Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện qua tin nhắn sms ứng dụng cho ngôi nhà thông minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH 621.38 KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA TIN NHẮN SMS ỨNG DỤNG CHO NGÔI NHÀ THÔNG MINH Người hướng dẫn: ThS Lê Văn Chương Sinh viên thực hiện: Đặng Hữu Sang Lớp: 51K - ĐTVT NGHỆ AN - 2015 Nghệ An, 11-2012 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .4 MỞ ĐẦU .5 TÓM TẮT ĐỒ ÁN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .10 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .11 CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH 12 1.1 Khái niệm .12 1.2 Tình hình nghiên cứu phát triển nước 14 1.3 Một số sản phẩm thương mại .15 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI DỘNG GSM VÀ TIN NHẮN SMS .17 2.1 Tổng quan công nghệ GSM 17 2.1.1 Giới thiệu công nghệ GSM 17 2.1.2 Đặc điểm công nghệ GSM .17 2.1.3 Cấu trúc mạng GSM .18 2.1.4 Sự hình thành phát triển GSM Việt Nam .22 2.2 Tổng quan tin nhắn SMS 23 2.2.1 Giới thiệu tin nhắn SMS 23 2.2.2 Cấu trúc tin nhắn 25 2.2.3 Tin nhắn chuỗi-tin nhắn SMS dài 25 2.2.4 SMS Center/SMSC 26 2.2.5 Nhắn tin SMS quốc tế 26 2.2.6 SMS gateway 27 CHƯƠNG 3: VI DIỀU KHIỂN PIC16F877A VÀ MODUL SIM900A 28 3.1 Giới thiệu chung 28 3.2 Vi điều khiển PIC16F877A 30 3.2.1 Cấu trúc tổng quát PIC16F877A 31 3.2.2 Bộ Nhớ PIC 16F877A 32 3.2.3 Các cổng xuất nhập PIC16F877A 35 3.2.4 Các định thời .37 3.2.5 Ngắt PIC16F877A 40 3.2.6 Các ghi đặc biệt 41 3.2.7 Ngăn nhớ stack .43 3.3 Giới thiệu chuẩn truyền thông nối tiếp RS232 43 3.3.1 USART 44 3.3.2 USART bất đồng .45 3.3.3 IC Max232 46 3.4 Modul SIM900A 47 3.4.1 Giới thiệu module SIM900A 47 3.4.2 Sơ đồ chân chức chân module SIM900A 48 3.4.3 Kết nối Module SIM900A vi điều khiển 51 3.5 Khảo sát tập lệnh AT SIMCOM .51 3.5.1 Các thuật ngữ liên quan: 51 3.5.2 Các chế độ hoạt động module SIM900A 51 3.5.3 Khởi tạo cấu hình mặc định cho modem 54 3.5.4 Lệnh Gửi tin nhắn SMS 57 3.5.5 Lệnh Đọc tin nhắn SMS 58 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ỨNG DỤNG CHO NGÔI NHÀ THÔNG MINH .60 4.1 Yêu cầu thiết kế .60 4.2 Sơ đồ khối hệ thống .60 4.2.1 Chức khối 61 4.2.2 Nguyên lý hoạt động 61 4.3 Thiết kế thi công phần cứng 62 4.3.1 Khối Modul SIM900A 62 4.3.2 Khối xử lý PIC16F877A 63 4.3.3 Khối điều khiển công suất 64 4.3.4 Khối thị LCD 66 4.3.5 Khối nguồn nuôi .66 4.3.6 Sơ đồ mạch in 67 4.4 Thiết kế thi công phần mềm 68 4.4.1 Giới thiệu phần mềm PIC C Compiler 68 4.4.2 Một số hàm thư viện PIC C Compiler 68 4.4.3 Sơ đồ thuật toán 69 KẾT LUẬN .70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC 73 LỜI CẢM ƠN Thấm thời gian học trường gần hết, chúng em phải nói lời chia tay với ngơi trường mến u Với chúng em quãng thời gian học trường khoảng thời gian quên đời sinh viên chúng em Ở trường này, em tiếp thu, học tập biết kiến thức bổ ích Tất kiến thức trở thành hành trang quý báu cho em, để em vững bước đường nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tồn thể q thầy trường, thầy khoa Điện Tử Viễn Thơng, tận tình giảng dạy chúng em suốt khóa học qua, đặc biệt thầy giáo ThS Lê Văn Chương, người trực tiếp hướng dẫn, động viên, bảo nhiệt tình giúp em hoàn thành đề tài đồ án thời gian quy định Bên cạnh đó, gia đình, nguồn động viên to lớn vật chất lẫn tinh thần giúp em thêm tự tin để hoàn thành đồ án Xin gửi lời biết ơn tới gia đình, thầy cơ, bạn bè suốt thời gian làm đồ án Cuối lời cảm ơn đến bạn lớp có giúp đỡ kịp thời, đóng góp ý kiến thật lịng, giúp cho đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Nghệ An, ngày 20 tháng năm 2015 Sinh viên thực Đặng Hữu Sang MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển khoa học kỹ thuật, giới ngày thay đổi, văn minh đại Trong phát triển đó, khái niệm ngơi nhà thơng minh đời Ngôi nhà thông giải pháp điều khiển tích hợp cho hộ cao cấp, tích hợp thiết bị điện tử, nghe nhìn, truyền thơng thành hệ thống hồn chỉnh thống Một ứng dụng quan trọng đặc trưng công nghệ điện tử kỹ thuật tự động điều khiển từ xa Nó góp phần lớn việc điều khiển thiết bị từ xa, ứng dụng rộng rãi lĩnh vực đời sống Hiện nay, nhu cầu sử dụng hệ thống, thiết bị tự động người dân ngày tăng Đồng thời, mạng điện thoại di động phát triển rộng khắp thiết bị điện thoại di động ngày có mức giá phù hợp với người dân Đó mặt thuận lợi việc hình thành ý tưởng điều khiển thiết bị cách sử dụng tin nhắn SMS Đây hình thức điều khiển thiết bị thuận lợi, tiết kiệm nhiều thời gian cho việc điều khiển thiết bị, đặc biệt tiết kiệm chi phí cao Xuất phát từ ý tưởng tình hình thực tế nêu trên, em định tìm hiểu thực đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện qua tin nhắn SMS ứng dụng cho nhà thông minh” Hệ thống điều khiển thiết bị nhà từ xa thông qua tin nhắn SMS nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao người Đề tài lấy sở tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị Việc sử dụng tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị có thuận lợi tiết kiệm chi phí, mang tính cạnh tranh động cao (nghĩa chỗ có phủ sóng mạng điện thoại di động ta điều khiển thiết bị được) Ngoài ra, sản phẩm đề tài có tính mở, áp dụng cho nhiều đối tượng khác dân dụng công nghiệp Cấu trúc đồ án, phần mở đầu, phần kết luận tài liệu tham khảo phần nội dung đồ án có bốn chương sau đây: Chương 1: Khái niệm nhà thông minh Ở chương này, trình bày số khái niệm ngơi nhà thơng minh số chức thường sử dụng ngơi nhà thơng minh Ngồi ra, cịn có số sản phẩm thương mại hóa ngơi nhà thơng minh Chương 2: Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM tin nhắn SMS Chương giới thiệu số khái niệm, thành phần cấu trúc mạng thông tin di động GSM tin nhắn SMS Tìm hiểu mạng thơng tin di động GSM Chương 3: Vi điều khiển PIC16F877A Modul Sim900A Trong chương chủ yếu trình bày cấu trúc phần cứng vi điều khiển PIC16F877A Modul Sim900A, bao nguyên lý hoạt động lệnh dùng để điều khiển Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển ứng dụng cho ngơi nhà thơng minh Chương nói chương quan trọng đồ án, chương kết việc vận dụng kiến thức lý thuyết chương để thiết kế nên hệ thống hồn chỉnh Trong q trình thực đề tài, hạn chế thời gian lượng kiến thức người thực mà đề tài cịn có nhiều thiếu sót Vì vậy, mong đóng góp ý kiến thầy bạn sinh viên Nghệ An, ngày 20 tháng năm 2015 Sinh viên thực Đặng Hữu Sang TÓM TẮT ĐỒ ÁN Với tiến khoa học kỹ thuật đại, khái niệm nhà thơng minh khơng cịn mẻ nữa, ứng dụng khoa học kỹ thuật lĩnh vực làm cho sống người trở nên tiện nghi Tuy nhiên, giới cịn Việt Nam ứng dụng chưa ứng dụng vào thực tiễn nhiều có mức độ nghiên cứu thí nghiệm Cho nên nhận thức tầm quan trọng cần thiết vấn đề thực tế Từ em định lựa chọn đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện qua tin nhắn SMS ứng dụng cho nhà thông minh” để làm đồ án tốt nghiệp Với hệ thống thực số chức điều khiển giám sát từ xa thông qua tin nhắn SMS mạng điện thoại di động GSM Bên cạnh việc điều khiển từ xa hệ thống thiết kế thêm số chức để thuận tiện cho việc điều khiển nhà mà không cần phải gửi tin nhắn SMS gây lãng phí ABSTRACT With the advances of modern science and technology, the concept of smart homes is not new anymore, the application of science and technology in this field has made people's lives become more comfortable However,this is only in other countries in the world, these applications in Viet Nam have not been applied in practice commonly or just in doing research and experiment Therefore, i have decided to choose the topic "Designing control system electrical equipment via SMS app for smart homes" as my thesis This system will take some responsibilities for controlling and remote observing via SMS message of GSM mobile network With this system, we will perform a number of functions controlled and monitored remotely via SMS of GSM mobile network Besides the remote control, the system is also designed to add some functionality to facilitate the control when we're at home without having to send SMS causing waste DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình ảnh ngơi nhà thơng minh 16 Hình 2.1 Cấu trúc mạng GSM 18 Hình 2.2 Các thành phần mạng GSM 19 Hình 2.3 Cấu trúc tin nhắn SMS 25 Hình 2.4 SMS getway .27 Hình 3.1 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F877A 30 Hình 3.2 Sơ đồ khối PIC16F877A 31 Hình 3.3 Sơ đồ nhớ chương trình 33 Hình 3.4 Sơ đồ nhớ liệu 34 Hình 3.5 Sơ đồ khối time0 37 Hình 3.6 Sơ đồ khối time1 38 Hình 3.7 Sơ đồ khối time2 39 Hình 3.8 Sơ đồ ngắt PIC16F877A 40 Hình 3.9 IC Max232 sơ đồ bên 46 Hình 3.10 Modul Sim900A .48 Hình 3.11 Sơ đồ chân Module Sim900A 48 Hình 3.12 Kết nối Breakout SIM900 vi điều khiển .51 Hình 3.13 Chế độ nghỉ SIM900A .51 Hình 14 Chế độ hoạt động bình thường Modul Sim900A .52 Hình 3.15 Lệnh xóa tin nhắn Sim 53 Hình 3.16 Thiết lập cấu hình mặc định cho modem 54 Hình 3.17 Lệnh gửi tin nhắn SMS 57 Hình 3.18 Lệnh đọc tin nhắn SMS 59 Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống .60 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý khối Modul Sim900A .63 Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển PIC16F877A .64 Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển công suất .65 Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý khối thị LCD 66 Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 66 Hình 4.7 Sơ đồ mạch in .67 Hình 4.8 Sơ đồ thuật toán 69  Hướng phát triển đề tài Do thời gian thực đề tài có hạn lượng kiến thức cá nhân số hạn chế định nên đề tài thực xong đáp ứng phần nhỏ hệ thống hồn chỉnh Vì vậy, để đề tài thêm phong phú hơn, mang nhiều tính thực tế nữa, có khả ứng dụng cao em đề xuất đưa thêm vào yêu cầu sau:  Sử dụng thêm loại cảm biến, chẳng hạn cảm biến độ ẩm khơng khí để đo độ ẩm khơng khí, hệ thống báo cháy tự động,… để ứng dụng vào đề tài Như người dùng hình dung tồn khơng gian ngồi nhà  Ngoài việc điều khiển giám sát tin nhắn SMS, ta điều khiển Camera để chụp hình sau gửi tin nhắn đa phương tiện đến điện thoại  Thêm khối bàn phím, thời gian thực để người dùng trực tiếp chỉnh định lại thông số hệ thống cho phù hợp hẹn để tắt/bật thiết bị theo ý muốn  Mở rộng điều khiển nhiều thiết bị  Phần cứng cho module cần tách rời nhằm dễ dàng cho việc chỉnh sửa, thay đổi Hy vọng với hướng phát triển nêu với ý tưởng, góp ý khác thầy giáo, bạn đọc phát triển đề tài này, khắc phục hạn chế, tồn đề tài, làm cho đề tài trở nên phong phú hơn, mang tính ứng dụng cao vào thực tế sống, phục vụ cho lợi ích người tương lai 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồng Minh Sơn, Mạng Truyền Thơng Cơng Nghiệp, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, năm 2006 [2] Nguyễn Trung Chính, Tập lệnh AT Modul Sim900A, năm 2009 [3] SIMCom, AT Commands Set, Hardward Design Modul Sim900A [4] Nguyễn Ngọc Khánh, Nguyễn Hiếu Nghĩa, Hệ thống thu thập xử lý liệu cho nhà thông minh, đại học SPKT TP Hồ Chí Minh, năm 2004 [5] Một số trang Web tham khảo: http://www.vntech24.com/, truy nhập cuối ngày 11/12/2014 http://www.dientuvietnam.net/, truy nhập cuối ngày 20/12/2014 http://codientu.org/, truy nhập cuối ngày 12/12/2014 http://at-sky.com.vn/, truy nhập cuối ngày 27/12/2014 http://www.picvietnam.com, truy nhập cuối ngày 27/12/2014 72 PHỤ LỤC //================================================= // Ten chuong trinh: Điều khiển thiết bị điện qua tin nhắn SMS ứng dụng cho //nhà thông minh // Nguoi thuc hien: Đặng Hữu Sang // Ngay thuc hien: 27/11/2014 // Phien ban: Demo // Mo ta phan cung: Dung PIC16F877A - thach anh 20MHz – Modul SIM900A // Notes: //================================================= #include #include #include #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT,NOLVP, NOCPD, NOWRT #use delay(clock=20000000) #use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=8) #include // Thu vien ham cho LCD #define tb4 RA0 #define tb3 RA1 #define tb2 RA2 #define tb1 RA3 #define sw1 RC0 #define sw2 RC1 #define sw3 RC2 #define sw4 RC3 #define number "01692864942" unsigned char i,cmd; unsigned char str[60],str1[60],str2[20],str3[50]; char ch; 73 int kt1=0, int kt2=0, int kt3=0, int kt4=0, int is1=0, int is2=0, int is3=0, int is4=0; int kt,is,isti,ngat,idex,idex1,index1,index; void nhanma(); void button(); void nhansms(); void send_sms(); #int_rda void Receive_isr() { ch=getc(); if(isti==1) { if(ch==10 && index==0){ is=1;} if(ch==10 && index>0){idex=index;ngat=1;isti=2;} if(ch!=10 && ch!=13 && is==1){str[index]=ch;index++;} } if(isti==2) { if(ch==10 && index1==0){ is=1;} if(ch==10 && index1>0) {idex1=index1;ngat=2;isti=0;} if(ch!=10 && ch!=13 && is==1){str1[index1]=ch;index1++;} } } int kiemtra() { int j,k; for(j=0;j