Hệ thống giám sát mứcnước giếngbơm ứng dụng mạng GSM

PHỤ LỤC LỜI CAM ĐOAN Kính thưa: Hội đồng bảo vệ đồ án tốt nghiệp khoa Điện Tử- Viễn Thông trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Em tên là: Trần Hoàng Đăng Sinh viên lớp 11DT3, khoa Điện tử-Viễn thông, trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng Em xin cam đoan nội dung đồ án chép đồ án công trình có từ trước Em xin chân thành cảm ơn.! Đà Nẵng, Ngày…… Tháng…….Năm……… Sinh viên thực Trần Hoàng Đăng MỤC LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU PHẦN 1: LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: Hệ thống GMS SMS 1.1 Giới thiệu chương PHỤ LỤC 1.2 Mạng điện thoại di động GMS 1.2.1 Giới thiệu chung .8 1.2.2 Đặt điểm công nghệ GSM .9 1.2.3 Cấu trúc mạng GSM .10 1.2.4 Sự hình thành phát triển GSM VN 10 1.3 Công nghệ SMS…………………… 11 1.3.1 Cấu trúc tin nhắn 13 1.3.2 Tin nhắn chuỗi-tin nhắn SMS dài 13 1.3.3 SMS CENTER/SMSC 14 1.3.4 Nhắn tin SMS quốc tế 15 1.4 Kết luận chương .15 CHƯƠNG 2: Module SIM900 tập lệnh AT .16 2.1 Giới thiệu chương .16 2.2 Giới thiệu module SIM900 .16 2.2.1 Tổng quan module SIM900 16 2.2.2 Mạch nguồn 17 2.2.3 Giao tiếp với sim card 17 2.2.4 Kết nối với vi điều khiển 19 PHỤ LỤC 2.2.5 Đèn thông tin trạng thái sim900 19 2.3 Khảo sát tập lệnh AT module SIM900 20 2.3.1 Các lệnh khởi tạo GSM Module Sim900 21 2.3.2 Các lệnh xử lý gọi 22 2.3.3 Các lệnh SMS 22 2.3.4 Các lệnh GPRS 25 2.3.5 Các lệnh TCP/IP .25 2.3.6 Các lệnh khác 25 2.3.7 Các lệnh kiểm tra ban đầu 26 2.4 Kết luận chương .27 CHƯƠNG 3: Vi điều khiển PIC16F887 28 3.1 Giới thiêu chương 28 3.2 Giới thiệu chung vi điều khiển PIC 28 3.2.1 Sự phổ biến vi điều khiển PIC 28 3.2.2 Kiến trúc PIC .29 3.2.3 RISC CISC .30 3.2.4 PIPELINING 31 3.2.5 Các dòng PIC cách lựa chọn PIC 32 PHỤ LỤC 3.2.6 Ngôn ngữ lập trình PIC 33 3.3 PIC16F887 33 3.3.1 Tổng quan cấu trúc PIC16F887 .33 3.3.2 Sơ đồ chân 16F887 36 3.4 Kết luận chương 39 PHẦN 2: THI CÔNG .40 CHƯƠNG 4: Tính toán thiết kế .40 4.1 Giới thiệu chương 40 4.2 Sơ đồ khối 40 4.3 Sơ đồ mạch 41 4.4 Nhiệm vụ, tính toán chọn linh kiện khối mạch 42 4.4.1 Khối nguồn 42 4.4.2 Khối cảm biến 43 4.4.3 Khối vi điều khiểnvà Module SIM900A 45 4.4.4 Khối điều khiển thiết bị 47 4.5 Kết luận chương 47 CHƯƠNG 5: Lưu đồ thuật toán chương trình 48 5.1 Giới thiệu chương 48 PHỤ LỤC 5.2 Lư đồ thuật toán 48 5.3 Chương trình .50 5.4 Kết luận chương 51 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC 54 CÁC TỪ VIẾT TẮT GPIO : General Purpose Input Ourput GPRS: General Packet Radio Service GSM : Global System for Mobile Communications IP : Internet Protocol RAM : Random Access Memory ROM : Read Only Memory SMS : Short Message Service TCP :Transmission Control Protocol MỞ ĐẦU Trong nông nghiệp việc tưới tiêu thiếu, nhiều loại cần phải tưới lần trở lên ngày Do việc giám sát mực nước tưới có giếng để điều khiển việc tưới tiêu với người nông dân quan trọng Tuy nhiên khu vườn xa nhà việc người nông dân phải ngày phải lên tận nơi để quan sát mực nước tắt mở máy bơm nước vất vả, chí PHỤ LỤC không ý để máy bơm hoạt động tình trạng nước giếng hết máy bơm bị hư hỏng Từ vấn đề thực tế cộng với phát triển mạnh mẽ mạng di động nên em chọn đề tài: Hệ thống giám sát mứcnước giếngbơm ứng dụng mạng GSM Nội dung đồ án: Hệ thống sử dụng cảm biến thép để nhận biết mưc nước có giếng nhờ vào dẫn điện nước Có mức nước để nhận biết mức bắt đầu cho phép bơm mức thấp bắt buộc không bơm Khi mực nước có thay đổi xuống mức không bơm hay lên mức bắt đầu bơm vi điều khiển gửi tin nhắn báo tình trạng mực nước cho người chủ biết thông qua module SIM900 mạng GSM Nếu nhưnước giếng mức bắt đầu bơm người chủ gửi tin nhắn lại để điều khiển việc tưới hay ngừng tướithống qua việc điều khiển role tắt/ mở VĐK điều khiển nước giếng mức không cho phép bơm hệ thống tự động ngừng việc tưới Để thực nội dung đồ án kết cấu chương gồm: • • • • • Chương 1: Hệ thống GSM SMS Chương 2: Module SIM900 tập lệnh AT Chương 3: Vi điều khiển PIC16F887 Chương 4: Tính toán thiết kế Chương 5: Lưu đồ thuật toán chương trình Mô hình hệ thống: Khối nguồn Khối điều khiển thiết bị Motor Khối cảm biến Khối vi điều khiển module SIM900 ĐT D Đ PHỤ LỤC Trong đề tài em sử dụng phương pháp nghiên cứu:  Phương pháp tham khảo tài liệu, phần lớn tài liệu lấy mạng qua diễn đàn điện tử  Phương pháp quan sát: khảo sát số mạch điện thực tế có thị trường tham khảo thêm số dạng mạch từ mạng internet  Phương pháp thực nghiệm: từ ý tưởng kiến thức vốn có kết hợp với hướng dẫn giáo viên, em lắp ráp thử nghiệm nhiều dạng mạch khác để từ chọn lọc mạch điện tối ưu Đồ án đạt kết cụ thể sau:  Tìm hiều tập lệnh AT  Thực kết nối Module SIM900 vi điều khiển PIC16F887  Hoàn thành mục tiêu đề nhận biết thông báo đến người dùng mực nước giếng PHẦN 1: LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM VÀ SMS 1.1 Giới thiệu chương Chương tìm hiều tổng quan hệ thống thông tin di động GSM tin nhắn SMS Chương gồm phần sau: 1.2 Mạng điện thoại di động GMS 1.2.1 Giới thiệu chung 1.2.2 Đặt điểm công nghệ GSM 1.2.3 Cấu trúc mạng GSM 1.2.4 Sự hình thành phát triển GSM VN 1.3 Công nghệ SMS 1.3.1 Cấu trúc tin nhắn PHỤ LỤC 1.3.2 Tin nhắn chuỗi-tin nhắn SMS dài 1.3.3 SMS CENTER/SMSC 1.3.4 Nhắn tin SMS quốc tế 1.2 Sơ lược mạng điện thoại di động GSM 1.2.1 Giới thiệu chung: Hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile Communications; viết tắt: GSM) công nghệ dùng cho mạng thông tin di động Dịch vụ GSM sử dụng tỷ người 212 quốc gia vùng lãnh thổ Các mạng thông tin di động GSM cho phép roaming với máy điện thoại di động GSM mạng GSM khác sử dụng nhiều nơi giới GSM chuẩn phổ biến cho điện thoại di động (ĐTDĐ) giới Khả phát sóng rộng khắp nơi chuẩn GSM làm cho trở nên phổ biến giới, cho phép người sử dụng sử dụng ĐTDĐ họ nhiều vùng giới GSM khác với chuẩn tiền thân tín hiệu tốc độ, chất lượng gọi Nó xem hệ thống ĐTDĐ hệ thứ hai (second generation, 2G) GSM chuẩn mở, phát triển 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Đứng phía quan điểm khách hàng, lợi GSM chất lượng gọi tốt, giá thành thấp Thuận lợi nhà điều hành mạng khả triển khai thiết bị từ nhiều người cung ứng GSM cho phép nhà điều hành mạng triển khai dịch vụ nơi, người sử dụng sử dụng điện thoại họ khắp nơi giới 1.2.2 Đặc điểm công nghệ GSM: • Cho phép gởi nhận mẫu tin nhắn văn kí tự dài đến 126 kí tự PHỤ LỤC Cho phép chuyển giao nhận liệu, FAX mạng GSM với tốc • độ hành lên đến 9.600 bps Tính phủ sóng cao: Công nghệ GSM không cho phép chuyển giao • toàn mạng mà chuyển giao mạng GSM toàn cầu mà thay đổi, điều chỉnh Đây tính bật công nghệ GSM(dịch vụ roaming) o Sử dụng công nghệ phân chia theo thời gian TDM (Time Division Multiplexing ) để chia kênh full rate hay 16 kênh haft rate o Công suất phát máy điện thoại giới hạn tối đa watts băng tần GSM 850/900Mhz tối đa watts băng tần GSM 1800/1900Mhz o Mạng GSM sử dụng kiểu mã hoá âm để nén tín hiệu âm 3,1khz mã hoá 13kbps gọi Full rate (13kbps) haft rate (6kbps) 1.2.3 Cấu trúc mạng GSM OSS MS NSS BSS :Luồng điều khiển :Luồng liệu PHỤ LỤC Hình 1.1: Cấu trúc tổng quan mạng GSM Hệ thống GSM chia thành nhiều hệ thống sau: • Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem) • Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem) • Phân hệ bảo dưỡng khai thác OSS (Operation Subsystem) • Trạm di động MS (Mobile Station) 1.2.4 Sự hình thành phát triển GSM VN Công nghệ GSM vào Việt Nam từ năm 1993 Hiện, ba nhà cung cấp di động công nghệ GSM lớn Việt Nam VinaPhone, MobiFone Viettel, nhà cung cấp chiếm thị phần nhiều thị trường với số lượng thuê bao tăng chóng mặt thời gian vừa qua Hiện có đến 85% người dùng khách hàng nhà cung cấp dịch vụ theo công nghệ GSM Cho tới thời điểm này, thị trường thông tin di động Việt Nam có khoảng 70 triệu thuê bao di động Khi mà ba “đại gia” di động Việt Nam VinaPhone, MobiFone Viettel tăng trưởng nóng với số lượng thuê bao ngày phát triển lên tới hàng trăm ngàn thuê bao 1.3 Giới thiệu SMS SMS từ viết tắt Short Message Service Đó công nghệ cho phép gửi nhận tin nhắn điện thoại với SMS xuất Châu Âu vào năm 1992 Ở thời điểm đó, bao gồm chuẩn GSM (Global System for Mobile Communications) Một thời gian sau đó, phát triển sang công nghệ wireless CDMA TDMA Các chuẩn GSM SMS có nguồn gốc phát triển ETSI ETSI chữ viết tắt European Telecommunications Standards Institute Ngày 3GPP (Third Generation 10 PHỤ LỤC giảm xuống mức tối thiểu bơm tín hiệu Q1 chuyển từ mức logic sang 1 có ngắt vi điều khiển Khi nước dâng lên mức cảm biến C lúc cảm biến C nối lên nguồn Q2 dẫn bão hòa tín hiệu có mức logic Vậy nước dân lên mức bắt đầu cho phép bơm tín hiệu Q3 chuyển từ mức logic sang  ngắt vi điều khiển  Tính toán chon linh kiện Chọn Ices Q1 = 0.5mA, Vces ~ Vcc =5V Chọn BJT Q1 thỏa :  Pc ≥ 2Ptt = 5mW  Io ≥ 2Ices = 1mA  Vceo ≥ 2Vces= 10V Chọn Q1 C828A có βmin = 200 R3 = (Vcc- Vces)/Ices = (5-0,2) /0,5= 9,6KΩ  Chọn R5= 10k Ω Ibng= Ic/β = 0,5/200 = 0,0025 mA Ib = Ibng = 0,0075 mA Rb/Q1= (Vcc-Vbe) /Ib= (5- 0,7) /0,0075= 573KΩ ~ Điện trở nước  Rb/Q1 nước (Q2, R4) tương tự (Q1, R3) Chọn Q2 C828A có βmin = 200 R4 =10KΩ 4.4.3 Khối vi điều khiển module SIM900  Sơ đồ mạch 43 PHỤ LỤC Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển  Nguyên lý + Chân 1(Master clear): chân reset đầu vào thiết lập + Bộ dao động ngoại ( tích hợp bên PIC) kết nối với lọc chân OSC1 OSC2 Trong đề tài này, em sử dụng thạc anh 20MHz tụ 22pF + Hai chân TxD RxD hai chân dùng cho truyền nhận liệu nối tiếp Các chân hoạt động với mức logic TTL (mức logic cao “1” gán cho Vccvà mức logic thấp gán cho 0v).Được kết nối vơi chân Rx Tx module SIM900 + chân RC0 RC1 chân nhận tín hiệu từ khối cảm biến, cấp tín hiệu vào cho vi điều khiển + Chân RE_0 chân tín hiệu ra, điều khiển motor tắt/ mở, RE_0 nối với trở 1k nối lên nguồn để tăng dòng điều khiển 4.4.4 Khối điều khiển thiết bị  Sơ đồ mạch 44 PHỤ LỤC Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển thiết bị  Nguyên lý Nhận tín hiệu từ vi điều khiển:  Khi tín hiệu VĐK mức Q4 không phân cực  Q4 tắt  dòng qua chân role Hở mạch chân role máy bơm nước không hoạt động  Khi tín hiệu VĐK mức Q4 phân cực qua R6 R7  Q4 dẫn bão hòa  có dòng qua chân relay  Ngắn mạch chân relay  máy bơm nước hoạt động  Tính toán chon linh kiện Sử dụng role 5V_10A_250V Có điện trở cuộn dây = 70Ω  Ice/Q3 =(5-0,2)/70 =68,6mA, Vces ~ Vcc =5V Chọn BJT Q1 thỏa :  Pc ≥ 2Ptt = 700mW  Io ≥ 2Ices = 140mA 45 PHỤ LỤC  Vceo ≥ 2Vces = 10V Chọn Q1 C1815 có βmin = 70 Ibng= Ic/β = 70/70 = mA Ib = Ibng = mA Rb/Q1= (Vcc-Vbe) /Ib= (5- 0,7) /3= 1.43KΩ R7= Rb/Q1 - R6 =1.43K- 1K =430Ω  Chọn R7 =470Ω 4.5 Kết luận chương Qua chương hiểu nguyên lý hoạt động mạch, tác dụng linh kiện để tính toán làm sở cho trình thi công mạch CHƯƠNG LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH 5.1 Giới thiệu chương Chương xây dựng lưu đồ thuật toán từ viết chương trình, sử dụng ngôn ngữ C Chương gồm mục sau: 5.2 Lưu đồ thuật toán 5.3 Chương trình 5.2 Lưu đồ thuật toán Bắt đầu Khởi tạo GSM Nhắn tín đến ĐTDĐngười điều khiển “ he thong duoc khoi dong” Mức nước thấp&& stt Khởi tạo biến ban đâu: char stt=1, mod=1 46 Nhắn tin “ muc nuoc thap” TựStt động máy =0, tắt mod =0bơm PHỤ LỤC Mức nước trung bình Stt =1 Mức nước cao && stt Nhắn tin “ muc nuoc cao” Stt =0, mod=1 Nhan tin nhan “ ONMT”&& mod Bật may bom Nhan tin “may bom duoc bat” Nhan tin nhắn “ OFMT” && mod Tắt máy bơm Nhan tin “ may bom da tat” 47 PHỤ LỤC 5.3 Chương trình #include #include "DEF16F887.h" #include "SIM900.c" #include "String.c" #define CAO_PIN PIN_C0 #define THAP_PIN PIN_C1 #define MB PIN_E0 void main() { enable_interrupts(GLOBAL); delay_ms( 2000 ); GSM_Init(); GSM_SMS( "0989164470", "He thong da duoc khoi dong" ); char stt = 1, mode = 1; while(TRUE) { if( input( THAP_PIN ) && stt ) { GSM_SMS( "0989164470", "Muc nuoc thap!" ); output_low( BOM ); mode = 0; stt = 0; } if( ( !input( THAP_PIN ) ) && input( CAO_PIN ) ) { stt = 1; 48 PHỤ LỤC } if( !input( CAO_PIN ) && stt ) { GSM_SMS( "0989164470", "Muc nuoc cao!" ); stt = 0; mode =1; } if( mode && String_Match( string_isr, 0, "ONMB", ) ) { output_high( MB ); GSM_SMS( "0989164470", "may bom da duoc bat" ); } if( mode && String_Match( string_isr, 0, "OFMB", ) ) { output_low( MB ); GSM_SMS( "0989164470", "May bom da tat" ); } delay_ms( 100 ); } } 5.4 Kết luận chương Qua chương thi ta biết lưu đồ thuật toán từ lưu đồ chương trình thực KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Hệ thống có nhiều ưu điểm như:  Sử dụng mạng viễn thông GSM truyền thông mang tính công nghiệp 49 PHỤ LỤC  Hệ thống hoạt động vị trí khó khăn mà đương dây điện thoại không có, cần phủ sóng mạng điện thoại di động  Hệ thống sử dụng loại sim nhà cung cấp dịch vụ khác Viettel Mobile, mobiphone, vinaphone…  Phần cứng thiết kế đơn giản, sử dụng số linh kiện tối thiểu Bên cạnh hệ thống tồn số khuyết điểm sau:  Chỉ hoạt động vùng phủ sóng điện thoại di động, tốn phí gửi tin nhắn SMS  Hệ thống hoạt động chưa ổn định tin nhắn tổng đài đến lúc với tin nhắn điều khiển Cuối với đặc điểm tính trên, hệ thống trở thành sản phẩm tiều dùng, đáp ứng nhu cầu xã hội Đề tài mang tính thực tiễn cao tính khả thi tốt thực tế Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cô khoa Điện tử - Viễn thông hướng dẫn em trình thực đồ án Đặc biệt, em muốn gửi lời tri ân tới thầy Dư Quang Bình tận tình bảo em suốt thời gian làm đồ án Bởi phần kiến thức em hạn hẹp nên trình thực đồ án tránh khỏi sai sót, mong quý thầy cô hội đồng bảo vệ góp ý có hướng giúp đỡ để em hoàn chỉnh đồ án Em xin chân thành cảm ơn!!! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ELECTRONICS FOR YOU, EFY, 5/2012 50 PHỤ LỤC PHỤ LỤC / ******************************************************************* ************ THU VIEN GIAO TIEP SIM900 ******************************************************************* ************/ //#device PASS_STRINGS=IN_RAM //#use rs232( BAUD = 9600, UART1 ) #define GSM_Call( number ) #define GSM_DeCall() Printf( "ATD0%s;\r", number ) Printf( "ATH\r" ) //GSM_SMS( "1227931510", "Wellcome!" ); #define GSM_SMS( number, text ) { Printf( "AT+CMGS=\"+84%s\"\r", number ); delay_ms(200); \ Printf( text ); Putc( 26 ); } /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Cai dat GSM void GSM_Init( void ) { enable_interrupts(INT_RDA); printf( "AT\r" ); // Dong bo toc baud Delay_ms( 5000 ); 51 PHỤ LỤC printf( "ATE0" ); // Tat che echo Delay_ms( 500 ); printf( "AT+CNMI=2,2,0,0,0\r" ); // Hien thi tin nhan truc tiep Delay_ms( 500 ); printf( "AT+CMGF=1\r" ); // Tin nhan kieu TEXT Delay_ms( 500 ); printf( "AT+CMGDA=\"DEL ALL\"\r" ); // Xoa moi tin nhan Delay_ms( 1000 ); } /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Ngat nhan hoi dap tu GSM #define CHAR_MAX 12 char string_isr[ CHAR_MAX + ]; char temp_isr = 0, string_index = 0; short done_isr = 0; #INT_RDA void RS232_ISR( void ) { temp_isr = getc(); switch( temp_isr ) { case '+': done_isr = 0; string_index = 0; break; 52 PHỤ LỤC case '\r': done_isr = 0; string_index = 0; break; case '\n': done_isr = 1; string_index = 0; break; default: if( ( temp_isr >= '0' ) && ( temp_isr return // Neu string1 != string2 -> return int1 String_Match( char *string1, char begin, char *string2, char length ) { char i; for( i = begin; i < begin + length; i++ ) { if( string1[ i ] != string2[ i - begin ] ) { return 0; } } return 1; } //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// #define STR_SIZE char* FtoA( float value ) 54 PHỤ LỤC { char index = 0, position = 0; unsigned long temp; char str[ STR_SIZE ]; for( index = 0; index < STR_SIZE - 1; index++ ) { str[ index ] = 'X'; } str[ index ] = 0; index = 0; if( value < ) { str[ index++ ] = '-'; value = -value; } while( value < 10 * (STR_SIZE - 1) ) { value *= 10; position++; } temp = (unsigned long)value; if( position