Điều tôi thấy thích nhất và cũng là một trong những giải pháp hiện nay rất được ưa chuộng là điều khiển các thiết bị điện cũng như giám sát toàn bộ ngôi nhà chỉ với chiếc điện thoại của
Trang 1Trang 1
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
LỜI MỞ ĐẦU 5
LỜI CẢM ƠN! 6
TÓM TẮT 7
ABSTRACT Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH VẼ 8
DANH MỤC BẢNG VẼ 9
CÁC TỪ VIẾT TẮT 10
CHƯƠNG 1 11
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 11
1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 11
1.1.1 Giới thiệu về đề tài và nêu lý do lựa chọn luận văn 11
1.1.2 Ý nghĩa khoa học của đề tài 12
1.1.3 Mục đích nghiên cứu của đề tài 12
1.1.4 Giới hạn của đề tài 13
1.2 CƠ SỞ LÝ LUẬN 13
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước 13
1.2.1.1 Ngoài nước 13
1.2.1.2 Trong nước 14
1.2.2 Ý tưởng thiết kế 14
1.2.3 Đề cương chi tiết nghiên cứu 14
1.2.4 Phương pháp nghiên cứu 15
CHƯƠNG 2 16
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ GSM VÀ TIN NHẮN SMS 16
2.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 16
2.1.1 Giới thiệu về công nghệ GSM 16
2.1.2 Đặc điểm của công nghệ GSM 16
2.1.3 Cấu trúc của mạng GSM 17
2.1.3.1 Cấu trúc tổng quát 17
Trang 2Trang 2
2.1.3.2 Các thành phần của công nghệ mạng GSM 17
2.1.4 Sự phát triển của công nghệ GSM ở Việt Nam 18
2.2 TỔNG QUÁT VỀ TIN NHẮN SMS 19
2.2.1 Giới thiệu về SMS 19
2.2.2 Cấu trúc một tin nhắn SMS 20
2.2.3 Tin nhẵn SMS chuỗi/ Tin nhắn SMS dài 21
2.2.4 SMS Center/ SMSC 21
2.2.5 Nhắn tin SMS quốc tế 22
CHƯƠNG 3 23
YÊU CẦU CỦA THIẾT KẾ MẠCH VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 23
3.1 YÊU CẦU CỦA THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN 23
3.2 CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 24
3.3 CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH ĐIỆN 24
3.3.1 Giới thiệu modem SIM900 24
3.3.1.1 Modem SIM là gì? 24
3.3.1.2 Modem SIM900 25
3.3.1.3 Đặc điểm của modem SIM900 25
3.3.1.4 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân 27
3.3.1.5 Khảo sát tập lệnh AT của modem SIM900 28
a Các lệnh khởi tạo Modem GSM SIM900 29
b Các lệnh xử lý cuộc gọi 30
c Các lệnh về SMS 31
d Các lệnh về GPRS 33
e Một số lệnh khác 34
f Các lệnh kiểm tra ban đầu 34
3.3.2 Tổng quan về Vi điều khiển Atmega 8 35
3.3.2.1 Giới thiệu về Vi điều khiển Atmega 8 35
3.3.2.2 Những tính năng chính của Atmega 8 36
3.3.2.3 Sơ đồ chân của Atmega 8 37
3.3.2.4 Cấu trúc bộ nhớ của Vi điều khiển Atmega 8 39
Trang 3Trang 3
a Bộ nhớ chương trình 39
b Bộ nhớ dữ liệu 40
c Cổng vào/ ra 44
3.3.2.6 Cấu trúc ngắt của Vi điều khiển Atmega 8 47
a Khái niệm ngắt 47
b Trình phục vụ ngắt và bảng vector ngắt 48
c Các ngắt ngoài 49
3.3.2.7 Bộ chuyển đổi của Vi điều khiển Atmega 8 49
a Giới thiệu bộ chuyển đổi ADC 49
b Các thanh ghi của bộ chuyển đổi ADC 52
3.3.2.8 Giao tiếp USART 55
a Các chế độ truyển nhận dữ liệu của bộ USART 56
b Các thanh ghi thực hiện truyền – nhận USART 57
3.3.3 Phương án lựa chọn các loại cảm biến 60
3.3.3.1 Cảm biến mở cửa (Công tắc từ) 61
a Giới thiệu về cảm biến mở cửa MC51 61
b Cấu trúc của công tắc từ 61
c Nguyên lý làm việc của công tắc từ 62
3.3.3.2 Cảm biến chuyển động – PIR 63
a Khái niệm 63
b Cấu trúc của một cảm biến chuyển động – PIR 63
c Nguyên lý làm việc của cảm biến chuyển động – PIR 64
3.3.3.3 Cảm biến khí gas MQ-6 66
a Khái niệm 66
b Cấu trúc của một cảm biến gas 66
c Nguyên lý làm việc của cảm biến gas 68
CHƯƠNG 4 69
THỰC HIỆN THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 69
4.1 GIỚI THIỆU 69
4.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG VÀ CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI 69
4.2.1 Sơ đồ khối của hệ thống 69
Trang 4Trang 4
4.2.2 Chức năng của các khối 69
4.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG 70
4.3.1 Module điều khiển 70
4.3.1.1 Khối nguồn 70
4.3.1.2 Khối vi điều khiển 70
4.3.1.3 Khối cảm biến và hiển thị 71
4.3.1.4 Khối công suất 72
4.4 SƠ ĐỒ MẠCH IN MODULE ĐIỀU KHIỂN 74
4.5 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN 75
4.6 KẾT QUẢ LUẬN VĂN 76
4.7 KẾT LUẬN 78
CHƯƠNG 5 79
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 79
PHỤ LỤC 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO 107
Trang 5Trang 5
LỜI MỞ ĐẦU
Điều khiển các thiết bị từ xa là một đề tài rất hay, thu hút được sự chú ý của nhiều người
nghiên cứu trong đó có tôi Điều tôi thấy thích nhất và cũng là một trong những giải pháp
hiện nay rất được ưa chuộng là điều khiển các thiết bị điện cũng như giám sát toàn bộ ngôi
nhà chỉ với chiếc điện thoại của chủ nhà Nó có thể áp dụng cho nhiều đối tượng khác nhau
trong dân dụng cũng như trong công nghiệp Lúc đầu, nguồn gốc ý tưởng được thực hiện
nhờ vào tia hồng ngoại để điều khiển từ xa, nhưng khoảng cách bị hạn chế Về sau những
nghiên cứu nhằm cải tiến khoảng cách điều khiển mang lại nhiều thành công và có ý nghĩa
thực tiễn như: Điều khiển thông qua đường dây điện, đường dây điện thoại… Kể từ khi
công nghệ Wireless phát triển, người ta lại nghĩ đến điều khiển qua mạng không dây, điều
khiển từ xa dùng mạng máy tính ra đời Không dừng lại ở đó, khi mà các mạng điện thoại di
động phát triển rộng khắp mọi vùng lãnh thổ, chiếc điện thoại di động trở thành phổ cập với
cuộc sống của người dân hơn, thì người ta lại nghĩ về một chiếc điện thoại tích hợp khả
năng điều khiển từ xa Đây là một hình thức điều khiển thiết bị thuận lợi, tiết kiệm được
nhiều thời gian cho việc điều khiển thiết bị và đồng thời vừa tiết kiệm được chi phí lắp đặt
khi sử dụng Ngày nay, nhu cầu sử dụng các hệ thống thiết bị tự động của con người ngày
càng tăng Đó chính là những mặt thuận lợi của việc hình thành và triển khai đề tài của tôi
Xuất phát từ ý tưởng nêu trên và có sự kế thừa, phát huy tôi quyết định chọn đề tài: “ ĐIỀU
KHIỂN TỪ XA CÁC THIẾT BỊ BẰNG TIN NHẮN SMS” để thực hiện
Với đề tài này, tôi muốn sử dụng điện thoại di động để điều khiển thiết bị điện dân dụng
trong nhà, dùng Modul SIM 900 trên nền mạng GSM để thu tin nhắn SMS điều khiển
Tôi hi vọng đề tài này của mình sẽ làm cơ sở nghiên cứu cho các bạn khác yêu thích có
thể mở rộng và phát triển các chức năng hơn nữa
Trang 6Trang 6
LỜI CẢM ƠN!
Em xin gửi lời chân thành cảm ơn tới mỗi ngôi trường thân yêu – nơi mà em đã học tập
Kính lời cảm ơn khoa Sau Đại học – Viện Đại học Mở Hà Nội cùng các thầy cô của Khoa
đã truyền thụ cho chúng em những kiến thức chuyên môn quý báu trong ngành Kỹ thuật
Điện tử Bên cạnh đó, thầy cô còn tạo các điều kiện hết sức thuận lợi để em có được một
môi trường học tập tốt nhất
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Hoàng Mạnh Thắng - Thầy đã trực tiếp
hướng dẫn, chỉ bảo cho em từng bước, từ khi bắt đầu cho tới khi hoàn thành luận văn
Gia đình đã trở thành nguồn động viên to lớn về vật chất lẫn tinh thần không thể thiếu
giúp em thêm nhiệt huyết, tự tin để hoàn thành luận văn này
Cuối cùng là lời cảm ơn chân thành tới các bạn cùng lớp đã có những giúp đỡ kịp thời,
những ý kiến đóng góp thật lòng để em có thể xây dựng luận văn hoàn thiện hơn
Hà N ội, Ngày … tháng… năm 2012
Học viên
Phạm Thị Mai Sen
Trang 7Trang 7
TÓM TẮT
Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các thiết bị điện tử ra đời rất phong
phú về chủng loại và tính năng sử dụng Con người luôn luôn muốn có nhiều thiết bị giải trí
cũng như các thiết bị sinh hoạt với công nghệ ngày càng hiện đại Một trong những giải
pháp thú vị trong điều khiển là điều khiển các thiết bị điện cũng như giám sát toàn bộ ngôi
nhà chỉ với chiếc điện thoại của chủ nhà Để tìm hiểu về công nghệ trên tôi đã quyết định
chọn đề tài “Điều khiển từ xa các thiết bị bằng tin nhắn SMS” Trong luận văn sẽ giới
thiệu các kiến thức và quá trình thực hiện hệ thống trên
Luận văn bao gồm 5 chương:
Chương 1: Tổng quan về đề tài
Chương 2: Giới thiệu về công nghệ GSM và tin nhắn SMS
Chương 3: Yêu cầu thiết kế mạch và phân tích lựa chọn các phương án thiết kế
Chương 4: Thực hiện thiết kế và thi công mạch
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài
Trang 8Trang 8
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1 Cấu trúc của công nghệ GSM 17
Hình 2.2 Các thành phần mạng GSM 18
Hình 2.3 Cấu trúc của một tin nhắn SMS 21
Hình 3.1 Modem SIM900 25
Hình 3.2 Sơ đồ chân của Modem SIM900 27
Hình 3.3 Các dòng AVR khác nhau: Tiny, AVR và Mega 36
Hình 3.4 Sơ đồ chân của Atmega 8 38
Hình 3.5 Bộ nhớ của Atmega 8 39
Hình 3.6 Sơ đồ bộ nhớ chương trình có và không có sử dụng Boot Loader 40
Hình 3.7 Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu ở hai chế độ 41
Hình 3.8 Sơ đồ một cổng vào/ra 46
Hình 3.9 Sơ đồ đơn giản của một khối ADC 50
Hình 3.10 Ngõ vào vi sai 52
Hình 3.11 Nguồn clock ADC 54
Hình 3.12 Sơ đồ khối bộ USART 56
Hình 3.13 Hình dạng thực tế của một bộ công tắc từ 61
Hình 3.14 Vị trí lắp đặp công tắc từ 62
Hình 3.15 Nguyên lý hoạt động của công tắc từ 63
Hình 3.16 Bộ cảm biến chuyển động – PIR 63
Hình 3.17 Nguyên lý phát hiện chuyển động ngang của nguồn thân nhiệt 64
Hình 3.18 Thân nhiệt chưa vào vùng cảm biến 65
Hình 3.19 Thân nhiệt đi vào vùng cảm biến 65
Hình 4.1 : Sơ đồ khối của hệ thống 69
Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 70
Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển 71
Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị và cảm biến 71
Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý khối công suất 72
Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý module SIM 900 73
Hình 4.7 Sơ đồ mạch in Module điều khiển 74
Trang 9Trang 9
Hình 4.8 Sơ đồ thuật toán 75
Hình 4.9 Mạch thực tế Module điều khiển thiết bị bằng tin nhắn ……… 76
Hình 4.10 Mạch hoạt động của hệ thống ………77
DANH MỤC BẢNG VẼ Bảng 3.1 Bảng địa chỉ của các Port 47
Bảng 3.2 Bảng lựa chọn các hệ số chia cho nguồn clock ADC 54
Trang 10Trang 10
CÁC TỪ VIẾT TẮT
Communications
Mạng thông tin di động toàn cầu
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian
WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng không dây
PAP Password Authentication Protocol Giao thức xác thực bằng mật khẩu
TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền vận
USSD Unstructured Supplementary Service
Data
Dữ liệu dịch vụ bổ sung phi cấu trúc
Trang 11Trang 11
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1.1 Giới thiệu về đề tài và nêu lý do lựa chọn luận văn
Đề tài: “ĐIỀU KHIỂN TỪ XA CÁC THIẾT BỊ BẰNG TIN NHẮN SMS” Là đề tài mà
em đã ấp ủ từ khi tiếp cận với các thiết bị tự động trong cuộc sống xung quanh mình Người
xưa có câu: “Không đi đâu bằng ở nhà ” Vì vậy, em luôn luôn mong muốn nhà mình trở
thành một ngôi nhà tiện nghi nhất để đáp ứng và phục vụ những nhu cầu của tất cả các thành
viên trong gia đình của em
Trên thực tế, gần như các thiết bị tự động trong đời sống của mọi gia đình đều hoạt động
độc lập, mỗi thiết bị có một quy trình sử dụng riêng tuỳ thuộc vào sự thiết lập, cài đặt của
người sử dụng Chúng gần như chưa có một sự liên kết nào Nhưng đối với hệ thống điều
khiển thiết bị từ xa thông qua tin nhắn SMS thì lại khác Ở đây, các thiết bị được kết nối với
nhau thành một hệ thống hoàn chỉnh qua một mạch điện điều khiển trung tâm
Điển hình của một hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà từ xa thông qua tin nhắn SMS
gồm có các thiết bị ngoại vi đơn giản như: Bóng đèn, quạt máy, lò sưởi đến các thiết bị tinh
vi, phức tạp như: Tivi, máy giặt, hệ thống báo động… Chúng liên kết hoạt động thành một
hệ thống “thông minh” Nghĩa là tất cả các thiết bị này sẽ giao tiếp với nhau thông qua một
đầu não trung tâm Đầu não trung tâm ở đây có thể là một máy vi tính hoặc có thể là một
mạch vi điều khiển đã được lập trình sẵn tất cả các chương trình điều khiển Bình thường,
các thiết bị trong ngôi nhà này có thể được điều khiển thông qua tin nhắn của chủ nhà
Chẳng hạn như việc tắt quạt, đèn điện… khi người chủ nhà quên chưa tắt thiết bị điện lúc ra
khỏi nhà Hay có thể bật máy điều hòa để làm mát phòng trước khi về nhà trong một khoảng
thời gian nhất định Bên cạnh đó hệ thống còn có thể gửi tin nhắn và gọi điện thông báo cho
chủ nhà biết khi có trộm đột nhập (dùng cảm biến chuyển động kết hợp cảm biến mở cửa)
hoặc khi xảy ra hỏa hoạn (dùng cảm biến nhiệt) hay báo động có sự rò rỉ khí gas (dùng cảm
biến khí gas) Ngoài ra, hệ thống còn mang tính bảo mật Nghĩa là hệ thống chỉ nhận và làm
theo lệnh từ tin nhắn của chủ nhà Nếu không đúng số của chủ nhà thì tin nhắn sẽ bị bỏ qua
Ta cũng có thể thiết lập mật khẩu trong cấu trúc tin nhắn để nâng cao độ bảo mật hơn cho hệ
thống
Trang 12Trang 12
Từ những yêu cầu thực tế, cộng với sự phát triển rộng rãi của mạng di động GSM nên
em đã chọn đề tài “ĐIỀU KHIỂN TỪ XA CÁC THIẾT BỊ BẰNG TIN NHẮN SMS”
nhằm thỏa mãn những nhu cầu của con người, ứng dụng công nghệ điện tử trong cuộc sống
và góp phần vào sự tiến bộ, hiện đại của nước nhà
1.1.2 Ý nghĩa khoa học của đề tài
Giờ đây, cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, thì ngoài nhu cầu sử dụng các thiết
bị một cách tự động trong cuộc sống hàng ngày, con người còn muốn có khả năng kiểm soát
các thiết bị tự động đó ngay cả khi họ không có mặt ở nơi mà chúng đang hoạt động Có thể
ở Việt Nam chưa phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực này nhưng hiện nay ở trên thế giới, nhất
là các quốc gia thuộc Châu Âu hay Châu Mĩ thì mô hình ngôi nhà tự động, các thiết bị được
quản lý và điều khiển từ xa đã phát triển rất mạnh mẽ
Từ những nhu cầu đó, em muốn đưa một phần nhỏ các kỹ thuật hiện đại của thế giới
đang áp dụng vào điều kiện thực tế trong nước để có thể tạo ra một hệ thống điều khiển thiết
bị trong nhà từ xa thông qua tin nhắn SMS nhằm thỏa mãn nhu cầu của con người Đem lại
nhiều lợi ích thiết thực cho việc quản lý, thống nhất các thiết bị trong một ngôi nhà nói riêng
và xây dựng phát triển cho một tòa nhà nói chung là ý nghĩa quan trọng nhất của đề tài Đề
tài lấy cơ sở là dùng tin nhắn SMS để điều khiển các thiết bị điện Việc sử dụng tin nhắn
SMS để điều khiển thiết bị đem lại nhiều ích lợi lớn như: Tiết kiệm chi phí; mang tính cạnh
tranh và cơ động cao (nghĩa là ở chỗ nào có phủ sóng mạng điện thoại di động ta cũng có
thể điều khiển thiết bị được) Ngoài ra, sản phẩm của đề tài này có tính mở, có thể áp dụng
cho nhiều đối tượng khác nhau trong dân dụng cũng như trong công nghiệp
1.1.3 Mục đích nghiên cứu của đề tài
Đề tài được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng những kiến thức đã
học trong nhà trường để “ĐIỀU KHIỂN TỪ XA CÁC THIẾT BỊ BẰNG TIN NHẮN
SMS” Hệ thống tích hợp vi điều khiển giám sát trung tâm, mạch công suất cho các thiết bị
trong nhà và sensor cảm biến cùng các module tiện ích khác Với module báo động, hệ
thống sử dụng cảm biến chuyển động kết hợp cùng cảm biến mở cửa (công tắc từ) và cảm
biến rò rỉ khí gas gửi tín hiệu về bộ xử lí trung tâm khi có tác động của đối tượng bên ngoài
(người lạ đột nhập hoặc xảy ra rò rỉ khí gas) Qua xử lí, tín hiệu sẽ được gửi về thiết bị đầu
cuối (mobile) của người chủ nhà để báo cho chủ nhà biết có tác động của đối tượng bên
ngoài tới ngôi nhà Module điều khiển giám sát có chức năng điều khiển và giám sát Bên
Trang 13Trang 13
cạnh đó việc kiểm tra và xử lý trạng thái bật/ tắt của các thiết bị trong nhà khi chủ nhân
không có mặt ở nhà cũng góp phần tích cực trong việc tích kiệm điện năng cho gia đình và
quốc gia
1.1.4 Giới hạn của đề tài
Việc thi công một hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua tin nhắn SMS áp dụng
cho một ngôi nhà hoàn chỉnh như nói trên cần dựa vào đặc điểm riêng của từng căn nhà để
lắp đặt các thiết bị sao cho phù hợp Với lượng thời gian và vấn đề tài chính có hạn, trong đề
tài này em chỉ thực thi một phần của hệ thống hoàn chỉnh đó Ở đây, em sẽ thực hiện việc
điều khiển bật/ tắt đèn và kiểm tra trạng thái hoạt động của thiết bị thông qua gọi điện/ nhắn
tin Ngoài ra còn có chức năng báo động (cảnh báo) khi có sự rò rỉ khí gas hoặc khi có trộm
đột nhập
Với những gì đã trình bày ở trên, em đã tiến hành nghiên cứu, khảo sát và dự kiến đạt được
các mục tiêu đặt ra như sau:
Điều khiển các thiết bị trong nhà (cụ thể là điều khiển một thiết bị công suất trung
bình – Bóng đèn chiếu sáng) bằng tin nhắn SMS tại ví trí có phủ sóng của mạng điện
thoại di động đang hoạt động trong nước như Viettel, Mobile Phone, Vina Phone…
Kiểm tra trạng thái của thiết bị bằng cách gọi điện/ nhắn tin Khi đó, hệ thống sẽ tự
động gửi tin nhắn ngược trở lại cho người điều khiển, với nội dung tin nhắn chứa
thông tin trạng thái hoạt động của thiết bị (ON/OFF)
Ngoài ra, hệ thống còn có chức năng cảnh báo bằng cách gửi một tin nhắn SMS hoặc
gọi tới chủ nhà khi có trộm hay khi có khí gas bị rò rỉ
1.2 CƠ SỞ LÝ LUẬN
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước
1.2.1.1 Ngoài nước
Ngày nay trên thế giới, việc sử dụng tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị từ xa không
còn là vấn đề mới mẻ nữa vì nó đã được áp dụng vào thực tế trong cuộc sống hàng ngày và
các nhà máy xí nghiệp Kĩ thuật này được ra đời khoảng cuối tháng 8/2000 Mạng điện thoại
di động GSM có khả năng truyền tin không dây với phạm vi rất rộng và đảm bảo độ tin cậy
cao Chính vì vậy, người dùng có thể gửi tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị từ xa mang lại
những lợi ích lớn Những thiết bị và ứng dụng của hệ thống có thể kể tới là điều khiển và
quản lý:
Trang 14Trang 14
Máy móc nhà xưởng
Hệ thống xử lí nước thải
Nông nghiệp thủy lợi
Lò sưởi, ướp lạnh, máy điều hòa trong dân dụng
1.2.1.2 Trong nước
Ở phạm vi trong nước, trước khi em thực hiện đề tài này thì cũng đã có nhiều nhóm
nghiên cứu về đề tài điều khiển thiết bị bằng SMS Nhưng nghiên cứu đầy đủ về một hệ
thống điều khiển thiết bị điện bằng tin nhắn SMS dùng Module Sim900 thì theo em tìm hiểu
hiện nay có nhưng ít Tuy nhiên, các đề tài đi trước đã tạo nền tảng cho việc phát triển ý
tưởng đề tài: “Điều khiển từ xa các thiết bị bằng tin nhắn SMS” này của em
Tóm lại, việc nghiên cứu sử dụng tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị hiện nay tại Việt
Nam vẫn còn mới mẻ và bắt đầu đi vào thực tiễn ứng dụng nhiều Hầu hết các nghiên cứu
đều là nghiên cứu tự phát của cá nhân những người hay nhóm người muốn tìm hiểu về công
nghệ ưu việt này, vẫn chưa phải là một hoạt động nghiên cứu mang tính chuyên nghiệp để
có thể đưa vào ứng dụng trên diện rộng Mặc dù vậy việc nghiên cứu vẫn có những nhen
nhóm khi tập đoàn điện lực EVN đã sử dụng công nghệ nhắn tin SMS để điều khiển máy cắt
thông qua Modem điện thoại của họ Thuê bao di động ở Việt Nam hiện nay tăng trưởng rất
nhanh với số lượng thuê bao mỗi ngày phát triển được lên tới hàng trăm ngàn thuê bao
Dịch vụ về SMS 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
1.2.2 Ý tưởng thiết kế
Dùng mạng điện thoại di động của các nhà cung cấp dịch vụ như Viettel, Mobiphone,
Vinaphone, … để chủ nhà có thể gửi tin nhắn SMS điều khiển các thiết bị điện và kiểm tra
tình trạng hoạt động ON/OFF của chúng Hệ thống tự động gửi tin nhắn/ gọi điện cảnh báo
cho người điều khiển khi có trộm hoặc khi có khí gas bị rò rỉ
1.2.3 Đề cương chi tiết nghiên cứu
Đề tài này được thực hiện gồm 5 chương:
Chương 1: Tổng quan về đề tài
Chương 2: Giới thiệu về công nghệ GSM và tin nhắn SMS
Chương 3: Yêu cầu thiết kế mạch và phân tích lựa chọn các phương án thiết kế
Chương 4: Thực hiện thiết kế và thi công mạch
Trang 15Trang 15
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài
1.2.4 Phương pháp nghiên cứu
Trong đề tài này em đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp tham khảo tài liệu: Bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí về điện
tử và truy cập từ mạng internet
Phương pháp quan sát: Khảo sát một số mạch điện thực tế đang có trên thị trường và
tham khảo thêm một số dạng mạch từ mạng Internet
Phương pháp thực nghiệm: Từ những ý tưởng và những kinh nghiệm tham khảo bạn
bè kết hợp với sự hướng dẫn của PGS.TS Hoàng Mạnh Thắng, em đã lắp ráp thử
nghiệm nhiều dạng mạch khác nhau để từ đó chọn lọc những mạch điện tối ưu
Để hoàn thành được đề tài này, em đã dựa vào những giáo trình về điện tử và những kiến
thức được trang bị trong quá trình học tập cùng với sự trợ giúp của máy tính và những thông
tin trên mạng Internet Ngoài ra, còn có những thiết bị trợ giúp trong quá trình thiết kế mạch
do em tự trang bị
Trang 16Trang 16
CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ GSM VÀ TIN NHẮN SMS
2.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
2.1.1 Giới thiệu về công nghệ GSM
GSM là hệ thống thông tin di động số toàn cầu, là công nghệ không dây thuộc thế hệ 2G
(Second Generation) 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 định
GSM là một hệ thống có cấu trúc mở nên hoàn toàn không phụ thuộc vào phần cứng,
người ta có thể mua thiết bị từ 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 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 chủ yếu thị trường di động với hàng tỷ thuê bao tại hàng trăm 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 nhiều nơi trên thế giới
2.1.2 Đặc điểm của công nghệ GSM
- Cho phép gửi và nhận những mẫu tin nhắn văn bản bằng kí tự dài đến 126 kí tự
- Cho phép chuyển giao và nhận dữ liệu, FAX giữa các mạng GSM với tốc độ hiện hành
lên đến 9.600 bps
Trang 17Trang 17
- Tính phủ sóng cao: Công nghệ GSM không chỉ cho phép chuyển giao trong toàn mạng
mà còn chuyển giao giữa các mạng GSM trên toàn cầu mà không có một sự thay đổi, điều
chỉnh nào Đây là một tính năng nổi bật nhất của công nghệ GSM (dịch vụ roaming)
- Sử dụng công nghệ phân chia theo thời gian TDM (Time division multiplexing) để chia
ra 8 kênh full rate hay 16 kênh haft rate
- Công suất phát 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 3,1khz đó là mã
hoá 6 và 13kbps gọi là Full rate (13kbps) và haft rate (6kbps)
2.1.3 Cấu trúc của mạng GSM
2.1.3.1 Cấu trúc tổng quát
Hình 2.1 Cấu trúc của công nghệ GSM
Hệ thống GSM được chia thành nhiều hệ thống con như sau:
- Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem)
- Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)
- Phân hệ bảo dưỡng và khai thác OSS (Operation Subsystem)
- Trạm di động MS (Mobile Station)
2.1.3.2 Các thành phần của công nghệ mạng GSM
Trang 18Trang 18
Hình 2.2 Các thành phần mạng GSM
2.1.4 Sự phát triển của công nghệ GSM ở Việt Nam
Công nghệ GSM đã vào Việt Nam từ năm 1993 Hiện, hai nhà cung cấp di động công
nghệ GSM lớn nhất của Việt Nam là VMS và Viettel Mobile, cũng là những nhà cung cấp
chiếm thị phần nhiều nhất trên thị trường với số lượng thuê bao mới tăng chóng mặt trong
thời gian vừa qua
Hiện nay có đến hơn 90% người dùng đang là khách hàng của các nhà cung cấp dịch vụ
theo công nghệ GSM
Cho tới thời điểm này, thị trường thông tin di động của Việt Nam đã có khoảng 70 triệu
thuê bao di động Khi mà hai “đại gia” di động của Việt Nam là VMS và Viettel đều tăng
trưởng rất nóng với số lượng thuê bao mỗi ngày phát triển được lên tới hàng trăm ngàn thuê
bao
Trang 19Trang 19
2.2 TỔNG QUÁT VỀ TIN NHẮN SMS
2.2.1 Giới thiệu về SMS
SMS là từ viết tắt của Short Message Service Đó là một công nghệ cho phép gửi và
nhận các tín nhắn giữa các điện thoại với nhau SMS xuất hiện đầu tiên ở Châu Âu vào năm
1992 Ở thời điểm đó, nó bao gồm cả các chuẩn về GSM Một thời gian sau đó, nó phát
triển sang công nghệ wireless như CDMA và TDMA Các chuẩn GSM và SMS có nguồn
gốc phát triển bởi ETSI ETSI là chữ viết tắt của European Telecommunications Standards
Institute Ngày nay thì 3GPP (Third Generation Partnership Project) đang giữ vai trò kiểm
soát về sự phát triển và duy trì các chuẩn GSM và SMS
Như đã nói ở trên về tên đầy đủ của SMS là Short Message Service, từ cụm từ đó, có thể
thấy được là dữ liệu có thể được lưu giữ bởi một tin nhắn SMS là rất giới hạn Một tin nhắn
SMS có thể chứa tối đa là 140 byte (1120 bit) dữ liệu Vì vậy, một tin nhắn SMS chỉ có thể
chứa :
+ 160 kí tự nếu như mã hóa kí tự 7 bit được sử dụng (mã hóa kí tự 7 bit thì phù hợp
với mã hóa các kí tự latin chẳng hạn như các kí tự alphabet của tiếng Anh)
+ 70 kí tự nếu như mã hóa kí tự 16 bit Unicode UCS2 được sử dụng (các tin nhắn SMS
không chứa các kí tự latin như kí tự chữ Trung Quốc phải sử dụng mã hóa kí tự 16 bit)
Tin nhắn SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau Nó có thể hoạt động tốt với
nhiều ngôn ngữ mà có hỗ trợ mã Unicode , bao gồm cả Arabic, Trung Quốc, Nhật bản và
Hàn Quốc Bên cạnh gữi tin nhắn dạng text thì tin nhắn SMS còn có thể mang các dữ liệu
dạng binary Nó còn cho phép gửi nhạc chuông, hình ảnh cùng nhiều tiện ích khác … tới
một điện thoại khác
Một trong những ưu điểm nổi trội của SMS đó là nó được hỗ trợ bởi các điện thoại có sử
dụng GSM hoàn toàn Hầu hết tất cả các tiện ích cộng thêm gồm cả dịch vụ gửi tin nhắn giá
rẻ được cung cấp, sử dụng thông qua sóng mang wireless Không giống như SMS, các công
nghệ mobile như WAP và mobile Java thì không được hỗ trợ trên nhiều model điện thoại
Sử dụng tin nhắn SMS ngày càng phát triển và trở lên rộng khắp :
- Các tin nhắn SMS có thể được gửi và đọc tại bất kỳ thời điểm nào
Ngày nay, hầu hết mọi người đều có điện thoại di động của riêng mình và mang nó theo
người hầu như cả ngày Với một điện thoại di động , bạn có thể gửi và đọc các tin nhắn
Trang 20Trang 20
SMS bất cứ lúc nào bạn muốn, sẽ không gặp khó khăn gì khi bạn đang ở trong văn phòng
hay trên xe bus hay ở nhà…
- Tin nhắn SMS có thể được gửi tới các điện thoại mà tắt nguồn
Nếu như không chắc cho một cuộc gọi nào đó thì bạn có thể gửi một tin nhắn SMS đến
bạn của bạn thậm chí khi người đó tắt nguồn máy điện thoại trong lúc bạn gửi tin nhắn đó
Hệ thống SMS của mạng điện thoại sẽ lưu trữ tin nhắn đó rồi sau đó gửi nó tới người bạn đó
khi điện thoại của người bạn này mở nguồn
- Các tin nhắn SMS ít gây phiền phức trong khi bạn vẫn có thể giữ liên lạc với người
khác
Việc đọc và viết các tin nhắn SMS không gây ra ồn ào Trong khi đó, bạn phải chạy ra
ngoài khỏi rạp hát, thự viện hay một nơi nào đó để thực hiện một cuộc điện thoại hay trả lời
một cuộc gọi Bạn không cần phải làm như vậy nếu như tin nhắn SMS được sử dụng
- Các điện thoại di động và chúng có thể được thay đổi giữa các sóng mang Wireless
khác nhau
Tin nhắn SMS là một công nghệ rất thành công và trưởng thành Tất cả các điện thoại
mobile ngày nay đều có hỗ trợ nó Bạn không chỉ có thể trao đổi các tin nhắn SMS đối với
người sử dụng mobile ở cùng một nhà cung cấp dịch vụ mạng sóng mang wireless, mà đồng
thời bạn cũng có thể trao đổi nó với người sử dụng khác ở các nhà cung cấp dịch vụ khác
- SMS là một công nghệ phù hợp với các ứng dụng Wireless sử dụng cùng với nó
Nói như vậy là do:
Thứ nhất, tin nhắn SMS được hỗ trợ 100% bởi các điện thoại có sử dụng công nghệ
GSM Xây dựng các ứng dụng wireless trên nền công nghệ SMS có thể phát huy tối đa
những ứng dụng có thể dành cho người sử dụng
Thứ hai, các tin nhắn SMS còn tương thích với việc mang các dữ liệu binary bên cạnh
gửi các text Nó có thể được sử dụng để gửi nhạc chuông, hình ảnh, hoạt họa …
Thứ ba, tin nhắn SMS hỗ trợ việc chi trả các dịch vụ trực tuyến
2.2.2 Cấu trúc một tin nhắn SMS
Nội dung của một tin nhắn SMS khi được gửi đi sẽ được chia làm 5 phần như sau :
Trang 21Trang 21
Hình 2.3 Cấu trúc của một tin nhắn SMS
- Instructions to air interface : Chỉ thị dữ liệu kết nối với air interface (giao diện
không khí)
- Instructions to SMSC : Chỉ thị dữ liệu kết nối với trung tâm tin nhắn SMSC
(short message service centre)
- Instructions to handset : Chỉ thị dữ liệu kết nối bắt tay
- Instructions to SIM (optional) : Chỉ thị dữ liệu kết nối, nhận biết SIM (Subscriber Identity
Modules)
- Message body : Nội dung tin nhắn SMS
2.2.3 Tin nhẵn SMS chuỗi/ Tin nhắn SMS dài
Một trong những trở ngại của công nghệ SMS là tin nhắn SMS chỉ có thể mang một
lượng giới hạn các dữ liệu Để khắc phục trở ngại này, một mở rộng của nó gọi là SMS
chuỗi (hay SMS dài) đã ra đời Một tin nhắn SMS dạng text dài có thể chứa nhiều hơn 160
kí tự theo chuẩn dùng trong tiếng Anh Cơ cấu hoạt động cơ bản SMS chuỗi làm việc như
sau: điện thoại di động của người gửi sẽ chia tin nhắn dài ra thành nhiều phần nhỏ và sau đó
gửi các phần nhỏ này như một tin nhắn SMS đơn Khi các tin nhắn SMS này đã được gửi tới
đích hoàn toàn thì nó sẽ được kết hợp lại với nhau trên máy di động của người nhận
Khó khăn của SMS chuỗi là nó ít được hỗ trợ nhiều so với SMS ở các thiết bị có sử
dụng sóng wireless
2.2.4 SMS Center/ SMSC
Một SMS Center (SMSC) là nơi chịu trách nhiệm luân chuyển các hoạt động liên quan
tới SMS của một mạng wireless Khi một tin nhắn SMS được gửi đi từ một điện thoại di
động thì trước tiên nó sẽ được gửi tới một trung tâm SMS Sau đó, trung tâm SMS này sẽ
chuyển tin nhắn này tới đích (người nhận) Một tin nhắn SMS có thể phải đi qua nhiều hơn
một thực thể mạng (netwok) (chẳng hạn như SMSC và SMS gateway) trước khi đi tới đích
thực sự của nó Nhiệm vụ duy nhất của một SMSC là luân chuyển các tin nhắn SMS và điều
chỉnh quá trình này cho đúng với chu trình của nó Nếu như máy điện thoại của người nhận
Trang 22Trang 22
không ở trạng thái nhận (bật nguồn) trong lúc gửi thì SMSC sẽ lưu trữ tin nhắn này Và khi
máy điện thoại của người nhận mở nguồn thì nó sẽ gửi tin nhắn này tới người nhận
Thường thì một SMSC sẽ họat động một cách chuyên dụng để chuyển lưu thông SMS
của một mạng wireless Hệ thống vận hành mạng luôn luôn quản lí SMSC của riêng nó và
ví trí của chúng bên trong hệ thống mạng wireless Tuy nhiên hệ thống vận hành mạng sẽ
sử dụng một SMSC thứ ba có vị trí bên ngoài của hệ thống mạng wireless
Bạn phải biết địa chỉ SMSC của hệ thống vận hành mạng wireless để sử dụng, tinh chỉnh
chức năng tin nhắn SMS trên điện thoại của bạn Điển hình một địa chỉ SMSC là một số
điện thoại thông thường ở hình thức, khuôn mẫu quốc tế Một điện thoại nên có một thực
đơn chọn lựa để cấu hình địa chỉ SMSC Thông thường thì địa chỉ được điều chỉnh lại trong
thẻ SIM bởi hệ thống mạng wireless Điều này có nghĩa là bạn không cần phải làm bất cứ
thay đổi nào cả
2.2.5 Nhắn tin SMS quốc tế
Các tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành được chia ra làm hai hạng mục gồm tin nhắn
SMS giữa các nhà điều hành cục bộ và tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành quốc tế với
nhau Tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành cục bộ là tin nhắn mà được gửi giữa các nhà
điều hành trog cùng một quốc gia còn tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành quốc tế là tin
nhắn SMS được gửi giữa các nhà điều hành mạng wireless ở những quốc gia khác nhau
Thường thì chi phí để gửi một tin nhắn SMS quốc tế thì cao hơn so với gửi trong nước
Và chi phí gửi tin nhắn trong nội mạng thì ít hơn so với gửi cho mạng khác trong cùng một
quốc gia <= chi phí cho việc gửi tin nhắn SMS quốc tế
Khả năng kết hợp của tin nhắn SMS giữa hai mạng wireless cục bộ hay thậm chí là quốc
tế là một nhân tố chính góp phần tới sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống SMS toàn cầu
Trang 23Trang 23
CHƯƠNG 3 YÊU CẦU CỦA THIẾT KẾ MẠCH VÀ PHÂN TÍCH LỰA
CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
3.1 YÊU CẦU CỦA THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN
Mạch điện thiết kế này sẽ được sử dụng trong gia đình, đáp ứng được các yêu cầu về
tính chính xác, bảo mật và ổn định cho việc điều khiển, kiểm tra trạng thái của các thiết bị
và cảnh báo thông qua tin nhắn SMS
- Người sử dụng có thể điều khiển bật/ tắt từ xa các thiết bị trong nhà khi có nhu cầu chuyển
đổi trạng thái của thiết bị điện thông qua việc soạn tin nhắn SMS theo cấu trúc định sẵn
Ví dụ: ON/OFF gửi 0916144408
Ngay sau khi nhận được tin nhắn, hệ thống sẽ thực hiện lệnh bật hoặc tắt thiết bị điện như
theo nội dung tin nhắn đã gửi, đồng thời gọi lại thông báo cho chủ nhà việc thực hiện lệnh
đã xong để chủ nhà có thể biết được hệ thống đã làm theo yêu cầu của mình mà không cần
phải thực hiện nhắn tin kiểm tra lại trạng thái
- Hệ thống có thể gọi điện và nhắn tin cảnh báo cho chủ nhà hoặc gọi đến 1 số thuê bao
được khai báo trong lập trình khi có trộm, rò rỉ khí gas …
Ngoài ra ta cũng có thể đưa thêm các giải pháp xử lý trong từng trường hợp để hạn chế tối
đa các thiệt hại Chẳng hạn nếu có khí gas rò rỉ sẽ có chuông kêu lên để thông báo riêng và
khi có trộm đột nhập sẽ có còi hú to để mọi người biết
- Người sử dụng có thể kiểm tra trạng thái các thiết bị điện sử dụng trong ngôi nhà bất kể
vào thời điểm nào Việc kiểm tra này khiến chủ nhà yên tâm hơn về ngôi nhà khi đi vắng
hoặc chưa chắc trong việc tắt các thiết bị điện để đảm bảo an toàn phòng chống chập cháy
điện cũng như việc tích kiệm điện triệt để trong gia đình
Hệ thống với chức năng chính là điều khiển từ xa các thiết bị bằng tin nhắn SMS Việc
điều khiển toàn bộ hệ thống sẽ do Vi điều khiển mà em lựa chọn là Atmega 8 đảm nhiệm
Trong phần tiếp theo của chương này, em xin phân tích các phương án thiết kế để lựa chọn
ra một phương án thiết kế tối ưu nhất Đồng thời việc đưa thêm chức năng giám sát: Cảnh
báo rò rỉ khí gas và chống trộm, em cũng đưa ra các phương án lựa chọn hợp lý sẽ được
trình ở trong chương
Trang 24Trang 24
3.2 CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Có 2 phương án thiết kế được đưa ra:
• Phương án 1: Sử dụng Module SIM 900 kết nối vi điều khiển Atmega 8
Ưu điểm: Thích hợp cho lập trình lệnh AT dễ dàng và đầy đủ tính năng cho
lập trình với lệnh AT Ngoài ra còn có thể phát triển ứng dụng sâu thêm với GPRS, GPS
Nhược điểm: Giá thành cao
• Phương án 2: Sử dụng điện thoại di động (Sony Ericssion T28, T29…) có chức
năng giống Module SIM 900 kết nối với Vi điều khiển
Ưu điểm: Giá thành thấp
Nhược điểm: Tập lệnh AT hỗ trợ ở dạng PDU nên phức tạp trong việc lập
trình Hơn nữa một số loại điện thoại không hỗ trợ giao tiếp theo chuẩn RS232
mà theo các chuẩn T-Bus, F-Bus… không phổ biến, khó lập trình
Qua phân tích ưu nhược điểm của các phương án, em đã lựa chọn phương án 1 là: sử dụng
Module SIM 900 kết nối Vi điều khiển Atmega 8 để thực hiện mạch Module SIM 900 hỗ trợ cả
2 chế độ SMS là Text và PDU do vậy việc lập trình với Module SIM 900 với chế độ Text đơn
giản hơn so với việc lập trình cho điện thoại di động Ngoài ra để giúp việc nghiên cứu tiếp các
ứng dụng về GPS, GPRS thì lựa chọn phương án 1 có nhiều thuận lợi hơn
3.3 CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH ĐIỆN
• Các linh kiện chính sử dụng trong mạch điện bao gồm:
Modem SIM 900
Vi điều khiển Atmega 8
Cảm biến chuyển động PIR
Cảm biến mở cửa MC51
Cảm biến khí gas MQ-6
Sau đây, em xin giới thiệu về các linh kiện được chọn để sử dụng trong mạch thiết kế
3.3.1 Giới thiệu module SIM900
3.3.1.1 Module SIM là gì?
Các module được sử dụng từ những ngày đầu của sự ra đời máy tính Module được hình
thành từ modulator và demodulator Định nghĩa đặc trưng này cũng giúp ta hình dung được
phần nào về thiết bị này sẽ làm gì
Trang 25Trang 25
Module SIM là một module không dây, nó có thể làm việc cùng với mạng điện thoại di
động GSM Hoạt động của module Wireless giống như của module quay số Điểm khác
nhau chính ở đây là module quay số thì truyền và nhận dữ liệu thông qua một đường dây
điện thoại cố định trong khi đó Module Wireless thì gửi và nhận dữ liệu thông qua sóng
Radio Giống như một điện thoại di động GSM, Module SIM yêu cầu một thẻ SIM với một
sóng mang Wireless để hoạt động Các module SIM còn hỗ trợ một bộ lệnh AT mở rộng
Những lệnh AT mở rộng này được định nghĩa trong các chuẩn của GSM
3.3.1.2 Modem SIM900
Modem SIM900 là một trong những loại module SIM nhưng nó được nâng cấp cao hơn
ở chỗ: Có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn so với các module SIM khác Nó sử dụng công
Trang 26Trang 26
• Dữ liệu GPRS
GPRS dữ liệu tải xuống: Max 85.6 kbps
GPRS dữ liệu Up lên: Max 42.8 kbps
SIM900 hỗ trợ giao thức PAP, kiểu sử dụng kết nối PPP
SIM900 tích hợp giao thức TCP/IP
Toàn bộ chế độ tăng cường (ETS 06.50/ 06.06/ 06.80)
Loại bỏ tiếng dội
• Giao tiếp nối tiếp và sự ghép nối
Cổng nối tiếp: 7 cổng nối tiếp (ghép nối)
Cổng kết nối có thể sử dụng với CSD Fax, GPRS và gửi lệnh ATCommand
tới mudule điều khiển
Cổng nối tiếp có thể sử dụng chức năng giao tiếp
Hỗ trợ tốc độ truyền 1200 bps tới 115200 bps
Cổng hiệu chỉnh lỗi: 2 cổng nối tiếp TXD và RXD
Cổng hiệu chỉnh lỗi chỉ sử dụng sửa lỗi
Trang 273.3.1.4 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân
Hình 3.2 Sơ đồ chân của Module SIM900
• Chân 55,56,57: Ba chân để kết nối tới nguồn cung cấp, nguồn cung cấp của SIM900
là nguồn đơn VBAT là 3,4V – 4,5V
• Chân 17,18,29,39,45,46,53,54,58,59,61.62.63.64,65: Chân Mass
• Chân 25 (ADC): Chân vào của bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số
• Chân 26 (VRTC): Dòng cấp cho chân RTC khi không có pin trong hệ thống
• Chân 15 (VCC_EXT): Nguồn 2.93V từ mạch ngoài Bằng cách đo chân này ta có thể
biết Module đang bật hay tắt Khi điện áp thấp thì Module tắt Ngược lại điện áp cao
là Module đang bật
• Chân 52(NETLIGHT): Đầu ra dùng để chỉ báo mạng kết nối được Module
Trang 28Trang 28
• Chân 17(PWRKEY): Chân này dùng để điều khiển Module bật/tắt
• Chân 40,41,42,43,44 (KBC): Bàn phím
• Chân 66 (STATUS): Báo tình trạng công việc
• Chân 30 (SIM_VCC): Nguồn cung cấp cho thẻ SIM
• Chân 33 (SIM_RST): Chân Reset cho mạch SIM
• Chân 31 (SIM_DATA): Đầu ra dữ liệu chân SIM
• Chân 32 (SIM_CLK): Chân Clock của SIM
• Chân 34 (SIM_PRESENCE): Chân dò tìm mạng
• Chân 37 (DCD): Dò tìm sóng mang
• Chân 3 (DTR): Chân đầu cuối dữ liệu Báo đầu cuối dữ liệu sẵn sàng
• Chân 10 (RXD): Chân nhận dữ liệu
• Chân 9 (TXD): Chân truyền dữ liệu
• Chân 8 (RTS): Yêu cầu gửi, hoạt động khi module gửi dữ liệu (chuyển sang trạng
thái hoạt động khi sẵn sàng gửi dữ liệu)
• Chân 7 (CTS): Xóa để gửi, hoạt động khi module nhận dữ liệu (báo cho thiết bị
truyền đã sẵn sàng nhận dữ liệu)
• Chân 4 (RI): Báo chuông cho biết là thiết bị thu đang nhận tín hiệu rung chuông
• Chân 28 (DBG RXD): Đầu ra dùng để điều chỉnh trong nhận dữ liệu
• Chân 27 (DBG TXD): Đầu ra dùng để điều chỉnh trong truyền dữ liệu
• Chân 21 (SPK1P), 22 (SPK1N): Chân Output, kết nối Speaker
• Chân 19 (MIC1P), 20 (MIC1N): Chân Input, kết nối Microphone
3.3.1.5 Khảo sát tập lệnh AT của module SIM900
Chuẩn RS232 mô tả một kênh truyền thông với bộ kết nối 9 chân, nó được thiết kế để
thực thi quá trình truyền/ nhận các lệnh đến module được kết nối với nó Thao tác này bao
gồm cả các lệnh quay một số điện thoại nào đó Thế nên nhất thiết phải có một phương pháp
được thiết lập nhằm sử dụng kênh dữ liệu hiện tại để không chỉ truyền dữ liệu từ một điểm
đầu cuối này tới một điểm đầu cuối khác mà nó còn nhắm tới module duy nhất Dennis
Hayes đã đưa ra giải pháp cho vấn đề này trong năm 1977 Modem thông minh
(Smartmodem) của ông sử dụng chuẩn truyền thông RS232 đơn giản kết nối tới một máy
tính để truyền cả câu lệnh và dữ liệu Bởi vì mỗi lệnh bắt đầu với chữ AT trong chữ
Attention nên ngôn ngữ điều khiển được định nghĩa bởi Hayes nhanh chóng được biết đến
Trang 29Trang 29
với tên là bộ lệnh Hayes AT Chính vì sự đơn giản và khả năng thực thi với chi phí thấp của
nó, bộ lệnh Hayes AT nhanh chóng được sử dụng phổ biến trong các module của các nhà
sản xuất khác nhau Khi chức năng và độ tích hợp của các module ngày càng tăng cùng thời
gian, nên làm cho ngôn ngữ lệnh Hayes AT càng phức tạp Vì thế mỗi nhà sản xuất module
đã nhanh chóng sử dụng quy tắc riêng cho loại Module của mình trên nền tảng tập lệnh AT
này Ngày nay bộ lệnh AT bao gồm cả các lệnh về dữ liệu, fax, voice và các truyền thông
SMS
Các lệnh AT là các hướng dẫn được sử dụng để điều khiển một modem AT là một cách
viết gọn của chữ Attention Mỗi dòng lệnh của nó bắt đầu với “AT” hay “at” Đó là lý do tại
sao các lệnh modem được gọi là các lệnh AT Nhiều lệnh của nó được sử dụng để điều
khiển các modem quay số sử dụng dây nối (wired dial-up modems), chẳng hạn như ATD
(Dial), ATA (Answer), ATH (Hool control) và ATO (Return To Online Data State), ngoài
ra tập lệnh AT còn hỗ trợ các modem GSM/GPRS và điện thoại di động
Bên cạnh bộ lệnh AT thông dụng này, các modem GSM/GPRS và các điện thoại di động
còn được hỗ trợ bởi một bộ lệnh AT đặc biệt đối với công nghệ GSM Nó bao gồm các lệnh
liên quan tới SMS như AT+CMGS (gửi tin nhắn SMS), AT+CMSS (gửi tin nhắn SMS từ
một vùng lưu trữ), AT+CMGL (chuỗi liệt kê các tin nhắn SMS) và AT+CMGR (đọc tin
nhắn SMS) Với các lệnh AT mở rộng này, chúng ta có thể thực hiên một số thao tác sau:
Đọc, viết, xóa tin nhắn
Gửi tin nhắn SMS
Kiểm tra chiều dài tín hiệu
Kiểm tra trạng thái sạc pin và mức sạc của pin
Đọc, viết và tìm kiếm về các mục danh bạ
Số tin nhắn SMS có thể được thực thi bởi một modem SMS trên một phút thì rất thấp, nó
chỉ khoảng từ 6 đến 10 tin nhắn SMS trên 1 phút
a Các lệnh khởi tạo Modem GSM SIM900
Trang 30<mode> : 0 dạng dữ liệu PDU
1 dạng dữ liệu kiểu text
Nếu lệnh không thực hiện được thì trả về dạng:
+CMS ERROR <err>
• Lệnh AT&W[<n>]
Nếu lệnh thực hiện được thì trả về:
Ok
và lưu cấu hình cho GSM Module SIM900
Nếu lệnh không thực hiện được thì trả về dạng:
Trang 31Trang 31
• Lệnh nhấc máy: ATA<cr>
Ví dụ: Khi có số điện thoại nào đó gọi đến số điện thoại được gắn trên modem SIM900, ta
muốn nhấc máy để kết nối thì gõ lệnh ATA <cr>
• Lệnh bỏ cuộc gọi: ATH<cr>
Ví dụ: Khi có số điện thoại nào đó gọi đến số điện thoại được gắn trên modem SIM900, ta
không muốn nhấc máy mà từ chối cuộc gọi thì gõ lệnh ATH<cr>
c Các lệnh về SMS
• Lệnh Xóa tin nhắn: AT+CMGD
Ví dụ: Muốn xóa một tin nhắn nào đó được lưu trên SIM thì ta thực hiện lệnh sau
AT+CMGD=<index> <cr>
<index>: vị trí ngăn nhớ lưu tin nhắn
Nếu lệnh thực hiện được thì trả về
Ok
Nếu lệnh không thực hiện được thì trả về dạng:
+CMS ERROR <err>
• Lệnh đọc tin nhắn: AT+CMGR=<index>[,mode] <cr>
<index>: Số nguyên, đó là vị trí ngăn nhớ chứa tin nhắn cần đọc
<mode>: 1 đọc và thay đổi trạng thái của tin nhắn sau khi đọc
VD: UNREAD => READ
0 đọc bình thường
Nếu như lệnh được thực hiện thì kiểu dữ liệu trả về dưới dạng text (mode=1)
- Đối với tin nhắn SMS-DELIVER:
Trang 32• Lệnh gửi tin nhắn SMS: AT+CMGS
Nếu gửi tin nhắn dưới dạng text:
(+CMGF=1):
+CMGS=<da>[,<toda>]<CR> text is entered <ctrl-Z/ESC>
Nếu gửi tin nhắn dạng PDU:
(+CMGF=0):
+CMGS=<length><CR> PDU is given <ctrl-Z/ESC>
Nếu lệnh được thực hiện thành công thì dữ liệu trả về:
• Lệnh viết tin nhắn rồi lưu vào ngăn nhớ: AT+CMGW
Nếu viết tin nhắn dưới dạng text:
Trang 33Nếu viết tin nhắn dưới dạng PDU:
AT+CMGW=<length>[,<stat>]<CR> PDU is given <ctrl-Z/ESC>
• Lệnh gửi tin nhắn từ một ngăn nhớ nào đó:
• AT+CGQMIN: Chất lượng dich vụ ở mức thấp nhất
• AT+CGQREQ: Chất lượng dich vụ
Trang 34Trang 34
• AT+CGDATA: Trạng thái dữ liệu vào
• AT+CGREG: Tình trạng đăng ký của mạng
• AT+CGCOUNT: Đếm gói dữ liệu vào
• Lệnh chuyển từ chế độ nghỉ sang chế độ hoạt động bình thường: AT+CFUN
Ví dụ: SIM đang ở chế độ nghỉ ta muốn chuyển sang chế độ hoạt động bình thường thì gõ
f Các lệnh kiểm tra ban đầu
- Lấy thông tin cơ bản về điện thoại di động hay modem GSM/GPRS Ví dụ như tên
của nhà sản xuất (AT+CGMI), số model (AT+CGMM), số IMEI (International
Mobile Equipment Identity) (AT+CGSN) và phiên bản phần mềm (AT+CGMR)
- Lấy các thông tin cơ bản về SIM Card Thí dụ, MSISDN (AT+CNUM) và số IMS
(International Mobile Subscriber Identity) (AT+CIMI)
- Lấy thông tin trạng thái hiện tại của điện thoại di động hay modem GSM/GPRS Ví
dụ như trạng thái hoạt động của điện thoại (AT+CPAS), trạng thái đăng kí mạng
mobile (AT+CREG), chiều dài sóng radio (AT+CSQ), mức sạc pin và trạng thái sạc
pin (AT+CBC)
Trang 35Trang 35
- Đọc (AT+CPBR), viết (AT+CPBW) hay tìm kiếm (AT+CPBF) các mục về danh bạ
điện thoại (phonebook)
- Thực thi các nhiệm vụ liên quan tới an toàn, chẳng hạn như mở hay đóng các khóa
chức năng (AT+CLCK), kiểm tra xem một chức năng được khóa hay chưa
(AT+CLCK) và thay đổi Password (AT+CPWD)
- Điều khiển hoạt động của các mã kết quả/các thông báo lỗi của các lệnh AT Ví dụ,
bạn có thể điều khiển cho phép hay không cho phép kích hoạt hiển thị thông báo lỗi
(AT+CMEE) và các thông báo lỗi nên được hiển thị theo dạng số hay theo dạng dòng
chữ (AT+CMEE=1 hay AT+CMEE=2)
- Thiết lập hay thay đổi cấu hình của điện thoại di dộng hay modem GSM/GPRS Ví
dụ, thay đổi mạng GSM (AT+COPS), loại dịch vụ của bộ truyền tin (AT+CBST),
các thông số protocol liên kết với radio (AT+CRLP), địa chỉ trung tâm SMS
(AT+CSCA) và khu vực lưu trữ các tin nhắn SMS (AT+CPMS)
- Lưu và phục hồi các cấu hình của điện thoại di động hay modem GSM/GPRS Ví dụ,
lưu (AT+COPS) và phục hồi (AT+CRES) các thiết lập liên quan tới tin nhắn SMS
chẳng hạn như địa chỉ trung tâm tin nhắn SMS
Trên đây là những kiến thức cơ bản nhất về Modem SIM 900 và tập lệnh AT của
SIM900 Để có thể sử dụng hết các chức năng của SIM900 ta phải có một quá trình tìm hiểu
lâu dài, kỹ lưỡng Tuy nhiên, trong khuôn khổ của đồ án em chỉ tập trung vào nghiên cứu
một số tính năng chính của SIM900 như cách khởi tạo cho SIM900, cách nhắn tin, cách đọc
và xóa tin nhắn, cách thực hiện và hủy cuộc gọi… đó là những chức năng chính phục vụ chủ
yếu cho đề tài
Modem SIM900 là thiết bị giao tiếp với dịch vụ mạng - thiết bị trung gian để nhận tín
hiệu tin nhắn SMS điều khiển từ điện thoại người dùng hay gửi tin nhắn báo trở lại cho
người dùng Việc xử lý hay sự trao đổi đó do một trung tâm xử lý mà em lựa chọn là vi điều
khiển Atmega 8 sẽ được trình bày trong mục sau
3.3.2 Tổng quan về Vi điều khiển Atmega 8
3.3.2.1 Giới thiệu về Vi điều khiển Atmega 8
Vi điều khiển AVR do hãng Atmel (Hoa Kì) sản xuất được giới thiệu lần đầu năm 1996
AVR có rất nhiều dòng khác nhau bao gồm Tiny AVR (như AT tiny 13, AT tiny 22…) có
Trang 36Trang 36
kích thước bộ nhớ nhỏ, ít bộ phận ngoại vi, rồi đến dòng AVR (chẳng hạn AT90S8535,
AT90S8515…) có kích thước bộ nhớ vào loại trung bình và mạnh hơn là dòng Mega (như
Atmega 32, Atmega 8,…) với bộ nhớ kích thước vài Kbyte đến vài trăm Kbyte cùng với các
bộ ngoại vi đa dạng được tích hợp trên chip, cũng có dòng tích hợp cả bộ LCD trên chip
(dòng LCD AVR) Tốc độ của dòng Mega cũng cao hơn so với các dòng khác Sự khác
nhau cơ bản giữa các dòng chính là cấu trúc ngoại vi, còn nhân thì vẫn như nhau
Hình 3.3 Các dòng AVR khác nhau: Tiny, AVR và Mega
3.3.2.2 Những tính năng chính của Atmega 8
Hiệu suất cao, tiết kiệm điện
Hoàn thiện cấu trúc RISC
133 lệnh hiệu quả, thực thi tất cả các chu kỳ đồng hồ đơn
32*8 thanh ghi chung đa năng và các thanh ghi điều khiển ngoại vi
Đầy đủ các quá trình điều khiển tĩnh
Nâng lên 16 MIPS dữ liệu tại 16 MHz
Độ bền, sức chịu đựng cao, không thay đổi phân vùng nhớ
8 Kbytes bộ nhớ Flash có thể lập trình được trong hệ thống
512 Bytes EEPROM
1 Kbytes bộ nhớ SRAM bên trong
Chu kỳ ghi/xóa: 10.000 Flash/100.000 EEPROM
Lập trình khóa cho phần mềm bảo mật
Giao diện SPI cho lập trình trong hệ thống
Giao diện JTAG
Khả năng quét biên theo chuẩn JTAG
Hỗ trợ chế độ sửa tạm (debug) trên chip
Lập trình của Flash, EEPROM, bộ bảo vệ (FUSE) và bit khóa (Lock Bit)
thông qua giao diện JTAG
Đặc điểm ngoại vi
Trang 37Bộ điều chế so sánh tín hiệu ra
8 kênh, 10 bit ADC
Lập trình USARTS nối tiếp
Giao diện nối tiếp SPI chủ tớ
Lập trình Timer Watchdog với bộ dao động trên chip
Bộ so sánh tương tự trên chip
Các tính năng đặc biệt của bộ vi xử lý
Thiết lập bật lại nguồn và lập trình lại khi phát hiện nguồn yếu (brown - out)
Hiệu chỉnh bộ dao động RC bên trong
Ngắt nguồn trong và ngoài
6 chế độ chờ (Sleep): Idle - nghỉ, giảm ồn ADC, tiết kiệm điện (Power –
Saver), ngắt điện, chế độ chờ (Standby), chế độ chờ mở rộng
Trang 38Trang 38
Hình 3.4 Sơ đồ chân của Atmega 8
• VCC: Chân cấp nguồn
• GND: Chân đất
• Port B (PB7 – PB0): Cổng B là một cổng vào/ra hai hướng với điện trở hãm lựa chọn
cho mỗi bit
• Port C (PC7 – PC0): Cổng C là một cổng vào/ra hai hướng với điện trở hãm lựa chọn
cho mỗi bit Bộ đệm cổng C có tính đối xứng
• Port D (PD7 – PD0): Cổng D là một cổng vào/ra hai hướng với điện trở hãm lựa
chọn cho mỗi bit Bộ đệm cổng D có tính đối xứng
• Là các cổng có 3 chế độ khi mà điều kiện Reset được kích hoạt dù là đồng hồ không
chạy
• RESET (1): Đầu ra Reset, cấp cho phép trên chân này dài hơn độ dài xung tối thiểu
sẽ phát ra tín hiệu Reset, cho dù đồng hồ không chạy
• XTAL1 (7): Đầu vào bộ khuếch đại dao động và đầu vào cho các đồng hồ đếm bên
trong mạch điện điều khiển
• XTAL2 (8): Đầu ra cho bộ khuếch đại dao động
Trang 39Trang 39
• AVCC (18): Là chân nguồn áp cấp cho cổng F và các bộ chuyển đổi A/D Nên nó là
chân nối với VCC, dù là ADC không được sử dụng Nếu ADC được sử dụng, nó nên
được nối với chân VCC thông qua 1 bộ lọc thấp tần
• AREF (20): Là chân tham khảo cho bộ chuyển đổi A/D
3.3.2.4 Cấu trúc bộ nhớ của Vi điều khiển Atmega 8
Bộ nhớ Vi điều khiển AVR có cấu trúc Harvard là cấu trúc có đường Bus riêng cho bộ
nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu Bộ nhớ AVR được chia làm 2 phần chính là bộ nhớ
chương trình (Program Memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory)
Hình 3.5 Bộ nhớ của Atmega 8
a Bộ nhớ chương trình
Bộ nhớ chương trình của AVR là bộ nhớ Flash có dung lượng 8 Kbytes Bộ nhớ chương
trình có độ rộng Bus là 16 bit Những địa chỉ đầu tiên của bộ nhớ chương trình được dùng
cho bảng vector ngắt Bộ nhớ chương trình được chia làm 2 phần:
Phần Boot Loader: chứa chương trình Boot Loader Chương trình Boot Loader là
một phần mềm nhỏ nạp trong Vi điều khiển và được chạy lúc khởi động Phần mềm
này có thể tải vào trong Vi điều khiển chương trình của người sử dụng và sau đó thực
thi chương trình này Mỗi khi Reset Vi điều khiển CPU sẽ nhảy tới thực thi chương
trình Boot Loader trước, chương trình Boot Loader sẽ dò xem có chương trình nào
cần nạp vào Vi điều khiển hay không, nếu có chương trình cần nạp, Boot Loader sẽ
Trang 40Trang 40
nạp chương trình vào vùng nhớ ứng dụng (Application Program Section), rồi thực thi
chương trình này Ngược lại, Boot Loader sẽ chuyển tới chương trình ứng dụng có
sẵn trong vùng nhớ ứng dụng để thực thi chương trình này
Phần ứng dụng (Application Program Section): là vùng nhớ chứa chương trình ứng
dụng của người dùng Kích thước của phần Boot Loader và phần ứng dụng có thể tùy
chọn Cấu trúc của bộ nhớ chương trình có thể sử dụng hoặc không sử dụng Boot
Loader, khi sử dụng phần Boot Loader ta thấy 4 word đầu tiên thay vì chỉ thị cho
CPU chuyển tới chương trình ứng dụng của người dùng (là chương trình có nhãn
Start) thì chỉ thị CPU nhảy tới phần chương trình Boot Loader để thực hiện trước, rồi
mới quay trở lại thực hiện chương trình ứng dụng
Hình 3.6 Sơ đồ bộ nhớ chương trình có và không có sử dụng Boot Loader
b Bộ nhớ dữ liệu
Bộ nhớ dữ liệu của AVR chia làm 2 phần chính đó là bộ nhớ SRAM và bộ nhớ
EEPROM Tuy cùng là bộ nhớ dữ liệu nhưng 2 bộ nhớ này lại tách biệt nhau và được đánh
địa chỉ riêng
