ĐỒ ÁN TN - XÂY DỰNG HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU QUA GIAO DIỆN RS485 VÀ GSM

Đồ án được nghiên cứu và thực hiện với mục đích áp dụng những kiến thức đã được học trong nhà trường để thiết kế, tạo ra một hệ thống thu thập dữ liệu từ RS485 và gửi tín hiệu bằng sóng điện thoại GSMSMS.Nghiên cứu và sử dụng chip vi điều khiển ARM Cortex M3. Chip mà em nghiên cứu sử dụng là STM32F103RCT6 của hãng STMicroelectronics.Nội dung của đồ án bao gồm 5 chương:Chương 1:Đặt vấn đềChương 2: Phân tích chức năng và thiết kế sơ đồ khốiChương 3: Thiết kế phần cứng Mạch nguyên lýMạch layoutChương 4: Thiết kế phần mềmChương 5: Chế tạo thử nghiệm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU QUA GIAO DIỆN RS485 VÀ GSM Sinh viên thực hiện : xxxxxxxxxxxxxxxxx Giảng viên hướng dẫn: xxxxxxxxxxxxxxxxx Cán bộ phản biện : Hà Nội, 5-2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: .…………….………….…… Số hiệu sinh viên: ……………… Khoá:…………………….Viện: Điện tử - Viễn thông Ngành: ……………… 1. Đầu đề đồ án: ……………………………………………… ……………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… ……… 2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: …………………………………… …………………………………………… …… …………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………. … ……………………… ……………………………………………………………………………………. 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ……………………………………………………………………………………………………………… ….…………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ….…… ……………………………………………………………………………………………………………………………… … ….…………………………………………………………………………………………… 4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): ……………………………………………………………………………………………………………………… ….…… …………………………………………………………………………………………………………………… ……….… ………………………………………………………………………………………………………. 5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: ……………………………………………………… …………………… 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ………………………………………………….…………… 7. Ngày hoàn thành đồ án: ……………………………………………………………………… ……… Ngày tháng năm Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm Cán bộ phản biện BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: Ngành: Khoá: Giảng viên hướng dẫn: Cán bộ phản biện : 1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp: 2. Nhận xét của cán bộ phản biện: Ngày tháng năm Cán bộ phản biện ( Ký, ghi rõ họ và tên ) Lời nói đầu Ngày nay, với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ, đặc biệt là sự bùng nổ trong lĩnh vực Công nghệ thông tin và Viễn thông đã tạo ra bước ngoặc quan trọng đáp ứng nhu cầu của con người, biến những đòi hỏi tưởng chừng như không tưởng trước đây thành hiện thực. Với nhu cầu thông tin ngày càng tăng của con người, mạng viễn thông đã ra đời để đáp ứng nhu cầu đó. Hiện nay, mạng viễn thông đã trở nên phổ biến trên toàn cầu và gần gũi với con người, không chỉ đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin đơn thuần (nghe gọi, nhắn tin) mà chúng càng ngày càng được ứng dụng rộng rãi vào nhiều lĩnh vực. Với sự phát triển nhanh chóng các dịch vụ và ứng dụng việc thông tin qua mạng viễn thông ngày tiện lợi, tiết kiệm thời gian, đảm bảo an toàn và tiết kiệm được chi phí sử dụng. Với chất lượng mạng viễn thông như hiện nay đã tạo điều kiện cho các ứng dụng về điều khiển từ xa ra đời và càng ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Với sự phát triển của mạng Internet và công nghệ robot, ngành y khoa đã thực hiện được một việc không tưởng đó là “phẫu thuật tim từ xa qua mạng Internet”. Bác sĩ chuyên gia tim mạch người Mỹ Andre Ng đã thực hiện thành công ca phẫu thuật tim từ xa đầu tiên của thế giới tại Bệnh viện Glenfield ở Leicester thuộc Vương quốc Anh. Bằng cách sử dụng thao tác trên bộ điều khiển Remote Catheter được chế tạo bởi công ty Catheter Robotics ở New Jersey, United States. Với điều kiện cơ sở vật chất hiện có ở nước ta và nhu cầu thực tế. Thì ứng dụng gửi tin nhắn để quản lý các hệ thống bơm xăng dầu là rất khả thi. Ứng dụng này sẽ giúp chúng ta có thể quản lý và điều khiển từ xa một cách nhanh chóng, chính xác, hiệu quả mà không bị giới hạn về khoảng cách, thời gian chỉ cần nơi đó có mạng Internet hoặc mạng di động phủ sóng. Thực tế nữa là các doanh nghiệp phân phối xăng dầu ở Việt Nam chỉ chú trọng vào kênh phân phối cuối cùng mà ít khi quan tâm đến công tác quản lý. Đa số công việc vẫn mang nặng tính thủ công, điều này làm mất nhiều thời gian và gây nhiều khó khăn trong quá trình quản lý. Xuất phát từ thực tiễn đó, em đã quyết định nghiên cứu và thực hiện đề tài “Xây dựng hệ thống thu thập dữ liệu qua giao diện RS485 và GSM”. Để có thể hoàn thành tốt đề tài này em xin chân thành cảm ơn cô Chi và thầy Minh đã hướng dẫn nhiệt tình và định hướng cụ thể các công việc cần làm trong đồ án. Em cũng xin cảm ơn anh Biên và các bạn đã động viên, giúp đỡ để em hoàn thành đồ án này. Tóm tắt đồ án Đồ án được nghiên cứu và thực hiện với mục đích áp dụng những kiến thức đã được học trong nhà trường để thiết kế, tạo ra một hệ thống thu thập dữ liệu từ RS485 và gửi tín hiệu bằng sóng điện thoại GSM-SMS. Tìm hiều về hệ thống điện thoại di động GSM hiện nay. Nghiên cứu và sử dụng các module GSM/GPRS phổ biến hiện nay. Module em thực hiện nghiên cứu và sử dụng là module SIM900 của hãng SIMCom. Nghiên cứu và sử dụng chip vi điều khiển ARM Cortex M3. Chip mà em nghiên cứu sử dụng là STM32F103RCT6 của hãng STMicroelectronics. Nội dung của đồ án bao gồm 5 chương: Chương 1:Đặt vấn đề Chương 2: Phân tích chức năng và thiết kế sơ đồ khối Chương 3: Thiết kế phần cứng Mạch nguyên lý-Mạch layout Chương 4: Thiết kế phần mềm Chương 5: Chế tạo thử nghiệm Nội dung các chương 1 và 2 nêu ra các vấn đề cần đặt ra và hướng phát triển của đề tài. Phần này tập chung vào việc tìm hiểu chức năng hoạt động và lựa chọn công nghệ để phát triển sản phẩm. Các chương còn lại đi sâu tìm hiểu vấn đề cốt lõi mà đề tài yêu cầu đặt ra.Cụ thể: Chương 3 nghiên cứu tìm hiểu sơ đồ nguyên lý các khối chức năng và lựa chọn linh kiện sao cho phù hợp. Chương 4 tìm hiểu phần mềm lập trình để nạp chương trình,gỡ lỗi và test thử kết hợp với phần cứng. Chương 5 đưa ra các kết quả đạt được trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài. Tuy nhiên vì đề tài phải hoàn thành trong thời gian ngắn nên trong quá trình biên soạn không tránh khỏi thiếu sót. Xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp phê bình từ thầy cô và bạn đọc những thiếu xót để quyển đồ án ngày càng hoàn thiện hơn. Mọi ý kiến đóng góp, phê bình và thắc mắc xin liên hệ qua e-mail: ducdt4@gmail.com. Xin chân thành cảm ơn! Abstract In this paper, I aim to design a data accumulator with RS485 sending signal by GSM-SMS. Study present GSM and widely used GSM/GPRS module. In this paper, I use module SIM900 of SIMCOM. Study and use microprocessor ARM Cortex M3, specifically STM32F103RCT6 of STMcroelectronics. Content: Chapter 1:Introduction Chapter 2:Function and Diagram design analysis Chapter 3:Principle circuit-circuit layout hardware design Chapter 4: Software design Chapter 5: Experiment The first two chapters introduce the subject and how to develop it in the future; what is its function and what is the technology to develop it. The remaining chapters an insight into the core issues that the subject. Specific: Chapter 3 studies explore the principle diagram and function block selection of components that corresponds. Chapter 4 search understand programming software to load the program, debug and test combined with hardware. Chapter 5 provides the results obtained during the research and implementation topics. The rest will dig deeply to the core of the problem. Specifically, chapter 3 studies the principle diagram and proper devices. Chapter 4 is about the software to run, debug and test the hardware. Chapter 5 reveals the results of the work. Even though I have tried my best, mistake and incompletion are unavoidable. I would be very grateful to have feedbacks from teachers, students or any reader to help me improve this paper. All the feedbacks can be sent via email ducdt4@gmail.com. Thank you so much. Trang 4 MỤC LỤC Lời nói đầu 1 Tóm tắt đồ án 2 Abstract 3 MỤC LỤC 4 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ 6 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU 7 Chương 1:Đặt vấn đề 8 1.1 Giới thiệu các hệ thống thu thập dữ liệu 8 1.1.1 Hệ thống thu thập dữ liệu thời tiết 8 1.1.2 Hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu mạng cấp nước qua mạng GPRS/EDGE 8 1.1.3 Hệ thống bán lẻ xăng dầu 9 1.2 Yêu cầu hệ thống 10 1.2.1 Yêu cầu chức năng 10 1.2.2 Yêu cầu phi chức năng 11 Chương 2: Phân tích chức năng và thiết kế sơ đồ khối 13 2.1 Phân tích sơ đồ chức năng 13 2.2.1 Vi điều khiển 14 2.2.2 Giao tiếp nối tiếp 19 2.2.3 Giao tiếp GSM-SMS 23 2.2.4 Giao tiếp thẻ nhớ 25 2.2.5 Khối nguồn 28 Chương 3: Thiết kế phần cứng Mạch nguyên lý-Mạch layout 30 3.1 Công cụ thiết kế mạch nguyên lý và layout Altium 30 3.2 Kết nối VĐK 31 3.2.1 Nguồn cho STM32 31 3.1.2 Tín hiệu vào ra STM32 31 3.3 Kết nối giao tiếp RS485 33 3.4 Kết nối module sim 34 Trang 5 3.5 Kết nối giao tiếp thẻ nhớ 40 3.6 Sơ đồ nguyên lý 42 Chương 4: Thiết kế phần mềm 43 4.1 Tổng quan lập trình cho STM32 43 4.1.1 Các thiết bị ngoại vi của VĐK 43 4.1.2 Công cụ phần mềm biên dịch, gỡ lỗi nạp chương trình của STM32 45 4.2 Thiết kế cấu trúc chung chương trình 47 4.2.1 Khai báo các hàm giao tiếp RS232, RS485 48 4.2.2 Khai báo các hàm điều khiển module sim 48 4.2.3 Khai báo các hàm đọc ghi thẻ nhớ 48 4.3 Triển khai các hàm chương trình 48 4.3.1 Giao tiếp RS232, RS485 48 4.3.2 Câu lệnh AT điều khiển Module Sim900 53 4.3.3 Câu lệnh đọc ghi thẻ nhớ và hàm định dạng FATFS 60 Chương 5: Chế tạo thử nghiệm 65 5.1 Mạch sau khi chế tạo 65 5.2 Đo kiểm 68 5.3 Chạy thử chương trình 69 5.4 Kết luận 70 Tài liệu tham khảo 72 Phụ lục 73 Phụ lục 1: Mã nguồn chương trình 73 Phụ lục 2: Danh sách linh kiện và số lượng sử dụng 81 Trang 6 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mô hình hoạt động của Cello [1] 9 Hình 1.2 Mô hình chung hệ thống quản lý trạm xăng [2] 10 Hình 1.3 Giao tiếp thông qua RS485 [3] 11 Hình 2. 1 Sơ đồ chức năng hệ thống 13 Hình 2. 2 Sơ đồ khối hệ thống 14 Hình 2. 3 So sánh bộ nhớ ARM thường và ARM Cortex [4] 15 Hình 2. 4 Sơ đồ chân chip STM32F103 [5] 16 Hình 2. 5 Sơ đồ chân IC Atmega2560 [6] 18 Hình 2. 6 Sơ đồ chân Pic24FJ256GB106 [7] 19 Hình 2. 7 Sơ đồ chân và hình dạng cổng com 9 chân [8] 21 Hình 2. 8 Sơ đồ chân IC Max485 [9] 22 Hình 2. 9 Module Sim548C [10] 23 Hình 2. 10 Module Sim900 [11] 24 Hình 2. 11 Sơ đồ chân thẻ nhớ SD Card [12] 26 Hình 2. 12 Kiến trúc thẻ nhớ SD Card [12] 26 Hình 2.13 Sơ đồ khối thẻ nhớ SD Card [12] 26 Hình 2.14 Cấu trúc bộ nhớ SD Card [12] 27 Hình 2. 15 Cấu trúc liên kết các thẻ nhớ SD Card [12] 27 Hình 2. 16 IC LM1117 3.3V [13] 28 Hình 2. 17 IC LM2576 [13] 28 Hình 3. 1 Phần mềm thiết kế mạch Altium Designer 30 Hình 3. 2 Khối nguồn cho vi điều khiển STM32F103 31 Hình 3. 3 Khối giao tiếp UART 31 Hình 3. 4 Giao diện cơ bản giao tiếp SPI [14] 33 Hình 3. 5 Khối giao tiếp Flash memory 33 Hình 3. 6 Khối nguồn nuôi IC Max485 34 Hình 3. 7 Khối giao tiếp vi điều khiển với IC Max485 34 Hình 3. 8 Khối nguồn nuôi Module Sim900 34 Hình 3. 9 Nối chân VBAT cho module Sim900 [15] 35 Hình 3. 10 Điện áp VBAT trong quá trình truyền [15] 35 Hình 3. 11 Giao tiếp nâng cấp phần mềm và giao tiếp [15] 40 Hình 3. 12 Khối giao tiếp Module Sim900 với vi điều khiển 40 Hình 3. 13 Giao tiếp giữa SD Card và SPI [4] 41 Hình 3. 14 Khối giao tiếp thẻ nhớ với vi điều khiển 41 Hình 3. 15 Sơ đồ nguyên lý mạch thiết kế 42 Hình 4. 1 Sơ đồ khối vi điều khiển STM32F103RC [5] 43 Hình 4. 2 Sơ đồ bộ nhớ [5] 44 Hình 4. 3 Phần mềm lập trình keil ARM 46 Hình 4. 4 Phần mềm Source Insight 46 Trang 7 Hình 4. 5 Độ dài Word lập trình[17] 49 Hình 4. 6 Cấu hình các bit Stop [17] 50 Hình 4. 7 Phát hiện bit Start [17] 51 Hình 4. 8 Thiết lập cấu hình mặc định [17] 55 Hình 4. 9 Khởi tạo vùng nhớ [17] 57 Hình 4. 10 Nhận và đọc tin nhắn [17] 58 Hình 4. 11 Gửi tin nhắn [17] 59 Hình 4. 12 Đọc dữ liệu từ thẻ nhớ [5] 61 Hình 4. 13 Ghi dữ liệu xuống thẻ nhớ [5] 61 Hình 4. 14 Đọc một multi block [18] 62 Hình 4. 15 Viết một multi block [18] 63 Hình 4. 16 Định dạng một command [18] 63 Hình 4. 17 Định dạng response [18] 63 Hình 4. 18 Tổ chức FATFS [4] 64 Hình 5. 1 Mạch layout mặt trên 65 Hình 5. 2 Sơ đồ layout mặt dưới 66 Hình 5. 3 Mặt trên của sản phẩm 67 Hình 5. 4 Mặt dưới của sản phẩm 68 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3. 1 Chức năng chân của module SIM300CZ 35 Bảng 3. 2 Mô tả chân kết nối DIP 36 Bảng 4. 1 Khung lệnh của SD Card 60 Bảng 4. 2 Một số lệnh thường gặp của SD Card 60 Bảng 5. 1 Điện áp chân IC Max3232 68 Bảng 5. 2 Điện áp một số chân IC STM32F103 69 Bảng 5. 3 Điện áp một số chân Module sim900 69 [...].. .Đồ Án Tốt Nghiệp Chương 1: Đặt vấn đề 1.1 Giới thiệu các hệ thống thu thập dữ liệu Ngày nay với sự phát triển của lý thuyết về công nghệ thông tin thì các hệ thống thu thập dữ liệu ngày càng được cải thiện và có những tính năng mới Trong cuộc sống hàng ngày chúng ta bắt gặp rất nhiều hệ thống thu thập dữ liệu phục vụ cho lợi ích cho các cá nhân,tổ chức,mỗi quốc gia 1.1.1 Hệ thống thu thập dữ liệu. .. các số liệu được cập nhật theo thời gian thực và được tích hợp lên một cổng thông tin hỗ trợ ra quyết định Hệ thống tổng thể bao gồm 3 thành phần chính :  Hệ thống quản lý đo bồn tự động  Hệ thống quản lý bán hàng(trụ bơm)  Cổng thông tin tích hợp số liệu 1.2 Yêu cầu hệ thống 1.2.1 Yêu cầu chức năng a )Giao tiếp với hệ thống đo, hệ thống bán hàng qua chuẩn giao tiếp RS232 hoặc RS485 Vấn đề giao tiếp... Phân tích chức năng và thiết kế sơ đồ khối 2.1 Phân tích sơ đồ chức năng Sơ đồ chức năng: Quản lý cột bơm xăng Chức năng Thu thập dữ liệu Chức năng gửi câu lệnh Chức năng Chức năng Hiển thị Lưu trữ Hình 2 1 Sơ đồ chức năng hệ thống Chức năng thu thập dữ liệu: lấy các thông số từ cột xăng gửi xuống và truyền vào vi điều khiển qua RS485 Dữ liệu còn được cấu hình từ số điện thoại admin qua SMS gửi về sim... của Cello [1] Cello ghi nhận dữ liệu từ các ngõ vào theo thời gian cài đặt (interval), và gởi dữ liệu về máy tính chủ (host computer) qua mạng GSM/ GPRS theo thời gian cài đặt trước Các ngõ vào ghi nhận dữ liệu có thể cấu hình, cài đặt riêng, nếu không sử dụng thì chúng ta không khai báo cấu hình cho ngõ vào đó để tiết kiệm vùng nhớ và tiết kiệm chi phí gởi dữ liệu qua mạng GSM/ GPRS (trong mỗi Cello chúng... còn dựa vào các hệ thống lỗi thời trong việc thu thập các dữ liệu thủy văn và chúng ta đưa ra các thông tin hơi khó tin và rất đáng ngờ.Việc theo dõi lượng nước trong các đám mây và việc có được thông tin chính xác và liên tục về gió sẽ giúp ta quản lý tốt hơn việc dự báo lượng mưa Trong mọi trường hợp việc thu thập dữ liệu bằng tay đã quá lỗi thời cần được thay thế bằng việc theo dõi liên tục và tự... thất thoát nước hữu hiệu và mang tính lâu dài là xây dựng trung tâm thu thập và quản lý dữ liệu mạng cấp nước, sau đó từ nguồn dữ liệu này chúng ta mới bắt đầu Trang 8 Đồ Án Tốt Nghiệp tiến hành phân tích và đưa ra các biện pháp nhằm giảm thất thoát như phân vùng, tách mạng, lắp đặt van giảm áp, thay đường ống … Cello là dãy sản phẩm của hãng Technolog (UK), dùng để thu thập dữ liệu trong nghành cấp nước... thiết bị thu phát trên 2 dây Hình 1.3 Giao tiếp thông qua RS485 [3] b)Lưu trữ số liệu Ngày nay việc lưu trữ dữ liệu đặc biệt quan trọng trong tất cả các lĩnh vực đặc biệt trong lĩnh vực lưu trữ số liệu. Các số liệu được thay đổi, cập nhật liên tục trong quá trình trao đổi, truyền tải dữ liệu c)Truyền dữ liệu về trung tâm qua SMS Các dòng sản phẩm không dây mang đến những ưu điểm cho người sử dụng và khắc... sánh giữa các lưu vực giống nhau với một quá trình thu thập dữ liệu dài hơn có thể giúp loại bỏ những rủi ro có thể xảy ra,với điều kiện các thông số khí hậu thay đổi không quá nhiều Một khi có được các dữ liệu khí tượng-thủy văn, địa mạo và đất chính xác việc lập mô hình thời tiết sẽ có ý nghĩa và có thể đưa ra quyết định nhanh chóng và đúng đắn thông qua các mô phỏng 1.1.2 Hệ thống giám sát và thu. .. bằng việc theo dõi liên tục và tự động Gần đây nhất CNR và IRD(Cơ quan nghiên cứu và phát triển của Pháp) đã cùng phát triển HYDROMET, một phần mềm chuyên dung cho việc đo từ xa và xử lý các dữ liệu khí tượng-thủy văn theo thời gian thực và lưu giữ các thông tin trong các cơ sở dữ liệu Việc thu thập dữ liệu liên tục trên một vùng lưu vực sông rộng và các khu vực khí hậu liền kề.Tần số của các hiện tượng... đơn 3.3V và tụ không phân cực 100nF Trang 31 Đồ Án Tốt Nghiệp     Tốc độ truyền dữ liệu tối đa 120kbit/s Có hai trình điều khiển và nhận dữ liệu Áp ngõ vào tối đa ± 30V Dòng nguồn thấp – loại 8mA MAX3232 là một trình điều khiển /thu kép bao gồm một nguồn áp kiểu điện dung để cung cấp TIA/EIA-232-F mức điện áp từ một nguồn cung cấp 3.3V duy nhất Mỗi bộ nhận chuyển đổi TIA/EIA-232-F ngõ vào thành . nhiệt tình và định hướng cụ thể các công việc cần làm trong đồ án. Em cũng xin cảm ơn anh Biên và các bạn đã động viên, giúp đỡ để em hoàn thành đồ án này. Tóm tắt đồ án Đồ án được nghiên. đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm Cán bộ phản biện BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu. mở rộng và kết nối được. Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 13 Chương 2: Phân tích chức năng và thiết kế sơ đồ khối 2.1 Phân tích sơ đồ chức năng Sơ đồ chức năng: