Thiết kế mạch báo cháy qua điện thoại

Giới thiệu chung Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó đặc biệt là kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò quan

ĐIỆN THOẠI 1

1.1 Giới thiệu chung 1

1.1.1 Các nhiệm vụ đặt ra 1

1.1.2 Phương pháp nghiên cứu 2

1.1.3 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu 2

1.2 Hệ thống báo cháy qua điện thoại 3

1.3 Tổng quan công nghệ GSM và ứng dụng tại Việt Nam 4

1.3.1 Giới thiệu về công nghệ GSM 4

1.3.2 Đặc điểm công nghệ GSM 5

1.3.3 Cấu trúc tổng quát mạng GSM 6

1.3.4 Các t hành phần của công nghệ mạng GSM 6

1.3.5 Sự phát tri ển của công nghệ GSM ở Vi ệt Nam 8

1.4 Modul Sim548C 9

1.4.1 Giới thiệu modul Sim548C 9

1.4.2 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân 11

1.4.3 Các chế độ hoạt động của modul Sim548C 15

1.4.4 Ứng dụng GSM của modul Sim548C 22

1.5 Vi điều khiển Atmega32-16AL 32

1.5.1 Tổng quát Atmega32-16AL 32

1 Các cổng vào ra (I/O) 34

1.6 Cảm biến dò chuyển động nhiệt hồng ngoại 38

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠCH BÁO TRỘM QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG 40

2.1 Mô hình hệ thống cơ khí 40

2.2 Mô hình hóa hệ mạch báo trộm qua điện thoại di động 41

2.3 Chức năng của từng khối 41

2.3.1 Khối cảm biến 41

2.3.2 Khối xử lý phần cứng 41

2.3.3 Khối giao tiếp GSM 42

2.3.4 Khối còi báo động 42

2.3.5 Khối nguồn 42

2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 42

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 44

3.1 Thiết kế phần cứng 44

3.1.1 Modul cảm biến dò chuyển động người 44

3.1.2 Khối vi điều khiển 45

45 3.1.3 Modul sim548C 46

3.1.4 Còi báo động 47

3.1.5 Khối nguồn 47

3.1.6 Sơ đồ mạch nguyên lý 49

3.1.7 Sơ đồ mạch in 50

3.2 Thiết kế và thi công phần mềm 51

3.2.1 Ý tưởng 51

3.2.2 Lưu đồ chương trình chính 52

3.2.3 Lưu đồ bật ứng dụng GSM cho modul Sim548C 53

3.2.4 Lưu đồ chương trình đợi tín hiệu OK 54

4.2 Nguyên nhân và biện pháp khắc phục 61

4.3 Hướng phát triển 62

65

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

Môc lôc i

danh môc h×nh vÏ iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

LỜI MỞ ĐẦU xiv

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG BÁO TRỘM QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI 1

1.1 Giới thiệu chung 1

1.1.1 Các nhiệm vụ đặt ra 1

1.1.2 Phương pháp nghiên cứu 2

1.1.3 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu 2

1.2 Hệ thống báo cháy qua điện thoại 3

Hình 1.1 Mô hình cảnh báo trộm qua điện thoại 4

1.3 Tổng quan công nghệ GSM và ứng dụng tại Việt Nam 4

1.3.1 Giới thiệu về công nghệ GSM 4

1.3.2 Đặc điểm công nghệ GSM 5

1.3.3 Cấu trúc tổng quát mạng GSM 6

Hình 1.2 cấu trúc của mạng GSM 6

1.3.4 Các t hành phần của công nghệ mạng GSM 6

Hình 1.3 Các thành phần mạng GSM 7

1.3.5 Sự phát tri ển của công nghệ GSM ở Vi ệt Nam 8

1.4 Modul Sim548C 9

1.4.1 Giới thiệu modul Sim548C 9

Hình 1.4 Sim 548C 10

Hình 1.5 Các thiết bị đi kèm modul SIM548C 11

1.4.2 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân 11

Hình 1.6 Thứ tự chân của modul Sim548C 12

Hình 1.7 Sơ đồ chân của Module Sim548C 12

Bảng 1.1.Tên các chân của modul Sim548C 13

Hình 1.10 Chuẩn giao tiếp nối tiếp của SIM548 19

Bảng 1.3 Trạng thái chân RI 19

4 Kết nối với SIM card 20

Hình 1.11 Kết nối SIM card 6 chân 20

Hình 1.12 Cấu tạo đế SIM card 6 chân 21

Bảng 1.4 Thứ tự chân SIM card 21

5 Trạng thái của chân STARTUS 21

Bảng 1.5 Trạng thái chân STATUS 21

Hình 1.13 Kết nối với chân NETLIGHT 22

1.4.4 Ứng dụng GSM của modul Sim548C 22

1 Giới thiệu về ứng dụng GSM 22

Hình 1.14 Mạng GSM 23

2 Sử dụng ứng dụng GSM cho dịch vụ gửi tin nhắn và cuộc gọi 23

Hình 1.15 Chuyển từ chế độ bình thường sang chế độ nghỉ (sleep mode) 23

Hình 1.16 Đưa module trở về trạng thái hoạt động 24

Hình1.17 Khởi tạo cấu hình mặc định cho module SIM548 25

Hình 1.18 Khởi tạo module SIM548 26

Hình 1.19 Nhận cuộc gọi 27

Hình 1.20 thực hiện cuộc gọi 28

Hình 1.21 Đọc tin nhắn từ 2 vùng nhớ 1 và 2 trên SIM 30

Hình 1.22 Gửi tin nhắn 31

1.5 Vi điều khiển Atmega32-16AL 32

1.5.1 Tổng quát Atmega32-16AL 32

Hình 1.24 Sơ đồ cấu trúc Atmega32 33

1.5.2 Các chức năng của Atmega32-16AL ứng dụng trong đề tài 34

1 Các cổng vào ra (I/O) 34

Hình 1.25 Sơ đồ cấu trúc bộ định thời 35

Hình 1.26 Sơ đồ đơn vị so sánh ngõ ra 35

Hình 1.27 Sơ đồ khối bộ USART 36

Hình 1.28 Sơ đồ bộ biến đổi A/D 37

1.6 Cảm biến dò chuyển động nhiệt hồng ngoại 38

Hình 1.29 Cảm biến PIR và kính fresnel 38

Hình1.30 Bộ cảm biến dò các vật nóng chuyển động 39

Hình 1.31 Nguyên lý phát hiện chuyển động ngang của các nguồn thân nhiệt 39

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠCH BÁO TRỘM QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG 40

2.1 Mô hình hệ thống cơ khí 40

Hình 2.1 Mô hình hệ thống cơ khí 40

2.2 Mô hình hóa hệ mạch báo trộm qua điện thoại di động 41

Hình 2.2 Sơ đồ khối 41

2.3 Chức năng của từng khối 41

2.3.1 Khối cảm biến 41

2.3.2 Khối xử lý phần cứng 41

2.3.3 Khối giao tiếp GSM 42

2.3.4 Khối còi báo động 42

2.3.5 Khối nguồn 42

2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 42

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 44

3.1 Thiết kế phần cứng 44

3.1.1 Modul cảm biến dò chuyển động người 44

Hình 3.1 Modul PIR 44

Hình 3.2 Mạch nguyên lý modul PIR 44

Hình 3.6 Còi báo 47

3.1.5 Khối nguồn 47

Hình 3.7 Sơ đồ khối nguồn cho sim548C và vi điều khiển 47

Hình 3.8 Sơ đồ nguồn dung LM1117 48

3.1.6 Sơ đồ mạch nguyên lý 49

Hình 3.9 Mạch nguyên lý 50

3.1.7 Sơ đồ mạch in 50

50

Hình 3.10 Mạch in 50

Hình 3.11 Bố trí linh kiện mạch in 51

Hình 3.12 Mạch thực 51

3.2 Thiết kế và thi công phần mềm 51

3.2.1 Ý tưởng 51

3.2.2 Lưu đồ chương trình chính 52

Hình 3.13 Lưu đồ chương trình chính 52

3.2.3 Lưu đồ bật ứng dụng GSM cho modul Sim548C 53

Hình 3.14 Lưu đồ bật ứng dụng GSM modul Sim548C 53

3.2.4 Lưu đồ chương trình đợi tín hiệu OK 54

Hình 3.15 Lưu đồ chương trình con đợi tín hiệu OK 54

3.2.5 Lưu đồ chương trình đợi tín hiệu báo gửi tin nhắn 55

Hình 3.16 Lưu đồ chương trình con đợi tín hiệu gửi tin nhắn 55

3.2.6 Lưu đồ chương trình gửi lệnh lên modul Sim548C 56

Hình 3.17 Lưu đồ chương trình gửi lệnh lên modul Sim548C 56

Hình 3.18 Lưu đồ chương trình con thực hiện cuộc gọi báo trộm 57

3.2.8 Lưu đồ chương trình gửi tin nhắn 58

Hình 3.19 Chương trình con gửi tin nhắn báo trộm 58

3.2.9 Lưu đồ chương trình cấu hình cho modul Sim548C 59

Hình 3.20 Chương trình con cài đặt cấu hình modul Sim548C 59

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ ,ĐÁNH GIÁ 61

4.1 Kết quả thực hiện 61

4.2 Nguyên nhân và biện pháp khắc phục 61

4.3 Hướng phát triển 62

65

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

ĐIỆN THOẠI 1

1.1 Giới thiệu chung 1

1.1.1 Các nhiệm vụ đặt ra 1

1.1.2 Phương pháp nghiên cứu 2

1.1.3 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu 2

1.2 Hệ thống báo cháy qua điện thoại 3

Hình 1.1 Mô hình cảnh báo trộm qua điện thoại 4

1.3 Tổng quan công nghệ GSM và ứng dụng tại Việt Nam 4

1.3.1 Giới thiệu về công nghệ GSM 4

1.3.2 Đặc điểm công nghệ GSM 5

1.3.3 Cấu trúc tổng quát mạng GSM 6

Hình 1.2 cấu trúc của mạng GSM 6

1.3.4 Các t hành phần của công nghệ mạng GSM 6

Hình 1.3 Các thành phần mạng GSM 7

1.3.5 Sự phát tri ển của công nghệ GSM ở Vi ệt Nam 8

1.4 Modul Sim548C 9

1.4.1 Giới thiệu modul Sim548C 9

Hình 1.4 Sim 548C 10

Hình 1.5 Các thiết bị đi kèm modul SIM548C 11

1.4.2 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân 11

Hình 1.6 Thứ tự chân của modul Sim548C 12

Hình 1.7 Sơ đồ chân của Module Sim548C 12

Bảng 1.1.Tên các chân của modul Sim548C 13

1.4.3 Các chế độ hoạt động của modul Sim548C 15

1 Bật ứng dụng GSM của modul Sim548C 15

Hình 1.8 Dùng chân PWMRKEY để bật ứng dụng GSM 16

2 Tắt ứng dụng GSM của modul Sim548C 17

Hình 1.9 Dùng chân PWRKEY để tắt ứng dụng GSM 18

3 Truyền thông nối tiếp 19

Hình 1.10 Chuẩn giao tiếp nối tiếp của SIM548 19

Bảng 1.3 Trạng thái chân RI 19

4 Kết nối với SIM card 20

Hình 1.11 Kết nối SIM card 6 chân 20

Hình 1.12 Cấu tạo đế SIM card 6 chân 21

Bảng 1.4 Thứ tự chân SIM card 21

5 Trạng thái của chân STARTUS 21

Bảng 1.5 Trạng thái chân STATUS 21

Hình 1.13 Kết nối với chân NETLIGHT 22

1.4.4 Ứng dụng GSM của modul Sim548C 22

1 Giới thiệu về ứng dụng GSM 22

Hình 1.14 Mạng GSM 23

2 Sử dụng ứng dụng GSM cho dịch vụ gửi tin nhắn và cuộc gọi 23

Hình 1.15 Chuyển từ chế độ bình thường sang chế độ nghỉ (sleep mode) 23

Hình 1.16 Đưa module trở về trạng thái hoạt động 24

Hình1.17 Khởi tạo cấu hình mặc định cho module SIM548 25

Hình 1.18 Khởi tạo module SIM548 26

Hình 1.19 Nhận cuộc gọi 27

Hình 1.20 thực hiện cuộc gọi 28

Hình 1.21 Đọc tin nhắn từ 2 vùng nhớ 1 và 2 trên SIM 30

Hình 1.22 Gửi tin nhắn 31

1.5 Vi điều khiển Atmega32-16AL 32

1.5.1 Tổng quát Atmega32-16AL 32

Hình 1.28 Sơ đồ bộ biến đổi A/D 37

1.6 Cảm biến dò chuyển động nhiệt hồng ngoại 38

Hình 1.29 Cảm biến PIR và kính fresnel 38

Hình1.30 Bộ cảm biến dò các vật nóng chuyển động 39

Hình 1.31 Nguyên lý phát hiện chuyển động ngang của các nguồn thân nhiệt 39

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠCH BÁO TRỘM QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG 40

2.1 Mô hình hệ thống cơ khí 40

Hình 2.1 Mô hình hệ thống cơ khí 40

2.2 Mô hình hóa hệ mạch báo trộm qua điện thoại di động 41

Hình 2.2 Sơ đồ khối 41

2.3 Chức năng của từng khối 41

2.3.1 Khối cảm biến 41

2.3.2 Khối xử lý phần cứng 41

2.3.3 Khối giao tiếp GSM 42

2.3.4 Khối còi báo động 42

2.3.5 Khối nguồn 42

2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 42

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 44

3.1 Thiết kế phần cứng 44

3.1.1 Modul cảm biến dò chuyển động người 44

Hình 3.1 Modul PIR 44

Hình 3.2 Mạch nguyên lý modul PIR 44

3.1.2 Khối vi điều khiển 45

45 Hình 3.4 Sơ đồ kết nối chân ATMEGA32 45

3.1.3 Modul sim548C 46

Hình 3.5 Sơ đồ Module Sim548C 46

3.1.4 Còi báo động 47

Hình 3.6 Còi báo 47

3.1.5 Khối nguồn 47

Hình 3.7 Sơ đồ khối nguồn cho sim548C và vi điều khiển 47

Hình 3.8 Sơ đồ nguồn dung LM1117 48

3.1.6 Sơ đồ mạch nguyên lý 49

Hình 3.9 Mạch nguyên lý 50

3.1.7 Sơ đồ mạch in 50

50

Hình 3.10 Mạch in 50

Hình 3.11 Bố trí linh kiện mạch in 51

Hình 3.12 Mạch thực 51

3.2 Thiết kế và thi công phần mềm 51

3.2.1 Ý tưởng 51

3.2.2 Lưu đồ chương trình chính 52

Hình 3.13 Lưu đồ chương trình chính 52

3.2.3 Lưu đồ bật ứng dụng GSM cho modul Sim548C 53

Hình 3.14 Lưu đồ bật ứng dụng GSM modul Sim548C 53

3.2.4 Lưu đồ chương trình đợi tín hiệu OK 54

Hình 3.15 Lưu đồ chương trình con đợi tín hiệu OK 54

3.2.5 Lưu đồ chương trình đợi tín hiệu báo gửi tin nhắn 55

Hình 3.16 Lưu đồ chương trình con đợi tín hiệu gửi tin nhắn 55

3.2.6 Lưu đồ chương trình gửi lệnh lên modul Sim548C 56

Hình 3.17 Lưu đồ chương trình gửi lệnh lên modul Sim548C 56

4.1 Kết quả thực hiện 61

4.2 Nguyên nhân và biện pháp khắc phục 61

4.3 Hướng phát triển 62

65

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

Hiện nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ nước nhà và trên toàn thế giới Cùng với hoài bão lớn lao của con người, luôn muốn được làm chủ và điều khiển mọi thứ, mọi lúc và ở nhiều nơi khác nhau và không giới hạn Con người đã phát triển nhiều phương thức điều khiển, và làm chủ các thiết bị nhằm phục vụ cho lợi ích của mình Làm chủ và nghiên cứu những phương pháp điều khiển thiết bị mới luôn là ưu tiên hàng đầu trong lĩnh vực công nghiệp và tự động hóa Tự động báo cháy thực chất cũng là một dạng của điều khiển thiết bị tự động Lúc đầu, ý tưởng được thực hiện cảnh báo tại chỗ, nhưng khoảng cách bị hạn chế Về sau, nhiều nghiên cứu nhằm cải tiến khoảng cách cảnh báo mang lại nhiều thành công và có ý nghĩa thực tiễn như

c ả n h b á o thông qua đường dây điện thoại Khi công nghệ wireless phát triển, người ta lại nghĩ đến cảnh báo qua mạng không dây, báo trộm bằng điện thoại di động ra đời

Ngành viễn thông đang đóng vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế của mỗi quốc gia, nó giúp con người tiến gần hơn với nền khoa học kỹ thuật đang phát triển như vũ bão của nhân loại hiện nay Hệ thống truyền thông đã không ngừng phát triển từ cố định sang di động Con người có thể liên lạc với nhau dù ở bất cứ nơi đâu Không dừng lại ở đó, khi mà các mạng điện thoại đang cạnh tranh gay gắt, chiếc điện thoại trở nên vật dùng không thể thiếu của mỗi cá nhân, người ta lại nghĩ

về một chiếc điện thoại tích hợp khả năng điều khiển từ xa

Dựa vào đặc tính truyền tin xa và vận dụng đặt tính này, em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình tự động báo cháy qua mạng điện thoại”, nhằm cải tiến khoảng cách báo cháy trong công nghệ ngôi nhà thông minh hiện nay Đề tài tuy còn đơn giản, còn khá mới mẻ và tài liệu chia sẻ chưa hẳn

đã phong phú Tuy nhiên với kiến thức tích lũy được từ quá trình giảng dạy tận tình của thầy cô trong bộ môn, sự chỉ đạo của giáo viên hướng dẫn và tinh thần làm việc hăng say của bản thân, em sẽ hoàn thành tốt đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn cô Thạc Sĩ : Hoàng Thị Phương và các thầy cô trong

bộ môn điện, cũng như các thầy cô trong khoa điện đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG BÁO

TRỘM QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI 1.1 Giới thiệu chung

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó đặc biệt là kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp, cung cấp thông tin Do đó, là một sinh viên chuyên ngành Điện chúng

ta phải biết nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào

sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử, truyền thông nói riêng Bên cạnh đó còn là sự thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nước nhà

Như chúng ta đã biết, cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật thì các thiết bị cảnh báo chống trộm cũng phát triển, với độ tin cậy cao và không giới hạn về khoảng cách Có rất nhiều phương pháp báo trộm như: báo trộm tại chỗ, báo trộm qua mạng điện thoại, báo trộm qua mạng internet Các phương pháp ngày càng được cải tiến sao cho khả năng bảo mật tốt, độ tin cậy cao và giá thành hợp lý

Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống, cộng với sự hợp tác, phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên em đã chọn đề tài

“Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống tự động báo trộm qua mạng điên thoại”, 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

1.1.1 Các nhiệm vụ đặt ra

Các hệ thống cảnh báo trộm dạng này đều được phát triển bởi các công ty có tiềm năng và đã đi sâu vào nghiên cứu vấn đề khá hoàn chỉnh tuy nhiên ứng dụng thực tế chưa nhiều và tất cả chỉ dừng lại ở mục đích concept hay còn gọi là mô phỏng cho tương lai

Với phạm vi một đề tài tốt nghiệp thì việc thiết kế chế tạo mô hình của em còn gặp khá nhiều vấn đề cần giải quyết:

Hệ thống cảnh báo trộm bằng điện thoại đã được phát triển ở nhiều nước trên thế giới và ở Việt Nam cũng đã phát triển nhiều dạng kit thí nghiệm, nên trong quá trình làm đồ án, em đã vận dụng những yếu tố sẵn có để phát triển như sau:

− Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí về điện tử, viễn thông, truy cập từ mạng internet, các đồ án của khóa trước

− Phương pháp quan sát: khảo sát một số mạch điện từ mạng internet, khảo sát các điện thoại di động để c họn lựa phương án thiết kế sau này

− Phương pháp thực nghiệm: từ những ý tưởng và kiến thức của em, kết hợp sự hướng dẫn của giáo viên, em đã lắp ráp thử nghiệm nhiều dạng mạch khác nhau để từ đó chọn lọc những mạch điện tối ưu

− Sử dụng kiến thức đã học nhằm tối ưu hóa thiết kế hệ thống cơ điện tử:

• Thiết kế tuần tự và đồng thời

• Mô hình hóa và mô phỏng tối ưu trước khi gia công sản phẩm hoàn thiện

1.1.3 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu

Hệ thống điều cảnh báo trộm đã phát triển cảnh báo trong một phạm vi rộng lớn và sự đa dạng các thiết bị điều khiển tuy nhiên với giới hạn nhiều về thời gian,

và sự hiểu biết em đã phát triển hệ thống tự động báo trộm bằng điện thoại di động như sau:

− Đề tài chỉ nghiên cứu về ứng dụng cơ bản của điện thoại là tính năng thực hiện cuộc gọi, nhận cuộc gọi và gửi tin nhắn

− Đề tài chưa nghiên cứu về một số tính năng cao cấp hơn như tính năng GPS, tính năng wifi và ứng dụng mạnh khác

− Hệ thống cảnh báo sử dụng vi điều khiển 8 bit nhưng vẫn bị giới hạn về mục đích và đối tượng điều khiển.

1.2 Hệ thống báo cháy qua điện thoại

Hệ thống điều khiển bằng điện thoại hoạt động trên mạng GSM 900 phủ sóng toàn lãnh thổ Việt Nam, chỉ cần 1 thiết bị di động hoạt động trên mạng này là có thể trở thành một thiết bị điều khiển tối ưu Chúng ta có thể điều khiển thiết bị bất cứ lúc nào và bất cứ nơi đâu và chúng ta cần có sim sử dụng các dịch vụ mạng của các nhà cung cấp mạng viễn thông tại Việt Nam như Viettel, vinaphone , mobiphone …

Tại sao xu hướng thế giới lại đi vào khai thác lĩnh vực viễn thông cho mục đích điều khiển từ xa này mà không phải là cách khác ? Qua nghiên cứu cho thấy: “Ngày 1/7/1991, cuộc gọi di động công nghệ GSM đầu tiên trên thế giới

đã được thực hiện dựa trên hệ thống GSM do Ericsson cung cấp và được vận hành bởi nhà khai thác mạng Mannesman tại Đức Mười lăm năm sau, chính xác là ngày 16/6 /2006, công nghệ di động GSM đã vượt qua con số 2 tỉ thuê bao Số lượng khách hàng sử dụng mạng GSM gấp đôi người dùng Internet trên toàn thế giới Số người sử dụng mạng GSM tiếp tục tăng mạnh với tốc độ 1000 người/ phút, tương đương với gần 18 thuê bao/giây, 1,3 triệu thuê bao mới mỗi ngày”

Mỗi cá nhân đều trang bị cho mình một thiết bị di đông như một nhu cầu thiết yếu chúng ta hoàn toàn có thể tin rằng hệ thống điều khiển bằng điện thoại có thể phát triển tới tầm vĩ mô trong tương lai

Ở Việt Nam khi GSM đã trở thành công nghệ mà hơn 95% dân số chọn

dùng, dịch vụ về GSM cũng tăng lên rất mạnh Điều này là một lợi thế cho việc

nghiên cứu và phát triển các ứng dụng trong điều khiển tự động hóa Kỹ thuật GSM có khả năng truyền tin với phạm vi rất rộng lớn và đảm bảo độ tin cậy cao Chính vì vậy người dùng có thể dùng điện thoại di động để điều khiển thiết bị từ xa mang lại hiệu quả cao Người dùng chỉ cần sử dụng điện thoại di động của mình (bất cứ loại hoặc thương hiệu) để theo dõi và kiểm soát những ứng dụng trong công nghiệp và nông nghiệp như:

− Máy móc nhà xưởng

Hình 1.1 Mô hình cảnh báo trộm qua điện thoại

Công nghệ luôn luôn phát triển và con người luôn có những phương pháp điều khiển độc đáo, mới đây nhất là mô hình xe ô tô không người lái do Goolgle phát triển hay các mẫu xe của Continetal (một hãng sản xuất lốp xe) cho tới ứng dụng quân sự cao cấp của các nước phát triển là các thế hệ máy bay không người lái X47 UAB và Phantom Ray …

Ở chương này em sẽ giới thiệu lý thuyết chung và các nguyên lý thực hiện thiết kế hệ thống báo trộm bằng điện thoại

1.3 Tổng quan công nghệ GSM và ứng dụng tại Việt Nam

1.3.1 Giới thiệu về công nghệ GSM

GSM (Global System for Mobile communication) là hệ thống thông tin di động số toàn cầu, là công nghệ không dây thuộc thế hệ 2G (second gener ation)

có cấu trúc mạng tế bào, cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệu chất lượng cao với các băng tần khác nhau: 400Mhz, 900Mhz, 1800Mhz và 1900Mhz, được tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) quy đ ịnh.

GSM là một hệ thống có cấu trúc mở nên hoàn toàn không phụ thuộc vào phần cứng, người t a có thể mua t hiết bị t ừ nhiều hãng khác nhau

Do nó hầu như có mặt khắp mọi nơi trên thế giới nên khi các nhà cung cấp dịch vụ thực hiện việc ký kết roaming với nhau nhờ đó mà thuê bao GSM có thể dễ dàng sử dụng máy điện thoại GSM của mình bất cứ nơi đâu

Mặt thuận lợi to lớn của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh với chất lượng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ tiền hơn đó là tin nhắn SMS Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ thì công nghệ GSM được xây dựng trên cơ sở hệ thống mở nên nó dễ dàng kết nối các thiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp thiết bị khác nhau

Nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra tính năng roaming cho thuê bao của mình với các mạng khác trên toàn thế giới Và công nghệ GSM cũng phát triển thêm các tính năng truyền dữ liệu như GPRS và sau này truyền với tốc độ cao hơn sử dụng EDGE

GSM hiện chiếm 85% thị trường di động với 2,5 tỷ thuê bao tại 218 quốc gia và vùng lãnh thổ Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể roaming với nhau do đó những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiề u nơi trên t hế giới

− Công suất phát của máy điện thoại được giới hạn tối đa là 2 watts đối với băng tần GSM 850/900Mhz và tối đa là 1 watts đối với băng tần GSM 1800/1900Mhz.

− Mạng GSM sử dụng 2 kiểu mã hoá âm thanh để nén tín hiệu âm thanh 3,1 khz đó là mã hoá 6 và 13kbps gọi là Full rate (13kbps) và haft rate (6kbps)

1.3.3 Cấu trúc tổng quát mạng GSM

Hình 1.2 cấu trúc của mạng GSM

Hệ thống GSM được chia thành nhiều hệ t hống con như sau:

− Phân hệ chuyể n mạc h NSS (Net wor k Switchi ng Subsystem)

− Phân hệ trạm gốc BSS ( Base Station Subsystem)

− Phân hệ bảo dưỡ ng và khai thác OSS ( Operation Subsystem)

− Tr ạm di động MS (Mobile Station)

1.3.4 Các t hành phần của công nghệ mạng GSM

Để hiểu rõ mạng GSM, theo thứ tự phải tìm hiểu các phần sau:

− Các thành phần trong mạng GSM

− Base station subsystem (BSS)

− Networks Switch Subsystem (NSS)

− Mobile station(MS)

Là cái điện thoại di động quen thuộc không thể thiếu của chúng ta, tất nhiên

có gắn thêm cả sim nữa Mỗi cái điện thoại di động sẽ có một số IMEI duy nhất giúp các nhà mạng dễ quản lý các thuê bao của mình hơn Ví dụ một cái điện thoại ăn cắp

sẽ không sử dụng được, hay hạn chế một số tính năng của một số điện thoại mà nhà mạng bán kèm theo gói cam kết Hiện tại thì số IMEI này chưa được các nhà mạng

VN mình sử dụng

Sim = IMSI + Ki + MSISDN

+ Base station subsystem (BSS)

Phân hệ này chia làm 2 node chính là: BTS (Base Transceiver Station) và BSC (Base Station Controllers) Thường sẽ có thêm một thành phần nữa là TRAU làm nhiệm vụ chuyển đổi tốc độ từ 13Kb/s thành 64Kb/s TRAU có thể nằm ở BTS hoặc BSC tùy vào truyền dẫn từ BTS -> BSC -> MSC là quang hay điện

Mục đích của BTS là cung cấp và quản lý tài nguyên (tần số) cho MS Mỗi một BTS sẽ có một tần số nhất định được quản lý bởi BSC Hai BTS gần nhau sẽ có tần số khác nhau (chống nhiễu) Mỗi tần số đó lại được chia thành 8 khe thời gian Mỗi khe được cấp cho MS để truyền tín hiệu thoại + data (GPRS)

Nhiệm vụ của BSC:

• Ấn định kênh tần số cho cuộc gọi

• Duy trì cuộc gọi

• Giám sát chất lượng cuộc gọi

• Điều khiển công suất giữa BTS và MS

• Tiến hành chuyển giao giữa các cell khi co yêu cầu

1.3.5 Sự phát tri ển của công nghệ GSM ở Vi ệt Nam

Công nghệ GSM đã vào Việt Nam từ năm 1993 Hiện nay, ba nhà cung cấp

di động công nghệ GSM lớn nhất của Việt Nam là VinaPhone, Mobi Fone và Viettel Mobile, cũng là những nhà cung cấp chiếm thị phần nhiều nhất trên thị trường với số lượng thuê bao mới t ăng chóng mặt trong t hời gian vừa qua

Hiện nay có đến hơn 85% người dùng hiện nay đang là khách hàng của các nhà cung cấp dịc h vụ theo công nghệ GSM

Cho tới thời điểm này, thị trường thông tin di động của Việt Nam đã có khoảng 117 triệu thuê bao di động.Khi mà ba “đại gia” di động của Việt Nam là

VinaPhone, Mobi Fone và Viettel đều tăng trưởng rất nóng với số lượng t huê bao mỗi ngày phát triển được lên tới hàng trăm ngàn thuê bao.

Mỗi cá nhân đều trang bị cho mình một thiết bị di động như một nhu cầu thiết yếu chúng ta hoàn toàn có thể tin rằng hệ thống điều khiển bằng tin nhắn SMS có thể phát triển tới tầm vĩ mô trong tương lai

1.4 Modul Sim548C

1.4.1 Giới thiệu modul Sim548C

Các modem được sử dụng từ những ngày đầu của sự ra đời máy tính Từ Modem là một từ được hình thành từ hai từ modulator và demodulator Và định nghĩa đặc trưng này cũng giúp ta hình dung được phần nào là thiết bị này sẽ làm cái

gì Dữ liệu số thì đến từ một DTE (Data Terminal Equipment), thiết bị dữ liệu đầu

cuối được điều chế theo cái cách mà nó có thể được truyền dữ liệu qua các đường dây truyền dẫn Ở một mặt khác của đường dây, một modem khác thứ hai điều chế

dữ liệu đến và xúc tiến, duy trì nó

Các modem ngày xưa chỉ tương thích cho việc gữi nhận dữ liệu Để thiết lập một kết nối thì một thiết bị thứ hai như một dialer thì được cần đến Đôi khi kết nối cũng được thiết lập bằng tay bằng cách quay số điện thoại tương ứng và một khi modem được bật thì kết nối coi như được thực thi

Một modem GSM là một modem wireless (không dây), nó làm việc cùng với một mạng wireless GSM Một modem wireless thì cũng hoạt động giống như một modem quay số Điểm khác nhau chính ở đây là modem quay số thì truyền và nhận

dữ liệu thông qua một đường dây điện thoại cố định trong khi đó một modem wireless thì việc gửi nhận dữ liệu thông qua sóng

Giống như một điện thoại di động GSM, một modem GSM yêu cầu 1 thẻ sim với một mạng wireless để hoạt động

Hình 1.4 Sim 548C

Modul SIM548C có thể hoạt động với các tần số sau GSM 850MHz, 900MHz, DCS 1800MHz và PCS 1900MHz và cũng hỗ trợ GPS định vị bằng vệ tinh Với kích thước nhỏ 55mm x 34mm x 3.0mm, modul này có thể sử dụng cho các ứng dụng như Smart phone, PDA phone, thiết bị định vị GPS cầm tay hay điện thoại Chúng ta có thể giao tiếp với modul thông qua chuẩn đế 60 chân dành riêng cho mudul SIM548C, thông qua đế chuẩn 60 chân này chúng ta có thể sử dụng modul với các mục đích:

• Bàn phím, bảng nhấn hay SPI LCD

• Một port giao tiếp nối tiếp nối tiếp dành cho GSM và hai port nối tiếp dành cho GPS giúp cho việc thiết kế và phát triển ứng dụng một cách dễ dàng hơn thông qua việc giao tiếp bằng tập lệnh AT

Bộ sạc pin:

• Các ngõ vào ra dành cho chức năng nghe gọi và xử lý âm thanh

• Các ngõ vào của bộ chuyển đổi AD

Để sử dụng modul SIM548C cần các phụ kiện đi kèm:

Hình 1.5 Các thiết bị đi kèm modul SIM548C

• E: Cáp giao tiếp nối tiếp

1.4.2 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân

Để sử dụng và giao tiếp với modul SIM548C phải thông qua chuẩn đế cắm

60 chân Bao gồm các ứng dụng GSM

• Nguồn cung cấp và nguồn sạc pin

• Hai ngõ vào giao tiếp theo chuẩn nối tiếp

• Hai ngõ vào analog

• Ngõ vào ra dành cho Sim Cad

Hình 1.6 Thứ tự chân của modul Sim548C

Hình 1.7 Sơ đồ chân của Module Sim548C

Bảng 1.1.Tên các chân của modul Sim548C

Chức năng chân Module Sim548C

Bảng1.2 Chi tiết các chân của module SIM548

Tên I/O Mô tả Đặc tính điện

VBAT Có năm chân VBAT dùng để

cung cấp nguồn hoạt động cho

module

Vmax= 4.5VVmin=3.4VVnorm=4.0VBACKUP I/O Ngõ vào nguồn cho bộ thời

gian thực của module khi không có nguồn chính Và cung cấp một dòng ra dành cho nguồn dự trữ khi có nguồn chính,để tiết kiểm năng lượng của nguồn dự trữ

Vmax=2.0VVmin=1.2VVnorm=1.8VInorm= 20uA

VCHG_IN ` Nguồn cung cấp cho bộ sạc pin

của module Đồng thời giúp cho module nhận ra bộ sạc

Vmax=5.25VVmin=1.1 *VBATVnorm=5.1VGND Chân nối đất dành cho các ứng

BUZZER O Ngõ ra dành cho còi báo.

AGND Chân nối đất dành cho các ứng

dụng tương tự

DISP_D0 I/O Ngõ vào ra để kiểm tra đường

truyền dữ liệu VILmax=0.9VILmin=0V

VIHmin=2.0VIHmax= 3.2VOLmin=GNDVOLmax=0.2VVOHmin=2.7VOHmax=2.9

DISP_CLK O Ngõ ra kiểm tra xung Clock

DISP_A0 O Ngõ ra kiểm tra dữ liệu và địa

Các ngõ vào ra với mục đích chung

NETLIGHT O Ngõ ra cho biết trạng thái hoạt

động của module GSM VILmax=0.9VILmin=0V

VIHmin=2.0VIHmax= 3.2VOLmin=GNDVOLmax=0.2VVOHmin=2.7VOHmax=2.9

STATUS O Ngõ ra cho biết các trạng thái

hoạt động của các ứng dụng khác có trong module

Tên I/O Mô tả Đặc tính điện

mềm

SIM_DATA I/O Chân truyền nhận dữ liệu với

SIM

SIM_CLOCK O Xung nhịp cho SIM

SIM_PRESENCE I Chân để nhận biết có Sim card

SIM_RESET O Chân để reset SIM

Ứng dụng ADCAUXADC1 I Ngõ và dành cho mục đích

chuyển đổi từ dạng tương tự

1.4.3 Các chế độ hoạt động của modul Sim548C

1 Bật ứng dụng GSM của modul Sim548C

Hình 1.8 Dùng chân PWMRKEY để bật ứng dụng GSM

Khi việc bật ứng dụng GSM hoàn tất Module sẽ gửi trả lại thông báo ứng dụng đã sẵn sàng hoạt động “RDY” Và chân STATUS sẽ được kéo lên mức cao và giữ ở mức này khi ứng dụng GSM hoạt động

• Sử dụng chân CHG_IN để bật ứng dụng GSM

Đây là chân dành cho bộ sạc pin của module SIM548 Nếu bộ sạc được nối với chân CHG_IN của module khi đang trong chế độ POWER DOWM, thì nó sẽ chuyển sang chế độ GHOST (chỉ sạc pin) Trong chế độ này module không kết nối mạng và chỉ cho phép một vài lệnh AT làm việc Khi sử dụng chân CHG_IN để bật ứng dụng GSM, module sẽ gửi thông báo:

From GHOST MODE to NORMAL MODE

• Sử dụng bộ thời gian thực RTC để bật ứng dụng GSM (chế độ báo động)

Ở chế độ báo động, cho phép ứng dụng GSM hoạt động bằng việc sử dụng bộ thời gian thực RTC Bộ thời gian thực sẽ đánh thức GSM của module SIM548 khi

ứng dụng này ngừng hoạt động Trong chế độ này module sẽ không kết nối mạng GSM và các tập lệnh dành cho SIM card sẽ không thực hiện được.

Có thể sử dụng lệnh AT+CALARM để cài đặt thời gian báo động Bộ thời gian thực sẽ giữ module trong thời gian báo động nếu ứng dụng GSM được tắt bằng lệnh ““AT+CPOWD=1” hay chân PWRKEY Module sẽ chuyển sang chế độ báo động Lúc này module sẽ gừi thông báo:

RDY

ALARM MODE

Chế độ báo động sẽ hoạt động trong một thời gian tối đa 90s, lúc này module

sẽ tự đông ngưng hoạt động Tuy nhiên, trong suốt thời gian báo động, nếu lệnh AT+CFUN=1 được gửi đến, việc module tự động tắt sẽ không xảy ra Cũng trong chế độ này, việc kéo chân PWRKEY xuống mức thấp trong một khoảng thời gian ngắn sẽ làm ứng dụng GSM ngưng hoạt động ngay lập tức

2 Tắt ứng dụng GSM của modul Sim548C

Các cách được sử dụng để tắt ứng dụng GSM của module SIM548:

NORMAL POWER DOWN

Lúc này, tất cả lệnh AT sẽ không có hiệu lực Module chuyển sang chế đô POWER DOWN và chỉ còn bộ thời gian thực RTC hoạt động Quá trình này cũng có thể được nhận biết thông qua chân STATUS, chân này sẽ bị tự động xuống mức thấp trong chế độ này

NORMAL POWER DOWN

Lúc này, tất cả lệnh AT sẽ không có hiệu lực Module chuyển sang chế đô POWER DOWN và chỉ còn bộ thời gian thực RTC hoạt động Quá trình này cũng có thể được nhận biết thông qua chân STATUS, chân này sẽ bị tự động xuống mức thấp trong chế độ này

• Ứng dụng sẽ tự động tắt khi nguồn cung cấp yếu

Phần mềm sẽ thường xuyên kiểm tra điện áp nguồn cung cấp trên chân VBAT, nếu mức điện áp nhỏ hơn 3.5V, module sẽ gửi thông báo:

POWER LOW WARNNING

Nếu mức điện xuống dưới 3.4V, module sẽ gửi thông báo:

POWER LOW DOWN

Lúc này module sẽ tự động về chế độ POWER DOWN, chỉ còn bộ thời gian thực hoạt động Chân STATUS cũng sẽ về mức thấp

• Ứng dụng GSM sẽ tự động tắt nếu quá nhiệt

Phần mềm sẽ luôn kiểm tra nhiệt độ của module Nếu nhiệt độ hiện tại của module lớn bằng hoặc lớn hớn 80oC module sẽ gửi thông báo:

Lúc này module sẽ tự động về chế độ POWER DOWN, chỉ còn bộ thời gian thực hoạt động Chân STATUS cũng sẽ về mức thấp.

Có thể kiểm tra nhiệt độ hiện tại của module bằng cách sử dụng lệnh

“AT+CMTE” khi module đang hoạt động

3 Truyền thông nối tiếp

Để giao tiếp và sử dụng ứng dụng GSM, module SIM548 cung cấp chuẩn giao tiếp nối tiếp

- Bảy đường liên kết trên một port giao tiếp

- Bao gồm đường truyền dữ liệu /RXD và /TXD, đường truyền trạng thái /RTS và /CTS, đường truyền điều khiển /DTR, /DCD và /RING

- Với chuẩn giao tiếp này có thể sử dụng cho CSD FAX, dịch vụ GPRS và gửi lệnh AT

Hình 1.10 Chuẩn giao tiếp nối tiếp của SIM548

- Tốc độ baud của giao tiếp nối tiếp: 300, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200,

Đang thực hiện cuộc gọi Mức thấp, sau đó:

(1) Chuyển về mức cao khi

khoảng 100mS khi nhận được tin nhắn, sau đó chuyển về lại mức cao.

4 Kết nối với SIM card

Có thể sử dụng lệnh AT để lấy thông tin từ SIM card

Module hỗ trở cả 2 loại SIM card 1.8V và 3.0V

Hình 1.11 Kết nối SIM card 6 chân

- Cấu tạo đế SIM card:

Hình 1.12 Cấu tạo đế SIM card 6 chân Bảng 1.4 Thứ tự chân SIM card

C1 VSIM Nguồn do module cung cấp Module

SIM548 sẽ tự động xác định loại SIM để cung cấp nguồn 33.0V±10% hay

1.8V±10% Dòng cung cấp là 10mA

C2 SIM_RESET Chân reset SIM card

C3 SIM_CLOCK Chân xung clock SIM card

C6 VPP Không cần kết nối

C7 SIM_DATA Chân truyền nhận dữ liệu

5 Trạng thái của chân STARTUS

Ta có thể biết được tình trạng của mạng GSM thông qua chân STATUS

Bảng 1.5 Trạng thái chân STATUS

Off Ứng dụng GSM của SIM548 không hoạt động.64ms On/ 800ms Off Ứng dụng GSM không tìm thấy mạng

Hình 1.13 Kết nối với chân NETLIGHT

1.4.4 Ứng dụng GSM của modul Sim548C

1 Giới thiệu về ứng dụng GSM

GSM (Global System for Mobile Communication) là hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM là chuẩn giao tiếp phổ biến nhất cho điện thoại di động nhờ khả năng phủ sóng rộng khắp thế giới GSM khác với các chuẩn giao tiếp trước đó về chất lượng tín hiệu, tốc độ và tiện ích tin nhắn Nó được xem là một hệ thống di động thứ hai (second generation, 2G) GSM là một chuẩn mở, hiện tại nó được phát triển bởi 3rd Generation Partnership Project (3GPP)

Hình 1.14 Mạng GSM

2 Sử dụng ứng dụng GSM cho dịch vụ gửi tin nhắn và cuộc gọi

Sử dụng tập lệnh AT dành cho GSM của module SIM548 trong các thao tác dùng cho dịch vụ SMS (Short Message Service) và cuộc gọi, bao gồm:

<LF> : Line Feed (0x0A)

MT : Mobile Terminal Thiết bị đầu cuối mạng (trong trường hợp này là module SIM548)

TE : Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối (máy tinh, hệ vi điều khiển)

(3) Chuyển trạng thái chân DTR từ mức 0 sang mức 1

Module hoạt động ở chế độ sleep mode

Hình 1.16 Đưa module trở về trạng thái hoạt động

(1) Đưa chân DRT chuyển từ mức 1 xuống mức 0

Module thoát khỏi chế độ sleep

(2) AT+CFUN=1<CR>

Đưa module trở về chế độ hoạt động bình thường

(3) MT trả về chuỗi <CR><LF>OK<CR><LF>

(4) Module gửi tiếp chuỗi thông báo <CR><LF>Call Ready<CR><LF>

Thời gian kể từ lúc nhận lệnh AT+CFUN=1<CR> đến lúc module gửi về thông báo trên khoảng 10 giây

- Khởi tạo cấu hình mặc định cho modem

Hình1.17 Khởi tạo cấu hình mặc định cho module SIM548