Thiết kế thi công bộ chống trộm từ xa qua tin nhắn SMS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN THIẾT KẾ THI CÔNG BỘ CHỐNG TRỘM TỪ XA QUA TIN NHẮN SMS Giáo viên hướng dẫn: Th.S NGUYỄN VĂN SƠN Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN DUẨN LÊ VĂN THÁI Bình Dương, Tháng Năm 2016 LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn qúy thầy, cô trường Đại Học Thủ Dầu Một tận tình dạy dỗ suốt năm qua Trong phải kể đến qúy thầy cô Khoa Điện – Điện Tử tạo điều kiện cho chúng em thực đề tài nghiên cứu Đặc biệt, nhóm xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Văn Sơn thầy Đồn Xn Tồn tận tình giúp đỡ chúng em trình lựa chọn đề tài hỗ trợ chúng em trình thực đề tài Với thời gian thực đề tài ngắn, kiến thức cịn hạn hẹp, dù nhóm đă cố gắng khơng tránh khỏi sai sót, nhóm mong nhận lời dẫn thêm qúy thầy cô bạn bè MỤC LỤC Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Khảo sát tài liệu liên quan 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Nội dung đề tài Chương 2: MODULE SIM900A MINI 2.1 Giới thiệu SIM900 2.2 Giới thiệu Module Sim900A Mini 2.3 2.2.1 Đặc điểm Module SIM900A Mini .4 2.2.2 Sơ đồ chân,chức chân Module Sim900A Mini Tập lệnh AT 2.3.1 Cú pháp tổng quát lệnh AT mở rộng .7 2.3.2 Định dạng sms trả 2.3.3 Tạo gửi tin nhắn SMS .8 2.3.4 Nhận đọc tin nhắn SMS Chương 3: VI ĐIỀU KHIỂN PIC18F4550 10 3.1 Giới thiệu PIC 18F4550 10 3.2 Sơ đồ chức chân 11 Chương 4: MODULE CẢM BIẾN PIR 14 4.1 Cấu tạo 14 4.2 Nguyên lý hoạt động 17 5.1 Giải thuật chương trình 20 5.1.1 Giải thuật xử lý 20 5.2 5.3 5.1.2 Giải thuật đọc tin nhắn .22 5.1.3 Giải thuật gửi tin nhắn 23 Thiết kế phần cứng 24 5.2.1 Khối vi xử lý, khối nguồn, khối PIR module Sim 24 5.2.2 Khối công suất 25 5.2.3 Khối hiển thị 26 Kết 27 Chương 6: KẾT LUẬN 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Module Sim900A Mini (TAE.vn) Hình 2.2 Sơ đồ chân module Sim900A Mini (TEA.vn) .6 Hình 3.1 PIC 18F4550 10 Hình 3.2 Giao tiếp USB 10 Hình 3.3 Sơ đồ chân PIC18F4550 hộp DIP-40 11 Hình 4.1 Module cảm biến PIR 14 Hình 4.2 Các khối module cảm biến 15 Hình 4.3 Sơ đồ tương đương Module cảm biến 15 Hình 4.4 Cảm biến tia nhiệt 16 Hình 4.5 Cảm biến PIR 16 Hình 4.6 Vật chưa vào vùng ảnh hưởng 18 Hình 4.7 Vật vào vùng ảnh hưởng 18 Hình 4.8 Vật vào vùng ảnh hưởng 19 Hình 4.9 Vật khỏi vùng ảnh hưởng 19 Hình 5.1 lưu đồ chương trình 20 Hình 5.2 Sơ đồ khối 21 Hình 5.3 Giải thuật đọc tin nhắn 22 Hình 5.4 Giải thuật gửi tin nhắn 23 Hình 5.5 Sơ đồ nguyên lý khối vi xử lý, khối nguồn, khối PIR module Sim .24 Hình 5.6 Mạch thực tế khối vi xử lý, khối nguồn, khối PIR module Sim 25 Hình 5.7 Sơ đồ nguyên lý khối công suất 25 Hình 5.8 Mạch thực tế khối công suất 26 Hình 5.9 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 26 Hình 5.10 Mạch thực tế khối hiển thị 27 Hình 5.11 Bộ chống trộm từ xa qua tin nhắn điện thoại 27 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng khảo sát đề tài liên quan Bảng 2.1 Tập lệnh tạo gửi tin nhắn Bảng 2.2 Tập lệnh nhận đọc tin nhắn Bảng 3.1 Mô tả chức chân PIC18F4550 12 Bảng 3.2 Một số khối lệnh thường dùng ví dụ .13 Bảng 5.1 Cú pháp điều khiển chống trộm 28 Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Ngày nay, lĩnh vực tự động ngày phát triển, úng dụng nhiều đời sống Do nhu cầu sử dụng thiết bị thơng minh điều khiển từ xa ngày quan tâm Ban đầu, ý tưởng thực dựa vào tia hơng ngoại hay sóng RF để điều khiển thiết bị từ xa, bị hạn chế mặt khoảng cách dễ bị nhiễu Để giải vấn đề ta sử dụng điện thoại di động điều khiển thiết bị từ xa thông qua mạng viễn thông Với đề tài này, muốn sử dụng điện thoại di động, vật dụng quen thuộc cần thiết với người để điều khiển thiết bị từ xa qua tin nhắn sms Thông qua mạng viễn thông khắc phục hạn chế mặt khoảng cách, chống nhiễu tốt thuận tiện việc sử dụng quản lý thiết bị từ xa Với mục đích tìm hiểu ứng dụng thiết bị thơng minh vào thực tế, nhóm chọn đề tài: “THIẾT KẾ THI CÔNG BỘ CHỐNG TRỘM TỪ XA QUA TIN NHẮN SMS” 1.2 Khảo sát tài liệu liên quan Bảng 1.1 Bảng khảo sát đề tài liên quan Tác giả Trường Nhận xét ST Tên đề tài T Thiết kế thi Phan công hệ Hiếu Đại thống Nhân học Sư Ưu điểm: Có khả Phạm Kỹ phản hồi trạng thái thiết bị, điều khiển thiết bị Hà Thị Thu Thuật Thành dễ dàng kiểm soát điều từ xa điện Hòa Phố thoại Minh di động Hồ Chí khiển dùng SMS Nhược điểm: Yêu cầu khả lập trình Điều khiển từ xa Nguyễn Chưa có tính bảo mật Đại học dân Ưu điểm: Thuận tiện thiết bị điện Tiến Ban lập Hải Phòng việc bật tắt thiết bị, qua tin nhắn điện giảm thời gian tiêu thụ thoại điện Nhược điểm: chưa có tính bảo mật Giới hạn thiết Điều khiển thiết Phạm Minh Đại bị từ xa điện Huy thoại Võ học bị điều khiển Sư Dùng Vi điều khiển Phạm Kỹ Ưu điểm: Khả xử lý Đình Thuật Thành linh hoạt, điều khiển nhiều Vĩnh Định Phố Hồ Minh Chí thiết bị Nhược điểm: Yêu cầu khả lập trình Thiếu hiển thi board nên khó khăn cho Thiết kế mạch Đinh Hoàng Đại điều khiển điện thoại xa Trí học Phạm Kỹ Ưu điểm: Dễ thiết kế sử Nguyễn Đại Thuật Thắng phố sử dụng Sư Dùng IC số thành dụng Hồ Minh Chí Khơng phải lập trình Nhược điểm: Thiếu linh hoạt xử lý so với việc sử dụng vi điều khiển Điều khiển thiết Diệp Trung Đại học Bách Ưu điểm: Số lượng điều bị qua đường dây Thinh Khoa điện thoại phố Minh thành khiển thiết bị tăng, phản Hồ Chí hồi trạng thái thiết bị tiếng nói Nhược điểm: Tính bảo mật khơng cao Hạn chế việc xử lý cố Nhận xét: Các đề tài mang tính kế thừa nên ngày hoàn thiện đề tài trước như: số lượng điều khiển thiết bị ngày tăng, phản hồi trạng thái thiết bị giọng nói lẫn tin nhắn Ngồi điều khiển điện thoại cịn điều khiển bàn phím board Tuy nhiên, số đề tài chưa thực hết hướng phát triển đề tài như: Tính bảo mật, khả xử lý có cố, tự động trả lời điện thoại 1.3 Giới hạn đề tài Dễ bị ảnh hưởng nhiễu, khả xử lý nhiễu hạn chế 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Tập hợp, đánh giá tài liệu - Đo đạc thu thập số liệu thực tế 1.5 Nội dung đề tài Chương 1: Giới thiệu đề tài Chương 2: Module Sim900A Mini Chương 3: Vi điều khiển PIC18F4550 Chương 4: Module cảm biến PIR Chương 5: Thiết kế thi công mạch Chương 6: Kết luận Chương 2: MODULE SIM900A MINI 2.1 Giới thiệu SIM900 SIMCom giới thiệu Sim900 module GSM/GPRS nhỏ gọn, thiết kế cho thị trường toàn cầu Sim900 hoạt động băng tần GSM 850MHz, EGSM 900MHz, DCS 1800MHz PCS 1900MHz loại thiết bị đầu cuối với chip xử lý đơn nhân đầy sức mạnh, tăng cường tính quan trọng dựa vi xử lý ARM926EJ-S, cho bạn nhiều lợi ích từ kích thước nhỏ gọn (24x24 mm), đáp ứng yêu cầu không gian ứng dụng M2M 2.2 Giới thiệu Module Sim900A Mini Module Sim900A Mini module thiết kế hồn chỉnh với mục đích đem lại tiện dụng cho người dùng Với cấu tạo gồm module Sim900A, khe gắn Sim, ăng-ten chân chức thường dùng module Sim900A 2.2.1 Đặc điểm Module SIM900A Mini - Nguồn cung cấp: 3.4V – 4.5V DC - Điện tiêu thụ chế độ “ngủ”: 1.5mA - Tương thích với GSM phase 2/2+ - Tự động tìm băng tần phù hợp băng tần GSM 850MHz, EGSM 900MHz, DCS 1800MHz PCS 1900MHz - Lớp GSM: Small MS - Nhiệt độ hoạt động: -30°C đến +80°C - Tốc dộ GPRS  Download data: 85.6kpbs  Upload data: 42.8kpbs  Sơ đồ mã hóa: CS-1, CS-2, CS-3 CS-4  Sim900 hỗ trợ giao thức PAP, kiểu sử dụng kết nối PPP  Sim900 tích hợp giao thức TCP/IP  Chấp nhận thông tin điều chỉnh rộng rãi - SMS  Hỗ trợ chế độ MT, MO, CB, văn PDU  Lưu trữ Sim card - FAX: Group Class - VOICE3  Tricodec: Half rate (HR); Full rate (FR); Enhanced Full rate (EFR)  Hands-free operation (Echo suppression)  AMR: Half rate (HR); Full rate (FR) - Hỗ trợ đồng hồ thời gian thực Hình 4.4 Cảm biến tia nhiệt Từ nguyên tắc người ta tạo cảm biến PIR cách gắn cảm ứng pyroelectric tia nhiệt nằm ngang nối vào cực Gate transistor FET để khuếch đại tín hiệu điện, có ngơ ra, chân (Drain) nối nguồn Vcc, chân (Source) tín hiệu output ngõ cảm biến, chân (Ground) nối mass Ngồi phía cảm ứng pyroelectric tia nhiệt người ta gắn thêm kính để lọc lấy tia nhiệt (tia hồng ngoại) Hình 4.5 Cảm biến PIR 15 4.2 Nguyên lý hoạt động Nguyên lý chung: Module cảm biến PIR hoạt động dựa nguyên lí cảm ứng tia nhiệt vật thể sống phát ra, cảm biến pyroelectric thứ nhận tia nhiệt, phát tín hiệu nguồn nóng di chuyển ngang, đến cảm biến pyroelectric thứ hai cảm biến pyroelectric nhận tia nhiệt lại phát tín hiệu điện Sự xuất tín hiệu nhận biết có nguồn nhiệt di động ngang mạch điện tử phát tín hiệu điều khiển Nguyên tắc hoạt động: Ở trạng thái thường trực chưa có tia nhiệt di chuyển vào đầu dị cảm biến tín hiệu mức 0, mạch khơng hoạt động Khi có vật chuyển động vào đầu dị nhiệt PIR tia nhiệt từ vật thể phát qua thấu kính Fresnel tia nhiệt hội tụ vào đầu dò PIR, vào vùng dò cảm biến tia nhiệt hội tụ vào cảm biến pyroelectric thứ 1, mức cảm biến thứ lên 1, khoảng thời gian nhỏ vật di chuyển ngang qua tới cảm biến pyroelectric thứ tương tự cảm biến thứ chuyển từ mức lên mức tín hiệu qua khuếch đại thứ FET, tín hiệu ngõ cảm biến PIR chân (Source) vào mạch khuếch đại nữa, mạch khuếch đại khuếch đại tín hiệu lên mức cần thiết theo theo thiết kế sẵn nhà sản xuất, tín hiệu đến mạch so sánh để xuất tín hiệu chuẩn kỹ thuật số mức tức mạch hoạt động, ngược lại mức mạch không hoạt động Trong thực tế vật phát tia hồng ngoại di chuyển nhanh, chậm đứng yên vùng quét cảm ứng, ta cần mạch làm trễ tín hiệu lâu so với tín hiệu nhận thực tế để ta điều chỉnh thiết bị hoạt động khoản thời gian mà mong muốn từ tín hiệu module cảm biến đưa để kết nối với thiết bị khác Chúng ta xem hoạt động mạch qua hình mơ tả đây: Với hình bóng đèn tín hiệu output module PIR, đèn tắt mức 0, đèn sáng mức 1, hình cảm biến PIR với bảng pyroelectric lúc đầu màu lợt chưa có vật di chuyển vào vùng phát tín hiệu đường thẳng (Hình 3.5) Tiếp đến vật thể di chuyển vào vùng ảnh hưởng tín hiệu bắt đầu xuất hiện, hình cảm biến PIR bảng pyroelectric đậm lên ngõ PIR hình bóng đèn tắt (Hình 3.6) Khi vật thể vào vùng ảnh hưởng thứ tín hiệu hình cảm biến PIR bảng pyroelectric lợt đi, bảng 16 đậm lên tín hiệu xuất bảng 2, hình bóng đèn sáng lên, tín hiệu output module PIR lúc (Hình 3.7) Khi vật thể qua khỏi vùng ảnh hưởng tín hiệu trở đèn cịn sáng lúc mạch delay trùy tín hiệu ngơ module PIR mức (Hình 3.8) Đến thời gian cài đặt trước định đèn tắt, tín hiệu trở 0, mạch trạng thái thường trực Hình 4.6 Vật chưa vào vùng ảnh hưởng Hình 4.7 Vật vào vùng ảnh hưởng 17 Hình 4.8 Vật vào vùng ảnh hưởng Hình 4.9 Vật khỏi vùng ảnh hưởng 18 Chương 5: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 5.1 Giải thuật chương trình 5.1.1 Giải thuật xử lý  Lưu đồ giải thuật chương trình Hình 5.1 lưu đồ chương trình  Sơ đồ khối chống trộm 19 Hình 5.2 Sơ đồ khối Module Sim giao tiếp với vi điều khiển qua chân TXD RXD Khi nhận tin nhắn mới, module gửi lệnh +CMTI: “SM”, đến vi điều khiển thông qua chân TXD để báo cho vi điều khiển biết có tin nhắn Vi điều khiển nhận lệnh thông qua chân RXD (RC7) gửi lại lệnh AT+CMGR=1 qua chân TXD (RC6) đến module để đọc nội dung tin nhắn vừa nhận Module nhận lệnh qua chân RXD gửi nội dung tin nhắn đến vi điều khiển Sau nhận nội dung tin nhắn, vi điều khiển tiến hành xử lý tin nhắn gửi tín hiệu điều khiển port để điều khiển thiết bị Sau điều khiển vi điều khiển điều khiển module gửi trả kết tới thuê bao điều khiển Cuối cùng, vi điều khiển gửi lệnh điều khiển AT+CMGD=1 cho module để xóa tin nhắn điều khiển Q trình lặp lại có tin nhắn điều khiển đến 5.1.2 Giải thuật đọc tin nhắn 20 Hình 5.3 Giải thuật đọc tin nhắn Đọc tin nhắn lệnh: AT + CMGR=1 Nếu khơng có tin nhắn có chuỗi sau trả về: OK Nếu có tin nhắn trả chuỗi sau: +CMGR: "RECUNREAD","số điện thoại",,"07/05/15,09:32:05+28" NỘI DUNG OK 5.1.3 Giải thuật gửi tin nhắn 21 Hình 5.4 Giải thuật gửi tin nhắn Gửi tin nhắn cách sử dụng lệnh AT+CMGS=”số điện thoại” Nếu lệnh gửi thực thành cơng, chuỗi trả có dạng: > Gửi nội dung tin nhắn kết thúc kí tự có mã ASCII 0x1A Gửi kí tự ESC (mã ASCII 26) không muốn tiếp tục gửi tin nhắn Khi TE gửi trả chuỗi OK Chuỗi trả thơng báo kết q trình gửi tin nhắn Chuỗi trả có định dạng sau: +CMGS: 62OK Trong 62 số tham chiếu cho tin nhắn gửi Sau tin nhắn gửi đi, giá trị số tham chiếu tăng lên đơn vị Số tham chiếu có giá trị nằm khoảng từ đến 255 Thời gian gửi tin nhắn vào khoảng 3-4 giây 5.2 Thiết kế phần cứng 5.2.1 Khối vi xử lý, khối nguồn, khối PIR module Sim 22 Một số linh kiện mạch: - PIC18F4550: Khối xử lý trung tâm, có nhiệm vụ: giao tiếp với Module Sim, xử lý - điều khiển thiết bị IC đệm 74HC245: Đệm dịng tín hiệu điều khiển PIC Ổn áp 7805: Ổn định điên áp 5v, sử dụng nguồn cung cấp cho mạch Thạch anh 20Mhz: Tạo dao động cho PIC Tụ: Tạo lọc, chống nhiễu Diode N4007: Tạo điện áp 4,5V cung cấp cho Module Sim Điện trở: Hạn dòng Led: Báo nguồn Nút nhấn Reset  Sơ đồ nguyên lý Hình 5.5 Sơ đồ nguyên lý khối vi xử lý, khối nguồn, khối PIR module Sim  Mạch thực tế 23 Hình 5.6 Mạch thực tế khối vi xử lý, khối nguồn, khối PIR module Sim 5.2.2 Khối công suất Một số linh kiện mạch:  Led tín hiệu Transitor C1815: khuếch đại tín hiệu điều khiển Role 5V: đóng mở thiết bị Sơ đồ nguyên lý Hình 5.7 Sơ đồ nguyên lý khối công suất  Mạch thực tế khối công suất 24 Hình 5.8 Mạch thực tế khối cơng suất 5.2.3 Khối hiển thị Một số linh kiện mạch: - LCD 16x2: hiển thị thông báo kết điều khiển - Biến trở: chỉnh độ sáng cho LCD  Sơ đồ nguyên lý Hình 5.9 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị  Mạch thực tế 25 5.3 Kết Hình 5.10 Mạch thực tế khối hiển thị Nhóm hồn thành chống trộm từ xa qua tin nhắn điện thoại: Hình 5.11 Bộ chống trộm từ xa qua tin nhắn điện thoại Bộ chống trộm đạt kết sau: 26 - Phát trộm Bật báo động gửi thông báo qua tin nhắn cho người quản lý Nhận tin nhắn điều khiển từ người quản lý Điều khiển thiết bị theo yêu cầu Tin nhắn Bảng 5.1 Cú pháp điều khiển chống trộm Tin nhắn nhận Hiển thị LCD Kết gửi “nha co trom” “STOP” “START” “OFF” “DEL” “da tat cam bien” “da bat cam bien” “da tat canh bao” “nha co trom” Bật đèn chuông “da tat cam bien” cảnh báo Tắt cảm biến, “da bat cam bien” chống trộm tắt Bật cảm biến, “da tat den va chuong” chống trộm bật Tắt đèn chng “da xoa sms” cảnh báo Xóa tin nhắn “da xoa sms” Sim Chương 6: KẾT LUẬN Sau q trình nghiên cứu, thiết kế thi cơng nhóm hoàn thành chống trộm từ xa qua tin nhắn điện thoại hoạt động theo yêu cầu mà nhóm đặt trước tiến hành nghiên cứu Bộ chống trộm có ưu điểm: 27 - Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng Không bị hạn chế mặt khơng gian thời gian Có thể mở rộng điều khiển thêm nhiều thiết bị Khả ứng dụng thực tế cao Bên cạnh chống trộm tồn số nhược điểm: - Do nhược điểm module cảm biến PIR chưa phân biệt nguồn hồng ngoại khác nhau, dẫn đến chống trộm báo động sai Do hạn chế thời gian kinh phí nên nhóm thực đề tài với mức độ Nhóm có số ý kiến đề xuất để đề tài sau phát triển hoàn thiện hơn: - Điều khiển thiết bị GPRS Giám sát qua camera Gắn thêm cảm biến như: cảm biến gas, cảm biến khói, cảm biến nhiệt độ TÀI LIỆU THAM KHẢO AT Commands Set, Hardward Design Module Sim900 Microchip data sheet PIC18F2455/2550/4455/4550 Nguyễn Thế Anh, “Vi điều khiển PIC ứng dụng”, 2008 Phan Hiếu Nhân, Hà Thị Thu Hòa, đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế thi công hệ thống điều khiển thiết bị từ xa điện thoại di động dùng sms”, 2011 28 29 ... 5.3 Kết Hình 5.10 Mạch thực tế khối hiển thị Nhóm hồn thành chống trộm từ xa qua tin nhắn điện thoại: Hình 5.11 Bộ chống trộm từ xa qua tin nhắn điện thoại Bộ chống trộm đạt kết sau: 26 - Phát trộm. .. ứng dụng thi? ??t bị thơng minh vào thực tế, nhóm chọn đề tài: ? ?THI? ??T KẾ THI CÔNG BỘ CHỐNG TRỘM TỪ XA QUA TIN NHẮN SMS? ?? 1.2 Khảo sát tài liệu liên quan Bảng 1.1 Bảng khảo sát đề tài liên quan Tác... cần thi? ??t với người để điều khiển thi? ??t bị từ xa qua tin nhắn sms Thông qua mạng viễn thông khắc phục hạn chế mặt khoảng cách, chống nhiễu tốt thuận tiện việc sử dụng quản lý thi? ??t bị từ xa Với