1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
2.2.3 Giao tiếp GSM-SMS
a) Module GSM – Đây là module GSM/GPRS và GPS c Module SIM548 có th MHz, DCS 1800MHz và PCS 1900MHz và c bằng vệ tinh. Với kích thước nh
các ứng dụng như Smart phone,PDA phone,thi thoại.
Chúng ta có thể giao ti cho module SIM548. Thông qua đ module với các mục đích :
• Bàn phím,b • Một port giao ti
cho GPS giúp cho vi dàng hơn thông qua vi b)Module sim900
SIM900 Quad-band GSM / GPRS mô núi Công nghệ (SMT) series, cho phép b phí hiệu quả các giải pháp
Với một giao diện tiêu chu 850/900/1800/1900MHz hi
một yếu tố hình thức nhỏ
p
ng 485 làm việc theo chế độ master-slave, master cho DE m u, còn các slave có DE=0, RE\=0 chờ nhận dữ liệu. Khi master mu u thì DE=0, RE\=0 còn slave phát sẽ có DE=1, RE\=1. Ta đi
ng tín hiệu RTS hay mạch định thì.
p GSM-SMS
–SIM 548C
Đây là module GSM/GPRS và GPS của hãng SIMCOM
Hình 2. 9 Module Sim548C [10]
Module SIM548 có thể hoạt động với các tần số sau GSM 850MHz, 900 MHz, DCS 1800MHz và PCS 1900MHz và cũng hỗ trợ kỹ thuật GPS đ
c nhỏ 55mm x 34mm x 3.0 mm,module này có th ng như Smart phone,PDA phone,thiết bị định vị GPS cầ
giao tiếp với module thông qua chuẩn đế 60 chân dành riêng cho module SIM548. Thông qua đế chuẩn 60 chân này,chúng ta có th
c đích :
Bàn phím,bảng nút nhấn hay SPI LCD.
t port giao tiếp nối tiếp dành cho GSM và hai port n cho GPS giúp cho việc thiết kế và phát triển ứng dụng m dàng hơn thông qua việc giao tiếp bằng tập lệnh AT.
band GSM / GPRS mô-đun là một phần của bề (SMT) series, cho phép bạn được hưởng lợi từ kích thư
i pháp
n tiêu chuẩn công nghiệp, SIM900 cung cấp GSM / GPRS 850/900/1800/1900MHz hiệu suất cho thoại, tin nhắn SMS, dữ liệu, và Fax trong
ỏ và với mức tiêu thụ điện năng thấp. Với m
Trang 23
slave, master cho DE mức 1 để u. Khi master muốn =1. Ta điều khiển các
sau GSM 850MHz, 900 t GPS định vị vị trí 55mm x 34mm x 3.0 mm,module này có thể sử dụng cho ầm tay hay điện 60 chân dành riêng n 60 chân này,chúng ta có thể sử dụng
p dành cho GSM và hai port nối tiếp dành ng một cách dễ ề mặt SIMCom kích thước nhỏ và chi p GSM / GPRS u, và Fax trong i một cấu hình nhỏ
Trang 24
bé của 24mm x 24mm x 3 mm, SIM900 có thể phù hợp với hầu như tất cả các yêu cầu không gian trong ứng dụng M2M của bạn, đặc biệt là cho nhu cầu mỏng và nhỏ gọn. Hình 2. 10 Module Sim900 [11] Tổng quan các tính năng: Quad-Band 850/900/1800/1900 MHz GPRS multi-slot class 10/8 GPRS trạm di động lớp B
Tương thích với GSM giai đoạn 2/2
Class 4 (2 W 850/900 MHz)
Loại 1 (1 W @ 1800/1900MHz)
Kích thước: 24 * 24 * 3 mm
Trọng lượng: 7g
Kiểm soát thông qua lệnh AT (GSM 07,07, 07,05 và SIMCOM
tăng cường AT lệnh)
Sim ứng dụng bộ công cụ
Cung cấp điện áp khoảng 3,4 ... 4,5 V
Tiêu thụ điện năng thấp
Nhiệt độ hoạt động bình thường: -30 ° C đến +80 ° C
Thông số kỹ thuật cho Fax 3 nhóm, lớp 1
Thông số kỹ thuật cho dữ liệu
GPRS class 10: tối đa. 85,6 kbps (downlink)
PBCCH hỗ trợ
Mã hóa các đề án 1 CS, 2, 3, 4
CSD lên đến 14,4 kbps
USSD
PPP-chồng
Thông số kỹ thuật cho tin nhắn SMS thông qua GSM / GPRS
Điểm tới điểm MO
SMS phát sóng di động
Đồ Án Tốt Nghiệp
Trang 25
MUX driver
Thông số kỹ thuật cho thoại
Một nửa tỷ lệ (HR)
Tỷ lệ (FR)
Tăng cường tỷ lệ (EFR)
Hands-miễn phí hoạt động
Giao diện bên ngoài SIM 3V / 1.8V
Giao diện âm thanh analog
RTC sao lưu
SPI giao diện
Hai giao diện nối tiếp
Antenna pad I2C GPIO PWM ADC Khả năng tương thích Giao diện lệnh AT 2.2.4 Giao tiếp thẻ nhớ
Sơ lượt về MMC/SD Card: MMC là viết tắt của cụm từ tiếng anh Multi- MediaCard và SD là Secure Digital Card. Nhìn chungMMC và SD giống nhau về mặt cấu trúc vật lý và phương thức giao tiếp. Điểm khác nhau lớn nhất của 2 loạicard này là về tính năng bảo mật dữ liệu và tốc độ giao tiếp. SD card xuất hiện sau MMC card nên SD cónhiều tính năng và tốc độ cao hơn MMC. Tuy nhiên, đối với việc ghi-đọc MMC và SD ở tốc độ thấp bằngcác vi điều khiển (như AVR) thì sự khác nhau của 2 loại card này là không đáng quan tâm. Vì vậy, từ bây giờ chúng ta sẽ dụng cụm từ chung MMC/SD để chỉ chung cho các loại card này.Về phương thúc giao tiếp, MMC và SD card đều có thể được giao tiếp thông qua 2 chế độ (mode) cơ bản làSD/MMC mode và SPI mode.
Giao tiếp với bằng mode SD/MMC có tốc độ cao nhưng đòi hỏi chip điềukhiển cũng phải có tốc độ cao. Mode này không phù hợp với việc giao tiếp bằng vi điều khiển. Ngược lại,mode giao tiếp SPI tuy có tốc độ thấp hơn nhưng phù hợp với các chip điều khiển như AVR. Phần giới thiệuvề MMC/SD card trong bài này vì thế chỉ tập trung vào mode SPI.Về hình dáng bên ngoài, MMC và SD có cùng kích thước và cấu trúc chân gần như nhau, như trong hình
Nguồn nuôi MMC/SD card: đây là điểm cần lưu ý khi sử dụng các card MMC/SD, nguồn cho các cardnày phải nằm trong khoảng 2.7V đến 3.6V. Điều này thường gây khó khăn khi điều khiển MMC/SD card bằng các vi điều khiển vì các mạch điều khiển thường dùng mức điện áp 5V. Vì thế, không giống như cácchip điện tử số thông thường, chúng ta không được phép nối MMC/SD card trực tiếp với các chip điều khiển có nguồn nuôi 5V. Chúng ta có thể dùng nguồn 3.3V cho MMC/SD card. Nguồn 3.3V có thể được tạo bằng các chip ổn áp như 1084K33, LM317 hoặc bằng các cầu chia áp dùng điện trở. Kết nốigiữa mạch điều khiển (5V)
Trang 26
và MMC có thể thực hiện gián tiếp thông qua các chip buffer, qua transitor, opto- transistor hay cầu chia áp điện trở,…
Sơ đồ chân:
Hình 2. 11 Sơ đồ chân thẻ nhớ SD Card [12]
Gồm 9 chân: 1 chân clock. 3 chân nguồn. 4 chân tín hiệu. 1 chân lệnh. 1 chân nối đất Kiến trúc thẻ nhớ SD: Hình 2. 12 Kiến trúc thẻ nhớ SD Card [12] Sơ đồ khối thẻ SD:
Đồ Án Tốt Nghiệp
Trang 27
Tổng quát tính năng:
Tương thích chuẩn SD, hỗ trợ chuẩn SPI.
Khoảng điện áp hoạt động: 2.7 – 3.6V
Tần số xung nhịp: 0 – 25MHz
Tốc độ dữ liệu: lên tới 12.5MB/s (sử dụng chuẩn SD)
Có thể giao tiếp với tối đa 10 thẻ.
Có chế độ write protection, password protection (any model) Cấu trúc bộ nhớ:
Hình 2.14 Cấu trúc bộ nhớ SD Card [12]
Cấu trúc liên kết các thẻ nhớ trong hệ thống:
Hình 2. 15 Cấu trúc liên kết các thẻ nhớ SD Card [12]
Trong suốt quá trình sử lý khởi tạo, lệnh gửi cho mỗi thẻ riêng biệt. Cho phép ứng dụng phát hiện và thừa hưởng các địa chỉ logic tới các slot kết nối vật lý.
Trang 28
SD bus cho phép cấu hình linh hoạt số lượng đường tín hiệu. Sau khi cấp nguồn thì mặc định thẻ chỉ dùng chân DAT0 để truyền dữ liệu, sau sự khởi tạo thì host có thể thay đổi số chân cho phép truyền (bus width). Tính năng này cho phép cân bằng giữa giá cả phần cứng và sức mạnh phần cứng.
Một trở kéo lên ở chân DAT3 có thể dùng để phát hiện thẻ nhớ (insert/remove) và bị ngắt trong suốt quá trình truyền.
2.2.5 Khối nguồn
a) Nguồn cho VĐK 3,3V Tính năng:
Ngõ ra có thể điều chỉnh hoặc cố định.
Dòng điện ngõ ra 1A.
Độ sụt thấp, tối đa 1.3V với dòng ngõ ra 1A.
Độ ổn định mạch 0.04%.
Độ ổn định tải 0.2%.
Giới hạn nhiệt độ 100%.
Điện áp đáp ứng nhanh. Ứng dụng:
Độ ổn định tuyến tính hiệu quả cao
Ổn định cho bộ chuyển mạch cung cấp
Điều chỉnh nguồn
Hình 2. 16 IC LM1117 3.3V [13]
b)Nguồn cho module sim 4V
Thông số hoạt động IC 2576
Hình 2. 17 IC LM2576 [13]
Đồ Án Tốt Nghiệp
Trang 29
Đảm bảo dòng ngõ ra đỉnh điểm là 7A.
Đảm bảo dòng ngõ ra ổn định là 5A.
Ngõ ra điều chỉnh xuống 1.2V.
Đảm bảo điều tiết nhiệt độ.
Dòng điện giới hạn không đổi theo nhiệt độ.
Nâng cao kiểm tra sản phẩm.
Ngõ ra được bảo vệ ngắn mạch. Ứng dụng:
Nguồn điện điều chỉnh được.
Điều chỉnh hệ số dòng điện.
Sạc pin
c)Nguồn cho giao tiếp RS232, RS485
Giao tiếp RS232 được cung cấp bởi nguồn 3.3V nên dùng chung với nguồn cung cấp cho vi điều khiển STM32.
Giao tiếp RS485 thì cần cung cấp nguồn +5V được lấy từ IC ổn áp
LM1117 -5V. Cũng tương tự như IC LM1117 3.3V nhưng điện áp đầu ra là khác nhau.
Trang 30
Chương 3: Thiết kế phần cứng Mạch nguyên lý-Mạch layout 3.1 Công cụ thiết kế mạch nguyên lý và layout Altium
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của máy tính, CAD (Computer Aided Design) ngày càng hoàn thiện và được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của khoa học kỹ thuật. Đối với chuyên ngành Điện tử, nhiều phần mềm CAD cho phép vẽ mạch, mô phỏng mạch điện và chuyển sang mạch in một cách nhanh chóng và hiệu quả như: OrCAD/PSPICE, EAGLE, Mutisim Workbench, MicroSim, Altium Designer, …
Altium Designer, phiên bản trước kia có tên gọi quen thuộc là Protel DXP, là một trong những công cụ vẽ mạch điện tử mạnh nhất hiện nay. Được phát triển bởi hãng Altium Limited, Altium Designer (Altium) mang lại cho người dùng một môi trường làm việc hết sức chuyên nghiệp.
Khởi động chương trình từ shortcut trên destop màn hình nền hoặc từ Menu Start >> All programs >>Altium Designer 10>> Altium Designer 10. Khi đó cửa sổ làm việc của Altium Designer có dạng như sau:
Hình 3. 1 Phần mềm thiết kế mạch Altium Designer
Để tạo sơ đồ nguyên lý trước hết ta cần tạo 1 dự án mới: Từ menu File >> New >> Project >> PCB Project .
Hoặc bằng các phím tắt: F, N, J, B. Việc sử dụng phím tắt sẽ giúp bạn thiết kế nhanh hơn. Các phím tắt của menu tương ứng được gạch chân dưới menu hoặc lệnh tương ứng.
Đồ Án Tốt Nghiệp
Trang 31
3.2 Kết nối VĐK
3.2.1 Nguồn cho STM32
Chức năng của khối là nguồn cung cấp điện áp 3.3V cho chip ARM. Khối có thể lấy điện áp ngõ vào từ khối nguồn 5V hoặc có thể lấy nguồn trực tiếp từ cổng USB kết nối với máy tính.
Hình 3. 2 Khối nguồn cho vi điều khiển STM32F103
Dòng LM1117 điều chỉnh được áp dương và bộ điều chỉnh cố định được thiết kế để cung cấp nguồn 1A với hiệu quả cao. Tất cả các mạch nội bộ được thiết kế để tác động giảm xuống 1.3V sai lệch đầu vào so với đầu ra. Bộ tinh chỉnh điện áp tham chiếu đến 1%.
Chân tín hiệu ra của IC LM1117 là chân số 2 và 4 có điện áp ra là 3.3V được lọc bởi tụ 100nF và tụ phân cực 100uF để tạo dòng và điện áp ổn định dùng cho vi điều khiển.
Tín hiệu vào chân 3 của IC LM1117 là nguồn VBAT qua 1 tụ lọc 1uF.Chân số 1 là chân nối đất.
3.1.2 Tín hiệu vào ra STM32
a) Giao tiếp USART
Hình 3. 3 Khối giao tiếp UART
Giao tiếp giữa Vi Điều Khiển STM32 và máy tính thông qua cổng com DB9 và dùng IC MAX3232. Thông số của IC MAX3232:
Trang 32
Tốc độ truyền dữ liệu tối đa 120kbit/s
Có hai trình điều khiển và nhận dữ liệu
Áp ngõ vào tối đa ± 30V
Dòng nguồn thấp – loại 8mA
MAX3232 là một trình điều khiển/thu kép bao gồm một nguồn áp kiểu điện dung để cung cấp TIA/EIA-232-F mức điện áp từ một nguồn cung cấp 3.3V duy nhất. Mỗi bộ nhận chuyển đổi TIA/EIA-232-F ngõ vào thành mức điện áp 3.3V theo TTL/CMOS. Những bộ nhận có một áp giới hạn điển hình là 1.3 V, một độ trễ điển hình là 0.5 V, và có thể chấp nhận ± 30V đầu vào. Mỗi trình điều khiển chuyển đổi mức điện áp TTL/ CMOS đầu vào thành mức điện áp TIA/EIA-232-F.
Chân số 13 và 14 của IC Max nối với cổng com để giao tiếp với PC,còn chân số 11 và 12 kết nối với USART2 của vi điều khiển STM32.
b) Giao tiếp SPI
Giao tiếp SPI được thực hiện thông qua BUS 4 dây MISO, MOSI, SCK, SS nên đôi khi SPI còn được gọi là giao thức giao tiếp 4 dây.
+ MISO: Master Input Slave Output
Chân MISO dùng để truyền dữ liệu ra khỏi Modun SPI khi đặt cấu hình là Slave và nhận dữ liệu khi đặt cấu hình là Master.
+ MOSI: Master Output Slave Input.
Chân MOSI dùng để truyền dữ liệu ra khỏi Mođun SPI khi đặt cấu hình là Master và nhận dữ liệu khi đặt cấu hình là Slave.
+ SCK : Serial Clock
Chân SCK cấp xung đồng bộ để truyền nhận dữ liệu với một Slave nào đó được chọn
+ SS : Slave Select
Chân SS cấp tín hiệu chọn chip ở ngõ ra của Mođun SPI đến một ngoại vi khác nếu đặt cấu hình là Master và chân SS sẽ là ngõ vào nhận tín hiệu chọn chip nếu được cấu hình là Slave
SPI là giao thức đồng bộ: Modun SPI cho phép giao tiếp nối tiếp đồng bộ kép giữa MCU hoặc MPU với thiết bị ngoại vi
+Tín hiệu SCK được cung cấp bởi Master nhằm tạo xung đồng bộ cho phép dữ liệu được truyền đi hoặc khi đọc dữ liệu nhận được
+Khi tín hiệu SCK được phát ra thì tín hiệu này có thể thay đổi nhưng không làm hỏng dữ liệu. Lí do là trong giao thức SPI, tốc độ của dữ liệu truyền đi sẽ thay đổi theo sự thay đổi của SCK. Điều này rất có lợi nếu như MCU hoặc MPU bị cấp xung đồng hồ không chính xác (VD: bộ dao động RC).
Đồ Án Tốt Nghiệp
Trang 33
Hình 3. 4 Giao diện cơ bản giao tiếp SPI [14]
Thiết bị tên ‘Processor’ đóng vai trò Master, thiết bị ‘Peripheral’ là Slave. Cả Master và Slave đều có thanh ghi dịch nối tiếp ở bên trong. Thiết bị Master bắt đầu việc trao đổi dữ liệu bằng cách truyền đi một Byte vào thanh ghi dịch của nó, sau đó Byte dữ liệu sẽ được đưa sang Slave theo đường tín hiệu MOSI (SDI), Slave sẽ truyền dữ liệu nằm trong thanh ghi dịch của chính nó ngược trở về Master thông qua đường tín hiệu MISO (SDO). Bằng cách này, dữ liệu của hai thanh ghi sẽ được trao đổi với nhau. Việc đọc và ghi dữ liệu vào Slave diễn ra cùng một lúc nên tốc độ trao đổi dữ liệu diễn ra rất nhanh. Do đó, giao thức SPI là một giao thức rất có hiệu quả.
Khối flash memory dùng giao tiếp SPI1:
Hình 3. 5 Khối giao tiếp Flash memory
IC AT45DB041 có chức năng lưu trữ dữ liệu lên đến 4Mbytes.Giao tiếp giữa IC SRAM với vi điều khiển STM32 tuân theo chuẩn giao tiếp SPI.
3.3 Kết nối giao tiếp RS485
a)Khối nguồn nuôi
Giao tiếp RS485 sử dụng nguồn +5V được tạo ra bởi IC LM1117 với điện áp đầu vào là VIN lấy từ nguồn cung cấp DC-12V.
Trang 34
Hình 3. 6 Khối nguồn nuôi IC Max485
b)Giao tiếp vi điều khiển với Max485
IC Max 485 giao tiếp với vi điều khiển STM32 qua USART3 Rx và Tx . Chân EN_TX kết nối với 1 chân vào ra của STM32F103 để điều khiển quá trình truyền nhận dữ liệu cho IC Max485.
Hình 3. 7 Khối giao tiếp vi điều khiển với IC Max485 3.4 Kết nối module sim
a)Khối nguồn nuôi
Module Sim900 được cung cấp bởi nguồn tạo ra từ IC LM2576 –ADJ là nguồn điều chỉnh điện áp. Từ nguồn vào DC-12V qua Diode bảo vệ và tụ lọc phân cực 100uF vào chân 1 của IC nguồn. Điện áp đẩu ra được điều chỉnh bởi điện trở