ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG SMS

MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH iv LỜI NÓI ĐẦU c om CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ MẠNG GSM 1.1 Mạng GSM ng 1.2 Lịch sử phát triển mạng GSM co 1.3 Cấu trúc mạng GSM 1.4 Tái sử dụng tần số an 1.5 Các công nghệ vô tuyến 10 th CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH 14 du on g 2.1 Sơ đồ khối nhiệm vụ khối 14 2.2 Nguyên lý hoạt động 15 u 2.3 Thông tin chi tiết khối 15 cu 2.4 Phần mềm lập trình mạch nạp cho MCU 22 2.5 Mạch nạp cho MCU 23 2.6 Mạch nguyên lí 24 2.7 Mạch in PCB 27 2.8 Chế tạo 28 2.9 Kết luận chương 29 TỔNG KẾT 30 i CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 cu u du on g th an co ng c om PHỤ LỤC 34 ii CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Nghĩa tiếng anh Mobile Terminal Nghĩa tiếng việt Đầu cuối di động TE Terminal Equipment Thieets bị đầu cuối MS Mobile Station Trạm di động BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc BSC Base Station Controller Trạm điều khiển gốc BSS Base Station System UM Um Air Interfacee c om Từ viết tắt MT Hệ thống trạm gốc cu u du on g th an co ng Giao diện vô tuyến MS iii CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BTS DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cấu trúc mạng GSM Hình 1.2 Băng tần GSM 900MHz Hình 1.3 Băng tần GSM 1800 MHz Hình 1.4 So sánh băng tần GSM900 GSM1800 Hình 1.5 Phương pháp phát tín hiệu 10 Hình 1.6 Kỹ thuật điều biên ASK 11 c om Hình 1.7 Kỹ thuật điều tần FSK 11 Hình Kỹ thuật điều pha PSK 11 ng Hình 1.9 Cơng suất thiết bị 12 co Hình 1.10 Quá trình thiết lập gọi 13 an Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch 14 th Hình 2.2 Module SIM800L 17 du on g Hình 2.3 Sơ đồ chân SIM800L 18 Hình 2.4 Ảnh vi điều khiển MSP430G2553 19 Hình 2.5 Cảm biến nhiệt LM35 20 cu u Hình 2.6 Sơ đồ mạch LM35 21 Hình 2.7 Modul nguồn 2596 22 Hình 2.8 Giao diện trình biên dịch enegia 23 Hình 2.9 Hình ảnh kit MSP430G2553 24 Hình 2.10 Mạch ngun lí khối modul sim 800L khối nguồn 24 Hình 2.11 Mạch nguyên lí khối MCU 25 Hình 2.12 Khối cảm biến dùng IC LM35 25 Hình 2.13 Khối thực thi 26 iv CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hình 2.14 Mạch in PCB 3D 27 Hình 2.15 Một số dụng cụ vật liệu em dùng đồ án 28 cu u du on g th an co ng c om Hình 2.16 Hình ảnh mạch thực tế 29 v CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt LỜI NÓI ĐẦU Song hành với phát triển ngành khoa học máy tính 60 năm qua, công nghệ điện tử có bước phát triển vượt bậc, với khả tích hợp ngày cao vi mạch Từ giúp tăng tốc độ xử lý, nâng cao độ tin cậy giảm giá thành sản phẩm Từ ứng dụng ban đầu chủ yếu lĩnh vực quân máy tính vi xử lý, ngày nay, đời họ vi điều khiển với việc tích hợp khối chức IC, vi xử lý chuyên dụng, với mạnh vốn có vi xử lý đa giúp cho việc ứng dụng kỹ thuật vi xử lý vào c om hệ thống phi máy tính trở nên đơn giản hơn, mở rộng đối tượng ứng dụng thành ngành công nghiệp điện tử đại Ta thấy ứng dụng chúng hệ thống máy tính lớn, hệ thống viễn thông sản phầm quen ng thuộc máy giặt, điều hòa, đèn giao thông, thiết bị nhà Từ yêu cầu thực tế, xu hướng đòi hỏi ngày cao sống với co phát triển mạnh mẽ nhiều thiết bị thơng minh di động Nhóm chúng em lựa an chọn đề tài " ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG SMS " nhằm điều khiển thiết bị th nhà từ nơi đâu có phủ mạng di động g Em xin chân thành cảm ơn TS.Ngơ Vũ Đức tận tình hướng dẫn bảo chúng du on em suốt thời gian thực đề tài Mặc dù có nhiều cố gắng, thời gian có hạn vốn kiến thức hạn chế nên đề tài nhiều thiếu sót Vì vậy, chúng em mong nhận đóng góp thầy bạn cu u Chúng em chân thành cảm ơn! CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ MẠNG GSM 1.1 Mạng GSM Định nghĩa GSM : GSM viết tắt từ " The Global System for Mobile Cpommunication" - Mạng thông tin di động toàn cầu GSM tiêu chuẩn chung cho thuê bao di động di chuyển vị trí địa lý khác mà giữ liên lạc Các mạng điện thoại GSM việt nam Ở Việt Nam nước Thế giới , c om mạng điện thoại GSM chiếm đa số, Việt Nam có mạng điện thoại GSM  Mạng Vinaphone  Mạng Mobiphone ng  Mạng Vietel co Công nghệ mạng GSM Các mạng điện thoại GSM sử dụng công nghệ TDMA - TDMA viết tắ t từ " Time Division Multiple Access " - Phân chia an truy cập theo thời gian Đây công nghệ cho phép máy di động sử th dụng chung kênh để đàm thoại , máy sử dụng 1/8 khe thời gian để truyền g nhận thông tin Công nghệ CDMA Khác với công nghệ TDMA mạng du on GSM công nghệ CDMA mạng :  Mạng Sphone u  Mạng EVN.Telecom cu  Mạng HTL CDMA viết tắt " Code Division Multiple Access " tức phân chia truy cập theo mã Công nghệ CDMA sử dụng mã số cho gọi, khơng sử dụng kênh để đàm thoại công nghệ TDMA mà sử dụng phổ tần (nhiều kênh lúc) cơng nghệ có tốc độ truyền dẫn tín hiệu cao công nghệ TDMA 1.2 Lịch sử phát triển mạng GSM Vào cuối kỷ 19, thí nghiệm nhà bác học người ITALYA Marconi Guglielmo (1874-1937, đạt giải Nobel Vật Lý năm 1909) cho ta thấy thơng tin CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt vơ tuyến thực liên lạc máy thu phát di động xa Loại mã sử dụng thời mã Morse đến năm 1928 hệ thống vô tuyến truyền thiết lập lần cho cảnh sát Đến năm 1933 sở cảnh sát Bayone New Jersy thiết lập hệ thống điện thoại di động tương đối hoàn chỉnh giới Các thiết bị thời sử dụng cồng kềnh, nặng, đầy tạp âm tốn nguồn sử dụng đèn điện tử, chất lượng mạng di động Tần số sóng vơ tuyến sử dụng dải thấp băng VHF lên liên lạc khoảng cách vài chục dặm Tuy thời c om quân đội ứng dụng cách hiệu trình triển khai chiến đấu đời sống như: Cảnh sát, cứu thương, cứu hỏa, hàng hải, hàng không Đến năm 1947 Bell Laboratories có ý tưởng mạng di động tế bào ng Nhưng công nghệ điện tử thời chưa phát triển lên đến năm 1981 hệ co thống vơ tuyến di động tế bào Châu Âu lắp đặt khu vực bán đảo Scan-đi-na-vơ, đầu dùng cho vài chục ngàn thuê bao Hệ thống an đời nhờ phát triển mạch tổ hợp tích hợp như: Các vi xử lý, th mạch tổng hợp tần số, chuyển mạch nhanh dung lượng lớn thường g gọi mạng vô tuyến di động mặt đất công cộng PLMRN (Public Land Mobile du on Radio Network), làm việc dải tần UHF Do năm 1982 Hội Nghị Bưu Chính Viễn Thơng Châu Âu CEPT (Conference of Post ang Telecommunications) thành lập nhóm chun mơn cu u thông tin di động GSM (Groupe Speciale Mobile) Nhóm có nhiệm vụ xác định hệ thống thơng tin di động cơng cộng tiêu chuẩn cho tồn Châu Âu hoạt động băng tần 900MHz Nhóm định xây dựng hệ thống tồn cầu cho thơng tin di động GSM (Global System for Mobile Communications - hệ thống tồn cầu cho thơng tin di động) Các thí nghiệm mơ tiến hành nhiều nước Châu Âu nhiều hệ thống với nhiều nguyên tắc chuẩn khác Tới năm 1986 có đề nghị chuẩn cho hệ thống GSM toàn Châu Âu thử nghiệm hội nghị diễn Pari Hội nghị tiến hành bỏ phiếu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt với 15 nước Châu Âu để chọn cấu hình chuẩn hệ thống GSM theo yêu cầu sau: Hiệu phổ, chất lượng âm thanh, giá thành máy di động, giá trạm cố định, tính tiện lợi, khả phục vụ với dịch vụ khả hoạt động với mạng hành Cho đến năm 1992 tồn Châu Âu có mạng tế bào khác 16 nước phục vụ cho 1,2 triệu th bao Lúc th bao di động mạng khơng tương thích nhau, dẫn đến giá thành thiết bị giá sử dụng dịch vụ cao dẫn đến số lượng thuê bao .c om Hệ thống GSM cho phép trạm di động (MS) mạng liên lạc với mà liên lạc với thuê bao nối tới mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network), ng mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN (Intergrated Services Digital Network) Các truyền tin ngắn SMS… co dịch vụ chủ yếu mạng GSM đời là: Truyền thoại, truyền số liệu, truyền fax, an 1.2.1 Đặc điểm truyền sóng mạng GSM th Đặc tính truyền sóng thơng tin vơ tuyến di động tín hiệu thu máy g thu bị thay đổi so với tín hiệu phát máy phát tần số, biên độ, pha thời du on gian giữ chậm Các thay đổi có tính chất phức tạp tác động chúng ảnh hưởng tới chất lượng liên lạc hay truyền liệu Nó phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố như: Địa hình, khoảng cách liên lạc, dải tần, khí quyển, mật độ thuê cu u bao…Tuy ta chia ảnh hưởng chúng thành: Ảnh hưởng hiệu ứng Dopler, tổn hao đường truyền, hiệu ứng pha-đinh tượng trải trễ Tổn hao đường truyền: Là lượng suy giảm mức điện thu so với mức điện phát Mức điện trung bình tín hiệu thu giảm dần theo khoảng cách, cơng suất tín hiệu diện tích mặt cầu sóng tới giảm dần theo khoảng cách anten phát anten thu, hấp thụ môi trường truyền sóng…Tổn hao đường truyền phụ thuộc vào: Tần số xạ, địa hình, mật độ thuê bao, mức độ di động chướng ngại vật, loại anten sử dụng…Trong mạng tế bào tổn hao tăng tỷ lệ với lũy thừa khoảng cách, tuân theo luật mũ 4 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 1.3 Cấu trúc mạng GSM 1.3.1 Sơ đồ mạng GSM Mỗi mạng điện thoại di động có nhiều tổng đài chuyển mạch MSC khu vực khác ( Ví dụ tổng đài miền Bắc, miền Trung, miền Nam) th an co ng c om Tổng đài lại có nhiều trạm thu phát vơ tuyến BSS g Hình 1.1 Cấu trúc mạng GSM du on 1.3.2 Chức thành phần mạng GSM Trạm di động MS: Là thuê bao dùng để truy nhập dịch vụ hệ thống u MS gồm có đầu cuối di động MT thiết bị đầu cuối TE Trong đầu cuối cu di động có Modul thông minh dùng để xác nhận thuê bao SIM (Subscriber Identity Module) mà thiếu SIM thiết bị di động truy nhập mạng GSM ngoại trừ số khẩn cấp như: Cảnh sát, cứu thương… Thực tế MS có nhiều hình dáng, kích thước chức khác nhau, điều tuỳ thuộc vào nhà sản xuất hay dịch vụ mạng GSM MS có chức là: Chức truyền liệu chức liên quan đến truyền dẫn giao diện vô tuyến Trạm thu phát gốc BTS: Thực chức thu phát vô tuyến trực tiếp đến thuê bao di động MS tế bào BTS quản lý thơng qua giao diện vơ tuyến Um như: Phát quảng bá thông tin hệ thống, thực thu phát CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om ng co an cu u du on g 2.6 Mạch ngun lí th Hình 2.9 Hình ảnh kit MSP430G2553 Hình 2.10 Mạch ngun lí khối modul sim 800L khối nguồn 24 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om cu u du on g th an co ng Hình 2.11 Mạch ngun lí khối MCU Hình 2.12 Khối cảm biến dùng IC LM35 25 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om ng Hình 2.13 Khối thực thi co Giải thích mạch nguyên lí: modul Sim800L giao tiếp với MCU qua cổng UART an MCU gửi lệnh set up thông số cần thiết nhận thông tin từ số điện th thoại khác gửi đến thực thi lệnh qua khối điều khiển dựa thông tin nhận cu u du on g 26 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt co ng c om 2.7 Mạch in PCB cu u du on g th an Hình Mạch in PCB Hình 2.14 Mạch in PCB 3D 27 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2.8 Chế tạo 2.8.1 Dụng cụ vật liệu Dụng cụ vật liệu em sử dụng tiến hành làm mơ hình gồm có :  Dụng cụ : Khoan, vít, kéo, kiềm, búa, thước đo, mỏ hàn chì, súng bắn keo, cọ quét v.v  Vật liệu : Gỗ, mica, chì hàn, keo nến, dây diện, ốc bắt gỗ, vật liệu cắt dán u du on g th an co ng c om thủ công, thiết bị linh kiện cần dùng cho đồ án Hình 2.15 Một số dụng cụ vật liệu em dùng đồ án cu 2.8.2 Thi công mạch in Giai đoạn nhóm tiến hành in sơ đồ mạch in bo mạch điều khiển, sau đặt ủi ngâm mạch, mua linh kiện mạch tiệm bán linh kiện điện tử Tiếp theo khoan lỗ chân linh kiện, lắp linh kiện lên bo mạch theo sơ đồ nguyên lý hàn thiếc chân linh kiện 2.8.3 Thiết kế thi cơng mơ hình Nạp code cho MCU chạy thử nghiệm 28 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om Hình 2.16 Hình ảnh mạch thực tế ng 2.9 Kết luận chương Như vậy, chương trình bày thiết kế, chế tạo mạch điều co khiển thiết bị gia đình SMS Mạch thiết kế điều khiển, hoạt động tốt cu u du on g th an ổn định 29 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt TỔNG KẾT Bài tập lớn " ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ GIA ĐÌNH BẰNG SMS " đề tài có tính ứng dụng cao thực tế Qua trình thực đề tài chúng em có hội áp dụng kiến thức học tập lớp : kiến thức Điện điện tử, kiến thức lập trình C, kiến thức tập lệnh Module SIM…  Qua tập lớn này, nhóm thiết kế :  Mạch điện với module nhỏ mạch thiết kế, thi cơng hồn c om chỉnh thử nghiệm nhiều lần, hoạt động ổn định thực tế  Hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua tin nhắn SMS : Sau gửi tin nhắn, xử lí thực thi q trình xử lí, sau ng điều khiển thiết bị cách tự động co  Hệ thống có khả bảo mật tốt, nghĩa người sử dụng phải biết lệnh điều khiển có số điện thoại lưu lưu MCU điều an khiển thiết bị ngơi nhà th  Hệ thống có chức cảnh báo cố : Khối cảnh báo trộm, báo cháy, g báo rị gas thiết kế, lập trình kết hợp với trung tâm xử lí, có khả du on gửi thông tin liệu tới trung tâm xử lí  Hướng phát triển: u Mục tiêu đề dù hoàn thành phần khía cạnh cu tiêu chuẩn nhà thơng minh Vì vậy, để đề tài thêm phong phú, mang nhiều tính thực tế, ứng dụng cao cần đưa thêm vào yêu cầu sau :  Ngoài việc điều khiển giám sát tin nhắn SMS, người dùng điều khiển – giám sát nhà thông qua mạng GPRS  Sử dụng thêm nhiều loại cảm biến khác phục vụ nhu cầu người : cảm biến độ ẩm, cảm biến chuyển động, cảm biến âm thanh, v.v  Mở rộng điều khiển nhiều thiết bị nhà 30 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Đề tài áp dụng cho với nhà mà nên mở rộng áp dụng cho thiết bị sử dụng nơi công cộng, trung tâm cu u du on g th an co ng c om thương mại, cao ốc, văn phòng, v.v 31 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kỹ thuật lập trình C – GS Phạm Văn Ất [2] http://codientu.org [3] https://123doc.org/doc_search_title/1301869-lap-trinh-vi-dieu-khien-msp430.htm cu u du on g th an co ng c om [4] Bai giang vi xu ly- Pham Hung Kim Khanh 32 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om ng co an th g du on u cu 33 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt PHỤ LỤC Code cho MCU #include #include int k=0; int g; int h=90; c om int m=0; void setup(void) { ng pinMode(15, OUTPUT); pinMode(14, OUTPUT); co digitalWrite(14, HIGH); th digitalWrite(15, LOW); an delay(2000); digitalWrite(14, LOW); delay(1000); du on g Serial.begin(9600); Serial.println("AT+CNMI=2,2,0,0,0"); { cu } u while (Serial.find("OK") == 0) digitalWrite(14, HIGH); delay(200); // wait for a second digitalWrite(14, LOW); delay(2000); Serial.println("AT+CMGF=1"); while (Serial.find("OK") == 0) { } 34 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt digitalWrite(14, HIGH); delay(200); digitalWrite(14, LOW); delay(200); } void loop() { int j; c om char charac[80]; while (Serial.available() > 0) { ng for(int q=0;q