Đồ án thiết kế và thi công mô hình điều khiển thiết bị qua điện thoại doc

Đặc biệt, trong những thập niên gần đây cùng với sự phát triển của hệ thống mạng Internet, tin học…, ngành Bưu chính viễn thông đã phát triển tạo ra bước ngoặt quan trọng trong lĩnh vực

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA: ĐIỆN TỬ BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

HÌNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG

PHẦN A

GIỚI THIỆU

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP.HCM

KHOA _ ĐIỆN TỬ

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : NGUYỄN QUANG NHẬT _ MSSV : 00101211

Họ và tên sinh viên : NGUYỄN HOÀNG LÂM _ MSSV : 00101153

Lớp: 001012 Ngành : KT ĐIỆN TỬ

1 Tên đề tài :

Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Điều Khiển Thiết Bị

Qua Mạng Điện Thoại

2 Các số liệu ban đầu :

3 Nội dung các phần thuyết minh tính toán :

4 Các bản vẽ :

5 Giáo viên hướng dẫn : Th.S TẠ CÔNG ĐỨC 6 Ngày giao nhiệm vụ: 4/10/2004 7 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 19/02/2005 Giáo viên HD Thông qua bộ môn Ngày tháng 02 năm 2005 Thông qua bộ môn

Th.S TẠ CÔNG ĐỨC

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

- oOo -

GVHD : Th.S TẠ CÔNG ĐỨC SVTH : NGUYỄN HOÀNG LÂM MSSV : 00101153 SVTH : NGUYỄN QUANG NHẬT MSSV : 00101211 Nhận xét của giáo viên hướng dẫn :

TP HCM, ngày…… tháng 2 năm 2005

Giáo viên HD Th.S Tạ Công Đức

BẢN NHẬN XÉT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

- oOo -

GVHD : Th.S TẠ CÔNG ĐỨC SVTH : NGUYỄN HOÀNG LÂM MSSV : 00101153 SVTH : NGUYỄN QUANG NHẬT MSSV : 00101211 Nhận xét của giáo viên phản biện :

TP HCM, ngày…… tháng 2 năm 2005

Giáo viên PB

LỜI NÓI ĐẦU

- oOo - Trong lĩnh vực kỹ thuật ngày nay thì lĩnh vực điện tử đóng

vai trò vô cùng quan trọng trong thời đại công nghiệp hoá hiện đại

hoá đất nước Nói đến lĩnh vực điện tử thì chúng ta không thể

không nhắc đến ngành kỹ thuật điện tử _ vi điện tử Đó là chiếc

chìa khoá vàng mở ra một kỷ nguyên mới_ kỷ nguyên của ngành

công nghệ thông tin

Tuy chỉ mới thâm nhập vào nước ta gần đây nhưng công

nghệ thông tin đã phát triễn rất nhanh và ngày càng giữ vai trò

quan trọng trong nền công nghiệp hoá nước nhà Hệ thống viễn

thông, dịch vụ khách hàng, thông tin di động, nhắn tin càng phát

triển với tính hiện đại và tự động hóa ngày càng cao

Với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghệ thông

tin, thì việc điều khiển các thiết bị điện từ xa qua mạng thông tin

đóng vai trò quan trọng trong cuộc công nghiệp hoá Xuất phát từ

thực tiễn này, nhóm thực hiện đề tài đã đi đến quyết định chọn đề

tài:”Thiết kế và thi công mô hình điều khiển thiết bị qua mạng

điện thoại”

Mặc dù những người thực hiện đã cố gắng rất nhiều để hoàn

thành đồ án này, song do giới hạn về thời gian cũng như kiến thức

nên nội dung còn nhiều thiếu sót Rất mong sự đóng góp ý kiến

của quý thầy cô và các bạn sinh viên để tập đồ án được hoàn

thiện hơn Xin chân thành cảm ơn !

Nhóm thực hiện đề tài Nguyễn Quang Nhật Nguyễn Hoàng Lâm

Lời cảm ta ï

U á U

- oOo Từ ngàn xưa ông cha ta đã dạy chúng ta những câu nói bất hủ, trong đó có câu nói mà làm chúng ta không bao giờ quên được:

“Uống nước nhớ nguồn”,” Ăn quả nhớ kẻ trồng cây”.Quả đúng những câu nói trên thật bất hủ, nó luôn đọng lại trong lòng mỗi một chúng ta theo năm tháng Do đo, chúng ta phải luôn biết ơn chân thành đối với các thế hệ đi trước đã dẫn dắt chúng ta đến thành công.Trong thời gian hoàn thành xong đề tài, nhóm thực hiện đề tàiđã được sự giúp đỡ của quí bậc thầy cô và bạn bè cùng các anh chị khoá trước nên đề tài đã được hoàn thành đúng thời gian qui định Nhóm thực hiện xin chân thành cảm tạ đến :

Thầy TẠ CÔNG ĐỨC, giảng viên trường đại học Bách Khoa TPHCM, đã hết lòng quan tâm, giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện để nhóm thực hiện đề tài có thể hoàn thành đồ án này

Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành gửi lời cảm tạ đến quí thầy cô trong khoa Điện Tử đã cung cấp cho nhóm những kiến thức nền, chuyên môn làm cơ sở để nhóm có thể hoàn thành xong đề tài này

Nhóm thực hiện đề tài cũng xin chân thành cảm ơn đến các bạn sinh viên và các bậc anh chị đã giúp đỡ nhóm về nhiều mặt: ý kiến, tài liệu…., để nhóm có thể hoàn thành công việc đúng thời gian qui định

Nhóm thực hiện đề tài

Nguyễn Quang Nhật Nguyễn Hoàng Lâm

MỤC LỤC

Z Y

- oOo -

PHẦN A GIỚI THIỆU NHIỆMVỤĐỒÁNTỐTNGHIỆP I BẢNNHẬNXÉTĐỒÁNTỐTNGHIỆPCỦAGIÁOVIÊNHƯỚNGDẪN .II BẢNNHẬNXÉTĐỒÁNTỐTNGHIỆPCỦAGIÁOVIÊNPHẢNBIỆN III MỤCLỤC VI LIỆTKÊCÁCBẢNG X LIỆTKÊCÁCHÌNH XI PHẦN B NỘI DUNG CHƯƠNG 1 DẪN NHẬP 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tầm quan trọng của đề tài 2

1.3 Mục đích nghiên cứu đề tài .2

1.4 Giới hạn .2

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN 4

2.1 Dàn ý nghiên cứu 4

2.2 Đối tượng nghiên cứu .4

2.3 Phương pháp phương tiện nghiên cứu 4

2.3.1 Phương pháp 4

2.3.2 Phương tiện 4

2.4 Lập kế hoạch nghiên cứu đề tài .5

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 6

3.1 Giới thiệu tổng quan về tổng đài điện thoại 6

3.1.1 Định nghĩa về tổng đài 6

3.1.2 Chức năng của tổng đài 6

3.1.3 Phân loại tổng đài 7

3.1.4 Các âm hiệu 7

3.1.5 Phương thức chuyển mạch của tổng đài điện tử : 10

3.1.6 Trung kế 10

3.2 Giới thiệu tổng quan về máy điện thoại 11

3.2.1 Giới thiệu 11

3.2.2 Chức năng của máy điện thoại 12

3.3 Phương thức hoạt động giữa tổng đài và máy điện thoại 15

3.4 Lý thuyết về mạch khuếch đại 18

3.4.1 Mạch khuếch đại không đảo 20

3.4.2 Mạch khuếch đại đảo 20

3.4.3 Macïh khuếch đại đệm 21

3.5 Phương thức giao tiếp giữa Vi điều khiển với các vi mạch ứng dụng trong hệ thống 21

3.5.1 Làm thế nào để Vi điều khiển có thể hoạt động 21

3.5.2 Giao tiếp giữa Vi điều khiển với Relay và phím nhấn 24

3.5.3 Giao tiếp giữa Vi điều khiển với các IC chốt 74HC573 để mở rộng port 26

3.5.4 Giao tiếp với bàn phím số hex sử dụng ngắt ngoài INT0 28

3.5.5 Giao tiếp vi điều khiển với bộ nhớ nối tiếp EEPROM AT24C08 .33

3.5.6 Giao tiếp giữa Vi điều khiển với IC chuyên dùng thu phát DTMF, IC MT8888 40

3.5.7 Giao tiếp giữa Vi điều khiển với IC chuyên dùng thu phát ngữ âm, ISD1420 45

3.5.8 Giao tiếp giữa Vi điều khiển với IC thu tín hiệu hồng ngoại, ứng dụng điều khiển bằng Remote Tivi Sony 48

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 52

4.1 Yêu cầu của hệ thống 52

4.1.1 Yêu cầu 52

4.1.2 Hoạt động của hệ thống 52

4.1.3 Sơ đồ khối của hệ thống .54

4.1.4 Chức năng các khối 54

4.2 Thiết kế từng khối 56

4.2.1 Khối cảm biến chuông 56

4.2.2 Khối điều khiển Relay 58

4.2.3 Khối tạo tải giả 59

4.2.4 Mạch chống quá áp 62

4.2.5 Mạch thu phát DTMF 62

4.2.6 Mạch khuếch đại tín hiệu 64

4.2.7 Mạch điều khiển thiết bị và nhận biết trạng thái thiết bị 65

4.2.8 Mạch phát thông báo 67

4.2.9 Khối điều khiển quét phím 72

4.2.10 Bộ nhớ ngoài 72

4.2.11 Khối xử lý trung tâm CPU 73

4.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống và hoạt động 74

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ PHẦN MỀM .75

5.1 Chương trình chính 75

5.2 Chương trình khởi tạo các thông số ban đầu 76

5.3 Chương trình phục vụ ngắt phím 77

5.4 Chương trình phục vụ ngắt từ MT8888 78

5.5 Chương trình kiểm tra trạng thái bàn phím 79

5.6 Chương trình đếm tín hiệu chuông 80

5.7 Lưu đồ chương trình thay đổi Password 81

5.8 So sánh mật mã hiện tại 82

5.9 So sánh mật mã mới 83

5.10 Nhập 6 phím từ bàn phím 83

5.11 Nhập mã điều khiển từ bàn phím 85

5.12 Khởi tạo MT8888 86

5.13 Nhập mã điều khiển từ điện thoại 86

5.14 Nhập 6 mã DTMF 88

5.15 Ghi 1 byte dữ liệu vào AT24C08 89

5.16 Ghi 6 số của mật mã vào AT24C08 89

5.17 Đọc 6 số của mật mã từ AT24C08 91

5.18 Phát một câu thông báo 92

5.19 Nhận mã điều khiển từ Remote 92

5.20 Phát tín hiệu DTMF của một dãy số 94

5.21 Xử lý mã điều khiển 94

CHƯƠNG 6 GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH 96

6.1 Giới thiệu về cổng máy in 96

6.1.1 Vài nét cơ bản về cổng ghép nối máy in 96

6.1.2 Sự trao đổi với các đường dẫn tín hiệu 98

6.1.3 Phương thức truyền của cổng máy in 99

6.2 Thiết kế hệ thống giao tiếp máy tính 101

6.2.1 Yêu cầu đặt ra cho hệ thống 101

6.2.2 Phương thức hoạt động 101

6.2.3 Sơ đồ khối 102

6.2.4 Sơ đồ nguyên lý của mạch giao tiếp 104

6.3 Thiết kế phần mềm Vi điều khiển 105

6.3.1 Chương trình chính 106

6.3.2 Chương trình phục vụ ngắt từ MT8888 108

6.3.3 Xử lý giao tiếp với máy tính 109

6.3.4 Xử lý ghi trạng thái 110

6.3.5 Xử lý đọc trạng thái 110

6.3.6 Xử lý mã lỗi (Error Code) 110

6.3.7 Gửi mã nhận biết hệ thống 111

6.4 Thiết kế Phần mềm giao diện bằng ngôn ngữ Visual Basic 5.0111 6.4.1 Yêu cầu về giao diện trên máy tính 111

6.4.2 Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình Visual Basic 5.0 112

6.4.3 Thiết kế giao diện và lập trình .115

6.4.4 Tạo các tập tin cài đặt chương trình 120

6.4.5 Giới thiệu giao diện điều khiển 128

CHƯƠNG 7 TÓM TẮT _ KẾT LUẬN _ ĐỀ NGHỊ 129

7.1 Tóm tắt công trình nghiên cứu 129

7.2 Kết luận 130

7.2.1 Tính năng của hệ thống mô hình thiết kế 131

7.2.2 Khả năng ứng dụng và tính hiệu quả của đề tài 131

7.3 Hướng phát triển của đề tài 132

PHẦN C PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

LIỆT KÊ CÁC BẢNG

Bảng 3 - 1 : Bảng các thông số của mạch thuê bao điện thoại 13

Bảng 3 - 2 : Phân loại tần số tín hiệu Tone 14

Bảng 3 - 3 : Các tín hiệu thường nghe thấy trên đường dây điện thoại để bàn .18

Bảng 3 - 4 : Bảng ví dụ thông báo ISD1420 45

Bảng 4 - 1 : Bảng hai nhóm tần số DTMF 63

Bảng 4 - 2 : Bảng địa chỉ lưu trong ISD của hệ thống 70

Bảng 6 - 1 : Bảng chức năng các chân cổng máy in 97

Bảng C- 1 : Bảng hoạt động các chân của IC AT24C08 134

Bảng C- 2 : Bảng từ địa chỉ 8 bit của EEPROM 24C08 137

Bảng C- 3 : Bảng tóm tắt chức năng các chân của IC MT8888 141

Bảng C- 4 : Bảng thông số của tín hiệu DTMF 142

Bảng C- 5 : Bảng chức năng các thanh ghi của MT8888 143

Bảng C- 6 : Tên gọi các bít trong thanh ghi điều khiển CRA 144

Bảng C- 7 : Chức năng của các bít trong thanh ghi điều khiển CRA 144

Bảng C- 8 : Tên gọi các bít trong thanh ghi điều khiển CRB 144

Bảng C- 9 : Chức năng các bit trong thanh ghi điều khiển CRB 145

Bảng C- 10 : Bảng chức năng các chân IC 74HC573 146

Bảng C- 11 : Bảng trạng thái IC 74HC373 146

Bảng C- 12 : Bảng các Mode hoạt động của ISD1420 151

Bảng C- 13 : Bảng chức năng Port 3 Vi điều khiển AT89C51 156

Bảng C- 14 : Bảng tổ chức bộ nhớ của AT89C51 160

Bảng C- 15 : Bảng chức năng thanh ghi trạng thái 162

Bảng C- 16 : Bảng trạng thái sau khi reset 165

Bảng C- 17 : Bảng chức năng các thanh ghi đặc biệt của 89C51 166

Bảng C- 18 : Bảng chức năng thanh ghi TMOD 166

Bảng C- 19 : Bảng chức năng thanh ghi TCON 167

Bảng C- 20 : Bảng hoạt động ngắt của 89C51 168

Bảng C- 21 : Bảng hoạt động cờ ngắt 169

Bảng C- 22 : Bảng hoạt động của vector ngắt 169

Bảng C- 23 : Bảng liệt kê các mã điều khiển của Remote Sony 172

LIỆT KÊ CÁC HÌNH

Hình 3 - 1 : Dạng sóng tín hiệu chuông 8

Hình 3 - 2 :Dạng sóng tín hiệu mời quay số 8

Hình 3 - 3 :Dạng sóng tín hiệu báo bận 9

Hình 3 - 4 : Dạng sóng tín hiệu báo bận 9

Hình 3 - 5 : Dạng sóng tín hiệu đảo cực 10

Hình 3 - 6 : Trung kế 10

Hình 3 - 7 : Trung kế CO- line 10

Hình 3 - 8 : Trung kế hai chiều 11

Hình 3 - 9 : Sơ đồ qui trình vận hành điện thoại bàn 17

Hình 3 - 10 :Bộ khuếch đại thuật toán(BKĐTT) 18

Hình 3 - 11 : Mạch khuếch đại không đảo 20

Hình 3 - 12 : Mạch khuếch đại đảo 20

Hình 3 - 13 : Mạch khuếch đại đệm 21

Hình 3 - 14 :Sơ đồ chân của AT89C51 (PDIP) .22

Hình 3 – 15: Cung cấp nguồn xung clock cho vi điều khiển .22

Hình 3 - 16 : Sơ đồ kết nối của Vi điều khiển 23

Hình 3 - 17 : Sơ đồ giao tiếp giữa Vi điều khiển và phím nhấn, Relay 25

Hình 3 - 18 : Mạch giao tiếp giữa Vi điều khiển và IC chốt 26

Hình 3 - 19 : Sơ đồ giao tiếp giữa Vi điều khiển và bàn phím 29

Hình 3 - 20 : Giao tiếp giữa Vi điều khiển và EEPROM AT24C08 34

Hình 3 - 21 : Giao tiếp giữa Vi điều khiển và MT8888 41

Hình 3 - 22 : Giao tiếp giữa Vi điều khiển và ISD1420 46

Hình 3 - 23 : Giao tiếp giữa Vi điều khiển và mắt nhận Remote Tivi 49

Hình 4 - 1 : Sơ đồ khối của hệ thống .54

Hình 4 - 2 : Mạch cảm biến tín hiệu chuông 56

Hình 4 - 3 : Mạch điều khiển Relay 58

Hình 4 - 4 : Mạch tải giả .59

Hình 4 - 5 : Sơ đồ tương đương của mạch tải giả 60

Hình 4 - 6 : Mạch chống đảo cực .62

Hình 4 - 7 : Mạch thu phát DTMF 62

Hình 4 - 8 : Mạch khuếch đại tín hiệu .64

Hình 4 - 9 : Mạch điều khiển thiết bị 65

Hình 4 - 10 : Mạch phát thông báo dùng ISD1420 .67

Hình 4 - 11 : Mạch thu và phát thử ISD1420 .68

Hình 4 - 12 : Mạch quét phím .72

Hình 4 - 13 : Bộ nhớ ngoài dùng EEPROM 24C08 72

Hình 4 - 14 : Mạch xử lý trung tâm 73

Hình 6 - 1 : Sơ đồ chân cổng máy in( Jack đực) 97

Hình 6 - 2 :Sơ đồ chân cổng máy in( Jack cái) 97

Hình 6 - 3 : Thanh ghi dữ liệu 98

Hình 6 - 4 :Thanh ghi trạng thái 99

Hình 6 - 5 : Thanh ghi điều khiển 99

Hình 6 - 6 : Giản đồ thời gian 101

Hình 6 - 7 : Sơ đồ khối mạch giao tiếp máy tính 102

Hình 6 - 8 : Mạch giao tiếp MT8888 với cổng máy in 103

Hình 6 - 9 : Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp máy tính 104

Hình 6 - 10 : Giao diện khởi động VB từ Windows 112

Hình 6 - 11 : Biểu tượng VB trên Destop 112

Hình 6 - 12 : Màn hình chính của VB 5.0 113

Hình 6 - 13 : Màn hình giao diện của VB 5.0 113

Hình 6 - 14 : Thanh công cụ soạn thảo 114

Hình 6 – 15: Giao diện thiết kế 114

Hình 6 - 16 : Màn hình soạn thảo của VB 5.0 114

Hình 6 - 17 : Giao diện điều khiển trong khi thiết kế 115

Hình 6 - 18 : Giao diện nhập mật ma khi thiết kếõ 117

Hình 6 - 19 : Giao diện nhập tên thiết bị lúc thiết kế 118

Hình 6 - 20 : Cho thực thi công cụ Application Setup Wizard của VB 120

Hình 6 - 21 : Hộp thoại 1 của công cụ Setup Wizard 121

Hình 6 - 22 : Hộp thoại 2 của công cụ Setup Wizard 121

Hình 6 - 23 : Hộp thoại 3 của công cụ Setup Wizard 122

Hình 6 - 24 : Hộp thoại 4 của công cụ Setup Wizard 122

Hình 6 - 25 : Hộp thoại 5 của công cụ Setup Wizard 123

Hình 6 - 26 : Hộp thoại 6 của công cụ Setup Wizard 123

Hình 6 - 27 : Hộp thoại 7 của công cụ Setup Wizard 124

Hình 6 - 28 : Hộp thoại 8 của công cụ Setup Wizard 124

Hình 6 - 29 : Hộp thoại 9 của công cụ Setup Wizard 125

Hình 6 - 30 : Hộp thoại 10 của công cụ Setup Wizard 125

Hình 6 - 31 : Hộp thoại 11 của công cụ Setup Wizard 126

Hình 6 - 32 : Hộp thoại 12 của công cụ Setup Wizard 126

Hình 6 - 33 : Hộp thoại 13 của công cụ Setup Wizard 127

Hình 6 - 34 : Hộp thoại 3 của công cụ Setup Wizard 127

Hình 6 - 35 : Giao diện chính điều khiển thiết bị bằng máy tính 128

Hình 6 - 36 : Giao diện nhập mật mã 128

Hình 6 - 37 : Giao diện nhập tên thiét bị 128

Hình C- 1 : Sơ đồ chân AT24C08 134

Hình C- 2 : Sơ đồ cấu trúc bên trong IC AT24C08 134

Hình C- 3 : Giản đồ xung AT24C08 135

Hình C- 4 : Giản đồ xung Start và Stop 136

Hình C- 5 : Giản đồ xung tín hiệu Acknowledge 136

Hình C- 6 : Giản đồ ghi 1 Byte AT24C08 138

Hình C- 7 : Giản đồ ghi 1 Byte AT24C08 138

Hình C- 8 : Giản đồ đọc địa chỉ hiện tại 139

Hình C- 9 : Giản đồ đọc địa chỉ ngẫu nhiên 139

Hình C- 10 : Giản đồ đọc địa chỉ liên tục 140

Hình C- 11 : Sơ đồ cấu trúc bên trong IC MT8888 140

Hình C- 12 : Sơ đồ chân của họ IC MT8888 141

Hình C- 13 : Sơ đồ chân của IC MT8888 141

Hình C- 14 : Sơ đồ chân IC 74HC573 145

Hình C- 15 : Cấu trúc bên trong IC 74HC573 146

Hình C- 16 : Cấu trúc IC ISD1420 148

Hình C- 17 : Sơ đồ chân ISD1420 149

Hình C- 18 : Giản đồ quá trình thu ISD1420 153

Hình C- 19 : Giản đồ quá trình phát ISD1420 153

Hình C- 20 : Sơ đồ chân Vi mạch TL082 154

Hình C- 21 : Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C51 155

Hình C- 22 : Sơ đồ cấu trúc bên trong IC AT89C51 158

Hình C- 23 : Tóm tắt các vùng bộ nhớ của 89C51 159

Hình C- 24 : Phương thức mã hoá bit trong Remote Sony 170

Hình C- 25 : Phương thức mã hoá bit trong Remote Sony (mở rộng thời gian ở mức cao) 170

Hình C- 26 : Khung truyền của tín hiệu hồng ngoại trong Remote Sony 171

Hình C- 27 : Khung truyền của tín hiệu tại ngõ ra của bộ thu hồng ngoại 172

PHẦN B NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 DẪN NHẬP 1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ vượt bậc của Khoa học kỹ thuật, cùng với sự bùng nổ của ngành Công nghệ thông tin và Công nghệ viễn thông Đặc biệt, trong những thập niên gần đây cùng với sự phát triển của hệ thống mạng Internet, tin học…, ngành Bưu chính viễn thông đã phát triển tạo ra bước ngoặt quan trọng trong lĩnh vực thông tin đáp ứng nhu cầu của con người trong đời sống, kinh tế, chính trị…

Với nhu cầu về thông tin của con người ngày càng tăng, đồng thời việc ứng dụng các thiết bị điện thoại ngày càng được phổ biến rộng rãi, do đó việc sử dụng mạng điện thoại để truyền tín hiệu là phương thức thuận tiện nhất, tiết kiệm nhiều thời gian cho công việc, vừa đảm bảo các tính năng an toàn cho các thiết bị và vừa tiết kiệm được chi phí sử dụng

Bên cạnh đó, việc ứng dụng của đường truyền điện thoại được thực hiện trong phạm vi sử dụng rất rộng, bất kỳ nơi đâu nếu có điện thoại là có thể thực hiện được phương thức truyền Người điều khiển ở một nơi mà có thể thực hiện việc điều khiển rất nhiều nơi khác, thậm chí ở những nơi nguy hiểm, độc hại, mà con người không thể thâm nhập hoặc một dây chuyền sản xuất thay thế con người

Xuất phát từ những thực tiễn nói trên, nhóm thực hiện đề tài quyết định

nghiên cứu và thực hiện đề tài:”Thiết kế và thi công mô hình điều khiển

thiết bị qua mạng điện thoại”

Với đề tài này, nhóm thực hiện đề tài tiến hành thực hiện đề tài theo hai hướng :

Hướng thứ nhất: Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị thông qua điện thoại, hệ thống này có điều khiển tại chỗ bằng hệ thống phím nhấn và ứng dụng điều khiển bằng Remote Tivi

Hướng thứ hai : Dựa trên mô hình đã thi công ở hướng thứ nhất, nhóm thực hiện đề tài mở rộng hệ thống điều khiển thiết bị thông qua phương thức điều khiển bằng lập trình giao tiếp máy tính qua cổng máy in, ứng dụng truyền qua line điện thoại

Mạch điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua mạng điện thoại có điều khiển tại chỗ, giúp ta có thể điều khiển các thiết bị trong một toà nhà, khách sạn hay trong một nhà máy bằng cách điều khiển trên điện thoại hay sử dụng phím nhấn, remote để điều khiển thiết bị

Việc sử dụng điều khiển thiết bị bằng phương thức giao tiếp máy tính được ứng dụng chủ yếu trong hệ thống khách sạn, hay trong các xưởng, xí nghiệp … đặc biệt trong quá trình công nghiệp hoá hiện nay thì phương thức này có vai trò rất quan trọng hệ thống nhà máy…

1.2 Tầm quan trọng của đề tài

Ngày nay, kỹ thuật điện_điện tử phát triển khá mạnh mẽ, cùng với sự bùng nổ của ngành Công nghệ thông tin và Công nghệ viễn thông, đã thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế toàn cầu làm tiền đề cho các lĩnh vực khác phát triển Đặc biệt là trong lĩnh vực tự động hoá hay quá trình điều khiển thiết bị từ xa

Hiện nay có rất nhiều phương thức điều khiển thiết bị từ xa, chẳng hạn như : điều khiển bằng tia hồng ngoại hay điều khiển bằng sóng vô tuyến… nhưng các phương thức điều khiển này đều phụ thuộc vào khoảng cách, chỉ có tác dụng trong một phạm vi hẹp

Vì vậy, đề tài này không những là một thực tại khách quan mà nó vai trò đặc biệt quan trọng thực sự ở hiện tại cũng như trong tương lai sau này

Do đó, việc điều khiển thiết bị qua mạng điện thoại là một nhu cầu hết sức cần thiết và đây chính là lý do mà nhóm nghiên cứu quyết định chọn đề tài này

1.3 Mục đích nghiên cứu đề tài

Trên thực tiễn của cuộc sống hiện nay, con người bị hạn chế rất nhiều trong công việc điều khiển tự động các thiết bị Với sự phát triển của hệ thống thông tin và ứng dụng đường truyền có sẵn mạng điện thoại, nhóm thực hiện tiến hành nghiên cứu đề tài với mục đích là:

Phá vỡ được những hạn chế về mặt khoảng cách

Có thể điều khiển được bất kỳ nơi nào nếu nơi đó có mạng điện thoại Có thể điều khiển được thiết bị tại chỗ bằng Remote, phím nhấn

Có thể biết được trạng thái hoạt động của các thiết bị ở xa qua phản hồi bằng âm thanh

1.4 Giới hạn

Trong thời gian thực hiện đề tài là có hạn, với lượng kiến thức được truyền đạt trong suốt khoá học và khả năng có hạn, nhóm thực hiện đề tài chỉ giải quyết những vấn đề sau :

Dùng vi điều khiển làm bộ phận xử lý trung tâm

Hệ thống thực hiện chức năng điều khiển thiết bị tắt mở

Chỉ nghiên cứu nguyên lý làm việc của hệ thống tổng đài, máy điện thoại để làm dữ liệu để thiết kế, ứng dụng đường dây line điện thoại làm đường truyền

Mã điều khiển bằng bàn phím và bằng remote được thiết kế tương thích mã điều khiển bằng điện thoại để dễ thao tác trên phím và Remote

Sử dụng IC chuyên dụng ISD1420 cho việc thông báo trạng thái hoạt động của thiết bị

Hệ thống điều khiển tối đa 16 thiết bị

Hệ thống sử dụng EEPROM 24C08 dùng làm bộ nhớ ngoài lưu trữ các thông tin từ vi điều khiển( như Passwords), đồng thời tính bảo mật của hệ thống cũng được nâng cao

Bên cạnh thực hiện điều khiển bằng điện thoại, đề tài mở rộng thực hiện điều khiển qua phương thức giao tiếp bằng máy tính, nhằm nâng cao tính trực quan hơn cho người điều khiển

Đề tài nghiên cứu không tập trung vào nghiên cứu các vấn đề sau :

Hệ thống không thực hiện chức năng báo trộm, báo cháy…

Không tập trung nghiên cứu sâu vào cấu tạo cũng như cách thức hoạt động của tổng đài và máy điện thoại

Đối với trường hợp giao tiếp bằng máy tính thì mật định là trong quá trình điều khiển bên máy bị gọi không có người nhấc máy

Phương thức điều khiển bằng Remote TV ở đây chỉ sử dụng Remote

TV Sony

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1 Dàn ý nghiên cứu

Đề tài được thực thi trên cơ sở dàn ý sau:

Xác định yêu cầu của hệ thống

Thiết kế cấu trúc sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động

Thiết kế khối xử lý trung tâm và ứng dụng họ IC chuyên dụng ISD1420, MT8888

Thiết kế khối điều khiển tại chỗ bằng bàn phím và Remote

Thi công hệ thống phần cứng

Lập trình phần mềm cho vi điều khiển

Hướng dẫn sử dụng chương trình

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu ở đây chủ yếu dựa trên cơ sở của các đề tài cũ, tài liệu mạng, các thông số về tổng đài, điện thoại Từ đó nhóm thực hiện đề tài tiến hành nghiên cứu và phát triển đề tài

2.3 Phương pháp phương tiện nghiên cứu

2.3.2 Phương tiện

Nhóm nghiên cứu thực hiện đề tài trên cơ sở các phượng tiện chủ yếu sau: Máy tính cá nhân

Các board thực hiện giao tiếp thí nghiệm

Các dụng cụ đo đạc tại phòng thực tập trường: Dao động ký, máy phát sóng …

Ngoài ra còn thiết kế một số Board phụ thử nghiệm các IC chuyên dùng: ISD1420, MT8888, AT24C08 hay Remote TV …

2.4 Lập kế hoạch nghiên cứu đề tài

Nhóm thực hiện đề tài đã thực hiện đề tài, từ ngày đăng ký đề tài, công việc được phân bố cụ thể như sau:

Tuần 1, 2 : Lập đề cương tổng quát của đề tài

Tuần 3,4,5 : Thu thập thông tin, tài liệu liên quan…

Tuần 6,7 : Lập đề cương chi tiết

Các tuần tiếp theo: Triển khai thí nghiệm, Test mạch trên Board… Sau đó, tiến hành tổng hợp thiết kế phần cứng, phần mềm và hoàn chỉnh Hai tuần cuối : Đánh máy, sửa chữa, định dạng toàn bộ đề tài và tiến hành công việc in ấn

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT

LIÊN QUAN3.1 Giới thiệu tổng quan về tổng đài điện thoại

3.1.1 Định nghĩa về tổng đài

Tổng đài là một hệ thống chuyển mạch, nó có nhiệm vụ kết nối các cuộc liên lạc từ thiết bị đầu cuối chủ gọi (Calling Si de) đến thiết bị đầu cuối bị gọi (called Si de)

Hay nói cách khác : Tổng đài là một hệ thống chuyển mạch có hệ thống kết nối các cuộc liên lạc giữa các thuê bao với nhau, với số lượng thuê bao lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào từng loại tổng đài, từng khu vực

3.1.2 Chức năng của tổng đài

Tổng đài điện thoại có các chức năng sau :

Nhận biết được khi thuê bao nào có nhu cầu xuất phát cuộc gọi

Thông báo cho thuê bao biết mình sẵn sàng tiếp nhận các yêu cầu của thuê bao

Nhận dạng thuê bao gọi: Xác định khi thuê bao nhấc ống nghe và sau đó được nối với mạch điều khiển

Tiếp nhận số được quay: Khi đã nối với mạch điều khiển, thuê bao chủ bắt đầu nghe thấy tín hiệu mời quay số và sau đó chuyển số điện thoại của thuê bao bị gọi

Kết nối cuộc gọi: Khi các số quay được ghi lại, thuê bao bị gọi đã được xác định, tổng đài sẽ chọn một bộ các đường trung kế đến tổng đài thuê bao bị gọi và sau đó chọn một đường rỗi trong số đó Khi thuê bao bị gọi nằm trong tổng đài nội hạt thì một đường gọi nội hạt được sử dụng

Chuyển thông tin điều khiển: Khi được nối tới tổng đài của thuê bao bị gọi hay tổng đài trung chuyển, cả hai tổng đài trao đổi với nhau các thông tin cần thiết như số thuê bao bị gọi

Kết nối trung chuyển: trong trường hợp tổng đài được nối đến là tổng đài trung chuyển, trên dây được nhấc lại để nối với trạm cuối và sau đó thông tin như số thuê bao bị gọi được truyền đi

Kết nối tại trạm cuối: Khi trạm cuối được đánh giá là trạm nội hạt dựa trên số thuê bao bị gọi được truyền đi, bộ điều khiển trạng thái máy bận của thuê bao bị gọi được tiến hành Nếu máy không ở trạng thái

bận thì một đường nối được nối với các đường trung kế được chọn để kết nối các cuộc gọi

Truyền tín hiệu chuông: Để kết nối cuộc gọi, tín hiệu chuông được truyền và chờ cho đến khi có trả lời từ thuê bao bị gọi Khi trả lời, tín hiệu chuông bị ngắt và trạng thái được chuyển thành trạng thái máy bận

Tính cước: Tổng đài chủ gọi xác định câu trả lời của thêu bao bị gọi và nếu cần thiết bắt đầu tính toán giá trị cước phải trả theo khoảng cách gọi và theo thời gian gọi

Truyền tín hiệu báo bận: Khi tất cả các đường trung kế đều đã bị chiếm theo các bước trên đây hoặc thuê bao bị gọi bận thì tín hiệu bận được truyền đến cho thuê bao chủ gọi

Hồi phục hệ thống: Trạng thái này được xác định khi cuộc gọi kết thúc Sau đó tất cả các đường nối đều được giải phóng

Giao tiếp được với những tổng đài khác để phối hợp điều khiển

3.1.3 Phân loại tổng đài

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, tổng đài điện thoại ngày càng phù hợp với yêu cầu phát triển của xã hội Quá trình hình thành của tổng đài bao gồm các loại tổng đài sau:

Tổng đài công nhân

Việc kết nối thông thoại, chuyển mạch dựa vào con người

Tổng đài cơ điện

Bộ phận thao tác chuyển mạch là hệ thống cơ khí, được điều khiển bằng hệ thống mạch từ Gồm hai hệ thống chuyển mạch cơ khí cơ bản : chuyển mạch từng nấc và chuyển mạch ngang dọc

Tổng đài điện tử

Quá trình điều khiển kết nối hoàn toàn tự động, vì vậy người sử dụng cũng không thể cung cấp cho tổng đài những yêu cầu của mình bằng lời nói được Ngược lại, tổng đài trả lời cho người sử dụng cũng không thể bằng lời nói Do đó, cần qui định một số thiết bị cũng như các tín hiệu để người sử dụng và tổng đài có thể làm việc được với nhau

3.1.4 Các âm hiệu

Đường dây điện thoại hiện nay gồm có hai dây và thường gọi đó là Tip và Ring Tất cả các điện thoại hiện nay đều được cấp nguồn từ tổng đài thông qua hai dây Tip và Ring Điện áp cung cấp thường là 48 VDC, nhưng nó cũng có thể thấp đến 47 VDC hoặc cao đến 105 VDC tuỳ thuộc vào tổng đài

Ngoài ra, để hoạt động giao tiếp được dễ dàng, tổng đài gửi một số tín hiệu đặc biệt đến điện thoại như tín hiệu chuông, tín hiệu báo bận v.v… Để tìm hiểu về các tín hiệu điện thoại và ứng dụng của nó, nhóm thực hiện khảo sát một số tín hiệu sau:

Tín hiệu chuông (Ring Signal)

Hình 3 - 1 : Dạng sóng tín hiệu chuông

Khi một thuê bao bị gọi thì tổng đài sẽ gửi tín hiệu chuông đến để báo cho thuê bao đó biết có người được gọi Tín hiệu chuông là tín hiệu xoay chiều

AC thường có tần số 25Hz tuy nhiên nó có thể cao hơn đến 60Hz hoặc thấp hơn đến 16Hz Biên độ của tín hiệu chuông cũng thay đổi từ 40 VRMS đến

130 VRMS thường là 90 VRMS Tín hiệu chuông được gửi đến theo dạng xung, ngắt quãng tuỳ thuộc vào từng loại tổng đài thường là 2 giây có và 4 giây không (như hình vẽ trên) Hoặc có thể thay đổi thời gian tuỳ thuộc vào từng tổng đài

Tín hiệu mời quay số (Dial Tone)

Đây là tín hiệu liên tục không phải là tín hiệu xung như các tín hiệu khác được sử dụng trong hệ thống điện thoại Khi thuê bao nhấc tổ hợp để xuất phát cuộc gọi sẽ nghe âm hiệu mời quay số do tổng đài cấp cho thuê bao gọi, là tín hiệu hình sin có tần số liên tục Tín hiệu mời quay số là tín hiệu sin tần, được tạo ra bởi hai âm thanh (Tone) có tần số số 350Hz và 440Hz, biên độ 2VRMS trên nền DC Tín hiệu này có dạng sóng sau:

Hình 3 - 2 :Dạng sóng tín hiệu mời quay số Tín hiệu báo bận (Busy signal)

Khi thuê bao nhấc máy để thực hiện một cuộc gọi thì thuê bao sẽ nghe một trong hai tín hiệu:

Tín hiệu mời gọi cho phép thuê bao thực hiện ngay một cuộc gọi

Tín hiệu báo bận báo cho thuê bao biết đường dây đang bận không thể thực hiện cuộc gọi ngay lúc này Thuê bao phải chờ đến khi nghe được tín hiệu mời gọi Khi thuê bao bị gọi đã nhấc máy trước khi thêu bao gọi cũng nghe được tín hiệu này

Tín hiệu báo bận là tín hiệu xoay chiều có dạng xung được tổng hợp bởi hai âm có tần số 480Hz và 620Hz Tín hiệu này có chu kỳ 1s (0.5s có và 0.5s không)

Hình 3 - 3 :Dạng sóng tín hiệu báo bận Tín hiệu chuông hồi tiếp

Khi người gọi gọi đến một thuê bao nhưng không biết đã gọi được hay chưa thì thật là khó chịu Người gọi không nghe một âm thanh nào cho đến khi thuê bao đó trả lời Để giải quyết vấn đề này tổng đài sẽ gửi một tín hiệu chuông hồi tiếp về cho thuê bao gọi tương ứng với tiếng chuông ở thuê bao bị gọi Tín hiệu chuông hồi tiếp này do tổng đài cấp cho thuê bao bị gọi, được tổng hợp bởi hai âm có tần số 440Hz và 480Hz Tín hiệu này cũng có dạng xung như tín hiệu chuông gửi đến cho thuê bao bị gọi, là tín hiệu hình sin có tần số khoảng 425 ± 25 Hz là hai tín hiệu ngắt quãng tương ứng nhịp chuông, biên độ 2VRMS trên nền DC 10V, phát ngắt quãng 2s có 4s không

Hình 3 - 4 : Dạng sóng tín hiệu báo bận Gọi sai số

Nếu người gọi gọi nhầm một số mà nó không tồn tại thì bạn sẽ nhận được tín hiệu xung có chu kỳ 1Hz và có tần số 200Hz–400Hz Hoặc đối với các hệ thống điện thoại ngày nay bạn sẽ nhận được thông báo rằng bạn gọi sai số

Tín Hiệu Đảo Cực

Hình 3 - 5 : Dạng sóng tín hiệu đảo cực

Tín hiệu đảo cực chính là sự đảo cực tính của nguồn tại tổng đài, khi hai thuê bao bắt đầu cuộc đàm thoại, một tín hiệu đảo cực sẽ xuất hiện Khi đó hệ thống tính cước của tổng đài sẽ bắt đầu thực hiện việc tính cước đàm thoại cho thuê bao gọi Ở các trạm công cộng có trang bị máy tính cước, khi cơ quan bưu điện sẽ cung cấp một tín hiệu đảo cực cho trạm để thuận tiện cho việc tính cước

3.1.5 Phương thức chuyển mạch của tổng đài điện tử :

Tổng đài điện tử có 3 phương thức chuyển mạch sau :

Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch không gian (SDM : Space Devision Multiplexer)

Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch thời gian (TDM : Timing Devision Multiplexer) : có hai loại

Tổng đài điện tử dùng phương thức ghép kênh theo tần số (FDM :

Frequence Devision Multiplexer)

3.1.6 Trung kế

Trung kế là đường dây liên lạc giữa hai tổng đài

Hình 3 - 6 : Trung kế

Các loại trung kế:

Trung kế CO-Line (Central Office Line)

Hình 3 - 7 : Trung kế CO- line

Kết nối hai dây cáp

Sử dụng đường dây thuê bao của tổng đài khác làm trung kế của tổng đài mình

Có chức năng như máy điện thoại (nhận khung quay)

Trung kế tự động 2 chiều E & M (Ear And Mouth Trunk)

Hình 3 - 8 : Trung kế hai chiều

Kết nối dây trên bốn dây Cable

Hai dây để thu tín hiệu thoại

Một dây để thu tín hiệu trao đổi

Một dây để phát tín hiệu trao đổi

3.2 Giới thiệu tổng quan về máy điện thoại

3.2.1 Giới thiệu

Máy điện thoại là thiết bị đầu cuối của hệ thống điện thoại, nó được lắp đặt tại đơn vị thuê bao để 2 người ở xa liên lạc được với nhau Hiện nay tuy có nhiều loại khác nhau nhưng nói chung máy điện thoại vẫn có 3 phần chính:

Phần chuyển đổi mạch điện:

Phần này gồm hệ thống lá mía tiếp điểm và có các cơ điện phụ có nhiệm vụ đóng mở mạch điện khi có yêu cầu

Phần thu phát tín hiệu gọi:

Phần này gồm 2 phần chính: máy phát điện quay tay và chuông máy phát điện có nhiệm vụ phát tín hiệu gọi lên đường dây và chuông có nhiệm vụ biến dòng tín hiệu gọi thành tín hiệu gọi

Phần thu phát thoại :

Gồm ống nói và ống nghe, ống nói có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu âm thanh thành tín hiệu điện và ống nghe ngược lại biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu âm thanh Cả 2 được lắp chung trong một bộ phận gọi là tổ hợp

Bất cứ loại máy điện thoại nào về nguyên lý cũng phải thoã mãn các yêu cầu sau:

Khi máy điện thoại không làm việc phải ở trạng thái sẵn sàng tiếp nhận cuộc gọi

Khi thu phát tín hiệu gọi bộ phận thu phát tín hiệu gọi phải tách rời đường dây điện thoại, lúc đó trên đường dây chỉ còn tín hiệu gọi

Khi thu phát tín hiệu đàm thoại bộ phận thu phát tín hiệu gọi lại tách ra khỏi đường điện, lúc đó trên đường dây chỉ còn dòng tín hiệu thoại

3.2.2 Chức năng của máy điện thoại

Bất cứ máy điện thoại nào cũng phải hoàn thành các chức năng sau:

Báo hiệu cho người sử dụng điện thoại biết hệ thống tổng đài đã sẵn sàng hay chưa sẵn sàng tiếp cuộc gọi Chức năng này thể hiện ở chỗ phải báo hiệu cho người sử dụng điện thoại bằng âm hiệu mời quay số hay âm hiệu báo bận

Phải gởi được mã số thuê bao bị gọi vào tổng đài Điều này được thực hiện bằng cách quay số hay nhấn phím

Chỉ dẫn cho người sử dụng biết tình trạng diễn biến kết nối bằng các âm hiệu hồi âm chuông hay báo bận

Báo hiệu cho người sử dụng biết thuê bao đang bị gọi thường là bằng tiếng chuông

Chuyển đổi tiếng nói thành tín hiệu điện truyền đi đến đối phương và chuyển đổi tín hiệu điện từ đối phương đến thành tiếng nói

Có khả năng báo cho tổng đài khi thuê bao nhấc máy

Chống tiếng gọi lại, tiếng keng, tiếng clic khi phát xung số

Ngoài ra người ta còn chú ý đến tính năng tự động điều chỉnh mức âm thanh nghe, nói Tự động điều chỉnh nguồn nuôi, phối hợp trở kháng với đường dây Ngoài chức năng trên người ta còn chế tạo các máy điện thoại có khả năng sau:

Gọi bằng số rút gọn

Nhớ số thuê bao đặc biệt

Gọi lại tự động: Khi gọi một thuê bao nào đó mà thuê bao này đang bận,

ta có thể đặt máy trong khi số thuê bao vừa được lưu trữ trong bộ nhớ máy điện thoại Sau đó ta nhấn một nút tương ứng, số điện thoại vừa gọi này được phát đi, hoặc sau thời gian nào đó dù không nhấn nút gọi thì số điện thoại này cũng tự động phát đi, khi thuê bao rảnh thì máy tự động reo chuông từ hai phía

Tổng đài được nối với các thuê bao qua 2 đường truyền TIP và RING Thông qua 2 đường dây này thông tin từ tổng đài qua các thuê bao được cấp bằng nguồn dòng từ 25 mA đến 40 mA đến cho máy điện thoại

3.2.3 Các thông số liên quan

Tổng trở DC khi gác máy lớn hơn từ 20 KΩ

Tổng trở AC khi gác máy từ 4KΩ đến 10KΩ

Tổng trở DC khi nhấc máy khoảng 300Ω

Tổng trở AC khi nhấc máy khoảng 600Ω

Các thông số giới hạn của mạch thuê bao cơ bản

Bảng 3 - 1 : Bảng các thông số của mạch thuê bao điện thoại

Thông số Các giá trị mẫu Giá trị sử dụng

Dòng điện làm việc

Nguồn tổng đài

Điện trở vòng

Suy hao

Méo dạng

Dòng chuông

Thanh áp ống nối

Nguồn dòng điện thoại

20 – 80 mA

48 đến 60 V

0 đến 1300 Ohm 8dB

Khi gác máy tổng trở DC bằng 20KΩ rất lớn xem như hở mạch

Khi nhấc máy tổng trở DC giảm xuống nhỏ hơn 1KΩ và hai tổng đài nhận biết trạng thái này thông qua dòng DC xuất hiện trên đường dây Sau đó, tổng đài cấp tín hiệu mời gọi lên đường dây đến thuê bao Dòng điện cấp chuông: Tổng đài cấp dòng chuông cho thuê bao bị gọi, dòng chuông tổng đài cấp là dòng điện xoay chiều hình sin hoặc xung có tần số f = 25Hz, có áp từ 75VRMS đến 110VRMS

3.2.4 Nguyên lý thông tin điện thoại

Thông tin điện thoại là quá trình truyền đưa tiếng nói từ nơi này đến nơi khác, bằng dòng điện qua máy điện thoại Máy điện thoại là thiết bị đầu cuối của mạng thông tin điện thoại

Khi ta nói trước ống nói của máy điện thoại, dao động âm thanh của tiếng nói sẽ tác động vào màng rung của ống nói làm cho ống nói thay đổi, xuất hiện dòng điện biến đổi tương ứng trong mạch Dòng điện biến đổi này được truyền qua đường dây tới ống nghe của máy đối phương, làm cho màng rung của ống nghe dao động, lớp không khí trước màng rung dao động theo, phát ra âm thanh tác động đến tai người nghe và quá trình truyền dẫn ngược lại cũng tương tự

3.2.5 Quay số

Người gọi thông báo số mình muốn gọi cho tổng đài biết bằng cách gởi số máy điện thoại của mình muốn gọi đến cho tổng đài Có hai cách gởi số đến tổng đài :

Quay số bằng xung (Pulse – Dialing) : Được thực hiện bằng cách thay đổi tổng trở DC của mạch thuê bao tạo nên xung dòng với số xung tương đương với số muốn quay

Các số quay của thuê bao được truyền đến tổng đài bằng cách ngắt dòng đường dây theo tỉ số thời gian qui định tạo thành chuỗi xung quay số Số quay số là là xung trên đường dây nên phương pháp này được gọi là phương pháp quay số bằng xung thập phân

Quay số bằng Tone (Tone – Dialing) : Máy điện thoại phát ra cùng lúc hai tín hiệu với tần số dao động khác nhau tương ứng với số muốn quay (DTMF : Dual Tone Multi Frequence) Khi sử dụng DTMF để

quay số, các cặp tần số DTMF như sau:

Bảng 3 - 2 : Phân loại tần số tín hiệu Tone Phím Tần số thấp (Hz) Tần số cao (Hz)

3.2.6 Kết nối thuê bao

Tổng đài nhận được các số liệu sẽ xem xét :

Nếu các đường dây nối thông thoại đều bị bận thì tổng đài sẽ cấp tín hiệu báo bận

Nếu đường dây nối thông thoại không bị bận thì tổng đài sẽ cấp cho người bị gọi tín hiệu chuông và người gọi tín hiệu hồi chuông Khi người được gọi nhấc máy, tổng đài nhận biết trạng thái này, thì tổng đài ngưng cấp tín hiệu chuông để không làm hư mạch thoại và thực hiện việc thông thoại Tín hiệu trên đường dây đến máy điện thoại tương ứng với tín hiệu thoại cộng với giá trị khoảng 300 mV đỉnh – đỉnh Tín hiệu ra khỏi máy điện thoại chịu sự suy hao trên đường dây với mất mát công suất trong khoảng 10 dB ÷ 25 dB Chẳng hạn suy hao là 20dB, suy ra tín hiệu ra khỏi máy điện thoại có giá trị khoảng 3 V đỉnh – đỉnh

Khi truyền đi trong mạng điện thoại là tín hiệu thường bị méo dạng do những lý do : nhiễu, suy hao tín hiệu trên đường dây do bức xạ sóng trên đường dây với các tần số khác nhau Để đảm bảo tín hiệu điện thoại nghe rõ và trung thực, ngày nay trên mạng điện thoại người ta sử dụng tín hiệu thoại có tần số từ 300 Hz ÷ 3400 Hz

3.3 Phương thức hoạt động giữa tổng đài và máy điện thoại

3.3.1 Nguyên tắc hoạt động

Khi thuê bao nhấc máy làm đóng tiếp điểm chuyển mạch tạo nên một dòng điện khoảng 20-80mA chạy trong vòng thuê bao Ở chế độ nhấc máy, điện thế DC rơi trên đường dây giữa Tip và Ring khoảng 6VDC ở thiết bị đầu cuối thuê bao

Tổng đài nhận dạng thuê bao gọi nhấc máy thông qua sự thay đổi tổng trở mạch vòng của đường dây thuê bao Bình thường khi thuê bao ở vị trí gác máy điện trở mạch vòng là rất lớn Khi thuê bao nhấc máy, điện trở mạch vòng thuê bao giảm xuống còn khoảng từ 150Ω đến 1500Ω Tổng đài có thể nhận biết sự thay đổi tổng trở mạch vòng này (tức là thay đổi trạng thái của thuê bao) thông qua các bộ cảm biến trạng thái

Tổng đài có chức năng kiểm tra xem còn có link nào rãnh hay không Nếu link còn rỗi thì tổng đài cấp âm hiệu mời quay số (Dial Tone) cho thuê bao

Dial Tone là tín hiệu mời quay số hình sin có tần số 425 ± 25 Hz Khi thuê bao nhận biết được tín hiệu Dial Tone, người gọi sẽ hiểu là được phép quay số Người gọi bắt đầu tiến hành gửi các xung quay số thông qua việc quay số hoặc nhấn nút chọn số Tổng đài nhận biết được các số được quay nhờ vào các chuỗi xung quay số phát ra từ thuê bao gọi Thực chất các xung quay số là các trạng thái nhấc máy hoặc gác máy của thuê bao

Nếu các đường kết nối thông thoại bị bận hoặc thuê bao được gọi bị bận thì tổng đài sẽ phát tín hiệu báo bận cho thuê bao Tín hiệu này có tần số f =

425 ± 25Hz ngắt nhịp 0,5s có 0,5 s không Tổng đài nhận biết các số thuê bao gọi đến và kiểm tra, xem xét :

Nếu số đầu nằm trong tập thuê bao thì tổng đài sẽ phục vụ như cuộc gọi nội đài

Nếu số đầu là số qui ước gọi ra thì tổng đài phục vụ như một cuộc gọi liên đài qua trung kế và gửi toàn bộ phần định vị số quay sang tổng đài đối phương để giải mã

Nếu số đầu là mã gọi các chức năng đặc biệt, tổng đài sẽ thực hiện các chức năng đó theo yêu cầu của thuê bao Thông thường, đối với loại tổng đài nội bộ có dung lượng nhỏ từ vài chục đến vài trăm số, có thêm nhiều chức năng đặc biệt làm cho chương trình phục vụ thuê bao thêm phong phú, tiện lợi, đa dạng, hiệu quả cho người sử dụng làm tăng khả năng khai thác và hiệu suất sử dụng tổng đài

Nếu thuê bao được gọi rảnh, tổng đài sẽ cấp tín hiệu chuông cho thuê bao với điện áp 90VRMS (AC), f = 25Hz, với chu kỳ 3s có 4s không Đồng thời cấp âm hiệu hồi chuông (Ring Back Tone) cho thuê bao gọi, âm hiệu này là tín hiệu sin, tần số f = 425 ± 25Hz cùng chu kỳ nhịp với tín hiệu chuông gởi cho thuê bao được gọi

Khi thuê bao được gọi nhấc máy, tổng đài nhận biết trạng thái nhấc máy này, tiến hành cắt dòng chuông cho thuê bao bị gọi kịp thời tránh hư hỏng đáng tiếc cho thuê bao Đồng thời, tiến hành cắt âm hiệu Ring Back Tone cho thuê bao gọi và tiến hành kết nối thông thoại cho 2 thuê bao

Tổng đài giải toả một số thiết bị không cần thiết để tiếp tục phục vụ cho các cuộc đàm thoại khác

Khi hai thuê bao đang đàm thoại mà 1 thuê bao gác máy, tổng đài nhận biết trạng thái gác máy này, cắt thông thoại cho cả hai bên, cấp tín hiệu bận (Busy Tone) cho thuê bao còn lại, giải tỏa link để phục vụ cho các đàm thoại khác Khi thuê bao còn lại gác máy, tổng đài xác nhận trạng thái gác máy, cắt âm hiệu báo bận, kết thúc chương trình phục vụ thuê bao

Tất cả hoạt động nói trên của tổng đài điện tử đều được thực hiện một cách hoàn toàn tự động Nhờ vào các mạch điều khiển bằng điện tử, điện thoại viên có thể theo dõi trực tiếp toàn bộ hoạt động của tổng đài ở mọi thời điểm nhờ vào các bộ hiển thị, cảnh báo

Điện thoại viên có thể trực tiếp điều khiển các hoạt động của tổng đài qua các thao tác trên bàn phím, hệ thống công tắc….các hoạt động đó có thể bao gồm : nghe xen vào các cuộc đàm thoại, cắt cưỡng bức các cuộc đàm thoại có ý đồ xấu, tổ chức điện thoại hội nghị… Tổng đài điện tử cũng có thể được liên kết với máy điện toán để điều khiển hoạt động hệ thống Điều này làm tăng khả năng khai thác, làm tăng dung lượng, cũng như khả năng hoạt động của tổng đài lên rất nhiều

3.3.2 Qui trình vận hành của hệ mạch điện thoại để bàn

Hệ thống vận hành của điện thoại bàn như sau:

Hình 3 - 9 : Sơ đồ qui trình vận hành điện thoại bàn

Khi tất cả các máy điện thoại để bàn đều gác tay thoại Lúc này mức áp trên đường dây sẽ là trên dưới 48VDC và không có dòng điện chạy trên đường dây

Khi máy điện thoại A nhấc tay thoại: Nội trở nhỏ của máy sẽ tạo ra dòng điện chạy trên đường dây, dấu hiệu này sẽ báo cho tổng đài điện thoại điện tử biết máy A đã nhấc tay thoại Tổng đài điện thoại sẽ gửi tín hiệu mời tín hiệu mời quay số đến máy A

Tín hiệu mời quay số có dạng Sin, tần số trong khoảng 350 ÷ 440 Hz, phát liên tục Lúc này người ở máy A sẽ nhấn các phím số trên bàn phím để xin liên thông với máy cần gọi.( Ví dụ xin liên thông với máy B) Nếu máy điện thoại bên A đang đặt ở mode Tone, thì mỗi phím số sẽ tương ứng với một tín hiệu âm thanh song tần, tín hiệu nhận dạng số này sẽ theo dây nối gửi về tổng đài điện thoại

Nếu máy điện thoại đặt ở mode Pulse, thì mỗi phím số, mạch điều khiển bàn phím sẽ cho ngắt dây nối bằng số lần của phím số Tổng đài sẽ ghi nhận số điện thoại mà máy A gửi về Tổng đài sẽ tiến hành tìm số điện thoại mà máy A xin liên thông

Nếu tổng đài điện thoại điện tử phát hiện máy B đang bận ( như đang nhấc tay thoại), thì tổng đài sẽ phát tín hiệu báo bận đến máy A Tín hiệu báo bận này có dạng Sin, tần số khoảng 480Hz ÷620Hz, phát theo nhịp 0.5s ngưng 0.5s (nhịp nhanh)

Nếu tổng đài điện thoại điện tử phát hiện máy B không bận ( chưa nhấc tay thoại), thì tổng đài sẽ gửi tín hiệu báo chuông đến máy B Lúc này bên máy B sẽ đổ chuông Cùng lúc tổng đài cũng gửi tín hiệu hồi chuông đến máy A Tín hiệu hồi chuông có tần số khoảng từ 440Hz ÷ 480Hz, phát theo nhịp 2s ngưng 4s Tín hiệu này cho biết máy B đang trong trạng thái đổ chuông và chờ người đến nhấc tay thoại

Khi ở máy B đã có người nhấc tay thoại: Lúc này dòng điện chạy trên dây sẽ báo cho tổng đài điện thoại điện tử biết là máy B đã có người đến tiếp nhận Tổng đài điện thoại sẽ cho ngắt ngay tín hiệu báo chuông và cho nối dây, tạo sự liên thông giữa máy A và máy B

Bảng 3 - 3 : Các tín hiệu thường nghe thấy trên đường dây điện thoại để bàn

Tín hiệu mời quay số 350Hz ÷440Hz Phát liên tục

Tín hiệu báo bận 480Hz ÷ 620Hz Phát theo nhịp 0.5s ngưng 0.5s Tín hiệu đổ chuông 440Hz ÷ 480Hz Phát theo nhịp 2s ngưng 4s Tín hiệu hồi chuông 440Hz ÷ 480Hz Phát theo nhịp 1s ngưng 3s Tín hiệu báo chuông 25Hz Phát theo nhịp 2s ngưng 4s

3.4 Lý thuyết về mạch khuếch đại

Bộ khuếch đại thuật toán và các bộ khuếch đại thông thường về cơ bản không có sự khác nhau Cả hai loại này đều dùng để khuếch đại điện áp, dòng điện hoặc công suất Trong khi tính chất của bộ khuếch đại thông thường phụ thuộc vào kết cấu bên trong của mạch thì tác dụng của bộ khuếch đại thuật toán có thể thay đổi được và chỉ phụ thuộc vào các linh kiện mắc ở mạch ngoài Để thực hiện được điều đó, bộ khuếch đại thuật toán phải có độ khuếch đại rất lớn, trở kháng vào rất lớn và trở kháng ra rất nhỏ

Hình 3 - 10 :Bộ khuếch đại thuật toán(BKĐTT)

Bộ khuếch đại thuật toán được biểu diễn như hình vẽ trên Trong đó: V+,I+:điện áp và dòng điện ngõ vào không đảo

V-, I- :điện áp và dòng điện ngõ vào đảo

Vd :điện áp vào hiệu

Bộ khuếch đại thuật toán khuếch đại hiệu điện áp:Vd=V+ - V- ,với hệ số khuếch đại Ao>O Do đó, điện áp sẽ là :

Vo=AoVd=Ao(V+ - V-)

Nếu V- = 0 thì Vo=AoV+, lúc này điện áp ra đồng pha với điện áp vào V+ Vì vậy người ta gọi ngõ (+) là ngõ vào không đảo hoặc ngõ vào thuận của bộ khuếch đại thuật toán

Nếu V+=0 thì Vo= -AoV-, dấu trừ thể hiện điện áp ra ngược pha với điện áp vào nên người ta gọi cửa (-) là cửa vào đảo của bộ khuếch đại thuật toán

Ngoài ra, một bộ khuếch đại thuật toán thường có 3 tính chất để trở thành một OP-AMP lý tưởng:

Độ lợi vô hạn

Trở kháng vào vô cùng lớn

Trở kháng ra bằng 0

Theo lý thuyết, nếu op-amp có độ lợi vô hạn thì một điện áp ngõ vào cực nhỏ thì ngõ ra tương ứng phải có điện áp ra lớn vô hạn Thực sự thì độ lợi cũng không thể nào vô hạn, ngay cả trường hợp độ lợi rất lớn cũng không thể có Tuy nhiên, nếu nó đúng khi ngõ vào rất nhỏ sẽ tạo điện áp ngõ ra đến gần giá trị cực đại (dương hay âm) Trong thực tế, chúng ta ít khi được như vậy mà thường dùng thêm những điện trở bên ngoài nối với Op-Amp để tạo ra những độ lợi mà chúng ta mong muốn Những độ khuếch đại như mong muốn, những điện trở tạo ra độ lợi giảm thông qua tín hiệu hồi tiếp

Khi dùng bộ khuếch đại thuật toán, người ta dùng hồi tiếp âm mà không dùng hồi tiếp dương, vì hồi tiếp dương làm cho bộ khuếch đại thuật toán làm việc ở trạng thái bảo hoà Hồi tiếp âm làm giảm độ khuếch đại nhưng làm cho bộ khuếch đại thuật toán làm việc ổn định Trong một số trường hợp, người ta dùng cả hồi tiếp âm lẫn hồi tiếp dương nhưng lượng hồi tiếp âm phải lớn hơn lượng hồi tiếp dương

3.4.1 Mạch khuếch đại không đảo

Hình 3 - 11 : Mạch khuếch đại không đảo

Phương trình Kirchoff I ở ngõ vào V+

VI = V+

Phương trình Kirchoff I ở ngõ vào V-

0 R

V V

R

V

F

0 I

I I

I F

0

I 0 I

I F

I

F

0 I

I I

I

VR

RR

V

0R

VR

VR

V

0R

VV

RV

VV

=

−+

=

−

3.4.2 Mạch khuếch đại đảo

Hình 3 - 12 : Mạch khuếch đại đảo

Phương trình Kirchoff I cho ngõ vào V+

V+ = 0

Phương trình Kirchoff II cho ngõ vào V-

0 R

V V R

V V

F

0 I

I − − + − − =

I I

F 0

F

0 I

I

V R

R V

0 R

V R

V

0 V

V

−

=

= +

=

−

Theo tính chất của OP-AMP

3.4.3 Macïh khuếch đại đệm

Hình 3 - 13 : Mạch khuếch đại đệm

Phương trình Kirchoff I ở ngõ vào V+

VI = V+

Phương trình Kirchoff I ở ngõ vào V-

V- = V0 Theo tính chất của OP-AMP

V- = V+ = VI

V0 = VI

3.5 Phương thức giao tiếp giữa Vi điều khiển với các vi mạch ứng dụng

trong hệ thống

3.5.1 Làm thế nào để Vi điều khiển có thể hoạt động

Vi điều khiển họ 8051 tương thích với chuẩn công nghiệp MCS-51TM về tập lệnh và sơ đồ chân Các vi điều khiển thuộc họ này được nhiều nhà sản xuất chế tạo

AT89C51 thuộc họ vi điều khiển 8051 do hãng Atmel sản xuất AT89C51 là vi điều khiển 8 bit với 4K bytes bộ nhớ Flash PROM (Programmable and Erasable Read Only Memory) bên trong chip Bộ nhớ Flash trên chip cho phép lập trình ngay trên hệ thống (In-system programmed) hoặc lập trình như một bộ nhớ không mất nội dung (PEROM, EEPROM .) Với đơn vị xử lí trung tâm (CPU-Center Proceesor Unit) 8 bit cùng với bộ nhớ Flash trên cùng một vi mạch, AT89C51 phù hợp với các ứng dụng điều khiển Với những ứng dụng không lớn, đòi hỏi bộ nhớ chương trình ít hơn 4K bytes, bộ nhớ dữ liệu ít hơn 128 bytes thì việc sử dụng vi điều khiển AT89C51 là phù hợp; với những ứng dụng đòi hỏi bộ nhớ lớn hơn, có thể sử dụng vi điều khiển AT89C52,

AT89C55 để thực hiện, hoặc có thể mở rộng thêm bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình bên ngoài Vi điều khiển AT89C51 có 3 dạng vỏ, khác nhau về thứ tự chân và hình dạng vỏ; trong thiết kế này dạng vỏ PDIP (Plastic Dual Inline Package) được lựa chọn

Sơ đồ chân của AT89C51 dạng vỏ PDIP như hình sau Chi tiết về chức năng của các chân được trình bày ở phần phụ lục

Hình 3 - 14 :Sơ đồ chân của AT89C51 (PDIP)

Vi điều khiển cần có một nguồn xung clock để có thể hoạt động Nguồn xung clock này có thể lấy từ mạch dao động bên ngoài (external oscillator), hoặc được tạo ra bởi một thạch anh kết nối bên ngoài Mạch reset tự động (Auto Reset) lúc mới cấp nguồn được cần đến để reset vi điều khiển Một nút nhấn mắc song song với tụ C để có thể thực hiện reset bằng tay trong khi thí nghiệm Chân EA được nối lên Vcc để sử dụng 4K bytes bộ nhớ chương trình trên chip

Hình 3 - 15: Cung cấp nguồn xung clock cho vi điều khiển

Hình 3 - 16 : Sơ đồ kết nối của Vi điều khiển

Với thiết kế như trên, chân EA được nối lên Vcc, AT89C51 hoạt động theo chương trình chứa trong bộ nhớ Flash 4K bytes trên chip Chương trình được viết bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau, sau đó sử dụng các trình biên dịch tương ứng để có được các mã lệnh tương ứng với AT89C51, mã lệnh này được nạp vào bộ nhớ Flash trên vi điều khiển, CPU đọc các mã lệnh từ bộ nhớ Flash để thực thi các công việc tương ứng Tuỳ vào yêu cầu của việc thiết kế mà chương trình được viết tương ứng, đồng thời các phần cứng bên ngoài được kết nối thêm để thực hiện yêu cầu đó

Viết phần mềm, biên dịch và nạp chương trình vào bộ nhớ flash trên chip

Có thể sử dụng các ngôn ngữ như: C, Bascom, Assembler .để viết mã nguồn; sau đó dùng các trình biên dịch tương ứng để biên dịch mã nguồn thành mã máy mà mà vi điều khiển có thể thực thi Trong đồ án này, ngôn ngữ Assembler được lựa chọn

Ngôn ngữ Assembler (hợp ngữ) là một trong những ngôn ngữ của máy tính, có vị trí ở giữa ngôn ngữ máy và ngôn ngữ cấp cao Ngôn ngữ cấp cao như Pascal, C sử dụng các phát biểu dễ hiểu đối với người sử dụng Ngôn ngữ máy (machine language) là ngôn ngữ ở dạng số nhị phân của máy tính Hợp ngữ sử dụng các mã gợi nhớ để thay thế cho các mã nhị phân của ngôn ngữ máy

Một chương trình viết bằng hợp ngữ chưa thể được thực thi bởi chip vi điều khiển Chương trình này phải trải qua quá trình biên dịch để có được ngôn ngữ máy mà chip vi điều khiển có thể “hiểu” để thực thi

Có nhiều trình dịch hợp ngữ và các ứng dụng hỗ trợ khác cho phép chúng

ta dễ dàng phát triển các ứng dụng trên chip vi điều khiển họ 8051 Trình dịch hợp ngữ họ MCS-51 của Intel (ASM51.EXE) được dùng làm chuẩn để so sánh với các trình dịch hợp ngữ khác

Chương trình nguồn viết bằng hợp ngữ sử dụng tập lệnh ASM51 để soạn thảo Chương trình nguồn được soạn thảo trên máy tính (bằng phần mềm soạn thảo văn bản), sau đó dùng trình biên dịch ASM51.EXE để hợp dịch thành một tập tin đối tượng (object file) và một tập tin liệt kê (listing file) Chương trình chứa trong tập tin đối tượng này cũng không thể được thực thi bởi chip vi điều khiển, để có chương trình có thể thực thi được bởi chip vi điều khiển ta cần phải có một trình biên dịch từ tập tin đối tượng sang mã máy Có thể dùng trình dịch OH.EXE để biên dịch tập tin đối tượng thành tập tin mã hex

Chương trình ở dạng mã máy này được nạp vào bộ nhớ Flash của vi điều khiển bằng kit nạp vi điều khiển

3.5.2 Giao tiếp giữa Vi điều khiển với Relay và phím nhấn

Mục tiêu thiết kế

Viết 2 chương trình Chương trình thứ nhất, gọi là Swicht, thực hiện việc đọc trạng thái của phím nhấn SW và hiển thị trạng thái của phím ra Led được kết nối bởi Relay, nếu phím được nhấn thì led sáng và ngược lại Chương trình thứ hai, gọi là Flipflop, thực hiện việc đổi trạng thái của led mỗi khi phím SW được nhấn rồi nhả

Kết nối phần cứng

Relay và phím nhấn được kết nối vơi Vi điều khiển như hình dưới Bit P3.1 của Vi điều khiển nối với điện trở R101, kích vào cực B của transistor Q100 để thúc relay K100; vì cuộn dây của relay cần dòng cung cấp khoảng 250mA nên transistor đệm Q100 được cần đến vì vi điều khiển không thể cung cấp dòng điện lớn như vậy Phím nhấn SW được kết nối tại bit P3.4 của

Vi điều khiển, vì đã có điện trở kéo lên bên trong Vi điều khiển nên điện trở kéo lên bên ngoài không cần đến; SW để hở thì bit P3.4 có mức logic [1], khi

SW được nhấn thì bit P3.4 có mức logic [0]