Giao tiếp với GSM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ HOÀNG THẾ LONG GIAO TIẾP VỚI GSM LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ HỒNG THẾ LONG GIAO TIẾP VỚI GSM Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn Thông Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử Mã số : 605270 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Ngô Diên Tập Hà Nội – 2010 -1- LỜI NÓI ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày phát đà phát triển mạnh để nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao ngƣời Cơng nghệ thơng tin đóng vai trị cốt lõi việc nắm bắt, cập nhật thông tin nhân loại Hiện điện thoại di động có bƣớc tiến vƣợt bậc cơng nghệ, ngày phổ biến rộng rãi đời sống ngƣời, nhu cầu trao đổi thông tin ngày tăng đồng thời thiết bị điện thoại ngày phổ biến rộng rãi, việc sử dụng mạng điện thoại để truyền tín hiệu điều khiển phƣơng thức tiện lợi, tiết kiệm nhiều thời gian cho công việc Một vấn đề đặt cần phát triển ứng dụng liên lạc vào nhu cầu thực tiễn ngƣời, điều khiển tự động dựa hệ thống thơng tin sẵn có, mang lại nhiều lợi ích cao cho ngƣời sử dụng Ví dụ nhƣ giám sát trạng thái, điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua mạng điện thoại, tự động cảnh báo qua mạng điện thoại cố định di động Dựa kiến thức đƣợc học tham khảo qua sách vở, mạng internet em định chọn đề tài: "Giao tiếp với GSM " Do kiến thức cịn chƣa sâu, kinh nghiệm thời gian có hạn, nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót, mong q Thầy, Cơ bạn đóng góp ý kiến để luận văn đƣợc hồn thiện Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy, Cô giáo bạn quan tâm, ủng hộ, giúp đỡ em để bƣớc em hoàn thành đề tài Đặc biệt em chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Ngô Diên Tập dẫn cho em nhiều mặt kiến thức, kỹ thuật, đồng thời đƣa nhiều định hƣớng, ý tƣởng giúp em hoàn thành luận văn này! Hà Nội, tháng 10 năm 2010 Sinh viên thực Hoàng Thế Long Giao tiếp với GSM Hoàng Thế Long K15Đ2 ĐHCN, ĐHQG Hà Nội -2- LỜI CAM ĐOAN Bài Luận văn em nghiên cứu, thực dƣới hƣớng dẫn PGS.TS Ngơ Diên Tập Để hồn thành luận văn này, em sử dụng tài liệu liệt kê phần tài liệu tham khảo Em cam đoan không chép cơng trình, thiết kế tốt nghiệp khác Em xin chịu trách nhiệm lời cam đoan Hà Nội, tháng 10 năm 2010 Giao tiếp với GSM Hoàng Thế Long K15Đ2 ĐHCN, ĐHQG Hà Nội -3- MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ ĐẶC TÍNH CỦA MƠĐEM GSM VÀ CÁCH GIAO TIẾP VỚI MÔĐUN SIM300CZ 2.1 Tổng quan hệ thống thơng tin di động tồn cầ 2.2 Các hệ phát triển hệ thống thông tin di đ 2.3 Lịch sử hình thành GSM 2.4 Tổng quan mạng thông tin di động số tế bào 2.5 Giao diện vô tuyến 2.6 Kiến trúc mạng GSM 2.7 Dịch vụ số liệu cải tiến GPRS – General Packe 2.8 Giới thiệu Môđem GSM 2.9 Tổng quan môđun SIM300CZ CHƢƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA128 3.1 Tổng quan vi điều khiển ATMega128 3.2 Cấu trúc nhớ giao tiếp USART 3.2.1 Cấu trúc nhớ 3.2.2 Giao tiếp USART CHƢƠNG IV: TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM PHẦN CỨNG 4.1 Khối chỉnh lƣu nguồn 4.2 Khối vi điều khiển 4.3 Khối hiển thị LCD 4.4 Khối giao tiếp máy tính qua USB RS-232 4.5 Khối role đóng ngắt thiết bị 4.6 Môđun thu phát GSM 4.7 Chƣơng trình vi điều khiển 4.8 Một số hình ảnh hoạt động thực tế hệ thống Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục 01 Phụ lục 02 Giao tiếp với GSM Hoàng Thế Long K15Đ2 ĐHCN, ĐHQG Hà Nội -4- DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.1 Kiến trúc mạng GSM Hình 2.2 Trạm di động MS Hình 2.3 Các phân hệ mạng GSM Hình 2.4 Phân hệ trạm gốc BSS Hình 2.5 Bộ chuyển đổi mã phối hợp tốc độ TRAU Hình 2.6 Hệ chuyển mạch NSS Hình 2.7 Kiến trúc chung hệ thống GPRS Hình 2.8 Cấp phát địa IP tĩnh GPRS Hình 2.9 Cấp phát địa IP động GPRS Hình 2.10 Mơđun SIM300CZ Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý mạch SIM300CZ Hình 3.1 Vi điều khiển ATMEGA128 Hình 3.2 Sơ đồ chân vi điều khiển ATMega128 Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc vi điều khiển ATMega128 Hình 3.4 Bộ nhớ chƣơng trình có khơng có sử dụng Boot loader Hình 3.5 Bản đồ nhớ liệu Hình 3.6 Thanh ghi liệu UDR0 Hình 3.7 Thanh ghi điều khiển hoạt đ Hình 3.8 Thanh ghi điều khiển hoạt đ Hình 3.9 Thanh ghi UCSRC Hình 3.10 Cấu trúc hai ghi UBRRL UBRRH Hình 4.1 Sơ đồ khối tổng quan hệ thống giám sát, điều khiển Hình 4.2 Hình ảnh mạch phần cứng Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn Hình 4.4 Mạch phần cứng khối nguồn Hình 4.5 ATMEGA128 Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý ATMEGA128 Hình 4.7 Mạch phần cứng ATMEGA128 Hình 4.8 LCD16x2 Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý giao tiếp ATMEGA128 với LCD Hình 4.10 Mạch nguyên lý USB Hình 4.11 Mạch phần cứng USB Hình 4.12 Mạch nguyên lý RS-232 Hình 4.13 Mạch phần cứng RS-232 Hình 4.14 Phần cứng rơle Hình 4.15 Mạch phần cứng SIM300CZ Hình 4.16 Giao tiếp SIM300CZ với ATMEGA128 Hình 4.17 Bàn phím, mic, tai nghe mơđun SIM300CZ Hình 4.18 Sơ đồ giải thuật hệ thống giám sát, điều khiển thiết bị điện từ xa…………55 Giao tiếp với GSM Hoàng Thế Long K15Đ2 ĐHCN, ĐHQG Hà Nội -5- DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT THUẬT NGỮ AMPS Advanced M BSC Base Statio BTS Base Transc CDMA Code Divis FDMA Frequency D Access FM Fryquency GPRS General Pac GSM HSDPA, HSUPA IMSI Global Syst Communica High Speed Access, Hig Access Internationa Identity LCD Liquid Crys ME Mobile equ MSC Mobile Swi OMS PSTN Operation a SubSystem Public Swit Telecommu SIM Subscriber TDMA Time Divisi Temporary TMSI Identity Universal M UMTS Telecommu Universal S USART Asynchrono Transmitter Wideband - WCDMA Giao tiếp với GSM Multiple Ac Hoàng Thế Long K15Đ2 ĐHCN, ĐHQG Hà Nội -6- PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Trong thời đại nay, hệ thống thông tin liên lạc vấn đề quan trọng xã hội, đặc biệt ứng dụng lĩnh vực kinh tế, khoa học kỹ thuật Con ngƣời nhu cầu liên lạc mình, cịn có nhiều nhu cầu khác nhƣ: tự động trả lời điện thoại chủ vắng nhà, giám sát trạng thái, điều khiển thiết bị điện từ xa qua mạng điện thoại Hệ thống điều khiển từ xa nắm giữ vai trò quan trọng sống xã hội ngày Điều khiển từ xa đa dạng phong phú, đƣợc ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực quân dân Việc sử dụng mạng điện thoại để truyền tín hiệu điều khiển phƣơng thức thuận tiện tiết kiệm nhiều thời gian cho công việc, đồng thời tiết kiệm đƣợc nhiều chi phí Ngồi ra, ứng dụng hệ thống điều khiển từ xa qua mạng điện thoại giúp ngƣời tránh đƣợc nguy hiểm điều kiện mơi trƣờng làm việc khó khăn nguy hiểm Mạch giám sát trạng thái, điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua mạng điện thoại giúp ta giám sát trạng thái, điều khiển thiết bị gia dụng khơng có nhà (có thể nhà) môi trƣờng làm việc nguy hiểm mà ngƣời khó thể qua lại dây chuyền sản xuất để thay ngƣời Giả sử nhà khơng có ngƣời, muốn giám sát, điều khiển thiết bị điện, ta gửi tin nhắn theo cấu trúc mã lệnh lập trình vào Modem GSM nhà, Modem GSM thực thi câu lệnh gửi trả lại phản hồi cho ta biết kết Nhằm thử nghiệm khả giao tiếp với Modem GSM để giám sát trạng thái điều khiển thiết bị điện từ xa qua hệ thống mạng GSM, đồ án vào thiết kế mạch giao tiếp với Modem GSM để giám sát trạng thái điều khiển từ xa thiết bị điện gia đình Giao tiếp với GSM Hoàng Thế Long K15Đ2 ĐHCN, ĐHQG Hà Nội -7- PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Sự phát triển hệ thống thông tin di động [9] Đầu năm 1960 dịch vụ điện thoại di động xuất dạng sử dụng đƣợc sửa đổi thích ứng hệ thống điều vận Các hệ thống điện thoại di động tiện lợi dung lƣợng thấp so với hệ thống cuối hệ thống điện thoại tổ ong điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) xuất vào năm 1980 Cuối năm 1980 ngƣời ta nhận thấy hệ thống tổ ong tƣơng tự đáp ứng đƣợc nhu cầu ngày tăng vào kỷ sau nhƣ không loại bỏ đƣợc hạn chế cố hữu hệ thống nhƣ: Phân bổ tần số hạn chế, dung lƣợng thấp Tiếng ồn khó chịu nhiễu xảy máy di động chuyển dịch môi trƣờng pha đinh đa tia Không đáp ứng đƣợc dịch vụ hấp dẫn khách hàng Không cho phép giảm đáng kể giá thành thiết bị di động sở hạ tầng Khơng đảm bảo tính bí mật gọi Khơng tƣơng thích hệ thống khác nhau, đặc biệt Châu Âu, làm cho thuê bao sử dụng đƣợc máy di động nƣớc khác Giải pháp để loại bỏ hạn chế phải chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động với kỹ thuật đa truy nhập Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) giới đƣợc đời Châu Âu có tên gọi GSM GSM đƣợc phát triển từ năm 1982 nƣớc Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định dịch vụ viễn thông chung châu Âu băng tần 900 MHz Năm 1985 hệ thống số đƣợc định Tháng năm 1986 giải pháp TDMA băng hẹp đƣợc lựa chọn Ở Việt Nam hệ thống thông tin di động số GSM đƣợc đƣa vào từ năm 1993 Mỹ hệ thống AMPS tƣơng tự sử dụng phƣơng thức FDMA đƣợc triển khai vào năm 1980, vấn đề dung lƣợng phát sinh thị trƣờng di động nhƣ: New York, Los Angeles Chicago Mỹ có chiến lƣợc nâng cấp hệ thống thành hệ thống số: Chuyển tới hệ thống Ở Giao tiếp với GSM Hoàng Thế Long K15Đ2 ĐHCN, ĐHQG Hà Nội SIM_RESET ON/OFF SIM_CLK R26 22 R27 22 22nF SW1 SIM_VCC TXD_USB V33 RXD_USB R5 220k VPC R6 R7 220k C25 220k R8 EAR_P CAP NP 220k C26 EAR_N CAP NP KHOI KHUECH DAI AM THANH VCC C MIC_P C36 100n 22P C MIC_N 100n KHOI GIAO TIEP BAN PHIM KHOI GIAO TIEP MAY TINH USB LED RING D11 L1 FERIT D2 DIODE C4 C5 1000uF/16V1000uF/16V VCC D7 R17 C1 330 LED power 330uF/35V -65- PHỤ LỤC 02 Chip type Program type Clock frequency Memory model External RAM size Data Stack size : ATmega128 : Application : 8.000000 MHz : Small :0 : 1024 *****************************************************/ #include / Alphanumeric LCD Module functions #asm equ _lcd_port=0x1B; PORTA #endasm #include #include #include / dinh nghia cac chan dieu khien ro le #define role1 PORTD.4 #define role2 PORTD.5 #define role3 PORTD.6 #define role4 PORTD.7 #define bat #define tat /*@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ */ unsigned char AT_CMGR[]="AT+CMGR=1"; unsigned char AT_CMGD[]="AT+CMGD=1\r\n"; unsigned char AT_CMGD2[]="AT+CMGD=2\r\n"; unsigned char CMGF[]="AT+CMGF=1\r\n"; unsigned char AT_CMGS1[]="AT+CMGS=\"0988828299\"\r\n"; unsigned char AT_ATD[]="ATD0988828299;\r\n"; unsigned char dataBAT[]="DANG BAT"; unsigned char dataTAT[]="DA TAT"; unsigned char TB1[]="THIET BI 1"; unsigned char TB2[]="THIET BI 2"; unsigned char TB3[]="THIET BI 3"; unsigned char TB4[]="THIET BI 4"; unsigned char comma[]=" , "; char flash onrl1[]="ON RL1"; char flash onrl2[]="ON RL2"; char flash onrl3[]="ON RL3"; char flash onrl4[]="ON RL4"; Giao tiếp với GSM Hoàng Thế Long K15Đ2 ĐHCN, ĐHQG Hà Nội -66- char flash offrl1[]="OFF RL1"; char flash offrl2[]="OFF RL2"; char flash offrl3[]="OFF RL3"; char flash offrl4[]="OFF RL4"; char flash check[]="CHECK"; unsigned char i=0,j=0,k=0,m; unsigned char stt1=0,stt2=0,stt3=0,stt4=0; // status variable unsigned char content[150],time[150]; // luu tru tin nhan unsigned char phone[150]; /*@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@*/ #define RXB8 #define TXB8 #define UPE #define OVR #define FE #define UDRE #define RXC #define FRAMING_ERROR (1