thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị qua mạng điện thoại pstn

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN TỬ - TIN HỌC BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG …  … ĐỒ ÁN MÔN THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI Đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI PSTN GVHD: NGUYỄN NGỌC TÙNG LỚP: CĐ ĐTTT 12B CÁC YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI - NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Quyển báo cáo ĐAMH trình bày có mẫu ? Nội dung báo cáo có đáp ứng đủ yêu cầu đề tài ? Các vẽ(A3,A4) có mẫu ? Phần cứng, phần mềm ĐAMH có đáp ứng đủ yêu cầu đề tài ? Các ý kiến khác Điểm : TP.HCM, Ngày … Tháng…Năm 20… Giáo viên hướng dẫn (GV ký tên ghi rõ họ tên) MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC IC QUAN TRỌNG VÀ LINH KIỆN CÓ TRONG MẠCH 10 1.Vi điều khiển PIC 16F877A 10 1.1.Những đặc tính quan trọng PIC 10 1.2 Các thông số PIC 16F877A .11 1.3.Các chân xuất nhập (I/O port) 12 1.4 Tổ chức nhớ chương trình 15 2.IC thu DTMF MT8870 17 Ic thu phát âm ISD1706 .21 IC ổn áp LM78xx 26 Opto Pc817 27 Điện trở 28 Tụ điện 30 Diode .33 Transistor .37 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG 40 Phân loại thiết bị điều khiển từ xa theo đường truyền 40 1.1.Điều khiển từ xa vô tuyến .40 1.2.Điều khiển từ xa hữu tuyến .40 Nội dung đề tài 41 2.1.Mục đích báo động tự động .41 3.Phương án thiết kế 41 3.1.Phương án 1: Sử dụng module điện thoại di động để nhận tín hiệu điều khiển từ điện thoại khác (cố định di động) 41 3.2 Phương án 2: Dùng vi điều khiển với tín hiệu phản hồi phát tiếng nói từ IC thu, phát tiếng nói 42 3.3.Lựa chọn phương án thiết kế 43 4.Giới thiệu tổng quan tổng đài điện thoại 44 4.1 Định nghĩa tổng đài 44 4.3.Các âm hiệu .45 Trung kế 49 6.Giới thiệu tổng quan máy điện thoại 50 6.1 Giới thiệu 50 6.2 Chức máy điện thoại .51 6.3 Nguyên lý thông tin điện thoại 53 6.5 Kết nối thuê bao .55 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 57 Sơ đồ khối hệ thống 57 Nhiệm vụ khối 58 Liên hệ khối 59 Thiết kế phần cứng cho toàn hệ thống 60 4.1 Khối cảm biến chuông 60 4.3 Khối phát tiếng nói ( Module ghi âm) 62 4.4 Khối điều khiển thiết bị, đóng ngắt tải giả .65 4.6 Khối xử lí trung tâm .68 Thiết kế phần mềm 69 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .74 TÀI LIỆU THAM KHẢO .75 LIỆT KÊ HÌNH Hình 1.2 Bộ nhớ liệu PIC 16F877A 16 Hình 1.4 Sơ đồ chân ISD1706 .23 Hình 1.5 Biểu đồ q trình ghi âm thơng báo 25 Hình 1.6 Biểu đồ trình phát thông báo 25 Hình 1.7 Hình ảnh thực 26 Hình 1.8 Hình dạng thực tế 27 Hình 1.9 Sơ đồ chân kích thước chân 28 Hình 1.10 Kí hiệu hình dạng thực tế điện trở 29 Hình 1.11.Cấu tạo tụ điện .30 30 Hình 1.12 Tụ điện thực tế 30 Hình 1.13 Cấu tạo diode .32 Hình 1.14 Ký hiệu hình dáng Diode bán dẫn 32 Hình 1.15.Ký hiệu hình dáng Led 34 1.16 Mạch chỉnh lưu tồn kì 35 Hình 1.17.Cấu tạo Transistor 35 Hình 1.18.Ký hiệu Transistor 36 Hình 1.19.Transistor cơng xuất nhỏ Transistor cơng xuất lớn 36 Hình 2.1.Điện thoại di động Ericsson T28 40 Hình 2.2 Main GSM Module Sim548 với vị trí chân Tx Rx 40 Hình 2.3 Mơ hình ý tưởng hệ thống điều khiển qua mạng điện thoại cố định 41 Hình 2.4 Dạng sóng tín hiệu chng 44 Hình 2.5 Dạng sóng tín hiệu mời quay số 45 Hình 2.6 Dạng sóng tín hiệu báo bận 45 Hình 2.7 Dạng sóng tín hiệu hồi tiếp 46 Hình 2.8 Dạng sóng tín hiệu đảo cực 47 Hình 2.9 Trung kế 47 Hình 2.10 Trung kế CO - line .47 Hình 3.1 Sơ đồ khối chức nạch điều khiển 54 Hình 3.2 Khối cảm biến chuông 57 Hinh 3.3 Khối kết nốt thuê bao 59 Hình 3.4 Module ghi âm ISD1706 .60 Hình 3.5 Khối điều khiển thiết bị 63 Hình 3.6 Khối thu DTMF .64 Hình 3.8 Lưu đồ chương trình 66 Hinh 3.9 Lưu đồ phím điều khiển 67 LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta đà phát triển hội nhập với kinh tế giới Bên cạch ngành nông nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp… ngành cơng nghiệp ngày phát triển mạnh mẽ đóng góp nhiều cho kinh tế đất nước Với phát triển cơng nghiệp thiết bị, máy móc ngày phát triển tinh vi hơn, đại phức tạp đặc biệt thiếu thiết bịđiều khiển, giám sát từ xa để giúp cho việc đại hóa, tự động hóa thiết bị máy móc Trong cơng nghiệp, lò phản ứng, nhà máy hay nơi có mức độnguy hiểm cao mà người khơng thể tiếp cận điều khiển được, phải cần đến thiết bị điều khiển từ xa giám sát hoạt động hệ thống Trong công nghiên cứu vũ trụ, thiết bị điều khiển từ xa sử dụng phi thuyền không người lái, tàu thám không gian, thiết bị tự hành Các thiết bị điều khiển từ xa không phục vụ cho công nghiệp, quân hay nghiên cứu khoa học mà đóng góp phần nhỏ vào phục vụ cho nhu cầu sống hàng ngày Trong số thiết bị điều khiển từ xa phục vụ cho mục đích dân dụng thiết bị điều khiển thơng qua mạng điện thoại công cộng PSTN sử dụng phổ biến tính thuận tiện nhờvào phát triển rộng khắp mạng điện thoại Chính ứng dụng quan trọng thiết bị điều khiển từ xa qua mạng PSTN mà định chọn đề tài: “Thiết kế thi công hệ thống giám sát, điều khiển thiết bị thông qua mạng điện thoại PSTN” để thực đồ án môn THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI LỜI CẢM ƠN Trong trình học trường Cao Đẳng Kỹ Thuật CAO THẮNG chúng em nhận giảng dạy nhiệt tình giúp đỡ tận tâm quý thầy cô khoa Điện Tử -Tin Học môn Điện Tử Truyền Thông Nhận thấy chúng em tuổi trẻ đầy nhiệt huyết, sáng tạo cần cù nên quý thầy cô không quản ngại giấc xắp xếp công việc để dành thời gian tâm sức kinh nghiệm để truyền đạt cho chúng em kiến thức mà chúng em mơ hồ chí khơng biết gì.Nhờ chúng em biết hạn chế để khắc phục cố gắng Khơng có kiến thức chun ngành mà q thầy cơ, với kinh nghiệm sống truyền đạt cho chúng em kinh nghiệm sống mà hẳn quý thầy cô đánh đổi phần mồ nước mắt để có chúng em trân trọng cố gắng hoàn thiện thân để sống tốt ngày Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa môn tạo điễu kiện tốt để chúng em học tập hầu chuẩn bị kiến thức cho công việc sau tốt nghiệp Trong đề tài chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy NGUYỄN NGỌC TÙNGđã hướng dẫn chúng em hoàn thành đề tài kịp thời hạn Tuy nhiên với lực kiến thức hạn chế lý chủ quan khách quan, chúng em cố gắng khơng thể tránh khỏi sai sót, mong q thầy bạn đóng góp ý kiến để chúng em rút kinh nghiệm củng cố thêm kiến thức cho thân Sau chúng em khơng biết nói gửi tới q thầy lời cảm ơn sâu sắc lời chúc sức khỏe chân thành CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LINH KIỆN CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC IC QUAN TRỌNG VÀ LINH KIỆN CÓ TRONG MẠCH 1.Vi điều khiển PIC 16F877A 1.1.Những đặc tính quan trọng PIC Hiện có nhiều dòng PIC có nhiều khác biệt phần cứng, điểm qua vài nét sau:  8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Harvard có sửa đổi  Flash ROM tuỳ chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte  Các cổng Xuất/Nhập (I/O ports) (mức logic thường từ 0V đến 5.5V, ứng với logic logic 1)  8/16 Bit Timer  Công nghệ Nanowatt  Các chuẩn Giao Tiếp Ngoại Vi Nối Tiếp Đồng bộ/Không đồng USART,                AUSART, EUSARTs Bộ chuyển đổi ADC Analog-to-digital converters, 10/12 bit Bộ so sánh điện áp (Voltage Comparators) Các module Capture/Compare/PWM LCD MSSP Peripheral dùng cho giao tiếp I²C, SPI, I²S Bộ nhớ nội EEPROM - ghi/xố lên tới triệu lần Module Điều khiển động cơ, đọc encoder Hỗ trợ giao tiếp USB Hỗ trợ điều khiển Ethernet Hỗ trợ giao tiếp CAN Hỗ trợ giao tiếp LIN Hỗ trợ giao tiếp IrDA Một số dòng có tích hợp RF (PIC16F639, rfPIC) KEELOQ Mã hoá giải mã DSP tính xử lý tín hiệu số (dsPIC) 1.2 Các thông số PIC 16F877A Đây vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit  Mỗi lệnh thực thi chu kì xung clock GVHD: NGUYỄN NGỌC TÙNG Page 10 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN mức logic thấp tín hiệu đưa vào chân vi điều khiển Khi tín hiệu chng transistor ngưng dẫn tạo mức logic cao cực C Tóm lại có tín hiệu chuông, mạch cho mức logic 0, khơng có tín hiệu chng mạch cho mức logic Ngồi thơng thoại, mạch ngắt khỏi đường dây nên không ảnh hưởng đến tín hiệu khác c Tính tốn thơng số mạch Chọn: Chọn tụ cách ly tụ khơng phân cực 105 Cầu diode 1A Opto PC817 Dòng qua led Opto = 10mA Áp đặt lên led Opto khoảng 2.5V Diode Zener loại 5.6V Tụ C3 10uF/100V Do vậy: R1= Lấy giá trị R1=330Ω R2= 4.7kΩ GVHD: NGUYỄN NGỌC TÙNG Page 60 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.3 Khối phát tiếng nói ( Module ghi âm) a Sơ đồ nguyên lý Hình 3.4 Module ghi âm ISD1706 b Nguyên lý hoạt động, Mạch phát tiếng nói dùng IC ISD1760 IC chuyên dùng cho việc ghi phát tiếng nói kết nối trực tiếp với vi điều khiển thông qua chân port vi điều khiển Các điện trở tụ điện mắc bên theo đề nghị nhà sản xuất Ngõ âm phát lên line nhờ relay đóng ngắt âm phát Tiếng nói sử dụng cho mục đích thiết kế nạp sẵn bên IC Để phát đoạn âm ta cần cung cấp địa đầu vùng nhớ lưu trữ đoạn âm Mạch phát thu câu thông báo thiết kế giá trị linh kiện sử dụng theo hướng dẫn nhà sản xuất Trong hệ thống điều khiển việc đặt địa thu câu thông báo thực mạch rời bên GVHD: NGUYỄN NGỌC TÙNG Page 61 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Các nút nhấn S1, S2, S3 bình thường trạng thái hở chân 23, 24, 27 IC ISD1706 mức logic cao (mức 1) Khi nhấn nút nhấn chân chuyển xuống trạng thái mức thấp (nối tắt xuống mass) Thu lời nhắn Để thực việc thu câu thơng báo cần thực công việc sau:  Đặt địa cho câu thông báo  Đặt mức logic chân 23 trạng thái hở (mức 1)  Đặt mức logic chân 24 trạng thái đóng (mức 0) Khi ta bắt đầu thu câu thơng báo vào Micro ý cho tổng thời gian khơng q 20 giây Trong q trình thu câu thơng báo chân 25 nối xuống mass nên led D1 sáng Khi thực thu câu thông báo đồng thời nhả nút S3 xung tín hiệu EOM (End Of Message Output) tự động chèn vào cuối câu thông báo Phát lời nhắn Đối với IC chuyên dụng ISD1706 q trình phát câu thơng báo thực cách sau Cách phát kích cạnh     Đặt địa cho câu thông báo Nút nhấn S3 mức (trạng thái đóng) Nút nhấn S1 mức (trạng thái hở) Nút nhấn S2 mức (trạng thái hở) Lúc câu thông báo phát gặp tín hiệu xung EOM (End Of Message Output) led sáng câu thơng báo phát GVHD: NGUYỄN NGỌC TÙNG Page 62 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Cách phát kích mức     Đặt địa cho câu thông báo Nút nhấn S1 mức (trạng thái đóng) Nút nhấn S3 mức (trạng thái hở) Nút nhấn S2 mức (trạng thái hở) Lúc câu thông báo phát gặp tín hiệu xung EOM (End Of Message Output) led sáng câu thông báo phát Trong trường hợp q trình phát phải ln nhấn nút S1 Khi tín hiệu xuất từ vi điều khiển khối xử lý trung tâm đưa đến khối điều khiển thiết bị Sau thiết bị hoạt động, để người điều khiển biết trạng thái hoạt động thiết bị hệ thống khối phát thơng báo xuất liệu đưa lên đường truyền dạng âm báo cho người điều khiển biết trạng thái thiết bị hệ thống d tính tốn thơng số mạch Các thông số thiết kế mạch nhà sản xuất quy định đưa Datasheet GVHD: NGUYỄN NGỌC TÙNG Page 63 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.4 Khối điều khiển thiết bị, đóng ngắt tải giả a Sơ đồ nguyên lý Hình 3.5 Khối điều khiển thiết bị b Nguyên lý hoạt động Sau nhận tín hiệu chng , VĐK kích Rd7 lên mức 1, đóng relay số Có tác dụng ngắt mạch chng, đóng tải giả, đồng thời đưa khối thu DTMF vào đường dây từ tổng đài Tín hiệu qua khối thu DTMF giải mã thành bit đưa GVHD: NGUYỄN NGỌC TÙNG Page 64 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN vào chân RA0,RA1,RA2,RA3 VĐK Khi nhận tone chân Std ic DTMF kích lên mức 1, chân trả hết tone SDt nối với Ra4 VĐK, dựa vào thay đổi chân này, VĐK hiểu có tín hiệu tone mơi chuyển đến tiến hành giải mã tín hiệu, điều khiển thiết bị theo chương trình định sẵn, cách thay đổi mức áp chân Rb0, Rb1,Rb2 GVHD: NGUYỄN NGỌC TÙNG Page 65 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.5 Giải mã DTMF a Sơ đồ nguyên lý Hình 3.6 Khối thu DTMF b Nguyên lý hoạt động Bộ thu DTMF Khi tín hiệu thu đưa vào chân IN- (chân số MT8870) bên IC có khuếch đại Tone khuếch đại tín hiệu thu Ban đầu cặp tần số mã tone qua lọc tần số (Dial Done Filter) Bộ tách tín hiệu thành hai nhóm Một nhóm tần số thấp, nhóm tần số cao Nhóm thứ lọc thông dãy tần số từ 697Hz đến 941Hz nhóm thứ hai lọc thơng dãy tần số từ 1209 Hz đến 1633 Hz Bên cạnh cấu trúc bên IC MT8870 có lọc loại bỏ tần số350Hz 440V lọc tần số Dial Tone để hạn chế tín hiệu đầu vào Khi dò nhận đủ có hai tone thích hợp chuyển hai tần số tới giải mã tương ứng DTMF, trước gửi mã vào ghi có kiểm tra để nhận biết tồn tín hiệu Khi tín hiệu giải mã ghi vào ghi, tín hiệu chuyển qua chuyển đổi A/D (chuyển từ GVHD: NGUYỄN NGỌC TÙNG Page 66 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN tương tự sang số) chuyển thành mã nhị phân bit xuất chân 11,12,13,14 ( D0,D1,D2.D3) MT8870 đưa tới khối xử lý trung tâm c Tính tốn thong số mạch Các thông số MT8870 nhà sản xuất hướng dẫn Các giá trị điện trở, tụ điện, thời gian an toàn, bảo vệ nhà sản xuất đưa cụ thể datasheet 4.6 Khối xử lí trung tâm a Sơ đồ nguyên lý Hình 3.7 Khối xử lí trung tâm b Ngun lý hoạt động Là vi điều khiển pic16f877a, liên kết đến khổi chức khối VĐK có thêm chân nạp, thạch anh, nút reset Hoạt động: (xem thêm phần chương trình) GVHD: NGUYỄN NGỌC TÙNG Page 67 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Thiết kế phần mềm a Lưu đồ chương trình Bắt đầu Kiểm tra chng Đủ hồi chng Đóng tải giả Phím nhấn điều khiển Hình 3.8 Lưu đồ chương trình GVHD: NGUYỄN NGỌC TÙNG Page 68 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN b Lưu đồ phím điều khiển Phím điều khiển Có nhấn phím1 Thiết bị Có nhấn phím2 Thiết bị Có nhấn phím3 Thiết bị Có nhấn phím# Ngắt tải giả Hinh 3.9 Lưu đồ phím điều khiển GVHD: NGUYỄN NGỌC TÙNG Page 69 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN c Chương trình #include #FUSES HS ,NOPUT, NOPROTECT , NODEBUG , NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD #use delay(clock=20000000) #use fast_io (a) #use fast_io (b) #use fast_io (c) #use fast_io (d) #byte portb=0x06 #byte porta=0x05 #byte portd=0x08 #bit a4=0x05.4 #bit b0=0x06.0 #bit b1=0x06.1 #bit b2=0x06.2 #bit d2=0x08.2 #bit d5=0x08.5 #bit d6=0x08.6 #bit d7=0x08.7 int16 k,i,m; void main() { portb=0; d7=0; d6=1; d5=1; set_tris_b(0); set_tris_a(0b111111); set_tris_e(0); set_tris_d(0b00000100); //======================================== while(true) { if(d2==0){while(d2==0){}i++;} if(i==3){d7=1;} while(d7==1) { if(a4==1) GVHD: NGUYỄN NGỌC TÙNG Page 70 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN { k=porta&0b001111; while(a4==1){} //====================================== if(k==1) { b0= ~ b0 ; if(b0==1){d5=0;delay_ms(200);d5=1;} if(b0==0) { for(m=0;m