giải thuật khối cảnh báo Hình 3.13 Lưu đồ giải thuật khối cảnh báo SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang 57 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh 3.3.2.4 Lưu đồ giải thuật khối kiểm tra SMS Hình 3.14 Lưu đồ giải thuật khối kiểm tra SMS SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang 58 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh 3.3.3 Kết mơ Hình 3.15 Kết mơ - Phần tín hiệu vào dạng số thực cách kết nối chân vi điều khiển với chuyển mạch, thiết lập tích cực mức thấp - Phần tín hiệu dạng số mơ đèn led đơn - Phần tín hiệu vào dạng tương tự ngõ LM35 - Phần tín hiệu PWM đưa điều khiển kết nối với động chiều qua transistor công suất TIP41C - Phần hiển thị LCD 16x2 giúp cho việc giao tiếp người thiết bị trở nên trực quan dễ dàng 3.3.4 Đánh giá kết đạt Như thiết kế đảm bảo yêu cầu sau: - Thiết kế đơn giản, dễ chế tạo, linh kiện có sẵn thị trường SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang 59 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh - Giá thành chi phí thấp, dễ sửa chữa nâng cấp thay đổi chức chế độ làm việc - Về hoạt động mạch điện đảm bảo việc tiếp nhận xử lý thông tin dạng số, tín hiệu tương tự từ cảm biến nhiệt độ chuyển đổi thành tín hiệu số, đồng thời vào giá trị biến đổi thu tăng giảm tốc độ quạt làm mát tương ứng, mặt khác thông tin sơ cảnh báo hiển thị LCD, giúp người vận hành nắm trạng thái thiết bị trạm SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang 60 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh Chương 4: THI CÔNG MẠCH PHẦN CỨNG 4.1 Sơ đồ mạch layout Hình 4.1 Layout mạch 4.2 Sản phẩm mạch phần cứng Hình 4.2 Mạch SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang 61 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh Hình 4.3 LCD hiển thị Hình 4.4 Khối quạt trao đổi nhiệt SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang 62 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh Hình 4.5 Khối ngõ vào Hình 4.6 Khối led cảnh báo SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang 63 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh Hình 4.7 Mơ hình tồn mạch SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang 64 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh Chương 5: KẾT LUẬN 5.1 Ưu nhược điểm đề tài Sau q trình thực hiện, đề tài hồn thành với số ưu điểm sau: - Mạch đơn giản, dễ sử dụng - Sử dụng linh kiện dễ tìm kiếm, giá thành không đắt - Hệ thống hoạt động vị trí khó khăn mà đường dây điện thoại khơng có, cần phủ sóng mạng di động - Hệ thống sử dụng loại sim nhà cung cấp dịch vụ khác Mobifone, Vinaphone, Viettel… Do thời gian thực đề tài có giới hạn nên đề tài nhiều điểm thiếu sót: - Chưa xử lí đồng thời tín hiệu cảnh báo thời điểm - Hệ thống thiếu thẩm mĩ sử dụng nhiều dây bus - Hệ thống hoạt động vùng có sóng điện thoại di động - Bộ nhớ vi điều khiển có hạn nên khơng lập trình nhiều chức 5.2 Hướng phát triển - Lập trình có thêm password vân tay để tính bảo mật cao - Sử dụng vi điều khiển có nhiều chân hơn, nhớ nhiều để tăng thêm chức cho hệ thống - Tích hợp thêm Module Ethernet, cho phép điều khiển giám sát trực tuyến qua Web, cảnh báo qua email SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang 65 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Phạm Thúy Oanh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình vi điều khiển 8051, Tống Văn On, Đại học Bách Khoa [2] Nguyễn Trung Chính, Tập lệnh AT module sim900 dùng cho SMS, 2009 [3] http://www.slideshare.net/trungnb22/tim-hieu-lenh-trong-pic16-f877a [4] Đặng Vũ Minh Dũng, Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR,5/2015, Luận văn, Cần Thơ http://luanvan.co/luan-van/khao-sat-ung-dung-module-cam-bien-pir-53618/ [5] Đàm Hải Quân, Nghiên cứu thập thiết kế thu xử lí cảnh báo cho tủ BTSEricsson,Luận văn Thạc sĩ, Thái Nguyên, Đại Học Thái Nguyên http://text.123doc.org/document/2418746-nghien-cuu-thiet-ke-bo-thu-thap-xu-lycanh-bao-ngoai-cho-tu-bts-ericcsson.htm Các trang web tham khảo: [6] http://vntelecom.org/diendan/showthread.php?t=2536 [7] http://codientu.org [8] http://alldatasheet.com [9] http://smart-techvn.com/5929-huong-dan-su-dung-module-sim900.html [10].http://ecapro.com.vn/en/news/solutions/220-giai-phap-tong-the-canh-bao-an-ninhngoai-cho-tram-bts [11].http://telcomstar.com/gsm-bts/ericsson/rbs2216/# SVTH: Dương Nhật Khiêm Nguyễn Thể Tích Trang 66