Điều khiển thiết bị điện bằng điện thoại di động

: Việc thiết kế các ứng dụng của PIC với điện thoại di động, IC thu phát DTMF rất phong phú và phức tạp, do vậy trong đề tài này em tập trung giải quyết các vấn đề chính:  Thiết kế phần cứng điều khiển thiết bị điện thông qua IC MT8870.  Điều khiển bậttắt thiết bị điện..  Hiển thị trên LED để kiểm tra kết nối .

LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, ngành cơng nghệ thơng tin đạt tiến vượt bậc với đời ngành cơng nghiệp phần cứng, phần mềm việc giải cơng việc giúp người trở nên dễ dàng, thuận tiện nhanh chóng Cùng với phát triển ngành cơng nghệ thơng tin phát triển mạnh mẽ hệ thống thơng tin liên lạc, đời dịch vụ điện thoại mà cụ thể điện thoại di động với ưu dễ dàng hoạt động di chuyển lúc nơi Chính ngồi việc dùng điện thoại để liên lạc vấn đề đặt sử dụng điện thoại Remote để điều khiển thiết bị điện từ xa Từ u cầu kiến thức em học trường em lựa chọn đề tài: “Điều khiển thiết bị điện điện sử dụng điện thoại di động.” Đề tài: Việc thiết kế ứng dụng PIC với điện thoại di động, IC thu phát DTMF phong phú phức tạp, đề tài em tập trung giải vấn đề chính:  Thiết kế phần cứng điều khiển thiết bị điện thơng qua IC MT8870  Điều khiển bật/tắt thiết bị điện  Hiển thị LED để kiểm tra kết nối NHẬN XÉT CỦA THẦY ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… MỤC LỤC CHƯƠNG 1…………………….………………………………………………………….7 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI…………………………………………………………………… 1.1 Ý tưởng tốn 1.2 Cấu tạo ngun lý hoạt động điện thoại 1.3 Tín hiệu DTMF 1.3.1 Định nghĩa 1.3.2 KEYPAD 1.3.3 IC MT8870 thu tín hiệu DTMF 11 CHƯƠNG 15 TÌM HIỂU VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F84A 15 2.1 Giới thiệu PIC 16F84A 15 2.2 Sơ đồ bố trí chân 16 2.3 Sơ đồ khối 17 2.4 Cấu tạo dao động 20 2.5 Hoạt động RESET 22 2.6 Tổ chức nhớ 24 2.7 Cấu trúc cổng I/O 37 2.7.1 PORTA Error! Bookmark not defined 2.7.2 PORTB 43 2.8 Bộ định thời(TMRO)…………………………………………………………………47 2.9 Watch dog timer(WDT)………………………………………………………………48 2.10 Ngắt…………………………………………………………………………………49 CHƯƠNG Tập lệnh PIC16F84A 51 3.1 Bảng tóm tắt lệnh PIC16F84A 51 3.2 Định dạng tổng qt lệnh 53 CHƯƠNG 55 4.1 Ý tưởng 55 4.2 Sơ đồ khối mạch………………………………………………………………….55 4.3 Ngun lý hoạt động 56 4.4 Thiết kế phần cứng 57 4.5 Thiết kế phần mềm 63 CHƯƠNG 5……………………………………………………………………… …… 65 Kết luận hướng phát triển đề tài…………………………………………………… 65 5.1 Kết quả… ………………………………………………………………………….65 5.2 Kết luận…………………………………………………………………………… 65 CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Ý tưởng đề tài Ngày nay, cơng nghệ điện thoại di động ngày phát triển mạnh Điện thoại trở thành nhu cầu khơng thể thiếu người nhịp sống đại điện thoại gần lúc mang theo bên người Bởi ngồi khả nghe, gọi, nhắn tin, truy cập internet, giải trí…vv câu hỏi đặt là: Có thể dùng điện thoại di động để điều khiển thiết bị điện Tủ lạnh, TV, điều hồ nhiệt độ, máy tính, lò vi sóng, quạt điện, đèn chiếu sáng, bình nóng lạnh….vv khơng Xuất phát từ u cầu thực tế sống đề tài em nghiên cứu thu tín hiệu DTMF từ điện thoại di động để từ giải mã đưa tín hiệu điều khiển bật /tắt thiết bị điện.Với khả cần mang điện thoại gọi điện nhập mã điều khiển n tâm thiết bị điện trạng thái tắt/bật ý muốn 1.2 Cấu tạo ngun lý hoạt động điện thoại 1.2.1 cấu tạo Gồm ba phần sau:  Phần chuyển đổi mạch điện: Phần gồm hệ thống mạ tiếp điểm có nhiệm vụ đóng mở mạch điện có u cầu  Phần thu phát tín hiệu gọi: Phần gồm hai phần máy điện quay tay có nhiệm vụ phát tín hiệu gọi lên đường truyền phần chng máy có nhiệm vụ biến dòng tín hiệu gọi thành tín hiệu gọi 1.2.2 Ngun lý hoạt động Khi ta thực gọi dao động âm tiếng nói tác động vào màng rung mic làm xuất dòng điện biến đổi tương ứng mạch Dòng điện biến đổi truyền đường dây điện thoại chuyển mạch đến máy điện thoại gọi, làm cho màng rung loa dao động, lớp khơng khí trước màng dao động theo phát âm tác động đến tai người nghe q trình truyền dẫn ngược lại tương tự 1.3 Tín hiệu DTMF 1.3.1 Định nghĩa DTMF(Dual Tone Multi Frequency): tín hiệu gồm có hai tần số xếp trồng lên Mỗi tần số lựa chọn cho có lợi cho việc thiết kế lọc dễ dàng truyền đường dây điện thoại có băng thơng khoảng chừng 3,5KHz DTMF phát tín hiệu âm ghép tín hiệu dải tần số từ 697Hz đến 1633Hz 1.3.2 KEYPAD Trong DTMF chữ số chọn lựa có tín hiệu dạng tổ hợp hai tần số xoay chiều: Hình 1.1: Dạng tín hiệu DTMF Khi nút bấm, hai tần số mơ tả chữ số phát gửi cách đồng thời Đặc biệt hai âm khơng âm, tức tần số âm khơng có ước số chung với âm kia, điều để tránh nhầm lẫn vơ tình với âm hiệu nói, phân tách rõ ràng hai loại cần thiết Ví dụ hai tần số 750 500 hai tần số khơng thể kết hợp thành tín hiệu DTMF có ước số chung 250, hai tần số hai âm âm Keypad chuẩn ma trận chữ nhật gồm ba cột bốn hàng (3x4) tạo nên tổng cộng 12 phím nhấn: có 10 phím cho chữ số (từ đến 9), hai phím đặc biệt ‘*’ ‘#’ Mỗi hàng bàn phím bấm gán cho tần số tín hiệu thấp, cột gán cho tần số tín hiệu cao Mỗi phím có tín hiệu DTMF riêng tổng hợp hai tần số tương ứng với hàng cột mà phím đứng Những tần số lựa chọn cẩn thận cho có lợi cho việc thiết kế lọc dễ dàng truyền đường dây điện thoại Hình 1.2: Bàn phím chuẩn 12 nút Ngày nay, người ta cho thêm vài phím để tạo nên bảng mã nằm ma trận (4x4) với hàng miêu tả tần số thấp cột miêu tả tần số cao Hình 1.3: Bàn phím mở rộng 16 phím 1.3.3 IC MT8870 thu tín hiệu DTMF Hình 1.4: IC thu DTMF MT8870 Định nghĩa chân sau: - PIN (IN+) Non- Investing op-amp: Ngõ vào khơng đảo - PIN (IN-) Investing op-amp: Ngõ vào đảo - PIN (GS) Gain Select: Giúp truy xuất ngõ khuếch đại vi sai đầu cuối qua điện trở hồi tiếp - PIN (Vref ) Reference Voltage: Ngõ (Thơng thường VDD/2) - PIN (INH) Inhibit: Ngõ vào (Khi chân mức logic cao khơng nhận ký tự A,B,C ngõ ra) - PIN ( PWDN) Power down: Ngõ vào tác động mức cao (Khi chân tác động cấm mạch dao động IC 8870 hoạt động) - PIN (OSC 1): Clock ngõ vào MHz - PIN (OSC 2): Clock ngõ (Nối hai chân với thạch anh 3.579545 MHz, để tạo mạch dao động nội) - PIN (Vss): Nối GND - PIN 10(TOE) Three Stage Output Enable: Ngõ vào, Ngõ Q1-Q4 hoạt động TOE mức cao Đồ án thiết kế chun ngành SWAPF f,d XORWF f,d CÁC LỆNH HOẠT ĐỘNG TRÊN THANH GHI ĐỊNH HƯỚNG BIT BCF Bit Clear f 01 00bb bf f f f,b Bit Set f ffff BSF Bit Test f Skip if 1(2 01 01bb bf f f f,b Clear ) ffff BTFSC Bit Test f Skip if Set 1(2 01 10bb bf f f f,b ) ffff BTFSS 01 11bb bf f f f,b ffff CÁC LỆNH HOẠT ĐỘNG TRÊN LITERAL VÀ ĐIỀU KHIỂN ADDLW Add literal and W 11 111x kkkk C,DC,Z k AND literal with W kkkk Z ANDLW Call subroutine 11 1001 kkkk T 0, PD k Clear Watchdog kkkk CALL k Timer 10 0kkk kkkk CLRWDT Go to address kkkk Z _ Inclusive OR literal 00 0000 0110 GOTO with W 0100 k Move literal to W 10 1kkk kkkk IORLW Return from interrupt kkkk T 0, PD k Return with literal in 11 1000 kkkk MOVLW W kkkk C,DC,Z k Return from 11 00xx kkkk Z RETFIE Subroutine kkkk _ Go into standby 00 0000 0000 RETLW mode 1001 k Subtract W from 11 01xx kkkk RETURN literal kkkk _ Exclusive OR literal 00 0000 0000 SLEEP with W 1000 _ 00 0000 0110 SUBLW 0011 k 11 110x kkkk XORLW kkkk k 11 1010 kkkk kkkk 1 2 Đồ án thiết kế chun ngành Chú ý : Nếu lệnh thực ghi TMR0, prescaler bò xóa ấn đònh tới môđun Timer0 : Nếu đếm chương trình thay đổi hay điều kiện kiểm tra lệnh thực hai chu kỳ máy chu kỳ thứ hai xem lệnh NOP 3.2 Đònh dạng tổng quát lệnh 3.2.1 Các lệnh hoạt động ghi đònh hướng byte Các lệnh dạng xử lý byte ghi 14 bit từ lệnh 13 OPCODE d f OPCODE : Mã để phân biệt lệnh d : Dùng để chọn ghi mà lưu kết thực lệnh d = lưu đến ghi W d = lưu đến ghi f f : Nó rõ đòa ghi mà đề cập đến lệnh f rõ đòa từ 0(00h) đến 127(7Fh) có bit Khi viết ngôn ngữ assembler, sử dụng nhãn đònh nghóa để thay đòa ghi Ví dụ ADDWF COUNT, (COUNT nhãn ghi ) 3.2.2 Các lệnh hoạt động ghi đònh hướng bit Các lệnh dạng xử lý bit ghi 14 bit từ lệnh 13 10 OPCODE b f OPCODE : Mã để phân biệt lệnh b : Dùng để vò trí bit file ghi Bởi file ghi byte, cần bit b để tất vò trí bit file ghi f : Nó rõ đòa ghi mà đề cập đến lệnh f rõ đòa từ 0(00h) đến 127(7Fh) có bit Khi viết ngôn ngữ assembler, sử dụng nhãn đònh nghóa để thay đòa ghi Ví dụ ADDWF COUNT, (COUNT nhãn ghi ) Đồ án thiết kế chun ngành 3.2.3 Các lệnh hoạt động Literal điều khiển Các lệnh dạng xử lý với số cố đònh (k) mà ghi lệnh 14 bit từ lệnh 13 OPCODE k (literal) OPCODE : Mã để phân biệt lệnh k : số cố đònh dùng để tính toán Bởi có bit(trừ lệnh nhảy lệnh CALL) nên giá trò k nằm khoảng 0(00h) đến 255(FFh) 14 bit từ lệnh (chỉ riêng lệnh CALL GOTO) 13 11 10 OPCODE K (literal) k : hai lệnh có 11 bit nên giá trò nằm khoảng 0(00h) đến 2047(7FFh) Đồ án thiết kế chun ngành CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG 4.1 Ý tưởng Thiết kế mạch điều khiển qua điện thoại di động có chức thực điều khiển đóng ngắt thiết bị điện từ xa thơng qua điện thoại di động Hệ thống thiết kế gồm khối:  Khối điện thoại thu sử dụng điện thoại Nokia 1200 1202  Khối thu giải mã DTMF sử dụng IC MT8870  Khối xử lý trung tâm sử dụng PIC 16F84A  Khối điều khiển thiết bị sử dụng Relay 12VDC để đóng/ cắt thiết bị  Khối tín hiệu phản hồi sử dụng LED 3V Hệ thống điều khiển thiết kế đóng/ ngắt thiết bị điện hồn tồn nâng cấp lên điều khiển nhiều thiết bị 4.2 Sơ đồ khối mạch Audio Điện thoại thu Khối điều khiển thiết bị Tín hiệu phản hồi GND Khối thu giải mã DTMF Khối xử lý trung tâm Khối hiển thị Đồ án thiết kế chun ngành Hình 4.1: Sơ đồ khối mạch Chức khối:  Khối xử lý trung tâm: vi điều khiển PIC 16F877A điều khiển tồn hoạt động mạch: nhận liệu giải mã DTMF từ giải mã  Khối thu giải mã DTMF: Khối có nhiệm vụ nhận tín hiệu DTMF từ điện thoại di động thu sau giải mã thành mã nhị phân bit đưa vào khối xử lý trung tâm  Khối nguồn ni: Là khối cung cấp dòng ni cho tồn linh kiện mạch Nó tạo điện áp ổn định thoả mãn số điện áp dòng  Khối bật tắt thiết bị điện: Là khối sử dụng Relay để đóng /ngắt mạch hoạt động thiết bị điện khối nhận tín hiệu từ VĐK PIC 16F884A  Khối tín hiệu phản hồi: Là khối báo hiệu trạng thái điều khiển mạch điều khiển Khi đăng nhập thành cơng hay thất bại, điều khiển bật/tắt thiết bị hệ thống đưa tín hiệu âm để người điều khiển khẳng định lệnh điều khiển hay sai “việc điều khiển thiết bị có thực hay khơng ?” 4.3 Ngun lý hoạt động Mạch điều khiển ghép với đường Audio, GND điện thoại di động thu với đề tài em sử dụng điện thoại Nokia 1200 Mạch có chức sau: Điều khiển bật /tắt thiết bị điện Để điều khiển thiết bị điện người điều khiển phải gọi điện tới số máy nơi lắp đặt mạch điều khiển Điện thoại gọi, mắc với mạch điều khiển qua đường Audio Gnd (thiết bị muốn điều khiển on/off mắc vào mạch điều khiển) Sau thời gian định điện thoại tự động nhấc máy Người điều khiển phải cài đặt tính thời gian gọi điện thoại điều khiển để biết điện thoại thu nhấc máy (Nhìn thấy giây đồng hồ bắt đầu chạy tức đầu bên nhấc Đồ án thiết kế chun ngành máy) Sau người điều khiển nhấn mã để đăng nhập vào hệ thống điều khiển đưa lệnh điều khiển thiết bị thơng qua mã điều khiển quy định trước Các trạng thái điều khiển gồm có: + Bật /tắt thiết bị điện 4.4 Thiết kế phần cứng 4.4.1 Thiết kế mạch ngun lý Dựa sơ đồ khối mạch ngun lý thiết kế tổng thể khối Hình 4.1: Sơ đồ mạch ngun lý hệ thống Đồ án thiết kế chun ngành 4.4.2 Khối xử lý trung tâm Khối xử lý trung tâm vi điều khiển PIC16F84A, IC có 40 chân Sơ đồ chi tiết sau: Hình 4.2: Sơ đồ bố trí chân PIC16F84A Ý nghóa chân : Chân 1: RA2 Chân thứ hai port A, chân nhập/xuất Chân 2: RA3 Chân thứ ba port A, chân nhập/xuất Chân 3: RA4/T0CKI Chân thứ tư port A, chân nhập/xuất T0CKI chọn ngõ vào Clock tới đònh thời TMR0 Chân 4: MCLR Ngõ vào Reset vi điều khiển, tích cực mức thấp dùng để lập trình cho vi điều khiển với điện áp lập trình 13V Chân 5: Vss Chân nối mass Chân 6: RB0/INT Chân thứ port B, chân xuất/nhập, có chức chân ngắt Chân 7:RB1 Chân thứ port B, chân nhập/xuất Chân 8:RB2 Chân thứ hai port B, chân nhập/xuất Chân 9:RB3 Chân thứ ba port B, chân nhập/xuất Chân 10:RB4 Chân thứ tư port B, chân nhập/xuất Chân 11:RB5 Chân thứ năm port B, chân nhập/xuất Chân 12:RB6 Chân thứ sáu port B, chân nhập/xuất Khi lập trình đường ‘clock’ Đồ án thiết kế chun ngành Chân 13:RB7 Chân thứ bảy port B, chân nhập/xuất Khi lập trình đường liệu Chân 14:VDD Chân cung cấp nguồn +5V Chân 15:OSC2/CLKOUT Chân nối tới dao động Chân 16:OSC1/CLKOUT Chân nối tới dao động Chân 17:RA0 Chân thứ port A, chân xuất/nhập Chân 18:RA1 Chân thứ port A, chân xuất/nhập 4.4.3 Khối thu giải mã DTMF Giải mã DTMF thực vi mạch chun dụng IC MT8870 nhờ mà việc giải mã trở nên đơn giản Sơ đồ ngun lý kết nối IC MT8870 mạch trình bày hình dưới: Hình 4.3: Sơ đồ ngun lý kết nối mạch IC MT8870 Đồ án thiết kế chun ngành 4.4.4 Khối tín hiệu phản hồi Hình4.4: Sơ đồ ngun lý khối tín hiệu phản hồi Khối tín hiệu phản hổi nhận tín hiệu từ VĐK khiển để đưa âm phản hồi ứng với trạng thái hệ thống Đồ án thiết kế chun ngành 4.4.5.Mạch in thực tế sau thiết kế Hình 4.5: Sơ đồ mạch in thực tế sau thiết kế Đồ án thiết kế chun ngành Hình 4.6: Sơ đồ linh kiện mạch Đồ án thiết kế chun ngành 4.5 Thiết kế phần mềm 4.5.1 Lập trình cho PIC Việc lập trình cho PIC 16F84A sử dụng ngơn ngữ C chuẩn, viết phần mềm Dev-C 4.5.2 chương trình #include #use delay(clock=3.58M) #define loa PIN_B0 int1 tai1,tai2,tai3,tai4,tai5,tai6,tai7; // trang thai phim int1 T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7; // trang thai tai void nhan_sao(); void nhan_khong(); void loa_on(); void loa_off(); void main() { set_tris_a(0xFF); output_low(PIN_B0); output_low(PIN_B1); output_low(PIN_B2); output_low(PIN_B3);output_low(PIN_B4);output_low(PIN_B5); output_low(PIN_B6);output_low(PIN_B7); tai1=0; T1=0; tai2=0; T2=0; tai3=0; T3=0; tai4=0; T4=0; tai5=0; T5=0; tai6=0;T6=0; tai7=0;T7=0; while(TRUE) { if(input_state(PIN_A4)==1) //chan std { // phim Đồ án thiết kế chun ngành if((input_state(PIN_A0)==1) && (input_state(PIN_A1)==0) && (input_state(PIN_A2)==0) && (input_state(PIN_A3)==0)) { tai1=1; tai2=0; tai3=0; tai4=0; tai5=0;tai6=0;tai7=0; if(T1==1) loa_on(); else loa_off(); } // phim if((input_state(PIN_A0)==0) && (input_state(PIN_A1)==1) && (input_state(PIN_A2)==0) && (input_state(PIN_A3)==0)) { tai1=0; tai2=1; tai3=0; tai4=0; tai5=0;tai6=0;tai7=0; if(T2==1) loa_on(); else loa_off(); } // phim if((input_state(PIN_A0)==1) && (input_state(PIN_A1)==1) && (input_state(PIN_A2)==0) && (input_state(PIN_A3)==0)) { tai1=0; tai2=0; tai3=1; tai4=0; tai5=0;tai6=0;tai7=0; if(T3==1) loa_on(); else loa_off(); } // phim if((input_state(PIN_A0)==0) && (input_state(PIN_A1)==0) && (input_state(PIN_A2)==1) && (input_state(PIN_A3)==0)) { tai1=0; tai2=0; tai3=0; tai4=1; tai5=0; tai6=0;tai7=0; if(T4==1) loa_on(); else loa_off(); } // phim if((input_state(PIN_A0)==1) && (input_state(PIN_A1)==0) && (input_state(PIN_A2)==1) && (input_state(PIN_A3)==0)) { tai1=0; tai2=0; tai3=0; tai4=0; tai5=1;tai6=0;tai7=0; if(T5==1) loa_on(); else loa_off(); } Đồ án thiết kế chun ngành CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết Tổng quan kết Việc giải mã DTMF em sử dụng vi mạch MT8870, vi mạch chun dụng để giải mã tín hiệu DTMF Vi mạch MT8870 lấy tín hiệu DTMF từ đường điện thoại vào chân hai (IN-) tín hiệu giải mã thành mã BCD bit xuất bốn chân Q1,Q2,Q3,Q4, chân StD chân báo có nhấn phím 5.2 kết luận Do khả hạn đồ án số mặt em chưa thực Để tài phát triển lên cách: + Sau thu tín hiệu DTMF từ MT8870 đưa vào PIC 16F84A để xử lý điều khiển kết hợp phát khơng dây điều khiển thiết bị điện để điều khiển linh hoạt thơng minh Sử dụng IC phát tiếng nói để người điều khiển nắm bắt trạng thái điều khiển cách xác, dễ dàng + Nghiên cứu giải mã ký tự tin nhắn SMS từ điện thoại di động thay thu tín hiệu DTMF để đưa tín hiệu điều khiển Cảm ơn thầy tạo điều kiện cho chúng em hồn thành đồ án Đồ án thiết kế chun ngành