Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển các thiết bị điện trên cơ sở ứng dụng module breakout sim900a

621.382 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRÊN CƠ SỞ ỨNG DỤNG MODULE BREAKOUT SIM900 Sinh viên thực hiện: Lớp: Giảng viên hướng dẫn: ĐỖ TUẤN VŨ 51K2 - ĐTVT Th.S TẠ HÙNG CƯỜNG NGHỆ AN - 2015 Nghệ An, 11-2012 Trang MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN ABSTRACT DANH MỤC HÌNH VẼ Chương GIỚI THIỆU MODULE BREAKOUT SIM900A VÀ ỨNG DỤNG 1.1 Giới thiệu Module Breakout SIM 900 1.1.1 Giới thiệu Module Breakout SIM 900 1.1.2 Đặc điểm module SIM 900 1.2 Khảo sát tập lệnh AT Command Module SIM 900 12 1.2.1 Khởi tạo cấu hình mặc định cho modem 13 1.2.2 Delete tin nhắn SIM 15 1.2.3 Thực gọi 16 1.2.4 Nhận gọi đến 17 1.2.5 Đọc tin nhắn 17 1.2.6 Gửi tin nhắn 18 1.2.7 Các lệnh khác 19 1.3 Kết luận 19 Chương VI ĐIỀU KHIỂN PIC 30F4011 21 2.1 Giới thiệu chung vi điều khiển PIC 30F4011 21 2.2 Cấu trúc vi điều khiển DsPIC 30F4011 21 2.2.1 Khối xử lý trung tâm 21 2.2.2 Các cổng vào I/0 Port 24 2.2.3 Bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC 25 2.2.4 Tổ chức nhớ liệu nhớ chương trình 26 2.3 Một số đặc điểm đặc biết khác dòng DsPIC 29 Trang 2.4 Kết luận 29 Chương THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNGĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRÊN CƠ SỞ ỨNG DỤNG MODULE BREAKOUT SIM900 30 3.1 Sơ đồ khối 30 3.1.1 Chức khối 30 3.1.2 Cách thức điều khiển Module Sim900A 31 3.2 Thiết kế thi công phần cứng 32 3.2.1 Khối nguồn 32 3.2.2 Khối mạch điều khiển 33 3.2.3 Khối hiển thị 35 3.2.4 Module Sim 900A 38 3.2.5 Khối Relay 39 3.3 Thiết kế thi công phần mềm………………………………………………… 40 3.3.1 Sơ đồ thuật tốn tồn mạch 40 3.3.2 Chương trình thực 41 3.4 Kết thực 41 3.5 Kết luận 42 3.5.1 Ưu điểm khuyết điểm hệ thống 42 3.5.2 Khả ứng dụng thực tế đề tài 43 3.5.3 Hướng phát triển đề tài 43 KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 PHỤ LỤC 47 Trang LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn q thầy, trường Đại Học Vinh tận tình dạy dỗ suốt năm qua Trong phải kể đến quý thầy, cô Khoa Điện tử - Viễn thông tạo điều kiện cho chúng em học tập chuyên ngành thực đồ án tốt nghiệp Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn Th.S Tạ Hùng Cường tận tình giúp đỡ chúng em trình lựa chọn đề tài hỗ trợ chúng em trình thực đề tài Bên cạnh đó, em xin cảm ơn bạn sinh viên khoa đóng góp ý kiến cho em để thực đề tài đạt hiệu Với thời gian thực đề tài ngắn, kiến thức hạn hẹp, dù em cố gắng không tránh khỏi sai sót, em mong nhận lời dẫn thêm quý thầy cô bạn bè Nghệ An, ngày21 tháng 01 năm 2015 Sinh viên thực Đỗ Tuấn Vũ Trang MỞ ĐẦU “Nhà thông minh” cụm từ khơng cịn xa lạ công nghệ phát triển Những người đưa ý tưởng thực nhờ vào tia hồng ngoại để điều khiển từ xa, khoảng cách bị hạn chế Sau nhiều thời gian ý kiến xây dựng, nhiều nghiên cứu cải tiến khoảng cách điều khiển mang lại nhiều thành cơng có ý nghĩa thực tiễn điều khiển thông qua đường dây điện, đường dây điện thoại…Khi công nghệ wireless phát triển, người ta lại nghĩ đến điều khiển qua mạng không dây_điều khiển từ xa dùng máy tính đời Khơng dừng lại đó, mà mạng điện thoại cạnh tranh gay gắt, điện thoại trở nên vật dùng thiếu cá nhân, người ta lại nghĩ điện thoại tích hợp khả điều khiển từ xa Đi xu hướng phát triển đó, em chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển thiết bị điện sở ứng dụng Module Breakout SIM900A” Nội dung đề tài gồm chương: Chương 1: Giới thiệu Module Breakout SIM900A ứng dụng Chương 2: Vi điều khiển PIC 30F4011 Chương 3: Thiết kế chê tạo hệ thống điều khiển thiết bị điện sở ứng dụng Module Breakout SIM900A Với đề tài này, em muốn sử dụng điện thoại di động điều khiển thiết bị điện dân dụng, dùng Module Sim900A mạng GSM để thu SMS điều khiển Em hi vọng với đề tài làm sở nghiên cứu cho nhóm khác sau mở rộng, phát triển Trang TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển thiết bị điện sở ứng dụng Module Breakout SIM900A Module SIM900A có nhiệm vụ nhận tin nhắn SMS từ điện thoại người điều khiển sau gửi tín hiệu khối vi xử lý trung tâm Khối xử lý trung tâm sử dụng vi điều khiển PIC30F4011nhận tín hiệu từ Module SIM900A sau gửi lệnh điều khiển tới thiết bị ngoại vi Các thiết bị ngoại vi sử dụng nguồn điện 220V, điều khiển thông qua relay hiển thị trạng thái làm việc qua LCD ABSTRACT This thesis research, design and manufacturing control system devices based applications SIM900A Breakout Module SIM900A Module is responsible for receiving SMS from phone operator then sends a signal to the central processor unit Central processing unit using PIC30F4011 microcontroller receives the signal from the module SIM900A then send control commands to the peripherals The peripherals using 220V power, is controlled via relay and work status display via LCD Trang DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Module SIM 900 11 Hình 1.2 Breakout Module SIM 900 11 Hình 1.3 Cấu hình mặc định cho SIM 900 14 Hình 1.4 Cấu hình xóa tin nhắn SIM 900 15 Hình 1.5 Cấu hình gọi điện cho SIM 900 16 Hình 1.6 Cấu hình gửi tin nhắn 18 Hình 2.1 Sơ đồ khối DsPIC30F4011 23 Hình 2.2 Các cổng I/O DisPic30F4011 24 Hình 2.3 Bản đồ khơng gian nhớ chương trình 27 Hình 2.4 Truy cập liệu từ khơng gian chương trình 28 Hình 3.1 Sơ đồ khối tồn mạch 30 Hình 3.2 Khối nguồn ni vi điều khiển thiết bị ngoại vi 32 Hình 3.3 Ảnh thực tế sơ đồ chân IC7805 33 Hình 3.4 Khối vi điều khiển 33 Hình 3.5 Khối tạo xung dao động thạch anh 34 Hình 3.6 Sơ đồ mạch in khối vi điều khiển 34 Hình 3.7 Hình ảnh thực tế khối vi điều khiển 34 Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị hình LCD 16x2 35 Hình 3.9 Hình ảnh thực tế LCD 16x2 35 Hình 3.10 Sơ đồ thiết kế Module Sim900A 38 Hình 3.11 Hình ảnh thực tế Module Sim900A 38 Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý mạch Relay 41 Hình 3.13 Mạch thực tế Module Relay 5VDC 39 Hình 3.14 Sơ đồ thuật tốn tồn mạch 40 Hình 3.15 Thực tế toàn mạch 42 Trang DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng anh Tiếng việt V Volt Điện áp PIC RAM Programable Intelligent Máy tính khả trình thơng Computer minh Random Access Memory Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên ROM Read-only memory Bộ nhớ đọc EEPROM Electrically Erasable Programma Bộ nhớ không liệu ble Read-Only Memory Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động Communication toàn cầu hệ thứ (2G) SMS Short Message Service Dịch vụ gửi tin nhắn ngắn SIM Subscriber Identity Module Thẻ nhớ thông minh sử GSM dụng thiết bị di động GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến thổng hợp Trang Chương GIỚI THIỆU MODULE BREAKOUT SIM900A VÀ ỨNG DỤNG Trong chương ta tìm hiểu, nắm bắt trang bị đầy đủ kiến thức phần cứng Module SIM, tìm hiểu rõ tập lệnh AT phục vụ cho q trình làm đồ án Nội dung chương bao gồm: Giới thiệu Module SIM 900, chân vào Giới thiệu tập lệnh cấu hình cho Module SIM 1.1 Giới thiệu Module Breakout SIM 900 1.1.1 Giới thiệu Module Breakout SIM 900 Một modem GSM modem wireless, làm việc với mạng wireless GSM Một modem wireless hoạt động giơng modem quay số Điểm khác modem quay số truyền nhận liệu thông qua đường dây điện thoại cố định modem wireless việc gửi nhận liệu thơng qua sóng Giống điện thoại di động GSM , modem GSM yêu cầu thẻ sim với mạng wireless để hoạt động Module SIM 900 loại modem GSM Nhưng Module SIM 900 nâng cao có tốc độ truyền liệu nhanh Nó sử dụng cơng nghệ GSM/GPRS hoạt động băng tầng GSM 850Mhz, EGSM 900Mhz, DCS 1800 Mhz PCS 1900Mhz, có tính GPRS Sim 900 hỗ trợ GPRS theo dang đồ thị mã hóa CS-1, CS-2, CS-3 CS-4 1.1.2 Đặc điểm module SIM 900 - Nguồn cung cấp khoảng 3,4 – 4,5V - Băng tần: GSM 850Mhz, EGSM 900Mhz, DCS 1800 Mhz PCS 1900Mhz SIM900 tự động tìm kiếm băng tần - Phù hợp với GSM Pha 2/2+ - Loại GSM loại MS nhỏ - Kết nối GPRS - Giới hạn nhiêt độ: Bình thường -300C tới +800C Trang - Hạn chế : - 400C tới -300C +800C tới +850C - Nhiệt độ bảo quản: -450C tới 900C - Dữ liệu GPRS: GPRS liệu tải xuống: Max 85.6 kbps GPRS liệu úp lên: Max 42.8 kbps - Sơ đồ mã hóa: CS-1, CS-2, CS-3 CS-4 - Sim 900 hổ trợ giao thức PAP ,kiểu sử dụng kết nối PPP - Sim 900 tích hợp giao thức TCP/IP - Chấp nhận thông tin điều chỉnh rộng rãi - SMS: - Bộ nhớ SMS: Sim card - Sim card: Hỗ trợ sim card: 1,8v ; 3v - MT, MO, CB, Text and PDU mode Anten ngồi: Kết nối thơng qua anten 500km đế anten - Âm thanh: Dạng mã hóa âm Mức chế độ (ETS 06.20) Toàn chế độ (ETS 06.10) Toàn chế độ tăng cường (ETS 06.50/ 06.06/ 06.80) Loại bỏ tiếng dội - Giao tiếp nối tiếp ghép nối: Cổng nối tiếp: Cổng nối tiếp( ghép nối) Cổng kết nối Sd với CSD Fax, GPRS gửi lệnh - ATCommand tới module điều khiển Cổng nối tiếp Sd chức giao tiếp :Hỗ trợ tốc độ truyền 1200 BPS tới 115200 BPS - Cổng hiệu chỉnh lỗi: cổng nối tiếp TXD RXD - Cổng hiệu chỉnh lỗi sử dụng sữa lỗi - Quản lý danh sách: Hỗ trợ mẫu danh sách: SM, FD, LD, RC,ON, MC - Đồng hồ thời gian thực: Người cài đặt - Times function: Lập trình thơng qua AT Command - Đặc tính vật lý (đặc điểm): Kích thước 24mmx24mmx24mm> Nặng 3.4g Trang 10 Giải thích lưu đồ : - Đầu tiên, vừa khởi động reset, vi điều khiển tiến hành khởi tạo ghi truyền liệu để truyền liệu nối tiếp Sau vi điều khiển thực chờ nhận tin báo có tin nhắn từ Module Sim900A Nếu tin báo gửi tới tin báo có tin nhắn mới, vi điều khiển gửi lệnh kiểm tra số thuê bao gửi đến hay sai, vi điều khiển thực gửi lệnh điều khiển đọc tin nhắn từ Module; sai vi điều khiển từ chối tin nhắn Sau nhận tin nhắn từ module, vi điều khiển tiến hành xử lý nội dung tin nhắn để điều khiển thiết bị Cuối vi điều khiển tiến hành điều khiển Module gửi tin nhắn trả lời báo kết điều khiển kết thúc trình điều khiển Sau thực xong trình, vi điều khiển quay lại ban đầu tiếp tục chờ có tin nhắn 3.3.2 Chương trình thực 3.4 Kết thực Sau tháng thực đề tài, nhóm hồn thành việc thiết kế thi cơng mơ hình điều khiể n thiết bị từ xa điện thoại di động dùng SMS Hệ thống test thử chạy ổn định  Về phần cứng: gồm board - Board Module Sim900A giao tiếp mạng GSM nhận tin nhắn điều khiển truyền tin nhắn phản hồi - Board vi điều khiển DsPIC30F4011 xử lý tin nhắn, xuất tín hiệu điều khiển, nhận biết trạng thái thiết bị - Board hiển thị LCD hiển thị lệnh trình làm việc vi điều khiển - Board Module Relay điều khiển thiết bị  Về phần mềm: - Khởi tạo thông số ban đầu cho Module Sim900A cách kết nối với máy tính thơng qua cổng USB Trang 41 - Hồn thành chương trình cho vi điều khiển với tính sau: - Hệ thống có tính bảo mật cao điều khiển phải nhập số thuê bao cho phép kí tự điều khiển theo quy định - Hệ thống điều khiển thiết bị điện dân dụng với công suất nhỏ đèn, quạt… - Có tin nhắn phản hồi sau thực lệnh điều khiển Hình 3.15 Thực tế tồn mạch 3.5 Kết luận 3.5.1 Ưu điểm khuyết điểm hệ thống  Ưu điểm: - Sử dụng mạng viễn thông GSM truyền thơng mang tính cơng nghiệp - Hệ thống hoạt động vị trí khó khăn mà đường dây điện thoại khơng có, cần mạng di động phủ sóng - Hệ thống sử dụng loại sim nhà cung cấp khác Viettel, Mobilephone, Vinaphone… Trang 42 - Phần cứng thiết kế đơn giản, sử dụng số linh kiên tối thiểu, kết nối chân đáp ứng nhu cầu phát triển đề tài sau - Hệ thống điều khiển thiết bị công suất nguồn 220V - Hệ thống bảo mật số thuê bao lệnh bắt buộc - Hệ thống có dùng LCD thị trình làm việc vi điều khiển nên dễ dàng phát sai sữa chữa cho phần mềm - Có thể tăng số lượng thiết bị điều khiển tùy thuộc người sử dụng  Khuyết điểm: - Sản phẩm dừng điều khiển thiết bị công suất - Chỉ cho phép người có số thuê bao điều khiển - Hệ thống hoạt động vùng có phủ sóng điện thoại di động - Hệ thống lập trình điều khiển thiết bị dùng tin nhắn SMS dạng text - Phải tốn chi phí gửi SMS - Người phát triển phải đào tạo lập trình 3.5.2 Khả ứng dụng thực tế đề tài Đề tài đáp ứng nhu cầu xã hội: - Có thể nhận tin nhắn điều khiển với số lượng thời lượng khơng giới hạn - Có thể điều khiển, kiểm tra trạng thái thiết bị từ xa thông qua điện thoại di động với tin nhắn SMS Với đặc điểm tính trên, hệ thống trở thành s ản phẩm tiêu dùng, đáp ứng nhu cầu xã hội Đề tài mang tính đại, thực tiễn cao tính khả thi tốt thực tế 3.5.3 Hướng phát triển đề tài Hiện nay, phạm vi nước, vấn đề điều khiển từ xa tâm điểm khoa học Với mong muốn ứng dụng khoa học kỹ thuật giới vào đời sống, họ muốn sống trở nên công nghệ hơn, đại Nhưng kết nghiên cứu mức điều khiển dùng hồng ngoại, dùng đường dây điện công nghiệp, dùng đường dây điện thoại cố định, điều khiển thiết bị SMS dùng Module Sim900A mức ít, dừng lại mức thí điểm, chưa đưa sản phẩm để áp dụng thực tiễn phục vụ sống Hầu hết nghiên cứu Trang 43 nghiên cứu tự phát cá nhân người hay nhóm người muốn tìm hiểu cơng nghệ này, chưa phải hoạt động nghiên cứu mang tính chun nghiệp để đưa vào ứng dụng Mặc dù việc nghiên cứu có nhen nhóm tập đồn điện lực EVN sử dụng công nghệ nhắn tin SMS để điều khiển máy cắt thông qua Modem điện thoại họ Ở Việt Nam GSM trở thành công nghệ mà 95% dân số chọn dùng, dịch vụ vềSMS tăng lên mạnh Điều lợi cho việc nghiên cứu phát triển ứng dụng điều khiển tự động hóa Đề tài dù đáp ứng phần nhu cầu để đưa vào áp dụng thực tiễn cịn nhiều cơng việc phải thực Một số hướng phát triển đề tài sau: - Sử dụng sóng RF để điều khiển Relay đóng/mở thiết bị - Mở rộng số thiết bị cần điều khiển - Lập trình thay đổi password để tăng tính bảo mật - Mở rộng chức cảnh báo cố chống trộm cho hệ thống Trang 44 KẾT LUẬN Trong đồ án, mục tiêu đặt em thử nghiệm mạch chạy theo chức sau: - Module SIM900 thực lệnh từ thuê bao - Module SIM900 thực theo lệnh cho trước - Vi điều khiển giao tiếp tốt với Module SIM900 thiết bị ngoại vi - LCD thông báo trạng thái công việc mà vi điều khiển thực - Module Relay thực đóng mở tốt Do thời gian lực thân hạn chế nên kết em cần phải cải thiện nhiều, em mong dạy đóng góp ý kiến thầy, cô bạn Trang 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh, Kỹ Thuật Điện, NXB Khoa học Kỹthuật, 2003 [2] Văn Thế Minh, Kỹ thuật vi xử lý, NXB Giáo dục, 1997 [3] Nguyễn Thanh Thủy, Nhập mơn lập trình ngơn ngữ C, NXB khoa học kỹ thuật, 2005 Website tham khảo: [4] http://www.alldatasheet.com/, truy nhập cuối ngày 15/01/2015 [5] http://www.dientuvietnam.net, truy nhập cuối ngày 19/01/2015 [6] http://www.picvietnam.com, truy nhập cuối ngày 20/01/2015 [7] http://www.microchip.com/forums/, truy cập cuối ngày 18/01/2015 [8] http://www.codientu.info, truy cập lần cuối ngày 20/01/2015 Trang 46 PHỤ LỤC Chương trình thực hiện: #include #device *=16 #fuses HS, NOWDT, NOPROTECT #use delay(clock=20000000) #use rs232 (baud = 9600,parity=N, xmit = pin_F5, rcv = pin_F4,bits=8,stream = GPS,uart2) #define LCD_RS PIN_E5 #define LCD_EN PIN_E4 #define LCD_RW PIN_F0 #define LCD_D4 PIN_E3 #define LCD_D5 PIN_E2 #define LCD_D6 PIN_E1 #define LCD_D7 PIN_E0 #include "lcd.c" #include #include #include #include #define TB1 PIN_F2 #define TB2 PIN_F3 char sms[90], content_sms[5]; char on[5], off[5]; char c,c1,c2,c3,c4,c5; int8 new_sms,i,j; int8 y, local, local1, local2, local3; int8 p, sdt1, sdt2, data1, data2, q;//phone_received char received_number[14] = {0}; char phone_number[14] = "+841683833823"; int8 status = 0; Trang 47 #INT_RDA2 void ngat() { c=getc(); if(c == '+') c1=c; if(c == 'C') c2=c; if(c == 'M') c3=c; if(c == 'T') c4=c; if(c == 'I') c5=c; if(c1 == '+' && c2 == 'C' && c3 == 'M' && c4 == 'T' && c5 == 'I') new_sms=1; sms[i]=c; i++; if(i>90) i=0; } void seting(void)//seting { printf("AT"); putc(13); delay_ms(2000); printf("AT"); putc(13); delay_ms(2000); printf("AT"); putc(13); delay_ms(2000); printf("AT+CMGF=1");//seting text SMS putc(13); delay_ms(2000); printf("AT+CNMI=1,1,0,0,0");//seting notice new message putc(13); delay_ms(2000); printf("AT+CMGD=1");//delete all message putc(13); delay_ms(2000); } Trang 48 void read_sms()//read sms at local { printf("AT+CMGR=1"); putc(13); delay_ms(2000); } void reset()//reset all { i=0; new_sms=0; c=0x00;c1=0x00;c2=0x00;c3=0x00;c4=0x00;c5=0x00; local=0,local1=0;; y=0; p=0;local2=0;local3=0;q=0; sdt1=0;sdt2=0;data1=0;data2=0; for(j=0; j