3.1.1. Nguyờn lý ghộp nối Modem
a. Ghộp nối Modem với hệ truyền dữ liệu.
Mỏy tớnh đƣợc thiết kế cú cỏc cổng vào ra (I/O ports) để trao đổi số liệu với cỏc thiết bị ngoại vi. Khi ở cự ly gần, số liệu cú thể truyền song song cỏc bit để nõng cao tốc độ cổng giao tiếp để truyền số liệu, theo cỏch này gọi là cổng song song (Parallel port) điển hỡnh là cổng nối với mỏy in.
Khi truyền số liệu đi xa, khụng thể truyền song song cỏc bit mà phải truyền nối tiếp theo phƣơng thức đồng bộ hay khụng đồng bộ (Serial Syncronous hay Serial ASyncronous).
b. Một số chuẩn ghộp nối thiết bị
Bộ vi xử lý giao tiếp với cỏc thiết bị ngoại vi qua khối phối ghộp. Bộ phối ghộp cụ thể giữa bus hệ thống với cỏc ngoại vi thƣờng đƣợc gọi là cỏc cổng, nhƣ vậy ta sẽ cú cỏc cổng vào để lấy thụng tin, cỏc cổng ra để đƣa thụng tin từ trong hệ ra ngoài. Tuỳ theo nhu cầu cụ thể của cụng việc, cỏc mạch cổng này cú thể đƣợc xõy dụng từ cỏc mạch logic đơn giản hoặc từ cỏc vi mạch chuyờn dụng lập trỡnh đƣợc.
Với mục đớch sử dụng bộ vi điều khiển để thực hiện điều khiển thu thập dữ liệu thiết lập cỏc đƣờng truyền số liệu. Cỏc thiết bị chuẩn thƣờng đƣợc nối ghộp với bộ vi điều khiển theo cỏc chuẩn nối ghộp. Đề tại lựa chọn chuẩn Ghộp nối nối tiếp - chuẩn RS-232 và RS-485 thụng dụng.
48
Hỡnh 3.1: Chuẩn giao tiếp truyền thụng RS232
Chuẩn RS-232 là chuẩn truyền tin nối tiếp tiờu chuẩn (Standard) của hiệp hội cụng nghiệp điện tử (ElectronicIndustries Asociation: EIA) để trao đổi số liệu và cỏc tớn hiệu điều khiển giữa một thiết bị đầu cuối số liệu (DTE-Data Terminal Equipment) và một thiết bị truyền dẫn số liệu (DCE- Data Communication Equipment). Cỏc tớn hiệu điều khiển của của phƣơng phỏp này bao gồm:
- TxD (Transmit Data): số liệu phỏt, TxD là đƣờng truyền số liệu từ mỏy ra Modem, dóy tớn hiệu nhị phõn đƣợc truyền nối tiếp, khụng đồng bộ.
- RxD (Receive Data) : số liệu thu. RxD là đƣờng thu số liệu từ Modem vào mỏy tớnh.
- RTS (Requet To Send): tớn hiệu yờu cầu phỏt. Mỏy tớnh bỏo cho Modem biết cú yờu cầu truyền số liệu.
DTE Thiết bị đầu cuối số liệu DCE Thiết bị truyền dẫn số liệu TxD RxD DSR DTE C D CTS RTS RI SGND FGND
49
- CTS (Clear To Send): Tớn hiệu cho phộp phỏt. Modem bỏo cho mỏy tớnh biết rằng nú đó sẵn sàng phỏt.
- DSR (Data Set Ready): tớn hiệu thiết bị số liệu sẵn sàng. Modem bỏo cho mỏy tớnh biết rằng đó sẵn sàng làm việc .
- CD (Carier Detect): thiết lập đƣờng truyền. Modem bỏo đó phỏt hiện đƣợc súng mang.
- RI (Ring Indicate): chỉ thị bỏo gọi. Modem bỏo cú tớn hiệu gọi tới.
Cú thể coi chuẩn RS485 là một phỏt triển của RS232 trong việc truyền dữ liệu nối tiếp. Những bộ chuyển đổi RS232/485 cho phộp ngƣời dựng giao tiếp bất kỳ thiết bị mà sử dụng liờn kết nối tiếp RS232 thụng qua liờn kết RS485. Liờn kết 485 đƣợc hỡnh thành cho việc thu thập dữ liệu ở khoảng cỏch xa và điều khiển cho những ứng dụng. Những đặc điểm nổi trội của RS485 là nú cú thể hỗ trợ mạng lờn đến 32 trạm thu phỏt trờn cựng 1 đƣờng truyền,
Liờn kết RS485 đƣợc ứng dụng rộng rói, nơi mà mụi trƣờng nhiễu khỏ cao và sự tin tƣởng vào tớnh ổn định của hệ thống. Bờn cạnh đú kahr năng truyền thụng qua khoảng cỏch xa ở tốc độ cao cũng đƣợc quan tõm, đặc biệt là những nơi cú nhiều trạm giao tiếp đƣợc trải ra trờn diện rộng.
Sau đõy là một số vấn đề liờn quan đến chuẩn RS485.
- Truyền cõn bằng: Hệ thống truyền dẫn cõn bằng gồm 2 dõy tớn hiệu A và B
nhƣng khụng cú dõy mass. Sở dĩ gọi là cõn bằng là do tớn hiệu trờn dõy này ngƣợc với tớn hiệu trờn dõy kia, nghĩa là dõy kia phỏt mức cao thỡ dõy này phỏt mức thấp và ngƣợc lại.
50
Hỡnh 3.2: kiểu truyền cõn bằng 2 dõy.
Hỡnh 3.3: tớn hiờu trờn 2 dõy của hệ thống cõn bằng.
- Mức tớn hiệu: Với 2 dõy A và B truyền dẫn cõn bằng, tớn hiệu mức cao TTL
đƣợc quy định khi ỏp của dõy A lớn hơn ỏp dõy B tối thiểu là 200mV, tớn hiệu mức thấp TTL đƣợc quy định khi ỏp dõy A nhỏ hơn dõy B tối thiểu cuóng là 200mV.
- Cặp dõy xoắn: Nhƣ chớnh tờn gọi cảu nú, cặp dõy xoắn đơn giản chỉ là cặp dõy
cú chiều dài bằng nhau và đƣợc xoắn lại với nhau. Sử dụng cặp dõy xoắn sẽ giảm thiểu đƣợc nhiễu, nhất là khi truyền ở khoảng cỏch xa và tốc độ cao.
51
Hỡnh 3.4: Cặp dõy xoắn trong RS485
3.1.2. Giới thiệu vi mạch SIMCOM900
Module khụng dõy SIM900 của hóng SIMCom là module GSM/GPRS Quad- band đƣợc thiết kết với 1 bộ xử lý đơn chip mạnh mẽ tớch hợp lừi AMR926EJ-S cho phộp thiết bị nhỏ gọn và là giải phỏp kết nối qua GPRS hiệu quả. Với chuẩn giao diện cụng nghiệp, SIM900 hỗ trợ hiệu suất tối đa cho đàm thoại, SMS, data, FAX với mức tiờu thụ thấp.Kớch thƣớc 24x24x3 (mm), SIM900 phự hợp với cỏc yờu cầu về thiết kế mỏng, nhỏ gọn.
Hỡnh 3.5: Vi mạch SIM900 của hóng SIMCOM
Tớnh năng
Quad-band 850/900/1800/1900 MHz
GPRS multi-slot classs 10/8
GPRS mobile station class B
Tƣơng thớch GSM pha 2/2+
- Class 4 (2W @850/900 MHz) - Class 1 (1W @1800/1900 MHz)
52
Kớch thƣớc: 24*24*3mm
Khối lƣợng: 3.4g
Điều khiển qua lệnh AT
Bộ cụng cụ ứng dụng SIM
Cấp nguồn 3.2-4.8V
Tiờu thụ thụ nguồn thấp: 1.0mA (chế độ chờ)
Nhiệt độ làm việc: -40oC - +85oC Thụng số kỹ thuật FAX
Group 3, class 1 Thụng số kỹ thuật Data
GPRS Class 10: max 85.6 kbps (downlink)
Hỗ trợ PBCCH Phƣơng phỏp mó húa CS 1, 2, 3, 4 CSD lờn tới 1404 kbps USSD Chế độ Non transparent PPP-stack Thụng số kỹ thuật SMS
Point to Point MO and MT
SMS cell broadcast
Text and PDU mode Tớnh năng phần mềm
Giao thức 0701 MUX
Giao thức TCP/UDP nhỳng
FTP/HTTP Firmware
53 FOTA MMS Java Tập lệnh AT nhỳng Thụng số kỹ thuật Voice Tricodec - Half rate (HR) - Full rate (FR)
- Enhanced Full rate (EFR)
Hands-free operation - (Echo suppression) AMR - Half rate (HR) - Full rate (FR) Giao diện
Giao diện thẻ SIM 3V/ 1.8V
Giao diện analog audio
RTC backup
Giao diện SPI
Giao diện Serial
Ăn-ten I2C GPIO PWM ADC Khả năng tƣơng thớch
54
Giao diện tập lệnh di động AT
3.1.3. Thiết kế modem truyền dữ liệu sử dụng vi mạch SIM900
- Modem đƣợc thiết kế để thực hiện giải phỏp đọc chỉ sooscoong tơ tự động từ xa qua mạng viễn thụng di động GSM của . Mục này sẽ trỡnh bày thiết kế trờn sơ đồ khối và nguyờn lý của modem này.
Do khuụn khổ của luận văn, những chi tiết thiết kế nguyờn lý (sơ đồ mạch điện, lựa chọn linh kiện . . .) sẽ khụng đƣợc trỡnh bày cụ thể ở đõy.
Sơ đồ khối của Modem GPRS
Hỡnh 3.6: Sơ đồ khối Modem GPRS
Khay SIM Anten
Power RS232/485 Led bỏo EEPROM
hiệu
Atmega128 SIM900
55 Cỏc khối cú cỏc chức năng chớnh nhƣ sau:
- Khối vi điều khiển trung tõm ATMega128: Khối vi điều khiển cú chức năng điều khiển module SIM900 để module tự động kết nối đến mỏy chủ cú địa chỉ IP tĩnh trong mạng Internet thụng qua mạng viễn thụng GSM theo chuẩn TCP/IP đồng thời cú chức năng trung gian truyền dữ liệu giữa mỏy chủ và cụng tơ qua chuẩn truyền thụng RS232/485.
- Module SIM900 của hóng SIMCOM là nhà sản xuất và độc quyền nờn ngƣời dựng khụng thể lập trỡnh đƣợc.
- RS232/485 là khối dựng IC Max232 và max485 chuyờn dụng để chuyển dữ liệu giữa hai giao thức truyền thụng UART và RS232/485 để kết nối giữa UART trờn bộ vi xử điều khiển trung tõm và cụng tơ điện tử.
- Bộ nhớ EEPROM: là khối dựng để lƣu trữ cỏc thụng tin cấu hỡnh Modem theo chuẩn I2C.
- Khối LED bỏo hiệu: là khối để bỏo cho ngƣời dựng biết trạng thỏi hoạt động của Modem.
- Khối nguồn: là khối cấp nguồn cho Modem Sơ đồ nguyễn lý tổng thể Modem GPRS:
56
Hỡnh 3.7: Sơ đồ nguyờn lý Modem GPRS
- Tập lệnh AT sử dụng điều khiển module GSM/GPRS:
Cấu hỡnh cho phần cứng: module SIM900 truy cập GPRS:
Khởi tạo cấu hỡnh mặc định cho module(MT: module. TE: mỏy tớnh hoặc thiết bị điều khiển module):
57
58 Diễn giải:
1) ATZ<CR>:Reset modem, kiểm tra modem dó hoạt động bỡnh thƣờng chƣa. Gửi nhiều lần cho chắc ăn, cho đến khi nhận đƣợc chuỗi
ATZ<CR><CR><LF>OK<CR><LF>
2) ATE0<CR>:Tắt chế độ echo lệnh. Chuỗi trả về cú dạng
ATE0<CR><CR><LF>OK<CR><LF>
3) AT+CLIP=1<CR>: Định dạng chuỗi trả về khi nhận cuộc gọi.
Thụng thƣờng, ở chế độ mặc định, khi cú cuộc gọi đến, chuỗi trả về sẽ cú dạng:
<CR><LF>RING<CR><LF>
Sau khi lệnh AT+CLIP=1<CR> đó đƣợc thực thi, chuỗi trả về sẽ cú
dạng:
<CR><LF>RING<CR><LF>
<CR><LF>+CLIP: "0929047589",129,"",,"",0<CR><LF>
Chuỗi trả về cú chứa thụng tin về số điện thoại gọi đến. Thụng tin này cho phộp xỏc định việc cú nờn nhận cuộc gọi hay từ chối cuộc gọi. Kết thỳc cỏc thao tỏc khởi tạo cho quỏ trỡnh nhận cuộc gọi. Cỏc bƣớc khởi tạo tiếp theo liờn quan đến cỏc thao tỏc truyền nhận tin nhắn.
4) AT&W<CR>: Lƣu cấu hỡnh cài đặt đƣợc thiết lập bởi cỏc lệnh ATE0 và AT+CLIP vào bộ nhớ.
5) AT+CMGF=1<CR>: Thiết lập quỏ trỡnh truyền nhận tin nhắn đƣợc thực hiện ở chế độ text (mặc định là ở chế độ PDU). Chuỗi trả về sẽ cú dạng:
<CR><LF>OK<CR><LF>
6) AT+CNMI=2,0,0,0,0<CR>: Thiết lập chế độ thụng bỏo cho TE khi MT nhận đƣợc tin nhắn mới. Chuỗi trả về sẽ cú dạng:
<CR><LF>OK<CR><LF>
59
SIM, và MT khụng truyền trở về TE bất cứ thụng bỏo nào.TE sẽ đọc tin nhắn đƣợc lƣu trong SIM trong trƣờng hợp cần thiết.
7) AT+CSAS<CR>: Lƣu cấu hỡnh cài đặt đƣợc thiết lập bởi cỏc lệnh
AT+CMGF và AT+CNMI.
8) AT+CIPMODE=0<CR>: Lựa chọn phƣơng thức giao tiếp với modem để điều khiển quỏ trỡnh truyền nhận dữ liệu bằng GPRS. Cú hai phƣơng thức: - AT+CIPMODE=0: dựng lệnh AT.
- AT+CIPMODE=1: TE truyền nhận dữ liệu trực tiếp với mạng GSM, modem chỉ đúng vai trũ là thiết bị trung chuyển dữ liệu, mà khụng thực hiện thờm bất cứ thao tỏc nào khỏc.
Phƣơng phỏp dựng lệnh AT đƣợc lựa chọn vỡ tớnh đơn giản, dễ điều khiển, vỡ cỏc thao tỏc với dữ liệu ở cỏc lớp trờn sẽ đƣợc modem thực hiện thay cho TE.
9) AT+CDNSORIP=0<CR>
Lựa chọn phƣơng thức định địa chỉ cho GPRS server. Cú hai phƣơng thức:
- AT+CDNSORIP=0: định dịa chỉ trực tiếp bằng địa chỉ IP của GPRS server.
- AT+CDNSORIP=1: định địa chỉ giỏn tiếp thụng qua tờn miền của GPRS server.
Địa chỉ IP của GPRS server sẽ đƣợc truy vấn thụng qua hệ thống tờn miền DNS (Domain Name System). Để đơn giản và tăng tốc độ kết nối và giảm rủi ro, phƣơng thức định địa chỉ trực tiếp bằng địa chỉ IP đƣợc lựa chọn.
60
Thiết lập phƣơng thức thực hiện kết nối GPRS. Cú hai phƣơng thức kết nối dữ liệu: đú là kết nối thụng qua hệ thống chuyển mạch mạch CSD (Circuit Switch Data) dựa trờn đƣờng truyền vụ tuyến của mạng GSM (tƣơng tự nhƣ việc thực hiện một cuộc gọi data call) và phƣơng phỏp chuyển mạch gúi GPRS. CSD cú lợi thế về vựng phủ súng, nhƣng giỏ cƣớc đắt (giỏ cƣớc đƣợc tớnh theo thời gian kết nối), tốn băng thụng vụ tuyến (chiếm trọn kờnh truyền vụ tuyến) và module và SIM900 khụng hỗ trợ TCP stack cho phƣơng thức kết nối trờn, điều đú gõy nhiều khú khăn cho quỏ trỡnh truyền nhận dữ liệu. Phƣơng thức kết nối bằng GPRS tuy gặp phải sự hạn chế về vựng phủ súng nhƣng lại cú đƣợc mọi ƣu thế khỏc so với CSD. Đú cũng là nguyờn nhõn GPRS đƣợc lựa chọn trong phạm vi ứng dụng của hệ thống.
Phƣơng thức kết nối GPRS và cỏc tham số đƣợc thiết lập tƣơng ứng với cỏc tham số của dịch vụ GPRS của nhà cung cấp dịch vụ mạng di động GSM Mobi Fone tại Việt Nam. Cần thay đổi cỏc tham số phự hợp, tƣơng ứng với mạng di động đƣợc lựa chọn:
• Mạng GPRS của Mobi Fone:
AT+CIPCSGP=1,”m-wap”,”mms”,”mms”<CR>
• Mạng GPRS của Vina Fone:
AT+CIPCSGP=1,”m3-world”,”mms”,”mms”<CR>
• Mạng GPRS của Viettel Mobile:
AT+CIPCSGP=1,”v-internet”,,<CR>
11)AT+CIPHEAD=1<CR>: Thờm phần header “+IPDx:” (x là số byte dữ liệu nhận đƣợc) vào phớa trƣớc phần dữ liệu nhận đƣợc.
12)AT+CIPSPRT=1<CR>: Thiết lập định dạng cho quỏ trỡnh truyền dữ liệu bằng lệnh AT+CIPSEND.
61 đƣợc.
14)AT+CIPSCONT<CR>: Lƣu lại cấu hỡnh thiết lập dựng cho quỏ trỡnh kết nối và truyền nhận dữ liệu bằng GPRS.
Cỏc lệnh trờn chỉ cần đƣợc thực thi 1 lần, sau đú lƣu lại và trở thành cấu hỡnh mặc định của modem. Cấu hỡnh mặc định này khụng thay đổi, kể cả khi mất nguồn.Phần khởi tạo này khụng liờn quan đến quỏ trỡnh hoạt dộng sau này của modem. Do đú cú thể khởi tạo riờng trƣớc khi đƣa vào vận hành hệ thống.
Truyền nhận thụng bỏo về tỡnh trạng GPRS:
Cỏc thụng số này cần đƣợc cấu hỡnh mỗi khi module bị reset
Bảng: Cỏc lệnh tra cứu trạng thỏi GPRS
AT+CGREG=1<CR>, lệnh này cho phộp modem gửi cỏc thụng bỏo trạng thỏi kết nối GPRS về TE. Khi vị trớ của modem thay đổi từ vựng phủ súng GPRS sang vựng chƣa phủ súng GPRS, modem sẽ gửi về chuỗi <CR><LF>+CGREG: 0<CR><LF>
Trong trƣờng hợp modem ở ngoài vựng phủ súng GPRS một thời gian đủ lõu, kết nối GPRS sẽ bị ngắt, và modem gửi về chuỗi:
<CR><LF>+PDP: DEACT<CR><LF>
62
<CR><LF>+CGREG: 1<CR><LF>
Việc xỏc định trạng thỏi kết nối GPRS tại vị trớ hiện tại của modem cho phộp chuyển đổi linh hoạt hơn phƣơng thức truyền nhận dữ liệu (vớ dụ nhƣ chuyển sang truyền nhận bằng SMS) giỳp bảo đảm kết nối đƣợc liờn tục.
Trong trƣờng hợp cần khảo sỏt vựng phủ súng GPRS, cú thể khởi tạo bằng lệnh:
AT+CGREG=2<CR>
Ngoài thụng tin về trạng thỏi súng GPRS, khi lệnh trờn đƣợc khởi tạo, khi modem chuyển từ cell này sang cell khỏc, hoặc từ vựng phủ súng này sang vựng phủ súng khỏc, chuỗi trả về sẽ cú dạng:
<CR><LF>+CGREG:<stat>,<lac>,<ci><CR><LF>
Ngoài thụng tin về trạng thỏi vựng phủ súng GPRS, cỏc thụng tin khỏc nhƣ Cell ID (<ci>) và vựng phủ súng (<lac>) cũng đƣợc modem gửi về, cho kết quả khảo sỏt chi tiết hơn.
Thiết lập kết nối
Bảng: Lệnh thiết lập kết nối TCP
1) AT+CIPSHUT<CR>
Hủy bỏ kết cỏc nối trƣớc đú, đƣa trạng thỏi kết nối của module SIM900 về trạng thỏi ban đầu (IP INITIAL).
63
<CR><LF>OK<CR><LF>
Trong trƣờng hợp module trƣớc đo đó ở trạng thỏi IP INITIAL, chuỗi trả về sẽ cú dạng:
<CR><LF>ERROR<CR><LF>
2) AT+CIPSTART=”TCP”,”222.252.96.179”,”2505”<CR>
Thiết lập kết nối với GPRS server cú địa chỉ IP là“222.252.96.179”, port 2505 với phƣơng thức truyền nhận là TCP. Server này chớnh là mỏy tớnh cú cài phần mềm trung tõm làm nhiệm vụ nhận dữ liệu và gửi lệnh điều khiển.
Chuỗi trả về sẽ cú dạng:
<CR><LF>OK<CR><LF>
Nếu kết nối đƣợc thực hiện thành cụng, trong khoảng từ 3 đến 4 giõy, module sẽ gửi về một chuỗi thụng bỏo kết nối đƣợc thực hiện thành cụng:
<CR><LF>CONNECT OK<CR><LF>
Nếu sau khoảng thời gian trờn mà khụng nhận đƣợc chuỗi thụng bỏo kết nối thành cụng, kết nối chắc chắn sẽ khụng thực hiện đƣợc, cần xem lại cỏc trƣờng hợp sau trƣớc khi bắt đầu khởi tạo lại kết nối từ bƣớc 1:
Module đang ở trạng thỏi PDP Deactiviated: do khụng cú dữ liệu truyền
đi trờn một đƣờng truyền đó đƣợc thiết lập trong một thời gian dài (khoảng vài giờ đồng hồ), hệ thống mạng sẽ tự động hủy kết nối và đƣa module trở về trạng thỏi PDP Deactiviated. Trong trƣơng hợp này cần reset lại module (dựng lệnh “AT+CFUN=0” và “AT+CFUN=1”) trƣớc khi bắt đầu thiết lập kết nối.
64
Bảng: Cỏc lệnh gửi dữ liệu lờn Server
1) AT+CIPSEND=18<CR>
Truyền một gúi dữ liệu cú số kớ tự cần truyền đi là 18.Số kớ tự tối đa cú thể