Module GSM/GPRS SIM900

4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?

4.4 Module GSM/GPRS SIM900

4.4.1 Giới thiệu tổng quan về GSM 4.4.1.1 Khái niệm GSM

GSM là viết tắt của từ " Global System for Mobile Communication" - Mạng thông tin di động toàn cầu. Một trong những công nghệ về mạng điện thoại di động phổ biến nhất trên thế giới. Là tiêu chuẩn chung cho các thuê bao di động di chuyển giữa các vị trí địa lý khác nhau mà vẫn giữ được liên lạc. Các mạng điện thoại GSM sử dụng công nghệ TDMA (Time Division Multiple Access " - Phân chia các truy cập theo thời gian). Đây là công nghệ cho phép 7 máy di động có thể sử dụng chung 1 kênh để đàm thoại, mỗi máy sẽ sử dụng 1/8 khe thời gian để truyền và nhận thông tin.

23

4.4.1.2 Lịch sử phát triển của GSM

Vào đầu những năm 1980 tại châu Âu người ta phát triển một mạng điện thoại di động chỉ sử dụng trong một vài khu vực. Sau đó vào năm 1982 nó được chuẩn hoá bởi (CEPT : European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) và tạo ra Groupe Special Mobile (GSM) với mục đích sử dụng chung cho toàn Châu Âu. Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tiên bởi nhà khai thác Radiolinja ở Finland. Vào năm 1989 công việc quản lý tiêu chuẩn và phát triển mạng GSM được chuyển cho viện viễn thông châu Âu (European Telecommunications Standards Institute (ETSI)), các tiêu chuẩn, đặc tính của công nghệ GSM được công bố vào năm 1990. Đến cuối năm 1993 đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48 quốc gia.

4.4.1.3 Cấu trúc mạng di động

Hình 4.6: Cấu trúc mạng thông tin di động

EIR ( Equipment Indentity Register) : Chứa số liệu phần cứng của thiết bị.

Trung tâm xác thực (AuC) là một cơ sở dữ liệu bảo vệ chứa bản sao các khoá bảo mật của mỗi card SIM, được dùng để xác thực và mã hoá trên kênh vô tuyến.

Hệ thống trạm gốc ( Base Station Subsystem) điều khiển kết nối vô tuyến với trạm di động. Hệ thống trạm gốc gồm có hai phần: Trạm thu phát gốc (BTS) và Trạm điều khiển gốc (BSC: là kết nối giữa trạm di động và tổng đài chuyển mạch di động MSC).

Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động (MSC), thực hiện việc chuyển mạch cuộc gọi giữa các thuê bao di động và giữa các thuê bao di động với thuê bao của mạng cố định.

24

Hệ thống trạm gốc ( Base Station Subsystem) điều khiển kết nối vô tuyến với trạm di động.

HLR bao gồm tất cả các thông tin quản trị cho các thuê bao đã được đăng ký của mạng GSM, cùng với vị trí hiện tại của thuê bao. Chỉ có một HLR logic cho toàn bộ mạng GSM mặc dù nó có thể được triển khai dưới dạng cơ sở dữ liệu phân bố.

Bộ ghi địa chỉ tạm trú (VLR) bao gồm các thông tin quản trị được lựa chọn từ HLR, cần thiết cho điều khiển cuộc gọi và cung cấp dịch vụ thuê bao, cho các di động hiện đang ở vị trí mà nó quản lý. Mặc dù các chức năng này có thể được triển khai ở các thiết bị độc lập nhưng tất cả các nhà sản xuất tổng đài đều kết hợp VLR vào MSC, vì thể việc điều khiển vùng địa lý của MSC tương ứng với của VLR nên đơn giản được báo hiệu.

4.4.2 Giới thiệu về module sim 900 4.4.2.1 Tổng quan về sim 900 4.4.2.1 Tổng quan về sim 900

Hình 4.7: Sim 900

Sim900 là một module GSM/GPRS cực kỳ nhỏ gọn, được thiết kế cho thị trường toàn cầu. Sim900 hoạt động được ở 4 băng tần GSM 850MHz, EGSM 900MHz, DCS 1800MHz và PCS 1900MHz như là một loại thiết bị đầu cuối với một chip xử lý đơn nhân đầy sức mạnh, tăng cường các tính năng quan trọng dựa trên nền vi xử lý ARM926EJ-S, mang lại nhiều lợi ích từ kích thước nhỏ gọn (24x24 mm), đáp ứng những yêu cầu về không gian trong các ứng dụng M2M.

25

4.4.2.2 Sơ đồ chân Sim 900

26

4.4.2.3 Module sim 900

Hình 4.9: Module Sim 900 Thông số kĩ thuật:

Nguồn cấp: 3,5V - 4,5V, có thể sử dụng với nguồn dòng thấp từ 500mAh trở lên (như cổng USB, nguồn từ Board Arduino).

Dòng khi ở chế độ chờ: 10 mA.

Dòng khi hoạt động: 100 mA đến 2A.

Kích thước: 2.5 cm x 3.1 cm.

Nhiệt độ hoạt động: -30oC đến 80oC.

Tốc độ GPRS: download đạt: 85.6kpbs; upload data: 42.8kpbs. Hỗ trợ đồng hồ thời gian thực, lập trình bằng tập lệnh AT. Chức năng các chân:

VCC: Nguồn vào 5V. TXD: Chân truyền Uart TX. RXD: Chân nhận Uart RX. Headphone: Chân phát âm thanh.

Microphone: Chân nhận âm thanh (phải gắn thêm Micro từ GND vào chân này thì mới thu được tiếng).

GND: Chân Mass, cấp 0V.

4.4.2.4 Các chế độ hoạt động của module sim 900

GSM/GPRS SLEEP: Module sẽ tự động chuyển sang chế độ SLEEP nếu DTR được

thiết lập mức cao và ở đó không có ngắt phần cứng như ngắt GPIO hoặc dữ liệu trên port nối tiếp. Trong trường hợp này, dòng tiêu thụ của module sẽ giảm xuống mức thấp nhất.Trong suốt chế độ SLEEP, module vẫn có thể nhận gói tin nhắn hoặc SMS tự hệ thống.

27

GSM IDLE: Phần mềm tích cực. Module kết nối mạng GSM và module sẵn sàng gửi và nhận.

GSM TALK: Kết nối vẫn tiếp tục diễn ra giữa 2 thuê bao, nhưng không có dữ liệu được gửi hoặc nhận. Trong trường hợp này, năng lượng tiêu thụ phụ thuộc vào thiết lập mạng và cấu hình GPRS.

GPRS STANDBY: Module sẵn sàng truyền dữ liệu GPRS, nhưng không có dữ liệu nào được gửi và nhận. Trong trường hợp này, năng lượng tiêu thụ phụ thuộc vào thiết lập mạng và cấu hình GPRS.

GPRS DATA: Xảy ra việc truyền dữ liệu GPRS. Trong trường hợp này, năng lượng tiêu thụ liên quan tới việc thiết lập mạng ( mức điều khiển nguồn), tốc độ uplink/downlink và cấu hình GPRS (sử dụng thiết lập multi-slot).

4.4.2.5 Các tập lệnh AT test module sim 900

Các tập lệnh AT là các hướng dẫn được sử dụng để điều khiển một modem.AT là một cách viết gọn của chữ Attention. Mỗi dòng lệnh của nó bắt đầu với “AT” hay “at”. Đó là lý do tại sao các lệnh modem được gọi là các lệnh AT. Bên cạnh bộ lệnh AT thông dụng này, các modem GSM/GPRS và các điện thoại di động còn được hỗ trợ bởi một bộ lệnh AT đặc biệt đối với công nghệ GSM. Nó bao gồm các lệnh liên quan tới SMS như: AT+CMGS (gửi tin nhắn SMS), AT+CMSS (gửi tin nhắn SMS từ một vùng lưu trữ), AT+CMGL (liệt kê các tin nhắn SMS) và AT+CMGR (đọc tin nhắn SMS).

Tắt ứng dụng GSM của module SIM900: Các cách được sử dụng để tắt ứng dụng GSM của module SIM900:

Sử dụng chân PWRKEY (kéo mức thấp trong một khoảng thời gian ngắn. Module sẽ gửi thông báo: NORMAL POWER DOWN).

Sử dụng lệnh AT.

4.4.3 Tổng quan về tin nhắn SMS

SMS là từ viết tắt của Short Message Service. Đó là một công nghệ cho phép gửi và nhận các tín nhắn giữa các điện thoại với nhau. Dữ liệu có thể được lưu giữ bởi một tin nhắn SMS là rất giới hạn. Một tin nhắn SMS có thể chứa tối đa là 140 byte (1120 bit) dữ liệu. Vì vậy, một tin nhắn SMS chỉ có thể chứa:

160 kí tự nếu như mã hóa kí tự 7 bit được sử dụng.

70 kí tự nếu như mã hóa kí tự 16 bit Unicode UCS2 được sử dụng.

Tin nhắn SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau. Nó có thể hoạt động tốt với nhiều ngôn ngữ mà có hỗ trợ mã Unicode, bao gồm cả Arabic, Trung Quốc, Nhật bản và Hàn Quốc.

Một đặc tính nổi bật của SMS đó chính là sự báo nhận. Ưu điểm:

SMS có thể gửi và đọc bất cứ lúc nào.SMS có thể gửi khi máy nhận tắt.SMS được hỗ trợ 100% đối với thiết bị di động GSM, tin nhắn SMS là một công nghệ rất mạnh.Tất cả các thiết bị di động GSM đều hổ trợ chúng.

28 Khuyết điểm:

Một tin nhắn SMS chỉ có thể mang theo một khối lượng dữ liệu rất hạnh chế. Để khắc phục vấn đề trên một cách giải quyết được đưa ra là nối các SMS lại với nhau (và nó được hiểu là một SMS dài ). Một tin nhắn văn bản được nối lại có thể chứa hơn 160 ký tự tiếng Anh.

Cấu trúc tin nhắn:

Instructions to air inter face: Chỉ thị dữ liệu kết nối với air interface (giao diện không khí).

Instructions to SMSC: Chỉ thị dữ liệu kết nối với trung tâm tin nhắn SMSC (ShortMessage Service Centre).

Instructions to handset: Chỉ thị dữ liệu kết nối bắt tay.

Instructions to SIM (optional) : Chỉ thị dữ liệu kết nối, nhận biết SIM (Subscriber Identity Modules).

Message body : Nội dung tin nhắn SMS.

4.5Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ DHT11

Cảm biến DHT11 là cảm biến cơ bản rất thích hợp cho những ứng dụng thu thập dữ liệu cơ bản. Cảm biến DHT11 có 2 phần, 1 cảm biến độ ẩm điện dung và một điện trở nhiệt.

Dữ liệu ngõ ra của cảm biến DHT là dạng số, có thể dùng bất cứ vi điều khiển nào để lấy dữ liệu ra. Dữ liệu độ ẩm mà cảm biến đo được mức từ 20% ~ 90%.

Nhiệt độ đo từ 0 ~ 50 độ C, thời gian trả dữ liệu < 50ms.

Hình 4.10: Cảm biến DHT11 Thông số kĩ thuật

Nguồn: 3 -> 5 VDC.

Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền dữ liệu).

Đo tốt ở độ ẩm 20-80%RH với sai số 5%. Đo tốt ở nhiệt độ 0 to 50°C sai số ±2°C. Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây 1 lần)

29

4.6 Cảm biến độ ẩm đất

Cảm biến phát hiện độ ẩm đất, bình thường đầu ra mức thấp, khi đất thiếu nước đầu ra sẽ mức cao. Module có thể sử dụng để tưới nước tự động.

Độ nhạy của cảm biến độ ẩm đất có thể điều chỉnh được (Bằng cách điều chỉnh biến trở màu xanh trên board mạch).

Phần đầu dò được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm, khi độ ầm của đất đạt ngưỡng thiết lập, đầu ra DO sẽ chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao.

Hình 4.11: Cảm biến độ ẩm đất. Thông số kĩ thuật

Điện áp làm việc 3.3V ~ 5V Có lỗ cố định để lắp đặt thuận tiện PCB có kích thước nhỏ 3.2 x 1.4 cm

30

4.7 Mạch cầu H L293D

Hình 4.12: Arduino Motor Driver Shield L293D

Motor Driver Shield L293D sử dụng 2 IC cầu H L293D và 1 IC logic 74HC595 điều khiển. Do đó, shield này có thể điều khiển nhiều loại motor khác nhau với mức áp lên đến 36V, dòng tối đa 600mA mỗi kênh điều khiển.

Các thành phần Motor Driver Shield L293D có thể điều khiển: 2 servo.

4 motor điện DC (M1, M2, M3, M4) theo các hướng khác nhau (mỗi motor có thể chạy với 1 hướng tới/lùi bất kì) thông qua 4 cầu H của L293D dòng 600mA (cực đại 1.2A).

2 stepper motor loại đơn cực (unipolar) hoặc lưỡng cực (bipolar).

Motor driver shield L293D có sẵn các điện trở nối GND nhằm tránh các motor tự quay lúc khởi động và nút RESET để khởi động lại board Arduino mà nó đang gắn vào.

31

4.8 Bơm nước

Hình 4.13: Bơm nước 5V Thông số kỹ thuật:

- Đường kính motor: 2.7 cm - Chiều dài bơm: 5.2 cm - Đường kính vòi: 3.8 mm - Trọng lượng: 70g - Điện áp: 3-6V DC - Dòng tiêu thụ: 1.5A Ứng dụng: -Bơm nước.

32

4.9 Động cơ tạo hơi nước.

Hình 4.14: Động cơ tạo hơi nước. Thông số kỹ thuật:

- Điện áp hoạt động: AC24V hoặc DC28V - Công suất: 19 (W) - Tần số hoạt động: 1700 ± 50 (KHZ) - Độ sâu: 50mm ~ 60mm -Jack nguồn: Φ 5.5 × 2.1mm Ứng dụng: - Tạo độ ẩm - Tạo hơi sương

33

4.10 Relay

Hình 4.15: Relay đóng ngắt 2 kênh. Thông số kỹ thuật:

-Sử dụng điện áp nuôi 5VDC.

-Relay đóng ngắt ở điện thế kích bằng 0V nên có thể sử dụng cho cả tín hiệu 5V hay 3.3V (cần cấp nguồn ngoài), mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA. -Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V - 10A hoặc DC30V - 10A.

-Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi Relay. Ứng dụng:

-Dùng để tắt, mở các thiết bị có điện áp hay dòng cao mà vi điều khiển không làm việc trực tiếp được với tần suất đóng ngắt chậm.

34 4.11 Đèn Hình 4.16: Bóng đèn Thông số kĩ thuật: -Công suất: 11W -Quang thông: 650lm. -Màu ánh sáng: Trắng -Chỉ số hoàn màu: 80 -Điện áp hoạt động: (170-240)V

-Nhiệt độ tối thiểu khởi động: 5 ˚C

Ưu điểm:

- Tuổi thọ dài, phù hợp lắp đặt ở vị trí yêu cầu độ bền cao, hạn chế thay thế lắp đặt - Chi phí đầu tư ban đầu thấp, thời gian thu hồi vốn nhanh.

- Tiết kiệm 80% điện năng sử dụng so với đèn sợi đốt cùng độ sáng - Ít tỏa nhiệt trong quá trình sử dụng

- Bật sáng tức thì, không nhấp nháy - Ánh sáng trung thực tự nhiên

- Dễ dàng thay thế bóng đèn sợi đốt thông thường

- Sử dụng thủy tinh không chì giúp cho thủy tinh có độ trong suốt, nâng cao hiệu suất phát quang, ngăn chặn tia tử ngoại có bước sóng < 320 nm, an toàn cho người sử dụng, thân thiện với môi trường.

- Sử dụng viên Amalgam (viên thủy ngân rắn) thay thế thủy ngân lỏng giúp kiểm soát tốt hàm lượng Hg trong bóng, nâng cao khả năng duy trì quang thông và đặc biệt thân thiện với môi trường.

35

CHƯƠNG 5:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH

5.1 Thiết kế phần cứng mô hình 5.1.1 Sơ đồ nhà kính 5.1.1 Sơ đồ nhà kính

36

Ngu?i v? Hu?nh Kim Tùng5.1.2016

GVHD Nguy?n Tru?ng Th?nh Tru?ng: Ð?i h?c Su Ph?m Ki Thu?t Tp.HCM Khoa: Co khí máy L?p: 101111A MSSV: 10111092 HÌNH CHI? U MÔ HÌNH 1:1 1 Hình 5.2: Bản vẽ thiết kế mô hình -Thông số kĩ thuật: -Chiều rộng: 600mm -Chiều dài: 1000mm -Chiều cao: 650mm

37

Hình 5.3: Mô hình thực tế Nguyên lý hoạt động:

Khi ta tiến hành canh tác 1 giống cây trồng thì ta sẽ có 1 bộ thông số về nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, nước để cho cây phát triển tốt nhất. Ở đây đề tài nguyên cứu về cây cà chua thì ta sẽ tiến hành thiết lập thông số của cây cà chua cho mô hình. Qua các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng thì bộ điều khiển sẽ đối chiếu những yếu tố này với thông số chuẩn ban đầu ta nhập qua đó sẽ đưa ra các giải pháp là sẽ tác động đến bơm, quạt, bộ tạo ẩm hay đèn để duy trì thông số ban đầu cho mô hình trong suốt quá trình canh tác cho đến khi thu hoạch. Qua đó đảm bảo môi trường tốt nhất cho cây trồng.

Khi xảy ra sự cố thì tất cả nguồn điện đều bị ngắt, khối xử lí trung tâm và module sim 900 có nguồn phụ cấp để gửi tin nhắn thông báo cho chủ vườn kính.

38

5.1.2 Chức năng các khối 5.1.2.1 Nguồn 5.1.2.1 Nguồn

Do đề tài chỉ giới hạn trong mô hình nên nhóm chọn nguồn của máy tính.

Hình 5.4: Nguồn máy tính Hệ thống sử dụng 4 nguồn 5 (V) DC, 12 (V) DC, 24 (V) DC.

Hình 5.5: Sơ đồ các chân của bộ nguồn

Nguồn phụ: Bên cạnh sử dụng nguồn DC cấp cho hệ thống. Đề tài còn sử dụng nguồn 220VAC để cấp cho đèn chiếu sáng trong trường hợp điều kiện ánh sáng tự nhiên không đủ yêu cầu.

39

5.1.2.2 Khối cảm biến độ ẩm đất

40

5.1.2.3 Khối cảm biến tín hiệu tương tự

Bao gồm cảm biến siêu âm và cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí sử dụng nguồn nuôi 5VDC.

Hình 5.7: Sơ đồ kết nối cảm biến tương tự

Đối với cảm biến siêu âm, công thức tính toán từ tín hiệu tương tự sang đơn vị cm hay inch:

 uS là biến lưu lại số được truyền từ cảm biến vào arduino.

 Khoảng cách = uS/58 (đơn vị cm) hoặc uS/148 (đơn vi inch)

 Ở trạng thái ban đầu khi chưa bị đối tượng tác động thì giá trị mặc định uS=

1024.

Đối với cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí:

 Do arduino hỗ trợ ngõ vào tương tự với độ phân giải 10 bit do đó có 210 = 1024

giá trị khác nhau. Giá trị cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí sẽ biến đổi trong phạm vi từ 0 đến 1024. Mặc định giá trị ban đầu khi chưa tác động thì giá trị là