Hệ thống cảnh báo trộm qua SMS

1.Tóm tắtTrong nội dung đồ án tốt nghiệp, nhóm chúng tôi sẽ thực hiện xây dựng mô hình “ hệ thống cảnh báo trộm qua SMS” thực hiện các chức năng sau: + Khi có người lạ đột nhập vào ngôi nhà và đi vào vùng quét của cảm biến hồng ngoại thì hệ thống sẽ bật đèn, báo chuông và đồng thời gửi tin nhắn cảnh báo tới cho các thuê bao đã được thiết lập trong hệ thống. + Hệ thống có thể thiết lập tối đa 3 số thuê bao nhận tin nhắn cảnh báo, mọi thao tác thực hiện bằng bàn phím, hiển thị trên LCD và hoàn toàn được bảo mật bằng mật khẩu. + Ngoài ra phương án dự phòng trong trường hợp bị mất điện hoặc bị kẻ gian cắt điện cũng được tính tới bằng việc tự động chuyển qua dùng acquy. Nguyên lý hoạt động của hệ thống: Trong những trường hợp có người lạ đột nhập vào nhà, thân nhiệt của người sẽ bức xạ ra tia hồng ngoại và cảm biến hồng ngoại sẽ nhận được tia bức xạ đó khi người đi vào vùng quét của cảm biến hồng ngoại. Từ tín hiệu ra của cảm biến khi có người lạ đột nhập thông qua module phát và thu RF đối với cảm biến không dây hoặc truyền trực tiếp đối với cảm biến có dây, tín hiệu được gửi về vi điều khiển xử lí. Khi đó hệ thống sẽ gửi tin nhắn cảnh báo đến số điện thoại người dùng đồng thời hú chuông báo động và bật đèn.Hệ thống cũng hỗ trợ việc thay đổi số điện thoại trong trường hợp người dùng muốn thay đổi số thuê bao nhận tin nhắn một cách dễ dàng và bảo mật. Người dùng có thể thiết lập tối đa 3 số điện thoại để khi có người lạ đột nhập thì hệ thống sẽ gửi tin nhắn cảnh báo tới các số đã được thiết lập này. Ngoài ra phương án dự phòng trong trường hợp bị mất điện hoặc bị kẻ gian cắt điện cũng được tính tới bằng việc tự động chuyển qua dùng acquy.2.Nội dung nghiên cứuĐể thực hiện thành công đề tài “Hệ thống cảnh báo trộm qua SMS”, nhóm chúng tôi lần lượt nghiên cứu các nội dung lý thuyết liên quan: Nghiên cứu tổng quan về công nghệ GSM. Nghiên cứu tổng quan về SMS.. Nghiên cứu về các linh kiện sử dụng trong mạch gồm có : Module Sim908, PIC 16F887, cảm biến hồng ngoại PIR, LCD 20x4, module thu phát RF, Relay. Nghiên cứu về ngôn ngữ lập trình CCS C và phần mềm PIC C Compiler.Những nội dung lý thuyết nêu trên được trình bày lần lượt trong chương 2 và chương 3 của đồ án.

Trang 1

MỤC LỤC

CÁC TỪ VIẾT TẮT 3

LỜI MỞ ĐẦU 4

Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 6

1.1 Giới thiệu chương 6

1.2 Đặt vấn đề 6

1.3 Mục tiêu đề tài 7

1.4 Phương pháp luận 7

1.5 Kết luận chương 8

Chương 2: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 9

2.1 Giới thiệu chương 9

2.2 Tổng quan về GSM 9

2.3 Tổng quan về SMS 10

2.4 Tập lệnh AT 10

2.5 Kết luận chương 11

Chương 3: GIỚI THIỆU LINH KIỆN SỬ DỤNG 12

3.1 Giới thiệu chương 12

3.2 Module sim 908 12

3.3 Vi điều khiển PIC 16F887 15

3.4 LCD 20x4 17

3.5 Module thu phát RF 21

3.6 Cảm biến PIR 23

3.7 Relay 25

3.8 Kết luận chương 25

Chương 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 26

4.1 Giới thiệu chương 26

Trang 2

4.2 Sơ đồ khối tổng quát 27

4.3 Khối nguồn cung cấp 28

4.4 Khối xử lí trung tâm 39

4.5 Khối cảm biến không dây 49

4.6 Kết luận chương 50

Chương 5: LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH 51

5.1 Giới thiệu chương 51

5.2 Chương trình chính 52

5.3 Lưu đồ thuật toán nhập phím 53

5.4 Lưu đồ thuật toán thêm số điện thoại 54

5.5 Lưu đồ thuật toán xóa số đt 55

5.6 Lưu đồ thuật toán thay đổi số điện thoại 56

5.7 Kết luận chương 56

Chương 6: KẾT QUẢ 57

6.1 Giới thiệu chương 57

6.2 Kết quả 57

6.3 Kết luận chương 60

Chương 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 61

7.1 Giới thiệu chương 61

7.2 Đánh giá hoạt động của hệ thống 61

7.3 Hướng phát triển đề tài 62

7.4 Kết luận chương 62

Phụ lục: 63

BTS Base Transistor Station

CDMA Code Division Multiple Access

CMOS Complementary metal–oxide–semiconductor

EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory

GPRS General Packet Radio Service

GSM Global System for Mobile Communication

GPS Global Positioning System

IC Integrated Circuit

ITU Telecommunication Standardization Sector

LCD Liquid Crystal Display

MS Mobile Station

MSC Mobile Switching Center

NRZ Non Return to Zero

PIC Peripheral Interface Controller

PIR Passive Infrared Sensor

RAM Random Access Memory

ROM Read Only Memory

RISC Reduced Instructions Set Computer

SIM Subscriber Identity Module

SMS Short Message Service

SRAM Static Random Access Memory

USART Universal Serial Asynchronous Receiver Transmitter

Trang 4

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, với những tiến bộ vượt bậc của ngành khoa học kĩ thuật, cuộc sống của con người ngày càng hiện đại hóa Nhưng bên cạnh đó là việc gia tăng của các tệ nạn xã hội trong đó có nạn trộm cắp tài sản.Yêu cầu đặt ra là cần phải có 1 hệ thống giúp con người có thể bảo vệ và phát hiên sớm những hành vi trộm cắp tại ngôi nhà của họ cho dù họ đang ở đâu và làm gì Xuất phát từ nhu cầu thực tế như vậy và những điều kiện thuận lợi của việc khoa học kỹ thuật phát triển, sau quá trình tìm hiểu nhóm chúng tôi quyết định thiết kế và thi công “hệ thống cảnh báo trộm qua SMS” với những chức năng chính như sau:

+ Khi có người lạ đột nhập vào ngôi nhà và đi vào vùng quét của cảm biến hồng ngoại thì hệ thống sẽ bật đèn, báo chuông và đồng thời gửi tin nhắn cảnh báo tới cho các thuê bao đã được thiết lập trong hệ thống

+ Hệ thống sử dụng cảm biến hồng ngoại và được truyền có dây và truyền không dây qua sóng RF

+ Hệ thống có thể thiết lập tối đa 3 số thuê bao nhận tin nhắn cảnh báo, mọi thao tác thực hiện bằng bàn phím, hiển thị trên LCD và hoàn toàn được bảo mật bằng mật khẩu

+ Ngoài ra phương án dự phòng trong trường hợp bị mất điện hoặc bị kẻ gian cắt điện cũng được tính tới bằng việc tự động chuyển qua dùng acquy

Nhằm mục đích làm rõ các nội dung liên quan đến đề tài như mục tiêu của đề tài, phạm vi đề tài, hướng phát triển, và những phần lý thuyết liên quan đến đề tài, cùng với sơ đồ nguyên lí và sơ đồ khối của thiết kế cũng như quá trình thi công, đồ án của nhóm chúng tôi trình bày bao gồm 7 chương như sau:

Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

Chương 2: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN

Chương 3: GIỚI THIỆU LINH KIỆN SỬ DỤNG

Chương 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

Chương 5: LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH

Chương 6: KẾT QUẢ

Chương 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Trang 5

Để thực hiện đề tài nhóm tác giả đã tiến hành tìm hiểu các đề tài đã được thực hiện trước đó, nắm bắt những mặt ưu điểm cũng như những hạn chế còn tồn tại trong các đề tài này, thảo luận và thống nhất phương án thiết kế cuối cùng Tiếp theo đó, nhóm chúng tôi đã nghiên cứu những nội dung lý thuyết liên quan, thiết kế phần cứng của hệ thống, xây dựng lưu đồ thuật toán, viết chương trình phần mềm của toàn bộ hệ thống Bước cuối cùng, nhóm tác giả cho vận hành toàn bộ hệ thống, kiểm tra kết quả thực nghiệm, đối chiếu so sánh với yêu cầu đặt ra ban đầu và với các đề tài đã thực hiện trước đó, đánh giá hoạt động của hệ thống dựa trên kết quả thực nghiệm thu được

Nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy Võ Tuấn Minh, cũng như sự nỗ lực khắc phục khó khăn phát sinh trong suốt quá trình thực hiện đồ án, nhóm chúng tôi đã hoàn thành mục tiêu xây dựng thành công “ hệ thống cảnh báo trộm qua SMS”

Trang 6

Hệ thống cảnh báo trộm qua SMS được hình thành xuất phát từ nhu cầu thực tế giúp người dùng bảo vệ ngôi nhà dù họ đang ở bất cứ nơi đâu vào bất kì thời điểm nào

Để thiết kế và thi công thành công hệ thống cần phải trải qua nhiểu giai đoạn từ việc hình thành ý tưởng, tìm hiểu lý thuyết liên quan đến việc lựa chọn linh kiện, tiến hành thiết kế, thi công, kiểm tra mạch Phần đầu của chương này sẽ trình bày ý tưởng hình thành nên đề tài Những ý tưởng này sẽ làm nền tảng để thiết lập mục tiêu mà đề tài cần đạt được Tiếp theo đó, nội dung chương sẽ lần lượt đề cập đến phạm vi của đề tài

và phương pháp nghiên cứu Cuối cùng là phần kết luận chương

Trường hợp đặt ra là những khi chủ nhà đi vắng và không có ai trông coi căn nhà nếu trường hợp có trộm đột nhập vào căn nhà thì chủ nhà không thể biết được Vì thế nhu cầu cần phải có một thiết bị có thể thông báo cho chủ nhà khi có trộm đột nhập Giải pháp này giúp người dùng quản lý ngôi nhà của mình dễ dàng hơn dù họ đang ở bất cứ nơi đâu nhằm phòng ngừa trường hợp ngôi nhà bị xâm nhập bất hợp pháp

Đây là cơ sở để hình thành nên ý tưởng ban đầu của hệ thống cảnh báo trộm thông minh

Cùng với đó, sự phát triển không ngừng của hệ thống viễn thông Việt Nam trong suốt hơn 20 năm để nỗ lực mang đến cho người dùng các dịch vụ viễn thông tốt nhất với chi phí thấp, số lượng các thuê bao điện thoại tăng lên nhanh chóng Chiếc điện thoại trở thành vật dụng không thể thiếu trong đời sống hằng ngày của nhiều người Nhờ hệ thống mạng viễn thông được phủ sóng toàn quốc, người dùng điện thoại có thể liên lạc được với nhau dù họ ở bất cứ nơi đâu [1] Từ thuận lợi nêu trên đã nảy sinh ý tưởng kết hợp chức năng ngay trên chiếc điện thoại di động

- Người dùng có thể thiết lập tối đa 3 số điện thoại để khi có người lạ đột nhập thì hệ thống sẽ gửi tin nhắn cảnh báo tới các số đã được thiết lập này Ngoài ra phương

án dự phòng trong trường hợp bị mất điện hoặc bị kẻ gian cắt điện cũng được tính tới bằng việc tự động chuyển qua dùng acquy

- Tính ổn định: Đây là một yêu cầu bắt buộc, trong điều kiện nhiệt độ từ 100C ÷

800C, độ ẩm môi trường trong giới hạn cho phép, hệ thống khi hoàn thành phải hoạt động đúng 100% các chức năng đã đặt ra Độ ổn định trên 95%

- Dễ sử dụng: hỗ trợ người dùng thay đổi số điện thoại một cách dễ dàng nhưng phải bảo mật bằng mật khẩu

Quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp của nhóm trải qua nhiều giai đoạn khác nhau, ứng với mỗi giai đoạn cần đưa ra một phương pháp nghiên cứu phù hợp để công việc được giải quyết nhanh và hiệu quả

+ Trong giai đoạn đầu của đồ án, nhóm tìm hiểu những vấn đề hiện nay, đưa ra những ý tưởng ban đầu, đánh giá mức độ khả quan của đề tài, từ đó lựa chọn đề tài phù hợp cho đồ án tốt nghiệp

+ Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm tiến hành tìm hiểu những nội dung lý thuyết liên quan Việc tìm hiểu các đề tài liên quan đến nội dung đồ án là khá quan trọng vì nó giúp chúng tôi bước đầu xây dựng được mô hình tổng quát và lựa chọn được giải pháp

Trang 8

thiết kế phù hợp với đề tài, qua tìm hiểu, chúng tôi cũng nhận ra được những những mặt còn hạn chế của những đề tài trước đó, từ đó có những hướng phát triển mới mẻ hơn

+ Sau khi xây dựng thành công sơ đồ khối tổng quát, chúng tôi lần lượt đi vào thiết kế từng khối trong sơ đồ

+ Để đánh giá hoạt động của hệ thống, chúng tôi đưa ra các tình huống mà hệ thống sẽ gặp phải trong quá trình vận hành và tiến hành kiểm tra Từ kết quả thực nghiệm nhận được, chúng tôi tiến hành hiệu chỉnh lại hệ thống, sau đó tiến hành lại các bước thử nghiệm như ban đầu Quá trình tiếp tục cho đến khi hệ thống vận hành theo đúng yêu cầu đã đặt ra

Từ ý tưởng thiết kế ban đầu đến khi hoàn thành mạch thực tế là một quá trình dài bao gồm nhiều giai đoạn khác nhau, trong mỗi giai đoạn sẽ yêu cầu những phương pháp nghiên cứu riêng Nội dung chương này mang tính định hướng, làm nền tảng để các chương sau đi sâu vào nghiên cứu các vấn đề cụ thể liên quan đến đề tài

[1] Link tham khảo : http://www.dientuvietnam.net

Trang 9

Từ mô hình tổng quan xây dựng được, nhóm lần lượt tìm hiểu những nội dung lý thuyết liên quan

+ Tìm hiểu mạng GSM Hệ thống hoạt động theo phương thức gửi dữ liệu dưới dạng tin nhắn, đây là một dịch vụ được cung cấp bởi GSM

+ Tìm hiểu về tin nhắn SMS bao gồm cấu trúc SMS, đặc điểm của SMS

Khi muốn gửi tin nhắn từ module GSM đến điện thoại cần sử dụng lệnh trong tập lệnh AT Vì vậy, việc tìm hiểu tập lệnh AT là cần thiết cho quá trình lập trình cho

vi điều khiển

2.2.1 Giới thiệu về GSM

GSM (Global System for Mobile communication) là hệ thống thông tin di động

số toàn cầu, là công nghệ không dây thuộc thế hệ 2G (second 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 [1]

Mặt thuận lợi to lớn của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh với chất lượng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ tiền hơn đó là tin nhắn SMS [1]

2.2.2 Đặc điểm công nghệ GSM

- Cho phép gởi và nhận những 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 10

- 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 [2]

2.3.1 Giới thiệu về SMS

SMS là từ viết tắt của Short Message Service Đó là một công nghệ cho phép gửi và nhận các tin nhắn giữa các điện thoại với nhau Một SMS có thể chứa tối đa là 140 byte (1120 bit) dữ liệu [2] Vì vậy, một SMS có thể chứa:

+ 160 ký tự nếu mã hóa ký tự 7 bit được sử dụng (phù hợp với mã hóa các ký tự latinh như alphatet của tiếng Anh)

+ 70 ký tự nếu như mã hóa ký tự 16 bit Unicode UCS2 được sử dụng (dùng cho các ký tự không phải mã latinh như chữ Trung Quốc…

2.3.2 Đặc điểm của SMS

- Tin nhắn có thể được gửi và đọc tại bất kỳ thời điểm nào

- Tin nhắn SMS có thể được gửi tới các điện thoại dù chúng đang bị tắt nguồn

- Ít gây phiền phức trong khi bạn vẫn có thể giữ liên lạc với người khác

- Được sử dụng trên các điện thoại di động khác nhau và có thể gửi cùng mạng hoặc khác mạng đều được [2]

2.4.1 Các thuật ngữ

<CR> : Carriage return (Mã ASCII 0x0D)

<LF> : Line Feed (Mã ASCII 0x0A) [3]

2.4.2 Cú pháp lệnh AT

-1 lệnh AT luôn bắt đầu với từ khóa AT(ATtention) và kết thúc với từ khóa CR

+ Nếu cấu trúc của lệnh không đúng, một chuỗi kí tự báo lỗi sẽ được trả về

Trang 11

+ Nếu cú pháp lệnh đúng nhưng có một vài tham số không chính xác, thì đáp

ứng nhận được sẽ có dạng: +CME ERROR: <Error> hoặc +CMS ERROR:<smsError>

+ Nếu dòng lệnh thực hiện thành công, đáp ứng nhận được là Ok [3]

Việc tìm hiểu những nội dung lý thuyết liên quan ngay từ những bước đầu của quá trình thực hiện đồ án sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tôi trong việc triển khai các giai đoạn tiếp theo Những kiến thức đã tìm hiểu được trong chương là cơ sở để chúng tôi tính toán lựa chọn các linh kiện phù hợp và xây dựng lưu đồ thuật toán cho chương trình

[1] Link tham khảo: http://vi.wikipedia.org

[2] Link tham khảo: http://www.dientuvietnam.net

[3] GSM module sim 900, http://at-sky.com.vn

Trang 12

Bên cạnh những nội dung lý thuyết liên quan đã tìm hiểu ở chương 2, để thực hiện bước tiếp theo là tính toán và thiết kế mạch cần tìm hiểu về các linh kiện được sử

dụng Nội dung tìm hiểu của chương bao gồm các linh kiện là:

Thêm tính năng giao diện công nghiệp và chức năng GPS, đảm bảo tính liên tục kiểm tra tại bất kỳ địa điểm và bất cứ lúc nào với tín hiệu bao phủ

Với công nghệ và thiết kế thông minh Module Sim 908 ra đời khắc phục và tiện lợi cho môi trường công nghiệp với các chức năng nổi trội hơn như: thiết kế nhỏ gọn, kiểu chân dán, hoạt động ở nhiệt độ rộng -40 °C đến +85 °C, tiết kiệm công suất và tầm nguồn vào rộng Module Sim 908 ra đời là sản phẩm công nghệ cho ngày hôm nay thêm hiệu quả với tiêu chí: Thiết bị thông minh với lựa chọn thông minh

Tương thích với GSM pha 2/2

Điều khiển thông qua lệnh AT COMMAND

Trang 14

Định dạng văn bản chế độ text và PDU

3.2.3 Sơ đồ chân kết nối

Hình 3.2: Sơ đồ chân Module sim 908 Breakout SIM908 có một connector 20 chân đƣợc chia làm 2 hàng (connector 2x10, 2.54mm)

Nguồn cung cấp VCC: chân 17, 19

Chân điều khiển ON/OFF: chân 1

Chân giao tiếp port nối tiếp của GSM (TXD : chân 12, RXD: chân 14)

Chân GND :chân 18, 20

Chân giao tiếp port nối tiếp của GPS (GPS TXD: chân 4, GPS RXD: chân 6)

Để khởi động SIM908 ta cần cung cấp một xung mức cao vào chân 1 của connector trên mạch, thì SIM908 sẽ đƣợc cấp nguồn và hoạt động

Trang 15

SIM908 có 2 port dữ liệu nối tiếp: 1 cho module GSM, 1 cho module GPS

Port nối tiếp sử dụng cho module GSM kết nối đến chân 12, 14 Port nối tiếp sử

dụng cho module GPS gồm GPS TXD và GPS RXD kết nối đến chân 4 và 5 trên connector Trên thực tế port nối tiếp của GSM cho phép quản lý toàn bộ module SIM908, vì vậy nó có thể cấu hình và giao tiếp nhận dữ liệu GPS và gửi đến vi điều

khiển [1]

PIC16F887 là nhóm PIC trong họ PIC16XX của họ vi điều khiển 8-bit, tiêu hao năng lượng thấp, đáp ứng nhanh, chế tạo theo công nghệ CMOS, chống tĩnh điện tuyệt đối

Tất cả các PIC16XX đều có cấu trúc RISC PIC16XX có các đặc tính nổi bật: 8 mức ngăn xếp Stack, nhiều nguồn ngắt tích hợp bên trong lẫn ngoài Có cấu trúc Havard với các bus dữ liệu và bus thực thi chương trình riêng biệt nhau cho phép độ dài 1 lệnh là 14-bit và bus dữ liệu 8-bit cách biệt nhau Tất cả các lệnh đều mất 1 chu

kỳ lệnh ngoại trừ các lệnh rẽ nhánh chương trình mất 2 chu kỳ lệnh Chỉ có 35 lệnh và

1 lượng lớn các thanh ghi cho phép đáp ứng cao trong ứng dụng

Bảng Tóm tắt đặc điểm của PIC16F887

Bộ nhớ chương trình Flash (14-bit word) 8K 8K

Bộ nhớ dữ liệu SRAM (byte) 368

Bộ nhớ dữ liệu EEPROM (byte) 256

Các Port xuất/nhập Port A, B, C, D, E

Module Capture/Compare/PWM 2

Giao tiếp nối tiếp MSSP, USART

Vi điều khiển PIC16F887 có 5 cổng xuất nhập, bao gồm PORTA, PORTB, PORTC, PORTD và PORTE

3.3.1 Giao tiếp nối tiếp

USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) là một trong hai chuẩn giao tiếp nối tiếp USART còn đƣợc gọi là giao diện giao tiếp nối tiếp SCI(Serial Communication Interface) Các dạng của giao diện USART ngoại vi bao gồm:

 USART bất đồng bộ

Ở chế độ truyền này USART hoạt động theo chuẩn NRZ (None-Return-to-Zero), nghĩa

là các bit truyền đi sẽ bao gồm 1 bit Start, 8 hay 9 bit dữ liệu (thông thường là 8 bit) và

1 bit Stop Bit LSB sẽ được truyền đi trước

Ngoài các cổng nối tiếp và các giao điện nối tiếp được trình bày ở phần trên, vi điều khiển pic16F887 còn được hỗ trợ một cổng giao tiếp song song và chuẩn giao tiếp

song song thông qua portd và porte Do cổng song song chỉ hoạt động ở chế độ slave

mode nên vi điều khiển khi giao tiếp qua giao diện này sẽ chịu sự điều khiển của thiết

bị bên ngoài thông qua các pin của porte, trong khi dữ liệu sẽ được đọc hoặc ghi theo dạng bất đồng bộ thông qua 8 pin của port D [2]

Text LCD là loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị các dòng chữ hoặc

số trong bảng mã ASCII Không giống các loại LCD lớn, text LCD được chia sẵn thành từng ô và ứng với mỗi ô chỉ có thể hiển thị một ký tự ASCII Cũng vì lý do chỉ hiện thị được ký tự ASCII nên loại LCD này được gọi là Text LCD (để phân biệt với Graphic LCD có thể hiển thị hình ảnh) Mỗi ô của Text LCD bao gồm các “chấm” tinh thể lỏng, việc kết hợp “ẩn” và “hiện” các chấm này sẽ tạo thành một ký tự cần hiển thị Trong các Text LCD, các mẫu ký tự được định nghĩa sẵn Text LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ Kích thước của Text LCD

Trang 18

được định nghĩa bằng số ký tự có thể hiển thị trên 1 dòng và tổng số dòng mà LCD có

Ví dụ LCD 16x2 là loại có 2 dòng và mỗi dòng có thể hiển thị tối đa 16 ký tự Một số kích thước Text LCD thông thường gồm 16x1, 16x2, 16x4, 20x2, 20x4… Trong đồ án này nhóm sử dụng LCD 20x4 để thực hiện chức năng hiển thị

Trang 19

1 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với

GND của mạch điều khiển

2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với

VCC=5V của mạch điều khiển

3 VEE Điều chỉnh độ tương phản của LCD

4 RS Chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0”

(GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi

+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)

+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD

5 R/W Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic

“0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc

6 E Chân cho phép (Enable)

7 - 14 DB0 -

DB7

Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU

Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này : + Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7

+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7

15 Nguồn dương cho đèn nền

Trang 20

3.4.2 Giao tiếp 8 bit và 4 bit

Mode 8 bit: Nếu bit DL trong lệnh function set bằng 1 thì mode 8 bit được dùng

Để sử dụng mode 8 bit, tất cả các lines dữ liệu của LCD từ D0 đến D7 (từ chân 7 đến chân 14) phải được nối với 1 PORT của chip điều khiển bên ngoài (ví dụ PORTC của pic 16f887) Ưu điểm của phương pháp giao tiếp này là dữ liệu được ghi và đọc rất nhanh và đơn giản vì chip điều khiển chỉ cần xuất hoặc nhận dữ liệu trên 1 PORT Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là tổng số chân dành cho giao tiếp LCD quá nhiều, nếu tính luôn cả 3 chân điều khiển thì cần đến 11 đường cho giao tiếp LCD

Mode 4 bit: LCD cho phép giao tiếp với bộ điều khiển ngoài theo chế độ 4 bit Trong chế độ này, các chân D0, D1, D2 và D3 của LCD không được sử dụng (nối đất), chỉ có 4 chân từ D4 đến D7 được kết nối với chip bộ điều khiển ngoài Các instruction

và data 8 bit sẽ được ghi và đọc bằng cách chia thành 2 phần, gọi là các Nibbles, mỗi nibble gồm 4 bit và được giao tiếp thông qua 4 chân D4, D5, D6 và D7, nibble cao được xử lí trước và nibble thấp sau Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này tối thiểu số lines dùng cho giao tiếp LCD Tuy nhiên, việc đọc và ghi từng nibble tương đối khó khăn hơn đọc và ghi dữ liệu 8 bit

3.4.3 Tổ chức bộ nhớ của chip HD44780U

HD44780U có 3 loại bộ nhớ, đó là bộ nhớ RAM dữ liệu cần hiển thị DDRAM (Didplay Data RAM), bộ nhớ chứa ROM chứa bộ font tạo ra ký tự CGROM (Character Generator ROM) và bộ nhớ RAM chứa bộ font tạo ra các symbol tùy chọn CGRAM (Character Generator RAM)

+ DDRAM là bộ nhớ tạm chứa các ký tự cần hiển thị lên LCD, bộ nhớ này gồm

có 80 ô được chia thành 2 hàng, mỗi ô có độ rộng 8 bit và được đánh số từ 0 đến 39 cho dòng 1; từ 64 đến 103 cho dòng 2 Mỗi ô nhớ tương ứng với 1 ô trên màn hình LCD Như chúng ta biết LCD loại 16x2 có thể hiển thị tối đa 32 ký tự (có 32 ô hiển thị), vì thế có một số ô nhớ của DDRAM không được sử dụng làm các ô hiển thị

Trang 21

+ CGROM là vùng nhớ cố định chứa định nghĩa font cho các ký tự Chúng ta không trực tiếp truy xuất vùng nhớ này mà chip HD44780U sẽ tự thực hiện khi có yêu cầu đọc font để hiện thị Một điều đáng lưu ý là địa chỉ font của mỗi ký tự vùng nhớ CGROM chính là mã ASCII của ký tự đó

+ CGRAM là vùng nhớ chứa các symbol do người dùng tự định nghĩa, mỗi symbol được có kích thước 5x8 và được dành cho 8 ô nhớ 8 bit Các symbol thường được định nghĩa trước và được gọi hiển thị khi cần thiết

3.4.4 Các lệnh hỗ trợ thao tác với LCD trong trình biên dịch CCS C

+ LCD_Init (); //Khởi tạo LCD

+ LCD_Puts ("Nội dung"); //Hàm gửi 1 chuỗi ký tự lên LCD

+ LCD_PutChar (ký_tự); //Hàm gửi 1 ký tự lên LCD

Trang 22

3.5.1 Module phát RF

Hình 3.5:module phát RF Thông số kỹ thuật:

Module sử dụng chip giải mã PT2272, PT2272 là con giải mã của PT2262 nó cũng có

8 địa chỉ giải mã tương ứng + 4 dữ liệu ra + chân báo giải mã đúng VT (chân 17) Chân

15 và 16 cũng cần lắp trở dao động để giải mã giá trị điện trở nay bằng giá trị điện trở dao động bên module phát chia cho 10 Cách giải mã PT2272 có thể làm được bằng cách nối ngắn mạch các chân “mã hóa địa chỉ” lên dương nguồn, âm nguồn hoặc bỏ trống tương tự như bên mạch phát PT2262 Các chân 10 đến 13 sẽ thể hiện mức logic tương úng các chân 10 đến 13 bên mạch phát [3]

Nó là chữ viết tắt của Passive InfraRed sensor, tức là bộ cảm biến thụ động

dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia nhiệt phát

ra từ các vật thể nóng Trong các cơ thể sống, trong chúng ta luôn có thân nhiệt, và từ

Trang 24

cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còn gọi là các tia hồng ngoại, người ta

sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động

Hình 3.7: Cảm biến hồng ngoại PIR

3.6.2 Nguyên lý làm việc của loại đầu dò PIR như sau:

Các nguồn nhiệt (với người và con vật là nguồn thân nhiệt) đều phát ra tia hồng ngoại, qua kính Fresnel, qua kích lọc lấy tia hồng ngoại, nó được cho tiêu tụ trên 2 cảm biến hồng ngoại gắn trong đầu dò, và tạo ra điện áp được khuếch đại với transistor FET Khi

có một vật nóng đi ngang qua, từ 2 cảm biến này sẽ cho xuất hiện 2 tín hiệu và tín hiệu này sẽ được khuếch đại để có biên độ đủ cao và đưa vào mạch so áp để tác động vào một thiết bị điều khiển hay báo động [4]

Trang 25

Relay là linh kiện đóng ngắt điện cơ đơn giản Nó gồm 2 phần chính là nam châm điện

và các tiếp điểm Relay có cấu tạo hết sức đơn giản, gồm 4 bộ phận sau đây:

-Nam châm điện

[1] Link tham khảo: http://at-sky.com.vn/

[2] Link tham khảo: http://www.alldatasheet.com

[3] Link tham khảo: http://4tech.com.vn/

[4] Link tham khảo: http://chipviet.vn

Trang 26

Dựa vào những nội dung lý thuyết đã tìm hiểu được ở ba chương đầu, trong chương này sẽ trình bày phần tính toán thiết kế và thi công mạch Hệ thống sẽ được phân thành những module nhỏ hơn để thuận tiện cho quá trình thiết kế và kiểm tra Các khối được trình bày trong chương bao gồm:

+ Khối điều khiển trung tâm bao gồm:

Vi điều khiển pic 16F887

Module thu RF 2262

Module sim 908

LCD 20x4

Bàn phím

Relay điều khiển đèn và loa

+ Khối cảm biến không dây bao gồm:

Cảm biến hồng ngoại PIR

Module phát RF 2272

+ Khối nguồn bao gồm:

Mạch nạp acquy

Nguồn từ điện lưới thông qua biến áp và nguồn từ acquy

Trong mỗi khối sẽ trình bày về sơ đồ mạch, nguyên lý hoạt động, tính toán, thi công

và kiểm tra

Chương trình nạp cho vi điều khiển được viết bằng ngôn ngữ CCS Lưu đồ thuật toán của chương trình chính và các chương trình con sẽ được trình bày trong phần tiếp theo của chương

+ Khối xử lý trung tâm: Nhận dữ liệu từ các khối cảm biến hồng ngoại và

khối module thu RF Xử lí tín hiệu và gửi lệnh đến module Sim trong trường hợp có người lạ đột nhập Gửi lệnh hiển thị lên LCD khi có thao tác trên bàn phím, kiểm tra mật khẩu, lưu số vào eep_rom và điều khiển relay để báo còi và bật đèn

+ Khối cảm biến hồng ngoại: phát hiện ra người lạ đột nhập và cung cấp dữ liệu ngõ vào cho khối xử lý trung tâm nhằm thực hiện chức năng giám sát của hệ thống

+ Khối thu RF: nhận tín hiệu từ module phát RF và gửi về khối xử lí trung tâm để xử lí

Cảm biến Module phát RF

Trang 28

+ Khối cảm biến: sử dụng cảm biến hồng ngoại phát hiện ra có người lạ đột nhập, sau đó truyền tín hiệu qua khối phát RF để truyền không dây về khối xử lí trung tâm

+ Khối nguồn cung cấp: cung cấp nguồn cho hệ thống hoạt động

4.2.2 Nguyên lí hoạt động

Trong những trường hợp có người lạ đột nhập vào nhà, thân nhiệt của người

sẽ bức xạ ra tia hồng ngoại và cảm biến hồng ngoại sẽ nhận được tia bức xạ đó khi người đi vào vùng quét của cảm biến hồng ngoại Từ tín hiệu ra của cảm biến khi có người lạ đột nhập thông qua module phát và thu RF đối với cảm biến không dây hoặc truyền trực tiếp đối với cảm biến có dây, tín hiệu được gửi về vi điều khiển xử

lí Khi đó hệ thống sẽ gửi tin nhắn cảnh báo đến số điện thoại người dùng đồng thời

hú chuông báo động và bật đèn

Hệ thống cũng hỗ trợ việc thay đổi số điện thoại trong trường hợp người dùng muốn thay đổi số thuê bao nhận tin nhắn một cách dễ dàng và bảo mật Người dùng có thể thiết lập tối đa 3 số điện thoại để khi có người lạ đột nhập thì hệ thống

sẽ gửi tin nhắn cảnh báo tới các số đã được thiết lập này Ngoài ra phương án dự phòng trong trường hợp bị mất điện hoặc bị kẻ gian cắt điện cũng được tính tới bằng việc tự động chuyển qua dùng acquy

Khối nguồn cung cấp bao gồm:

+ Mạch nạp acquy

+ Nguồn từ điện lưới thông qua biến áp và nguồn từ acquy

+ Bộ phận tự động chuyển qua sử dụng acquy khi mất điện hoặc tự động chuyển qua sử dụng điện lưới khi có điện trở lại

Yêu cầu khối nguồn cần cung cấp:

+ Một nguồn 5V, 2A cung cấp cho vi điều khiển, cảm biến hồng ngoại và LCD

Trang 29 + Một nguồn 5V, 2A cung cấp cho khối thu RF

+ Một nguồn 4V, 2A cung cấp cho module sim 908

Trang 30 Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lí khối nguồn

4 1

S1 SW PUSHBUTTON

Q1

CON2 1

+ -

U1 OPA128

3 2

OUT 3

R34 51

D3

DIODE

+ -

U2 OPA128 3

0

C13 103

D24 8,2

C20 10000u

15v

R24 110

âm

R27 330

0

0v

0

R28 180

LS2

RELAY 12V/5CHAN

3 5

4 1

4 1

D19 DIODE

VR6 500

VR7 500

J5

5V 1

J6

5V 1

J7

4V 1

0v

0v

R19 240

U7 7805

IN 1

0v

U10

LM317/CY L

VIN 3

ADJ 1 VOUT 2

U117805

IN 1

OUT 3

C12 104

C17 104

Q4 2Sb688

R13

2.2/ 1W Q5 2SB688

VR5 10K

R21 330

R22 200

C18 103

C19 103

0v 0v

Trang 31

4.3.1 Nguyên lí hoạt động

+ Tín hiệu xoay chiều 12V AC qua cầu diode D2 chỉnh lưu thành tín hiệu 1 chiều

có độ gợn lớn Tụ C5 có giá trị 10 000 µF có tác dụng lọc gợn Tín hiệu sau khi được lọc bởi tụ C5 có tín hiệu tương đối phẳng Ta sử dụng tín hiệu này để điều khiển việc đóng mở relay trong trường hợp bị mất điện:

Khi có điện, chân 1 và chân 2 của 2 relay sẽ được cấp nguồn làm cho chân 3

và chân 4 của relay là 2 chân thường hở được kết nối với nhau => chân 3 của relay được kết nối với ngõ ra của cầu diode

Khi mất điện, chân 1 và chân 2 của 2 relay không được cấp nguồn làm cho chân 3 và chân 4 của relay là 2 chân thường hở không được kết nối với nhau

mà thay vào đó là chân 3 và chân 5 của relay là 2 chân thường đóng được nối với nhau => chân 3 của relay được kết nối với ngõ ra của acquy

+ Tín hiệu tại chân 3 của relay sẽ tiếp tục qua IC ổn áp 7805 và LM317 và BJT rẽ dòng

+ Ngõ ra Vout1 và Vout2 có giá trị xấp xỉ 5V Các transistor Q2,Q3,Q4 là các transistor công suất kiểu PNP, có tác dụng rẽ dòng khi dòng cấp cho các tải phía sau lớn, nhờ đó dòng qua các IC ổn áp không vượt quá khả năng cung cấp của nó + Trong mạch sử dụng IC LM317, biến trở VR4 có tác dụng điều chỉnh điện áp ngõ

ra Điện áp ngõ ra của mạch được tính theo công thức:

Vout= (1) Với là dòng đổ qua VR4

+ Dùng led để chỉ thị nguồn hoạt động, dùng điện trở để hạn dòng cho led

+ Tín hiệu xoay chiều 12V AC qua cầu diode D1 chỉnh lưu thành tín hiệu 1 chiều

có độ gợn lớn Tụ C5 có giá trị 10 000 µF có tác dụng lọc gợn Tín hiệu tiếp tục được đưa qua ic7815 và qua 1 con tụ để ổn định áp nạp và hạn dòng nạp cho acquy Thời điểm nạp của acquy được diều khiển thông qua việc điều khiển thời điểm đóng ngắt của relay LS1 và thời điểm dẫn tắt của CSR Q1

Trang 32

Khi điện áp acquy xuống thấp tới mức cần nạp thì điện áp phân cực tại chân

2 của opam U2 sẽ nhỏ hơn điện áp được cố định bằng diode zener tại chân 3

=> ngõ ra chân 6 lên mức cao => kích dẫn cho SCR => có dòng nạp cho acquy

Khi điện áp acquy được nạp đầy thì điện áp phân cực tại chân 3 của opam U1

sẽ lớn hơn điện áp được cố định bằng diode zener tại chân 2 => ngõ ra chân

6 lên mức cao => kích dẫn cho BJT Q2 => cấp nguồn cho chân 1 và chân 2 của relay làm cho relay đóng => dòng nạp cho acquy bị ngắt và đồng thời làm tắt SCR Acquy chỉ được nạp trở lại khi SCR được kích dẫn như trong trường hợp trên

4.3.2 Tính toán khối nguồn

Tuy giá trị này có nhỏ hơn so với đầu vào theo datasheet của IC ổn áp 7815 nhưng

giá trị ngõ ra chúng ta thu được vẫn như mong muốn

5 và C20 : Với một hệ số gợn sóng cho trước, độ lớn của tụ lọc sẽ tỷ lệ với dòng điện tải, tỷ lệ

3: Q3 thỏa :

VCEO ≥ 2VCE / Q2 = 2*11 = 22 (V)

| IC0 | ≥ 2 IC/Q2 = 2*1.5 (A) = 3 (A) (10) Ptt ≥ 2Ptt/Q2 = 2 VCE/Q2*IC/Q2 = 2*11* 1.5 = 33 (W)

Trang 35

Ptt = VR11* IR11 = 0,473 (A) * 0,7 (V) = 0.33 (W) (15)

Trang 36

Ptt = VR15* IR15 = 0,473 (A) * 0,7 (V) = 0.33 (W) (20)

Ptt = VR27* IR27 = 20 (mA) * (15-0,7-8,2) (V) = 0.12 (W)(23)

=> chọn R27 = 330 (Ω),trở thường

Tại chân 3 của opam U1 sử dụng trở phân cực nhiệm vụ của trở là phân cực sao cho khi acquy nạp tới 13,6V thì điện áp phân cực tại chân số 3 của opam cũng bằng 8,2V

Chọn dòng chạy qua là 20(mA)

=> R28 + VR7 = = 680(Ω)

(24)

Chọn VR6=500(Ω) => R28 =180(Ω) => chọn R28 =180(Ω)