Đồ án tốt nghiệp: Điều khiển và giám sát ngôi nhà thông minh qua mạng điện thoại

Đồ án tốt nghiệp: Điều khiển và giám sát ngôi nhà thông minh qua mạng điện thoại

Đồ án tốt nghiệp GVHD : Phan Duy Anh    Tp.HCM ngày… tháng… năm 2010 Giáo viên hướng dẫn PHAN DUY ANH SVTH : Nguyễn Đức Vĩnh – Đồng Kỳ Phúc Trang1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Đồ án tốt nghiệp GVHD : Phan Duy Anh    Tp.HCM ngày… tháng… năm 2010 Giáo viên phản biện TÔ HOÀNG LỘC    Tp.HCM ngày… tháng… năm 2010 SVTH : Nguyễn Đức Vĩnh – Đồng Kỳ Phúc Trang2 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG Đồ án tốt nghiệp GVHD : Phan Duy Anh Ngày nay, khi mà cả thế giới như đang nóng lên vì sự vận động, phát triển về mọi mặt như kinh tế, chính trị, khoa học kỹ thuật….v…v Trong đó, những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến đã và đang làm cho thế giới ngày càng thay đổi, văn minh hơn và hiện đại hơn. Sự phát triển của Kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng lọat những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho họat động của con người đạt hiệu quả cao. Là một trong những sinh viên theo học ngành điện tử-viễn thông, bản thân cũng có những mong ước được góp một phần công sức cho xã hội bằng những việc làm có ý nghĩa thực tế. Từ những kiến thức đã được truyền đạt sau ba năm theo học tại trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng, hoà mình vào xu hướng chung của thời đại, cùng sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, đề tài tốt nghiệp: “Điều khiển và giám sát ngôi nhà thông minh qua mạng điện thoại” ra đời. Đề tài là sự kết hợp giữa kiến thức và nhận thức công nghệ trong việc tạo ra một sản phẩm có giá trị thực tiễn nên có rất nhiều yêu cầu được đặt ra cho sự hoàn thiện. Trong suốt thời gian thực hiện đề tài là một quá trình làm việc nghiêm túc và nỗ lực của bản thân người thực hiện, cùng sự chỉ dẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn; song chắc chắn không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót. Người thực hiện đề tài rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu cùng những phê bình, chỉ dẫn của Thầy Cô và các bạn sinh viên. SVTH : Nguyễn Đức Vĩnh – Đồng Kỳ Phúc Trang3 Sau ba năm học tại trường, giờ đây cuốn đồ án tốt nghiệp này được hoàn thành tốt đẹp theo đúng thời gian quy định. Việc đạt được kết quả như trên không chỉ là sự nỗ lực của bản thân mà còn có sự quan tâm, động viên, giúp đỡ từ gia đình, bạn bè cùng sự chỉ dạy tận tình của giáo viên hướng dẫn, của quý thầy cô trong trường. Nhóm thực hiện đề tài xin gởi lời biết ơn chân thành đến những người thân, đến quý Thầy Cô trong khoa Điện Tử- Tin Học, đặc biệt là giáo viên hướng dẫn Thầy Phan Duy Anh, người đã dìu dắt trong suốt quá trình làm đồ án. Xin cám ơn các bạn sinh viên trong khoa đã giúp đỡ tôi rất nhiều mặt như: phương tiện, sách vở, ý kiến …… Đồ án tốt nghiệp GVHD : Phan Duy Anh SVTH : Nguyễn Đức Vĩnh – Đồng Kỳ Phúc Trang4 Đồ án tốt nghiệp GVHD : Phan Duy Anh MỤC LỤC  oOo TRANG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 2 NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG 3 LỜI MỞ ĐẦU 4 LỜI CẢM ƠN 5 MỤC LỤC 6 CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 8 1.1 Đặt vấn đề 8 1.2 Tầm quan trọng của đề tài 8 1.3 Giới hạn đề tài 8 1.4 Mục đích nghiên cứu 9 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 10 2.1 Đối tượng nghiên cứu 10 2.2 Dàn ý, phương tiện và phương án thực hiện 10 2.3 Lập kế hoạch nghiên cứu 11 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI 12 3.1 Giới thiệu tổng quan về tổng đài điện thoại 12 Chức năng và phân loại của tổng đài 12 3.2 Giới thiệu tổng quan về máy điện thoại 17 Chức năng của máy điện thoại 17 3.3 Phương thức hoạt động giữa tổng đài và máy điện thoại 20 3.4 Lý thuyết về mạch khuếch đại 22 CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU CÁC IC CÓ LIÊN QUAN 25 4.1 Giới thiệu về vi điều khiển PIC 16F877A 25 4.2 Khảo sát IC thu phát TONE MT8880 47 4.3 Giới thiệu IC thu phát tiếng nói ISD1420 55 4.4 Opto 4N35 60 4.5 IC 74HC574 61 4.6 IC 74LS47 63 4.7 IC 4051 64 4.8 IC 7805 65 CHƯƠNG 5: SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 67 5.1 Sơ đồ hệ thống 67 5.2 Chức năng của từng khối 67 CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG ĐỒ ÁN 68 6.1 Khối xử lý trung tâm 68 6.2 Khối phát DTMF 69 6.3 Khối phát thông báo 71 6.4 Khối kết nối thuê bao 73 6.5 Khối mạch khuếch đại 76 SVTH : Nguyễn Đức Vĩnh – Đồng Kỳ Phúc Trang5 Đồ án tốt nghiệp GVHD : Phan Duy Anh 6.6 Khối cảm biến chuông 77 6.7 Khối cảm biến nhiệt 79 6.8 Khối hiển thị 80 6.9 Khối bàn phím 82 6.10 Khối nguồn 83 CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN MỀM ĐỒ ÁN 85 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 85 MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH 85 CHƯƠNG 8: TÓM TẮT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 96 8.1 Tóm tắt đề tài 96 8.2 Hướng phát triển đề tài 96 PHỤ LỤC 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 SVTH : Nguyễn Đức Vĩnh – Đồng Kỳ Phúc Trang6 Đồ án tốt nghiệp GVHD : Phan Duy Anh CHƯƠNG 1 : DẪN NHẬP 1.1 Đặt vấn đề: Như chúng ta đã thấy, trong thực tế hiện nay kỹ thuật Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực trong các ngành hàng không vũ trụ, thông tin liên lạc, tự động điều khiển đặc biệt trong các thiết bị điện tử tự động đòi hỏi sự chính xác cao đã hỗ trợ con người rất nhiều trong cuộc sống. Những thành tựu khoa học kỹ thuật đã mang đến cho con người một cuộc sống tiện nghi văn minh và hiện đại. Một trong những ứng dụng rất quan trọng của công nghệ điện tử là kỹ thuật báo động điện tử. Các thiết bị báo động điện tử như: hệ thống báo cháy, hệ thống báo nước đầy, hệ thống báo quá tải trong thang máy, hệ thống báo trộm bằng chuông, hệ thống đóng mở cửa sử dụng mật mã.…Các thiết bị này đã góp phần rất lớn trong việc bảo vệ an toàn cho các dụng cụ và tài sản của người sử dụng. Nhưng một khuyết điểm nỗi bật trong các phương pháp báo động nói trên là không thể truyền xa được. Xuất phát từ những nhu cầu thực tế trong cuộc sống đi cùng với cơ sở vật chất hiện có, một phương pháp báo động từ xa ra đời có thể khắc phục được khuyết điểm về khoảng cách và thể hiện được vai trò này chính là phương pháp báo động từ xa qua mạng điện thoại. Phương pháp này giúp người sử dụng hệ thống có thể linh hoạt hơn trong việc kiểm tra cũng như có những phương pháp giải quyết hợp lý từ một khoảng cách không giới hạn tuỳ thuộc vào khả năng phủ kín của mạng lưới điện thoại có sẵn. Từ những ý tưởng trên và nhìn thấy được nhu cầu thực tế, nhóm thực hiện đề tài đã mạnh dạn thực thi ý tưởng thiết kế và thi công “Điều khiển và giám sát ngôi nhà thông minh qua mạng điện thoại”. 1.2 Tầm quan trọng của đề tài: Hình thành ý tưởng từ nhu cầu thực tế xã hội, nhưng để tạo ra được một sản phẩm có giá trị ứng dụng cao thì đây chính là một điều kiện tốt nhất để người thực hiện đề tài có thể tự kiểm chứng lại năng lực của mình trong suốt 6 học kì tích luỹ từ sự tự lực của bản thân và từ trường lớp. Đòi hỏi người thực hiện đề tài phải nỗ lực trong vấn đề hệ thống hoá lại toàn bộ các kiến thức liên quan và ứng dụng nó một cách hiệu quả trong khi thực hiện đề tài. Đề tài “Điều khiển và giám sát ngôi nhà thông minh qua mạng điện thoại” hoàn thành sẽ góp phần vào việc ổn định an ninh xã hội, giảm thiểu thời gian và chi phí cho việc bảo vệ các tài sản cá nhân, tập thể, các cơ quan, xí nghiệp…. Đồng thời đây là một giải pháp phù hợp với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại ngày nay, khi mà một người từ một vị trí bất kì nơi đâu đều có thể gián tiếp bảo vệ tài sản của mình thông qua mạng điện thoại. 1.3 Giới hạn đề tài: Trong giới hạn thời gian cho phép để hoàn thành đề tài này kết hợp với những kiến thức tích luỹ được trong suốt khoá học không cho phép người thực hiện đề tài thực hiện được hoàn chỉnh toàn bộ các yêu cầu tạo ra một sản phẩm ưu việt. Do đó người thực hiện đề tài chỉ tập trung đi sâu nghiên cứu về : Dùng vi điều khiển 16f877A để điều khiển quá trình phát hiện và báo cáo. Dùng MT8880 chuyên dụng thu phát DTMF giao tiếp với vi điều khiển Dùng ISD1420 phát tín hiệu báo trộm lên Line điện thoại SVTH : Nguyễn Đức Vĩnh – Đồng Kỳ Phúc Trang7 Đồ án tốt nghiệp GVHD : Phan Duy Anh  Dùng ADC nhận và xử lý tín hiệu từ cảm biến nhiệt LM335 Dùng bàn phím 4x4 nhâp số mật mã mở cửa. 1.4 Mục đích nghiên cứu: Mục đích của người thực hiện đề tài đã tiến hành nghiên cứu là: Trước tiên với bản thân người thực hiện đề tài, đây chính là một cơ hội tốt để có thể tự kiểm tra lại kiến thức của mình, đồng thời có cơ hội để nỗ lực vận động tìm hiểu, tiếp cận nghiên cứu được với những vấn đề mình chưa biết, chưa hiểu rõ nhằm trang bị cho bản thân nhiều kiến thức bổ ích sau này có thể ứng dụng vào thực tế cuộc sống. Sau khi tạo ra được sản phẩm của đề tài có thể ứng dụng báo động cho những nơi như: hệ thống các phòng ban trong cơ quan xí nghiệp, các khách sạn, nhà nghỉ, hoặc các hộ gia đình có nhu cầu sử dụng… SVTH : Nguyễn Đức Vĩnh – Đồng Kỳ Phúc Trang8 Đồ án tốt nghiệp GVHD : Phan Duy Anh CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ LUẬN 2.1 Đối tượng nghiên cứu: Đề tài hướng tới một phương thức báo động từ xa có sự kết hợp của nhiều lĩnh vực liên quan như: tổng đài điện thoại, vi mạch điện tử …Do đó, để tạo ra được một sản phẩm hoàn thiện theo mục đích đặt ra của đề tài thì người thực hiện cần phải tập trung nghiên cứu chủ yếu đến đối tượng: Vi mạch điện tư: là một đối tượng giữ vai trò trung tâm trong việc liên kết và xử lý tín hiệu từ các đối tượng khác. Trong đề tài có 1 board mạch chính là: mạch giao tiếp giữa tín hiệu đầu vào với đường dây điện thoại. Board này được thiết kế và thi công từ các linh kiện điện tử đã có sẵn ngoài thị trường như: điện trở, tụ điện, các IC số,…v…v… với sự điều khiển trung tâm của pic vi điều khiển lập trình 16f877A. Board này khi nhận tín hiệu báo trộm bàn phím sẽ điều khiển quá trình phát DTMF. Khi nhận được tín hiệu đảo cực (tức có trạng thái nhấc máy) của thuê bao nhận, vi xử lí sẽ điều khiển phát câu thông báo báo trộm được ghi sẵn trong ISD1420. Tổng đài điện thoại giữ vai trò quyết định đường truyền tín hiệu, mọi tín hiệu sẽ được truyền trên đường dây điện thoại theo phương thức truyền quy ước của tổng đài và sự cho phép của tổng đài. 2.2 Dàn ý, phương tiện và phương án thực hiện: 2.2.1 Dàn ý : Từ những lập luận trên, nhóm thực hiện tiến hành xây dựng đồ án với những nội dung dàn ý như sau:  Phần viết báo cáo gồm các nội dung chính:  Mô hình, sơ đồ khối và phương án thiết kế.  Lý thuyết thiết kế.  Thiết kế phần cứng.  Thiết kế phần mềm.  Tóm tắt – Kết luận – Đề nghị và hướng phát triển đề tài.  Tài liệu tham khảo – Phụ lục (lưu đồ và chương trình phần mềm).  Phần thi công mô hình và mạch điện gồm:  Thi công tất cả các mạch điện trong đồ án. 2.2.2 Phương tiện và phương án thực hiện: Nhóm thực hiện xây dựng phương án tiến hành công việc dựa trên những phương tiện vật chất sẵn có (máy vi tính, các dụng cụ làm mạch điện) như sau:  Giai đoạn 1: Tìm hiểu về các hệ thống báo trộm, báo cháy, đóng mở cửa sử dụng mật mã, đo và hiển thị ngôi nhà cục bộ rồi đưa ra mô hình dự kiến về thiết bị điều khiển và giám sát ngôi nhà thông minh qua mạng điện thoại, từ đó lựa chọn ra kiểu mẫu phù hợp nhất với khả năng để thực hiện. Sau đó, trình lên giáo viên hướng dẫn duyệt.  Giai đoạn 2: Sau khi đưa ra được mô hình dự kiến, được giáo viên hướng dẫn đồng ý, nhóm tiến hành thực hiện từng phần của mô hình đó là : 1. Thiết kế, thi công mạch điện. 2. Viết chương trình và cho chạy thử nghiệm.  Giai đoạn 3: Thử nghiệm lại chương trình và viết báo cáo. SVTH : Nguyễn Đức Vĩnh – Đồng Kỳ Phúc Trang9 Đồ án tốt nghiệp GVHD : Phan Duy Anh  Giai đoạn 4: Kiểm tra lại toàn bộ những gì đã làm được và báo cáo với thầy hướng dẫn về những kết quả của đề tài. 2.3. Lập kế hoạch nghiên cứu: Ngày nhận đề tài: 28/06/2010. Ngày nộp đề tài: 26/07/2010. Để hoàn thành đề tài đúng tiến độ, người thực hiện đề tài định sẵn kế hoạch thực hiện theo từng giai đoạn trong toàn quỹ thời gian như sau:  Tham khảo tài liệu: từ 28/06/2010 đến 02/07/2010.  Thi công phần cứng: từ 03/07/2010 đến 10/07/2010.  Thi công phần mềm: từ 11/07/2009 đến 25/07/2009.  Chạy thử nghiêm và khắc phục sai xót: từ 25/07/2009 đến 27/07/2009.  Làm báo cáo lý thuyết: từ 03/07/2009 đến 17/07/2009. SVTH : Nguyễn Đức Vĩnh – Đồng Kỳ Phúc Trang10 [...]... bằng dòng điện qua máy điện thoại Máy điện thoại là thiết bị đầu cuối của mạng thơng tin điện thoại Khi ta nói trước ống nói của máy điện thoại, dao động âm thanh của tiếng nói sẽ tác động vào màng rung của ống nói làm cho ống nói thay đổi, xuất hiện dòng điện biến đổi tương ứng trong mạch Dòng điện biến đổi này được truyền qua đường dây SVTH : Nguyễn Đức Vĩnh – Đồng Kỳ Phúc Trang17 Đồ án tốt nghiệp... điện thoại để bàn: Hệ thống vận hành của điện thoại bàn như sau: Hình 3.9: Sơ đồ qui trình vận hành điện thoại bàn Khi tất cả các máy điện thoại để bàn đều gác tay thoại Lúc này mức áp trên đường dây sẽ là trên dưới 48VDC và khơng có dòng điện chạy trên đường dây Khi máy điện thoại A nhấc tay thoại: Nội trở nhỏ của máy sẽ tạo ra dòng điện chạy trên đường dây, dấu hiệu này sẽ báo cho tổng đài điện thoại. .. dây nối gửi về tổng đài điện thoại Nếu máy điện thoại đặt ở mode Pulse, thì mỗi phím số, mạch điều khiển bàn phím sẽ cho ngắt dây nối bằng số lần của phím số Tổng đài sẽ ghi nhận số điện thoại mà máy A gửi về Tổng đài sẽ tiến hành tìm số điện thoại mà máy A xin liên thơng SVTH : Nguyễn Đức Vĩnh – Đồng Kỳ Phúc Trang20 Đồ án tốt nghiệp GVHD : Phan Duy Anh Nếu tổng đài điện thoại điện tử phát hiện máy B... Nguyễn Đức Vĩnh – Đồng Kỳ Phúc Trang30 Đồ án tốt nghiệp GVHD : Phan Duy Anh Hình 4.2: Sơ đồ khối của Vi điều khiển PIC16F877A SVTH : Nguyễn Đức Vĩnh – Đồng Kỳ Phúc Trang31 Đồ án tốt nghiệp SVTH : Nguyễn Đức Vĩnh – Đồng Kỳ Phúc GVHD : Phan Duy Anh Trang32 Đồ án tốt nghiệp GVHD : Phan Duy Anh 4.1.4 Một vài thơng số về Vi điều khiển PIC16F877A: Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35... khuếch đại rất lớn, trở kháng vào rất lớn và trở kháng ra rất nhỏ Hình 3.10: Bộ khuếch đại thuật tốn (BKĐTT) Bộ khuếch đại thuật tốn được biểu diễn như hình vẽ trên Trong đó: V+ , I+ :điện áp và dòng điện ngõ vào khơng đảo V- , I- :điện áp và dòng điện ngõ vào đảo Vd :điện áp vào hiệu Bộ khuếch đại thuật tốn khuếch đại hiệu điện áp: Vd=V+ - V- ,với hệ số khuếch đại Ao > 0 Do đó, điện áp sẽ là : Vo=AoVd=Ao... cảnh báo Điện thoại viên có thể trực tiếp điều khiển các hoạt động của tổng đài qua các thao tác trên bàn phím, hệ thống cơng tắc….các hoạt động đó có thể bao gồm : nghe xen vào các cuộc đàm thoại, cắt cưỡng bức các cuộc đàm thoại có ý đồ xấu, tổ chức điện thoại hội nghị… Tổng đài điện tử cũng có thể được liên kết với máy điện tốn để điều khiển hoạt động hệ thống Điều này làm tăng khả năng khai thác, làm... V-) Nếu V- = 0 thì Vo=AoV+, lúc này điện áp ra đồng pha với điện áp vào V + Vì vậy người ta gọi ngõ (+) là ngõ vào khơng đảo hoặc ngõ vào thuận của bộ khuếch đại thuật tốn SVTH : Nguyễn Đức Vĩnh – Đồng Kỳ Phúc Trang21 Đồ án tốt nghiệp GVHD : Phan Duy Anh Nếu V+=0 thì Vo= -AoV- , dấu trừ thể hiện điện áp ra ngược pha với điện áp vào nên người ta gọi cửa (-) là cửa vào đảo của bộ khuếch đại thuật tốn... nhánh song song - AN6 : ngõ vào tương tự 6 * Chân RE2/ /AN7 (10) : - RE2 : xuất/nhập số - CS : Chip lựa chọn sự điều khiển ở port nhánh song song - AN7 : ngõ vào tương tự 7 * Chân VDD(11,32), và VSS(12,31) : là các chân nguồn của PIC SVTH : Nguyễn Đức Vĩnh – Đồng Kỳ Phúc Trang29 Đồ án tốt nghiệp GVHD : Phan Duy Anh • Cấu trúc bên trong pic 16f877a: SVTH : Nguyễn Đức Vĩnh – Đồng Kỳ Phúc Trang30 Đồ án. .. thái đổ chng và chờ người đến nhấc tay thoại Khi ở máy B đã có người nhấc tay thoại: Lúc này dòng điện chạy trên dây sẽ báo cho tổng đài điện thoại điện tử biết là máy B đã có người đến tiếp nhận Tổng đài điện thoại sẽ cho ngắt ngay tín hiệu báo chng và cho nối dây, tạo sự liên thơng giữa máy A và máy B Bảng 3 – 3: Các tín hiệu thường nghe thấy trên đường dây điện thoại để bàn Tín hiệu mời quay 350 Hz... và chuyển mạch các cuộc gọi vào mạng quốc tế để nối các quốc gia với nhau, có thể chuyển tải cuộc gọi q giang 3.1.5 Các âm hiệu: Đường dây điện thoại hiện nay gồm có hai dây và thường gọi đó là Tip và Ring Tất cả các điện thoại hiện nay đều được cấp nguồn từ tổng đài thơng qua hai dây Tip và Ring Điện áp cung cấp thường là 48VDC, nhưng nó cũng có thể thấp đến 47 VDC hoặc cao đến 105 VDC tùy thuộc vào . mạnh dạn thực thi ý tưởng thiết kế và thi công Điều khiển và giám sát ngôi nhà thông minh qua mạng điện thoại . 1.2 Tầm quan trọng của đề tài: Hình thành. thức liên quan và ứng dụng nó một cách hiệu quả trong khi thực hiện đề tài. Đề tài Điều khiển và giám sát ngôi nhà thông minh qua mạng điện thoại hoàn