Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật thiết kế hệ thống điều khiển xa qua đường dây thoại trên cơ sở của chíp DTMF

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hệ thống điều khiển từ xa nắm giữ một vai trò quan trọng trong việc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Điều khiển từ xa rất đa dạng phong phú: trong lĩnh vực quân sự được ứng dụng vào điều khiển máy bay không người lái, tên lửa, tàu vũ trụ, vệ tinh nhân tạo…trong dân dụng điều khiển từ xa làm tăng tính tiện ích và tăng giá trị sử dụng cho các thiết bị. Đối với hệ thống điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại thì giới hạn về khoảng cách là yếu điểm của kỹ thuật này, bên cạnh đó mạng internet ngày nay cũng khá phổ biến nhưng chưa thật sự rộng rãi, ngược lại với mạng điện thoại đã được mở rộng với quy mô toàn thế giới và rất phổ biến, đã mở ra một hướng mới trong lĩnh vực tự động điều khiển. Hiện nay, do nhu cầu trao đổi thông tin của con người ngày càng tăng, đồng thời các thiết bị điện thoại ngày càng được phổ biến rộng rãi. Do đó việc sử dụng mạng điện thoại để truyền tín hiệu điều khiển là phương thức thuận tiện nhất cho công việc, tiết kiệm thời gian, vừa đảm bảo các tính năng tiện ích cho các thiết bị vừa tiết kiệm được chi phí sử dụng và an toàn cho tính mạng, tài sản của con người do cháy nổ hoặc do chạm chập điện gây ra. Ngoài ra, ứng dụng của hệ thống điều khiển xa bằng điện thoại, giúp ta điều khiển các thiết bị điện ở những môi trường nguy hiểm mà con người không thể làm việc được hoặc những dây chuyền sản xuất để thay thế con người. Dựa vào mạng điện thoại có sẵn, có thể thiết kế hệ thống điều khiển các thiết bị từ xa với sự trợ giúp của kỹ thuật vi điều khiển. Hệ thống này được thiết kế trên mô hình đóng ngắt các thiết bị, khi có sự cố xẩy ra thiết bị sẽ báo động tại chỗ bằng các tín hiệu cảnh báo. Ngoài ra, hệ thống chỉ có thể điều khiển được khi nhấn đúng mã và không thể xảy ra trường hợp người ngoài có thể điều khiển hệ thống do vô tình quay số ngẫu nhiên. Chính vì vậy mà tác giả đã lựa chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển xa qua đường dây thoại trên cơ sở của chíp DTMF” cho luận văn của mình. 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài + Ý nghĩa khoa học: Điều khiển thiết bị từ xa thông qua hệ thống thông tin liên lạc là sự kết hợp giữa các ngành Điện – Điện tử và Viễn thông. Sự phối hợp ứng dụng vi điều khiển hiện đại và hệ thống thông tin liên lạc đã hình thành một hướng nghiên cứu và phát triển trong khoa học kỹ thuật. Điều khiển thiết bị từ xa thông qua mạng điện thoại khắc phục được nhiều giới hạn trong hệ thống điều khiển từ xa thông thường. Hệ thống này không phụ thuộc vào khoảng cách, môi trường, đối tượng điều khiển. Điểm đặc trưng nổi bậc của hệ thống là tính lưu động của tác nhân điều khiển (người điều khiển) và đối tượng được điều khiển là cố định. + Ý nghĩa thực tiễn: Hình thành ý tưởng từ nhu cầu thực tế xã hội, nhưng để tạo ra được một sản phẩm có giá trị ứng dụng cao thì đây chính là một điều kiện tốt nhất để người thực hiện đề tài có thể tự kiểm chứng lại năng lực của mình trong suốt khoá học tích luỹ từ kiến thức của bản thân và từ trường lớp. Người thực hiện đề tài phải nỗ lực trong vấn đề hệ thống hoá lại toàn bộ các kiến thức liên quan và ứng dụng nó một cách hiệu quả trong khi thực hiện đề tài. Đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển xa qua đường dây thoại trên cơ sở của chíp DTMF” hoàn thành sẽ góp phần vào việc tăng tính đa dạng, giảm thiểu thời gian và chi phí cho các hệ thống điều khiển… Đồng thời đây là một giải pháp phù hợp với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại ngày nay. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu + Đề tài hướng tới một phương thức điều khiển từ xa có sự kết hợp của nhiều lĩnh vực liên quan như: Tổng đài điện thoại, điện thoại cố định, phương thức làm việc giữa tổng đài và thuê bao, vi mạch điện tử, vi điều khiển… + Tập trung nghiên cứu hệ thống điều khiển từ xa qua đường dây điện thoại sử dụng tín hiệu DTMF để giao tiếp giữa người điều khiển và thiết bị. 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp tài liệu: Nghiên cứu các tài liệu (sách, báo, tạp chí khoa học, Internet…), thu thập và lưu trữ dữ liệu liên quan đến hệ thống điều khiển từ xa. Phương pháp thực nghiệm: Nghiên cứu thực nghiệm dựa trên các hệ thống thiết bị hiện có và thiết kế chế tạo sản phẩm mới, với mục đích cải tiến, khắc phục những nhược điểm mà các hệ thống trước mắc phải. 5. Mục tiêu nghiên cứu Trong giới hạn thời gian cho phép để hoàn thành đề tài này kết hợp với những kiến thức tích luỹ được trong suốt khoá học không cho phép người thực hiện đề tài thực hiện được hoàn chỉnh toàn bộ các yêu 1 cầu tạo ra một sản phẩm ưu việt. Do đó người thực hiện đề tài chỉ tập trung đi sâu nghiên cứu về tổ chức hệ thống điều khiển thiết bị từ xa qua đường điện thoại, xây dựng thiết bị đáp ứng được yêu cầu đặt ra. Các mục tiêu cụ thể là: - Xây dựng các khối chức năng của hệ thống điều khiển từ xa qua đường dây thoại sử dụng chíp DTMF. - Dùng chíp vi điều khiển AT89S52 để điều khiển chíp MT8888 thu tín hiệu DTMF. - Thông qua kết nối bằng đường dây điện thoại, người điều khiển sẽ điều khiển các thiết bị từ xa. - Chế tạo thiết bị, kiểm tra đánh giá để tiếp tục phát triển, hoàn thiện và ứng dụng trong đời sống thực tế. 6. Bố cục của Đề tài Ngoài các phần Mở đầu, Mục lục, Danh mục các hình vẽ (bảng, biểu…), Kết luận, Tài liệu tham khảo. Nội dung chính của luận văn được trình bày trong 05 chương như sau: Chương 1: Tổ Chức Hệ Thống Điều Khiển Thiết Bị Từ Xa Qua Đường Dây Điện Thoại Chương 2: Tổng Quan Về Tổng Đài Điện Tử – Phương Thức Làm Việc Của Tổng Đài Và Các Thuê Bao Điện Thoại Chương 3: Thiết Kế Phần Cứng Hệ Thống Chương 4: Thiết Kế Phần Mềm Vận Hành Hệ Thống Chương 5: Thực Nghiệm 2 NỘI DUNG Chương 1. TỔ CHỨC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA QUA ĐƯỜNG ĐIỆN THOẠI 1.1. Sơ đồ cấu trúc Hệ thống Một hệ thống điều khiển từ xa bao gồm ba thành phần chính: Trung tâm điều khiển, đường dây truyền dẫn tín hiệu, hệ thống và thiết bị cần điều khiển giám sát từ xa. Hình 1.1. Sơ đồ tổng quát hệ thống giám sát điều khiển từ xa Từ sơ đồ tổng quát của hệ thống điều khiển từ xa, bộ giải mã thu - phát tín hiệu DTMF được sử dụng là chíp MT8888. Tác giả thiết kế sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa qua đường dây thoại: Hình 1.2. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thiết bị từ xa 1.2. Chức năng các khối trong Hệ thống 1.2.1. Khối giải mã thu DTMF (Dual Tone Multi Frequency) Chức năng chính của khối này là thu và giải mã tín hiệu DTMF cho hệ thống khi thực hiện nhận cuộc gọi đến (yêu cầu hệ thống thực hiện điều khiển thiết bị). Khối này sử dụng Chíp giải mã thu phát DTMF MT8888. 1.2.2. Khối phát tín hiệu chuông Khi có cuộc gọi đến yêu cầu hệ thống điều khiển thiết bị thì hệ thống lúc này được coi như một thuê bao điện thoại thông thường. Vì vậy, thiết bị vẫn nhận các cuộc gọi đến bình thường và tổng đài sẽ gửi cho hệ thống tín hiệu chuông báo có cuộc gọi đến. Khối cảm biến tín hiệu chuông sẽ nhận tín hiệu này và báo cho khối vi xử lý biết có cuộc gọi đến. 1.2.3. Khối kết nối thuê bao Khi thực hiện việc kết nối sẽ đóng cho một tải giả (có nội trở tương đương với nội trở của một máy điện thoại cố định thông thường) kết nối đường dây. Khi đó, tổng đài sẽ phát hiện mức điện áp sụt giảm trên đường dây (còn khoảng 15V) và sẽ cho máy điện thoại gọi đến kết nối với hệ thống. 1.2.4. Khối điều khiển thiết bị Khối này chủ yếu là các mạch Relay, các Relay chấp hành các lệnh từ khối vi xử lý. Thực chất đây là khối chấp hành thụ động. 1.2.5. Khối nút nhấn bên ngoài Trong trường hợp hệ thống bị hỏng mất điều khiển từ xa, khối này hỗ trợ cho hệ thống đóng hoặc ngắt thiết bị tại chỗ bằng phím cứng. 3 1.2.6. Khối vi xử lý Đây chính là trái tim của hệ thống, phần quan trọng nhất quyết định đến sự hoạt động của toàn bộ hệ thống. Tại đây khối vi xử lý sẽ nhận, xử lý và phản hồi toàn bộ những thông tin từ các khối chức năng. Khối này sử dụng một phần mềm hệ thống linh hoạt và mềm dẻo để điều khiển mọi hoạt động và đưa ra các lệnh để các khối khác thi hành. Vi điều khiển được sử dụng cho khối này là vi điều khiển AT89S52. 1.2.7. Khối nguồn Khối này sẽ đảm bảo cho đầu ra đủ hai mức điện áp +12V DC và 5V DC bằng phẳng và ổn định cấp cho toàn hệ thống. 1.2.8. Khối phát hiện sự cố và cảnh báo tại chỗ Khi hệ thống phát hiện có sự cố thì ngay lúc đó khối cảnh báo sẽ hoạt động, gửi cảnh báo đến người sử dụng bằng cách đưa ra cảnh báo tại chỗ bằng loa và đèn nháy. Khối này bao gồm loa báo động, đèn nháy được lắp đặt tại khu vực cần cảnh báo. 1.2.9. Khối hiển thị Màn hình LCD có khả năng hiển thị mật khẩu, các câu thông báo và trạng thái các thiết bị. Kết luận chương 1: Tác giả đã xây dựng tổ chức hệ thống điều khiển từ xa qua đường dây điện thoại. Hệ thống điều khiển gồm các khối cơ bản như: khối trung tâm, khối thu tín hiệu DTMF, khối tải giả, khối điều khiển thiết bị Chương 2. TỔNG QUAN VỀ TỔNG ĐÀI ĐIỆN TỬ – PHƯƠNG THỨC LÀM VIỆC CỦA TỔNG ĐÀI VÀ CÁC THUÊ BAO ĐIỆN THOẠI 2.1. Tổng quan về Tổng đài điện tử 2.1.1. Sơ lược lịch sử phát triển tổng đài Để khắc phục những hạn chế và nhược điểm của các loại tổng đài điện thoại nhân công, các nhà chế tạo tổng đài điện thoại đã cho ra đời tổng đài tự động cơ điện và từng bước hoàn thiện chúng. Tổng đài tự động từng nấc đầu tiên điều khiển trực tiếp đã được chế tạo năm 1892. Mặc dù nó được hoàn thiện trên cơ sở nhiệm vụ của tổng đài nhân công nhưng nó còn rất nhiều nhược điểm như chứa nhiều các bộ phận cơ khí, khả năng và tính linh hoạt bị hạn chế kích thước quá cồng kềnh. Năm 1926 ở Thụy Điển đã xuất hiện một số loại tổng đài ngang dọc đầu tiên, tổng đài này sản xuất ra dựa trên cơ sở kết quả nghiên cứu kỹ thuật chuyển mạch và hoàn thiện các bộ phận chức năng của tổng đài từng nấc. Các tổng đài này cũng chỉ là tổng đài điều khiển trực tiếp. Vào những năm 1965 tổng đài điện thoại điện tử đầu tiên theo nguyên lý chuyển mạch không gian tương tự đã được đưa vào khai thác ở nước Mỹ. Tổng đài loại này cần cho mỗi cuộc gọi một tuyến vật lý (một mạch dây) riêng. Năm 1970 tổng đài điện thoại số đầu tiên được sản xuất, lắp đặt và đưa vào khai thác đầu tiên ở nước Pháp. 2.1.2. Khái niệm về tổng đài số Nhu cầu ngày càng đòi hỏi lớn về chất lượng, dịch vụ, dung lượng chuyển mạch của tổng đài. Các trung tâm chuyển mạch cũng được mở rộng và phát triển đáp ứng nhu cầu đó, phục vụ cho cuộc sống của thế kỷ thông tin. Ngày nay, hệ thống tổng đài số đã dần thay thế cho các loại tổng đài cũ, nó mở ra một thời kỳ mới cho ứng dụng viễn thông vào cuộc sống. Khi ta dùng phương pháp truyền dẫn số, tổng đài số đã mang lại nhiều lợi ích so với truyền dẫn tương tự. Sử dụng tổng đài số và các đường truyền dẫn số, bộ mã hoá và giải mã cho thoại đơn giản dễ biến đổi thực hiện các chức năng. 2.1.3. Các chức năng của hệ thống tổng đài Đối với hệ tổng đài tự động các cuộc gọi được phát ra và hoàn thành thông qua các bước sau: + Nhận dạng thuê bao chủ gọi. + Tiếp nhận số được quay. + Kết nối cuộc gọi. + Chuyển thông tin điều khiển. 4 + Kết nối trung chuyển. + Kết nối tại trạm cuối. + Truyền tín hiệu chuông. + Tính cước. + Truyền tín hiệu. + Hồi phục hệ thống. 2.2. Phương thức làm việc giữa tổng đài và các thuê bao Đường dây điện thoại cố định hiện nay gồm có hai dây và thường gọi đó là Tip và Ring. Tất cả các điện thoại hiện nay đều được cấp nguồn từ tổng đài thông qua hai dây Tip và Ring. Nhằm hiểu rõ, áp dụng tốt vào việc thiết kế mạch điều khiển thiết bị từ xa qua điện thoại, ta đi tìm hiểu một vài đặc tính của điện thoại, hoạt động giữa tổng đài và các thuê bao. 2.2.1. Đặc tính của điện thoại cố định • Thuê bao điện thoại nối với tổng đài bằng đường dây thuê bao. • Cung cấp một chiều cho đường dây thuê bao (48V DC, 35 mA). • Điện áp khi gác máy 48V DC, khi nhấc máy 15V DC. • Băng thông làm việc 300Hz ÷ 3400Hz. • Tỉ số S/N > 29,5dB. • Tổng trở DC khi gác máy khoảng 20KΩ. • Tổng trở AC khi gác máy từ 4KΩ đến 10KΩ. • Tổng trở DC khi nhấc máy khoảng 300Ω. • Tổng trở AC khi nhấc máy khoảng 600Ω. - Hệ thống tín hiệu giao tiếp giữa tổng đài và thuê bao (theo tiêu chuẩn Châu Âu) : + Tín hiệu mời quay số (Dial tone): là tín hiệu sin tần số f = 425 ± 25Hz, biên độ 2V RMS trên nền DC, phát liên tục. Hình 2.1. Tín hiệu mời quay số + Tín hiệu báo bận (Busy tone): là tín hiệu sin tần số f = 425± 25Hz, biên độ 2V RMS trên nền DC, phát ngắt quãng 0,5s có và 0,5s không. Hình 2.2. Tín hiệu báo bận + Tín hiệu hồi âm chuông (Ringback Tone): là tín hiệu sin tần số f= 425± 25Hz, biên độ 2V RMS trên nền 10V DC, phát ngắt quãng 2s có, 4s không. 5 Hình 2.3. Tín hiệu hồi âm chuông + Tín hiệu chuông (Ring Tone): là tín hiệu sin tần số f = 25Hz, biên độ V PP = 75V trên nền DC 48V, phát ngắt quãng 2s có, 4s không. Hình 2.4. Tín hiệu chuông + Tín hiệu đảo cực Hình 2.5. Tín hiệu đảo cực Tín hiệu đảo cực chính là sự đảo cực tính của nguồn tại tổng đài, khi hai thuê bao bắt đầu cuộc đàm thoại, một tín hiệu đảo cực sẽ xuất hiện. Khi đó hệ thống tính cước của tổng đài sẽ bắt đầu thực hiện việc tính cước đàm thoại cho thuê bao gọi. 2.2.2. Hệ thống DTMF (Dual Tone Multi Frequency) Hệ thống DTMF đang phát triển và đã trở thành phổ biến trong hệ thống điện thoại hiện nay. Hệ thống được hình thành vào những năm 1960 nhưng mãi đến năm 1970 mới được phát triển rộng rãi. Hệ thống DTMF giờ đây trở thành chuẩn thay thế cho hệ thống xung kiểu cũ. Tín hiệu DTMF là những âm thanh sử dụng trong điện thoại cho âm thanh quay số. Tín hiệu DTMF là tổng của 2 sóng hình sin tại tần số cao và thấp nghĩa là khi có một phím được nhấn thì trên đường dây xuất hiện 2 tần số khác nhau thuộc nhóm tần số thấp và tần số cao. Lợi ích của việc sử dụng tín hiệu DTMF trong điện thoại là chống được nhiễu tín hiệu, do đó tổng đài có thể biết chính xác được phím nào đã được nhấn. Ngoài ra nó còn giúp cho người ta sử dụng điện thoại thuận tiện hơn. Ngày nay, hầu hết hệ thống điện thoại đều sử dụng tín hiệu DTMF. Bàn phím chuẩn của loại điện thoại này có dạng ma trận chữ nhật gồm có 3 cột và 4 hàng, tạo nên tổng cộng 12 phím nhấn, 10 phím cho chữ số 0 ÷ 9, hai phím đặc biệt là “*” và “#”. Mỗi một hàng trên bàn phím được gán cho một tần số Tone thấp, mỗi cột được gán cho tần số Tone cao (hình 2.6). Mỗi một phím sẽ được một tín hiệu DTMF riêng và được tổng hợp bởi hai tần số tương ứng với hàng và cột mà phím đó đang đứng. 6 Hình 2.6. Bàn phím DTMF Ngày nay, để tăng khả năng sử dụng của điện thoại, người ta phát triển thêm một cột nữa cho bàn phím điện thoại chuẩn tạo nên bàn phím ma trận 4x4 như hình 2.7 Hình 2.7. Bàn phím DTMF ma trận vuông 2.2.3. Phương thức quay số Quay số có thể bằng đĩa quay số hay bằng bàn phím. + Quay số bằng đĩa quay: Đĩa quay số là một cấu kiện cơ khí. Khi quay một số, tay người làm quận lò xo dụng cụ quay số, khi thả tay ra, đĩa quay số trở về vị trí tĩnh nhờ lực giãn của lò xo. Nhờ vai trò của một cơ cấu ổn định tốc độ trong đĩa quay mà tốc độ quay về phía này ổn định, bảo đảm những xung quay số có bề rộng chuẩn 38ms, cự ly chuẩn 62ms, số xung đúng bằng số được quay (riêng số 0 là 10 xung), từng số quay lại cách nhau một khoảng chuẩn đủ lớn để tránh nhầm lẫn số. + Quay số bằng bàn phím: Có thể tạo ra số thuê bao bị gọi bằng bấm phím trên bàn phím, tuy vậy công việc này vẫn gọi là quay số. Kết quả bấm phím cũng có thể tạo ra xung quay số như trên, nhờ các mạch tạo xung trong IC. Nhưng bàn phím được thiết kế là để hướng tới tín hiệu quay số mã đa tần lưỡng âm DTMF. Hình 2.6 ở trên biểu thị bàn phím DTMF tương quan các đôi tần số tạo ra để mã hoá số thuê bao. Các con số ghi tương ứng theo hàng và cột là giá trị tần số, đơn vị Hz, yêu cầu sai số <1,8%, độ dài xung 50ms, khoảng ngắt giữa xung 50ms. Vậy quay số DTMF rút ngắn thời gian quay số 10 lần so với đĩa quay số. Khi bấm phím quay số DTMF, hai âm có tần số cột và hàng tương ứng của ma trận như hình bên được phát đi đồng thời. Tần số các âm DTMF được chọn sao cho xác xuất số giả do âm gây ra khi quay số là thấp nhất. Mã đa tần lưỡng âm (khác với xung quay số) còn có thể truyền được đi xa theo mạng điện thoại. * Phương pháp quay số tone DTMF: Khi có một phím được ấn thì trên đường dây sẽ xuất hiện 2 tần số khác nhau thuộc nhóm f thấp và f cao . Phương pháp tần ghép này chống nhiễu tốt hơn, ngoài ra dùng dạng tone DTMF sẽ tăng được tốc độ quay nhanh gấp 10 lần so với việc thực hiện quay số PULSE. Mặt khác phương pháp sẽ sử dụng được một số dịch vụ cộng thêm tổng đài. Bảng 2.1. Các cặp tần số DTMF Phím số Nhóm f thấp Nhóm f cao 1 697Hz±1,8% 1209Hz±1,8% 2 697Hz±1,8% 1336Hz±1,8% 3 697Hz±1,8% 1447Hz±1,8% 4 770Hz±1,8% 1209Hz±1,8% 5 770Hz±1,8% 1336Hz±1,8% 6 770Hz±1,8% 1447Hz±1,8% 7 852Hz±1,8% 1209Hz±1,8% 8 852Hz±1,8% 1336Hz±1,8% 9 852Hz±1,8% 1447Hz±1,8% * 941Hz±1,8% 1209Hz±1,8% 0 941Hz±1,8% 1336Hz±1,8% # 941Hz±1,8% 1447Hz±1,8% A 697Hz±1,8% 1663Hz±1,8% B 770Hz±1,8% 1663Hz±1,8% C 852Hz±1,8% 1663Hz±1,8% D 941Hz±1,8% 1663Hz±1,8% 7 * Phương pháp quay số Pulse: Tín hiệu quay số là chuỗi xung vuông, tần số chuỗi = 10Hz, số điện thoại bằng số xung ra, riêng số 0 sẽ là 10 xung, biên độ ở mức cao là 48v, ở mức thấp là 10v, dạng sóng được cho ở hình dưới: Hình 2.8. Dạng sóng quay số kiểu PULSE a: thời gian 10v. b: thời gian ở 48v. c: khoảng thời gian giữa 2 lần quay số trong một cuộc gọi. Số xung trên một giây 10 – 20 pulse/s. Ngày nay kiểu quay số kiểu Pulse chậm và một số nhược điểm nên ít được sử dụng. Hệ thống DTMF đang phát triển và phổ biến trong hệ thống điện thoại hiện đại hiện nay. 2.2.4. Phương thức làm việc giữa tổng đài và các thuê bao Cuộc gọi nội hạt là cuộc gọi xảy ra giữa hai thuê bao thuộc cùng một tổng đài. Cuộc gọi ra là cuộc gọi giữa một thuê bao ở tổng đài này gọi đến thuê bao của tổng đài khác. Cuộc gọi vào là cuộc gọi từ một tổng đài khác gọi đến thuê bao của tổng đài đang xét. Cuộc gọi chuyển tiếp là cuộc gọi giữa hai thuê bao thuộc hai tổng đài trên mạng nhưng cuộc gọi đó phải đi qua tổng đài đang xét. Khi bộ điều khiển trung tâm xác định xong đặc tính của thuê bao chủ gọi và nhận thấy rằng thuê bao có quyền được thiết lập liên lạc. Bộ điều khiển trung tâm yêu cầu bộ điều khiển mạch điện thuê bao thiết lập đầu mối giữa thuê bao chủ gọi với khe thời gian có chứa thông tin âm mời quay số của bộ tạo âm báo, đồng thời nếu máy điện thoại là máy ở chế độ phát xung đa tần DTMF thì bộ điều khiển mạch điện thuê bao thực hiện đầu nối thuê bao chủ gọi với bộ thu xung đa tần. Lúc này thuê bao chủ gọi đã nghe được âm mời quay số còn tổng đài thì sẵn sàng thu xung đa tần DTMF từ thuê bao chủ gọi đưa tới. Nhận dạng thuê bao máy gọi: tổng đài nhận dạng trạng thái của thuê bao thông qua sự biến đổi tổng trở mạch vòng của đường dây. Bình thường khi thuê bao ở trạng thái gác máy thì tổng trở đường dây thì vô cùng lớn (hở mạch). Khi thuê bao nhấc máy điện trở mạch vòng còn 150 Ω - 1500Ω (thường là 600Ω) đó là tổng trở vào của điện thoại. Tổng đài nhận biết được sự thay đổi này thông qua bộ cảm biến trạng thái đường dây thuê bao. Khi thuê bao nhấc máy thì tổng đài sẽ cấp tín hiệu Dial Tone trên đường dây đến thuê bao, chỉ khi nhận được tín hiệu này thì thuê bao mới được quay số, có thể quay số dưới dạng DTMF và Pulse. Tổng đài nhận các số do thuê bao gửi đến và kiểm tra, nếu số đầu nằm trong tập thể số thuê bao của tổng đài thì tổng đài sẽ phục vụ cuộc gọi nội đài. Ngược lại, nó phục vụ cuộc gọi liên đài thông qua trung kế giữ toàn bộ phần định vị quay số tổng đài có thuê bao bị gọi, nếu số đầu là mã thì chức năng đặc biệt của tổng đài sẽ thực hiện các chức năng có thể phục vụ thuê bao. Nếu thuê bao bị gọi thông thoại hoặc đường dây kết nối bị bận thì tổng đài cấp tín hiệu Busy Tone ngược về cho thuê bao gọi. Khi thuê bao bị gọi nhấc máy thì tổng đài biết tín hiệu này và cắt dòng chuông kịp thời để tránh hư hao cho thuê bao, đồng thời cắt tín hiệu chuông hồi âm đến thuê bao gọi và kết nối thông thoại cho hai thuê bao. Khi hai thuê bao đang thông thoại có một thuê bao gác máy, tổng đài cắt thông thoại hai thuê bao và cấp Busy Tone cho thuê bao còn lại, giải toả các thiết bị phục vụ thông thoại. Khi thuê bao còn lại gác máy tổng đài ngắt Busy Tone và kết thúc chương trình phục vụ thuê bao. Kết luận chương 2: Tác giả đã giới thiệu tổng quan về tổng đài điện thoại và phân tích phương thức làm việc giữa tổng đài và các thuê bao điện thoại cố định. Qua phân tích này, người điều khiển sẽ có cách nhìn nhận rõ hơn về phương pháp truyền tín hiệu điều khiển giữa người điều khiển và thiết bị và quá trình kết nối giữa thiết bị và người điều khiển 8 Chương 3. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG 3.1. Bộ Vi điều khiển AT89S52 3.1.1. Sơ đồ khối bộ Vi điều khiển AT89S52 Vi điều khiển AT89S52 thuộc họ vi điều khiển MCS-51 của Atmel. Tóm tắt cấu trúc của chíp AT89S52 như sau: • Là bộ vi điều khiển CMOS – 8bit. • Bộ nhớ chương trình (Bộ nhớ Rom) trên chíp 8K bytes. • Bộ nhớ dữ liệu (Bộ nhớ Ram) trên chíp 256 bytes. • Có 32 chân vào/ra. • Có khả năng giao tiếp với cổng nối tiếp và truyền dữ liệu nối tiếp. • Có 3 Bộ timer 16 bit. • Có 6 nguồn ngắt. Hình 3.1. Sơ đồ khối vi điều khiển AT89S52 3.1.2. Sơ đồ và chức năng các chân vi điều khiển AT89S52 9 Hình 3.2. Sơ đồ chân của AT89S52 - Chức năng hoạt động của các chân của vi điều khiển AT89S52:  Port 0: (P0.0 ÷ P0.7) Trong các thiết kế nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các cổng vào ra I/O. Đối với các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng, nó trở thành bus địa chỉ và bus dữ liệu đa hợp.  Port 1: (P1.0 ÷ P1.7) Port 1 có một chức năng chính là các đường xuất/nhập dữ liệu. Trong một số trường hợp chân P1.0 và P1.1 còn có chức năng đặc biệt khác. Chân P1.0 và P1.1 là ngõ vào của Timer/Counter 2. Ba chân P1.5, P1.6, P1.7 được nạp rom theo chuẩn ISP.  Port 2: (P2.0 ÷ P2.7) Port 2 ngoài chức năng được dùng như các cổng vào ra I/O còn là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng.  Port 3: (P3.0 ÷ P3.7) Port 3 có 2 chức năng: Khi không hoạt động xuất/nhập, các chân của port này có nhiều chức năng riêng như ở bảng sau: Bảng 3.1. Chức năng riêng các chân Port 3 Bit Tên Chức năng P3.0 RxT Chân nhận dữ liệu của port nối tiếp P3.1 TxD Chân phát dữ liệu port nối tiếp P3.2 INT0 Ngõ vào ngắt cứng thứ 0 P3.3 INT1 Ngõ vào ngắt cứng thứ 1 P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/Counter 0 P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/Counter 1 P3.6 WR Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7 RD Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài  Chân Reset (RST): chân số 9 Thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống hay gọi tắt là reset hệ thống. Khi ngõ vào này được treo ở mức logic 1 tối thiểu hai chu kì máy, các thanh ghi bên trong AT89S52 được nạp các giá trị thích hợp cho việc khởi động lại hệ thống.  Chân PSEN (Progam Store Enable): chân 29 PSEN là tín hiệu có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối với chân OE\ (output enable) của EPROM cho phép đọc các byte mã lệnh. PSEN ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh. Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi bên trong AT89S52 để giải mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM nội (AT89S52) thì PSEN\ sẽ ở mức 1. 10 [...]... còi chíp 28 P2.7 Điều khiển đóng tải giả Kết luận chương 3: Tác giả đã thiết kế phần cứng cho hệ thống điều khiển từ xa Hệ thống sử dụng chíp vi điều khiển là AT89S52 và chíp thu tín hiệu DTMF là MT8888 Hệ thống có thể điều khiển hai thiết bị từ xa 1÷4 10 11 13 P1.0÷P1.3 P3.0 P3.1 P3.3 19 Chương 4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM VẬN HÀNH HỆ THỐNG 4.1 Lưu đồ giải thuật vận hành Hệ thống Điều khiển thiết bị từ xa qua. .. bấm trên máy điện thoại Mã lệnh 1 2 3 Bảng 5.2 Mã lệnh điều khiển Chức năng Mã cho phép điều khiển thiết bị 1 Mã cho phép điều khiển thiết bị 2 Cho phép mở thiết bị 22 4 Cho phép tắt thiết bị 6 Mã truy nhập điều khiển thiết bị 9 Ngắt kết nối, tắt tất cả các thiết bị 1234 Mã truy nhập hệ thống • Điều khiển thiết bị từ xa qua điện thoại: Để điều khiển, đầu tiên người điều khiển phải gọi số máy điện thoại. .. sàng nhận lệnh từ trung tâm điều khiển qua đường dây) Đây là hệ thống điều khiển từ xa bằng đường dây điện thoại Đối tượng điều khiển là hệ thống, trung tâm điều khiển dùng điện thoại bấm phím (hoặc bấm ở bàn phím máy tính) để ra lệnh điều khiển, vì vậy phải có một bảng mã các mã số tương ứng với các chức năng điều khiển hệ thống thì trung tâm điều khiển mới có thể ra lệnh, hệ thống mới có thể hiểu được... cố Nếu người điều khiển nhập mã truy nhập vào hệ thống đúng, hệ thống sẽ yêu cầu người điều khiển nhập mã điều khiển thiết bị là phím số “6” Nếu nhập đúng mã điều khiển thiết bị người sử dụng sau đó có thể điều khiển các thiết bị bật hoặc tắt Để kết thúc quá trình điều khiển thiết bị, người điều khiển sẽ nhấn phím số “9” Khi nhấn kết thúc quá trình điều khiển hệ thống sẽ ngắt tải giả và quay trở lại... Giới thiệu hệ thống điều khiển xa qua đường dây thoại Hình 5.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển từ xa Bảng 5.1 Vị trí các khối trong hệ thống điều khiển Vị trí Tên khối 1 Khối nguồn 2 Khối nhận tín hiệu từ đường dây điên thoại cố định 3 Khối các mạch điều khiển 4 Khối thông báo 5 Khối các nút nhấn điều khiển 6 Khối trung tâm điều khiển và hiển thị 7 Khối cảnh báo các sự cố 8 Khối mạch thu tín hiệu DTMF 9 Khối... đến số thuê bao điện thoại có lắp thiết bị Sau khi nhập mã truy nhập hệ thống người điều khiển có thể điều khiển thiết bị bật hoặc tắt bằng cách nhấn các phím điều khiển trên bàn phím điện thoại • Người điều khiển có thể điều khiển thiết bị trực tiếp trên mạch bằng cách sử dụng các nút điều khiển BT2 hoặc BT3 Với hai cách có thể điều khiển thiết bị như vậy sẽ đảm bảo an toàn cho các thiết bị trong những... còi chíp kêu Ngoài ra trên màn hình LCD cũng hiện ra số điện thoại của người phụ trách để những người xung quanh có thể liên lạc để giải quyết vấn đề Kết luận chương 5: Tác giả đã chế tạo thành công hệ thống điều khiển xa qua đường dây điện thoại Hệ thống đã tận dụng mạng điện thoại rộng khắp để làm đường truyền điều khiển Do đó hệ thống mang tính khả thi cao có thể áp dụng vào trong thực tế Hệ thống. .. cho chíp vi điều khiển AT89S52 Ưu điểm của ngôn ngữ này là dễ hiểu, ngắn gọn Nội dung chương trình: Tham khảo phần phụ lục Kết luận chương 4: Tác giả đã thiết kế phần mềm cho hệ thống điều khiển từ xa Ngôn ngữ lập trình sử dụng cho hệ thống là ngôn ngữ C, nạp cho chíp vi điều khiển AT89S52 Hệ thống được xây dựng với khả năng hoạt động linh hoạt, có mã truy nhập để bảo mật hệ thống Ngoài ra hệ thống. .. thống sẽ tự động ngắt kết nối sau 3 lần nhập sai mã pasword Sau khi nhấn đúng mã password thì người điều khiển người điều khiển sẽ nhập mã số truy nhập điều khiển thiết bị là số “6” để có thể điều khiển thiết bị Muốn điều khiển thiết bị số 1, người điều khiển nhấn phím số “1” Sau đó dùng các phím “3” hoặc “4” để bật hoặc tắt thiết bị Muốn điều khiển thiết bị số 2, người điều khiển nhấn phím số “2”... thông thoại Sau khi chương trình chính gọi thủ tục đóng tải giả để hệ thống kết nối (thông thoại) với người điều khiển thì lúc này hệ thống sẽ chuyển sang thủ tục đợi và kiểm tra mã truy nhập của người sử dụng Có hai trường hợp có thể xẩy ra: Nếu người điều khiển nhập mã truy nhập vào hệ thống không đúng ba lần, hệ thống sẽ ngắt kết nối với người điều khiển đồng thời khởi tạo lại hệ thống và quay trở