Thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát các thiết bị ngoại vi trên cơ sở ứng dụng vi điều khiển pic và mạng thông tin di động gsm

621.382 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình được học tập, tu dưỡng rèn luyện tại Khoa Điện Tử - Viễn Thông, Trường Đại Học Vinh em đã được trang bị các kiến thức bản, chuyên môn cũng kinh nghiệm thực tế để có thể hồn thành đồ án tốt nghiệp của mình Xuất phát từ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo Khoa Điện Tử - Viễn Thông, Trường Đại Học Vinh đã quan tâm, hướng dẫn, truyền đạt lại kiến thức kinh nghiệm cho em suốt thời gian học tập tại trường Trong quá trình làm đồ án em đã cố gắng hồn thành khơng tránh khỏi sai sót, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của q thầy bạn để em có thêm kinh nghiệm thực tế Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS Đặng Thái Sơn, người đã hết sức tận tình bảo, định hướng bổ sung kiến thức cho em, đã tạo điều kiện tḥn lợi cho em hồn thành tớt đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Nghệ An, tháng 01 năm 2015 Sinh viên thực hiện Cao Văn Oánh MỤC LỤC MỞ ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 11 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI, YÊU CẦU THIẾT KẾ 12 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ NGOẠI VI 15 1.1 Giới thiệu công nghệ dùng điều khiển thiết bị từ xa hiện 15 1.1.1 Điều khiển từ xa sử dụng sóng hồng ngoại 15 1.1.2 Điều khiển từ xa sử dụng sóng RF 16 1.1.3 Điều khiển từ xa sử dụng Bluetooth 17 1.1.4 Điều khiển từ xa sử dụng Module Sim GSM 18 1.1.5 Điều khiển từ xa qua mạng Internet 18 CHƯƠNG HỌ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 20 2.1 Giới thiệu họ vi điều khiển PIC 20 2.2 Vi điều khiển PIC16F877A 22 2.2.1 Khái quát vi điều khiển PIC16F877A 22 2.2.2 Sơ đồ khối khái quát cấu trúc của vi điều khiển PIC16F877A 24 CHƯƠNG TỔNG QUAN MẠNG GSM, TIN NHẮN SMS VÀ SIM 900A 46 3.1 Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM .46 3.1.1 Giới thiệu công nghệ GSM 46 3.1.2 Đặc điểm của công nghệ GSM 46 3.1.3 Cấu trúc mạng GSM 47 3.1.4 Sự phát triển của công nghệ GSM tại Việt Nam 48 3.2 Giới thiệu SMS 48 3.3 Sim900A 50 3.3.1 Giới thiệu Sim900A 50 3.3.2 Sơ đồ chân chức từng chân của Sim900A 52 3.3.3 Tập lệnh AT của Sim900A .54 CHƯƠNG MÔI TRƯỜNG ỨNG DỤNG WINDOWS PHONE 8.1 59 4.1 Giới thiệu Windows phone 8.1 59 4.1.1 Lịch sử phát triển 59 4.1.2 Công cụ Visual Studio 61 4.1.3 Cài đặt cơng cụ để lập trình Windows phone 8.1 62 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 68 5.1 Thiết kế mạch 68 5.1.1 Sơ đồ tổng quát 68 5.1.2 Các linh kiện mạch 72 5.2 Lập trình Windows phone 8.1 79 5.3 Kết quả 84 KẾT LUẬN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC 88 MỞ ĐẦU Ngày với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, không công nghệ kỹ thuật điện tử mà kỹ thuật điều khiển tự động cũng đóng vai trò rất quan trọng mọi lĩnh vực khoa học kỹ tḥt, quản lí, cơng nghiệp, cung cấp thông tin Như cũng đã biết, các thiết bị tự động nhà máy, đời sống của các gia đình ngày hoạt động riếng rẽ với nhau, thiết bị lại có quy trình sử dụng khác tuỳ thuộc vào sự thiết lập, cài đặt của người sử dụng Chúng chưa có sự liên kết với mặt liệu Nhưng đối với hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua thiết bị di động lại khác Ở đây, các thiết bị điều khiển tự động được kết nối với thành hệ thớng hồn chỉnh qua thiết bị trung tâm có thể giao tiếp với mặt liệu Điển hình của hệ thớng điều khiển thiết bị từ xa thông qua điện thoại di động gồm có thiết bị đơn giản bóng đèn, quạt máy, lò sưởi đến thiết bị tinh vi, phức tạp tivi, máy giặt, hệ thống báo động Nghĩa tất cả thiết bị có thể giao tiếp với mặt liệu thông qua xử lý trung tâm Bộ xử lý trung tâm có thể máy vi tính có thể xử lí đã được lập trình sẵn tất cả các chương trình điều khiển Bình thường, thiết bị ngơi nhà có thể được điều khiển từ xa thông qua tin nhắn SMS Chẳng hạn việc tắt quạt, đèn điện… người dùng quên chưa tắt trước khỏi Hay với tin nhắn SMS người chủ nhà có thể bật máy điều hòa để làm mát phòng trước nhà khoảng thời gian nhất định Bên cạnh hệ thớng cũng gửi thơng báo cho người điều khiển biết trạng thái hiện tại của thiết bị nhà gọi điện cảnh báo nhiệt độ vượt q mức cho phép Hệ thớng cịn mang tính bảo mật Nghĩa có chủ nhân hay người biết mật của hệ thớng điều khiển được thiết bị Từ yêu cầu thực tế, đòi hỏi ngày cao của sống, cộng với sự phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên em đã chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát thiết bị ngoại vi sở ứng dụng Vi điều khiển PIC mạng thông tin di động GSM” để đáp ứng được nhu cầu ngày cao của người Đồ án được chia làm chương: - Chương Các phương pháp điều khiển thiết bị ngoại vi - Chương Họ vi điều khiển PIC - Chương Tổng quan mạng GSM, tin nhắn SMS Sim900A - Chương Môi trường ứng dụng Windows Phone 8.1 - Chương Thiết kế thi công Kết quả của đề tài tạo được hệ thống giám sát, điều khiển thiết bị ngoại vi các thiết bị nhà, văn phòng… Hệ thống có thể được điều khiển thủ cơng tay (nút bấm) hoạc thơng qua tin nhắn SMS Hệ thớng cịn có khả cảnh báo cháy nhiệt độ xung quanh cao vượt mức cho phép Một phần mềm ứng dụng chạy hệ điều hành điện thoại Windows Phone 8.1 để thay thế cho việc nhắn tin điều khiển thiết bị thông thường Nghệ An, tháng 01 năm 2015 Sinh viên thực hiện Cao Văn Oánh TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án trình bày trình thiết kế hệ thống điều khiển giám sát thiết bị từ xa qua tin nhắn SMS Khai thác sử dụng Module Sim900A kết hợp với Vi điều khiển PIC16F877A để điều khiển tồn hệ thớng Lập trình ứng dụng đơn giản Windows Phone 8.1 thay thế cho việc gửi tin nhắn điều khiển tới hệ thống thơng thường Trên sở tìm các giải pháp tối ưu cho việc thiết kế, lập trình cũng mở rộng thêm chức cho hệ thống nhằm đảm bảo hoạt động tốt thực tế ngày tiện dụng cho người sử dụng ABSTRACT This project presents about of design system control and surveillance equipment via SMS Exploitation and use Module Sim900A with PIC16F877A microcontroller to control the system Programming a simple application on Windows Phone 8.1 instead to sending messages to the system as usual Based on that finding the optimal solution for the design, programming and extended functionality for the system to ensure that work well in practice and more and more useful to the user DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 5.1 Các trạng thái của đèn NETLIGHT 69 Bảng 5.2 Chức chân LCD 16x2 76 Bảng 5.3 Tập lệnh LCD 16x2 77 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 2.1 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A .24 Hình 2.2 Sơ đồ chi tiết port A 28 Hình 2.3 Sơ đồ chi tiết port B 29 Hình 2.4 Sơ đồ chi tiết port C 29 Hình 2.5 Sơ đồ chi tiết port D 30 Hình 2.6 Sơ đồ chi tiết port E 30 Hình 2.7 Sơ đồ nhớ chương trình 31 Hình 2.8 Sơ đồ nhớ liệu PIC16F877A 32 Hình 2.9 Sơ đồ khối của timer0 .34 Hình 2.10 Sơ đồ khối của timer1 .36 Hình 2.11 Sơ đồ khối timer2 37 Hình 2.12 Sơ đồ khối chuyển đổi ADC 39 Hình 2.13 Cơng thức tính tớc độ baud .40 Hình 2.14 Sơ đồ khối của khối truyền liệu USART 41 Hình 2.15 Sơ đồ khối của khối nhận liệu USART .43 Hình 2.16 Sơ đồ chân của PIC16F877A 45 Hình 3.1 Các thành phần của công nghệ mạng GSM 47 Hình 3.2 Mặt trước sim900A 52 Hình 3.3 Sơ đồ chân sim900A 52 Hình 4.1 Kiểm tra Ảo hóa, SLAT, DEP 63 Hình 4.2 Thơng báo cần kích hoạt Hyper-V 63 Hình 4.3 Lỗi thơng báo kích hoạt Hyper-V .64 Hình 4.4 Chọn Programs and Features 64 Hình 4.5 Chọn Turn Windows Features On or Off 65 Hình 4.6 Tích chọn Hyper-V 65 Hình 4.7 Mở Hyper-V Manager .66 Hình 4.8 Trình quản lý Hyper-V 66 Hình 4.9 Lỗi Setup Block cài visual studio .67 Hình 5.1 Sơ đồ khối tổng quát 68 Hình 5.2 Module LM2596 .68 Hình 5.3 Module Sim900A 69 Hình 5.4 Khới xử lý trung tâm 70 Hình 5.5 Mạch in khối xử lý trung tâm 71 Hình 5.6 Khới bàn phím 71 Hình 5.7 Khới cơng śt 72 Hình 5.8 Mạch in khới cơng śt .72 Hình 5.9 Relay 73 Hình 5.10 Opto 74 Hình 5.11 Ký hiệu transistor loại NPN 75 Hình 5.12 IC 7805 75 Hình 5.13 Hình dạng sơ đồ chân LCD 16x2 .76 Hình 5.14 Cảm biến nhiệt LM35 .78 Hình 5.15 Tạo project visual studio 79 Hình 5.16 Tạo ứng dụng windows phone 80 Hình 5.17 Cấu trúc Project Windows Phone 80 Hình 5.18 Các vùng làm việc visual studio 81 Hình 5.19 Tạo đới tượng button .82 Hình 5.20 Thiết đặt đặc tính cho đối tượng .82 Hình 5.21 Giao diện của ứng dụng windows phone 82 Hình 5.22 Khu vực code của ứng dụng 83 Hình 5.23 Vùng code cho đối tượng 83 Hình 5.24 Sản phẩm 84 Hình 5.25 Ứng dụng chạy windows phone .84 10 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ADC Analog to digital converter Bộ chuyển đổi tương tự - số CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm EPROM Erasable programmable read only lập trình xóa được nhớ memory đọc Global System for Mobile Hệ thớng thơng tin di động communication tồn cầu Integrated circuit Vi mạch tích hợp LCD Liquid crystal display Màn hình tinh thể lỏng PIC Programmable Intelligent Computer Máy tính khả trình thơng minh PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên ROM Read-Only Memory Bộ nhớ đọc RST Reset Thiết lập lại Universal Synchronous Chuẩn giao tiếp nối tiếp GSM IC USART Asynchronous Receiver Transmitter 11 Mã nguồn cho Vi điều khiển #include #device *=16 ADC=10 #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD #use delay(clock=12000000) #include #include #use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=8) #byte porta=0x05 #byte portb=0x06 #byte portc=0x07 #byte portd=0x08 #byte porte=0x09 #bit dev1=portb.0 #bit dev2=portb.1 #bit dev3=portb.2 #bit dev4=portb.3 #bit bt1=porta.1 #bit bt2=porta.2 #bit bt3=porta.3 #bit bt4=porta.4 #include "LCD4bit.h" unsigned char buffer[85]; unsigned char a,c1,c2,c3,c4,c5,head=0; int1 new_sms=0; int16 x,y,adc; char *tempx[20],*tempy[15]; #INT_RDA void rda() { a=getc(); switch (a) 89 { case '+' : c1=a; break; case 'C' : if(c1=='+') c2=a; break; case 'M' : if(c2=='C') c3=a; break; case 'T' : if(c3=='M') c4=a; break; case 'I' : if(c4=='T') c5=a; break; default : if(c5=='I') {new_sms=1; c1=c2=c3=c4=c5=0; }; if((a!=13)||(a!=10)) { buffer[head++]=a; if(head>=85) head=0; } } } void gsm_init() { delay_ms(300); printf("AT"); putc(13); delay_ms(300); printf("AT"); putc(13); delay_ms(300); printf("AT"); putc(13); delay_ms(300); printf("AT+IPR=9600"); putc(13); delay_ms(1000); printf("ATE0"); putc(13); 90 delay_ms(300); printf("AT+CMGF=1"); putc(13);delay_ms(500); printf("AT+CNMI=2,1,0,0"); putc(13);delay_ms(500); } void reset() { new_sms=0; tempy=" "; tempx=" delay_ms(500); printf("AT+CMGD=1,4"); putc(13); delay_ms(500); for(head=0;head