Đồ Án Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện trong gia đình qua Ethernet và SMS

Tài liệu thiếu chương 4, 5. Mọi người chú ý khi mua nhé.

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU . 6
CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP . 7
1.1 Đặt vấn đề: 7
1.2 Ý nghĩa của đề tài: 8
1.3 Giới hạn nghiên cứu của đề tài . 9
1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài . 10
1.5 Kết quả nghiên cứu của đề tài . 11
1.6 Sơ đồ tổng quan của hệ thống . 12
CHƯƠNG 2: ETHERNET VÀ HỌ GIAO THỨC TCP/IP . 15
2.1 Tổng quan về Ethernet 15
2.1.1 Cấu trúc khung tin Ethernet 15
2.1.2 Cấu trúc địa chỉ Ethernet 16
2.1.3 Các loại khung Ethernet 16
2.1.3.1 Khung unicast . 16
2.1.3.2 Khung broadcast . 16
2.1.3.3 Khung multicast 17
2.1.4 Truy nhập bus sử dụng phương pháp CSMA/CD 17
2.2 Họ giao thức TCP/IP . 18
2.2.1 Tầng ứng dụng (Application Layer) . 19
2.2.2 Tầng giao vận (Transport Layer) 20
2.2.3 Tầng Internet (Internet Layer) 25
2.2.4 Tầng giao tiếp mạng . 30
2.3 Microchip TCP/IP Stack . 31
2
2.3.1 Cấu trúc của Microchip TCP/IP Stack . 31
2.3.2 Hoạt động của TCP/IP Stack 32
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ TIN NHẮN SMS VÀ MODULE SIM900 . 33
3.1 Tổng quan về tin nhắn SMS 33
3.2 Giới thiệu Module SIM900 . 33
3.2.1 Tổng quan về Module SIM900 . 33
3.2.2 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân . 34
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 35
4.1 Phân tích yêu cầu điều khiển 35
4.2 Thiết kế phần cứng mạch chính 37
4.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch chính . .
4.2.2 Mô tả chức năng từng khối . .
4.2.3 Khối rơle . .
4.3 Tổng quan chương trình chính .
4.4 Thiết kế Webserver . 38
4.5 Thiết kế và thi công Module SIM900 . .
4.5.1 Sơ đồ nguyên lý kết nối Module SIM900 . Error! Bookmark not
defined.
4.5.2 Tập lệnh AT dùng cho Module SIM900.
4.5.2 Giải thuật nhận tin nhắn và thực thi điều khiển: Error! Bookmark not
defined.
Chương 5: KẾT LUẬN .
5.1 Kết luận . .
5.2 Hướng phát triển đề tài . .
TÀI LIỆU THAM KHẢO 39
PHỤ LỤC 1: VI ĐIỀU KHIỂN PIC18F8722 40
PHỤ LỤC 2: GIỚI THIỆU VỀ TRÌNH BIÊN DỊCH MPLAB C18 . 59
PHỤ LỤC 3 : GIAO TIẾP GIỮA PIC VÀ ETHERNET 61
PHỤ LỤC 4: THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA SIM900 66

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới
của chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Và khái
niệm về ngôi nhà thông minh đã ra đời. Một ngôi nhà thông là một giải pháp
điều khiển tích hợp cho các căn hộ cao cấp, tích hợp các thiết bị điện tử, nghe
nhìn, truyền thông thành một hệ thống hoàn chỉnh và thống nhất.
Nhận thức được tầm thực tiễn của ngôi nhà thông minh là cơ sở để chúng
em chọn đề tài đồ án tốt nghiệp “Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện trong
gia đình qua Ethernet và SMS”. Trong suốt thời gian hoàn thành đồ án, chúng
em đã tìm hiều về vi điều khiển, các chế độ truyền thông, cảm biến đo, cơ cấu
chấp hành, cách kết nối mạng Ethernet, điều khiển qua tin nhắn SMS, đồng thời
tìm hiểu về các tiêu chí của một ngôi nhà thông minh.

CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP
1.1 Đặt vấn đề:
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ
thuật, công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật tự động điều khiển
đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công
nghiệp, cung cấp thông tin . Do đó là một sinh viên chuyên ngành Điều khiển
tự động chúng ta phải biết nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm
góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự
phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng. Bên cạnh đó còn là sự thúc đẩy sự phát
triển của nền kinh tế nước nhà.
Như chúng ta cũng đã biết, gần như các thiết bị trong đời sống của các gia
đình ngày nay đều hoạt động độc lập với nhau, mỗi thiết bị có một quy trình sử
dụng khác nhau tuỳ thuộc vào sự thiết lập, cài đặt của người sử dụng. Chúng
chưa có một sự liên kết nào với nhau về mặt dữ liệu. Nhưng đối với hệ thống
điều khiển thiết bị từ xa thông qua mạng Ethernet và tin nhắn SMS thì lại khác.
Ở đây, các thiết bị điều khiển tự động được kết nối với nhau thành một hệ thống
hoàn chỉnh qua một một thiết bị trung tâm và có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ
liệu.
Điển hình của một hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà từ xa thông qua
mạng Ethernet và tin nhắn SMS gồm có các thiết bị đơn giản như bóng đèn, quạt
máy, lò sưởi đến các thiết bị tinh vi, phức tạp như tivi, máy giặt, hệ thống báo
động Nó hoạt động như một ngôi nhà thông minh. Nghĩa là tất cả các thiết bị
này có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu thông qua một đầu não trung tâm.
Đầu não trung tâm ở đây có thể là một máy vi tính hoàn chỉnh hoặc có thể là một
bộ xử lí đã được lập trình sẵn tất cả các chương trình điều khiển. Bình thường,
các thiết bị trong ngồi nhà này có thể được điều khiển từ xa thông qua mạng
8
Ethernet hoặc tin nhắn SMS của chủ nhà. Chẳng hạn như việc tắt quạt, đèn điện
khi người chủ nhà quên chưa tắt trước khi ra khỏi nhà. Hay chỉ với một tin
nhắn SMS, người chủ nhà có thể bật máy điều hòa để làm mát phòng trước khi
về nhà trong một khoảng thời gian nhất định. Bên cạnh đó nó cũng gửi thông báo
cho người điều khiển biết nhiệt độ trong phòng hiện tại là bao nhiêu, đồng thời
phát tín hiệu cảnh báo khi nhiệt độ phòng vượt quá giới hạn cho phép. Ngoài ra,
hệ thống còn mang tính bảo mật. Nghĩa là chỉ có những số điện thoại được cài
đặt trước và biết đúng mật khẩu thì mới có thể điều khiển được hệ thống.
Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống,
cộng với sự hợp tác, phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên chúng em đã
chọn đề tài " Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà qua mạng
Ethernet và tin nhắn SMS " để đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của con
người và góp phần vào sự tiến bộ, văn minh, hiện đại của nước nhà.
Với đề tài trên nhóm đề tài đã thực hiện việc điều khiển từ xa theo ba
hướng hướng chính:
 Điều khiển thiết bị qua Ethernet với giao thức TCP/IP. Người dùng đăng
nhập vào Website và thực hiện điều khiển thiết bị qua giao diện Web.
 Điều khiển thiết bị qua tin nhắn SMS từ những số điện thoại được cho
phép. Thiết bị sẽ nhận tin nhắn SMS theo cấu trúc cho trước. Phân tích
yêu cầu điều khiển và thực hiện điều khiển thiết bị.
 Đo và thông báo nhiệt độ trong phòng, phát tín hiệu cảnh báo nếu nhiệt độ
trong phòng tăng cao vượt quá giới hạn cho phép.
1.2 Ý nghĩa của đề tài:
Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các thiết bị điện tử ra
đời ngày càng nhiều về chủng loại cũng như tính năng sử dụng. Bên cạnh đó nhu
cầu sử dụng các thiết bị một cách tự động ngày càng cao, con người ngày càng
9
muốn có nhiều thiết bị giải trí cũng như các thiết bị sinh hoạt với kỹ thuật và
công nghệ ngày càng cao. Có thể ở Việt nam chưa phát triển mạnh mẽ trong lĩnh
này nhưng hiện nay ở trên thế giới, nhất là các quốc gia thuộc Châu âu hay Mỹ
thì mô hình ngôi nhà tự động được điều khiển từ xa đã phát triển rất mạnh mẽ.
Từ những nhu cầu thực tế đó, nhóm em muốn đưa một phần những kỹ
thuật hiện đại của thế giới áp dụng vào điều kiện thực tế trong nước để có thể tạo
ra một hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà từ xa thông qua mạng Ethernet và
tin nhắn SMS nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người. Đề tài lấy cơ
sở là mạng Ethernet và tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị. Việc sử dụng mạng
Ethernet và tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị có thuận lợi là tiết kiệm chi phí,
mang tính cạnh tranh và cơ động cao. Ngoài ra, sản phẩm của đề tài này có tính
mở, có thể áp dụng cho nhiều đối tượng khác nhau trong dân dụng cũng như
trong công nghiệp.
1.3 Giới hạn nghiên cứu của đề tài
Để thực thi một hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua mạng
Ethernet và tin nhắn SMS áp dụng cho một ngôi nhà hoàn chỉnh như nói trên là
rất phức tạp và rất tốn kém. Để đáp ứng việc điều khiển toàn bộ các thiết bị này
đòi hỏi phải có một lượng thời gian, kiến thức nhất định. Bên cạnh đó còn là vấn
đề tài chính. Với lượng thời gian và kiến thức có hạn, trong đề tài này nhóm em
thực hiện chỉ thực thi một phần của hệ thống hoàn chỉnh đó. Đó là điều khiển
đóng mở đèn, ngoài ra còn có chức năng báo động khi nhiệt độ trong phòng tăng
cao quá nhiệt độ cho phép.
Với những gì đã trình bày trên, nhóm em đã tiến hành nghiên cứu, khảo
sát và thực hiện và dự kiến đạt được các mục tiêu đặt ra như sau:
10
- Thiết lập một Website và thực hiện điều khiển các thiết bị qua giao diện
Web, sau khi thực hiện lệnh điều khiển trạng thái của thiết bị on/off được
thể hiện ngay trên giao diện Web.
- Điều khiển các thiết bị trong nhà bằng tin nhắn SMS. Sau khi thực hiện
lệnh điều khiển xong, tự động gửi tin nhắn lại cho người dùng biết đã thực
hiện thành công.
- Gửi tin nhắn thông báo trạng thái của các thiết bị và nhiệt độ trong phòng
hiện tại là bao nhiêu.
- Ngoài ra, hệ thống còn có chức năng tự động phát tín hiệu cảnh bảo qua
chuông và tin nhắn khi nhiệt độ trong phòng tăng cao vượt quá giới hạn
cho phép.
1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Đồ án được nghiên cứu và thực hiện với mục đích áp dụng những kiến
thức đã được học trong nhà trường để thiết kế, tạo ra một hệ thống điều
khiển tự động từ xa qua mạng Ethernet và tin nhắn SMS.
- Nghiên cứu và tạo một giao diện Websever để thực hiện điều khiển qua
mạng Ethernet với chuẩn giao tiếp TCP/IP.
- Tìm hiều về hệ thống điện thoại di động GSM hiện nay. Nghiên cứu và sử
dụng các module GSM/GPRS phổ biến hiện nay. Module nhóm thực hiện
nghiên cứu và sử dụng là module SIM900 của hãng SIMCom.
- Nghiên cứu và sử dụng chip vi điều khiển PIC của Mircochip. Chip mà
nhóm đã tiến hành nghiên cứu và sử dụng là chip PIC18F8722.
11
1.5 Kết quả nghiên cứu của đề tài
Với những mục tiêu và kế hoạch đã đề ra, cùng với sự nỗ lực nghiên cứu,
tìm tòi của các thành viên trong nhóm thực hiện đề tài, nhóm thực hiện đã đạt
được những kết quả nhất định sau:
Thiết kế thành công mạch điều khiển giao tiếp qua mạng Ethernet và tin
nhắn SMS với các tính năng:
- Giao tiếp thành công với mạng Ethernet qua chuẩn truyền thông TCP/IP,
thực hiện quan sát trạng thái và ra lệnh điều khiển thi ết bị qua giao diện
Webserver.
- Giao tiếp thành công với module SIM900, nhận và gửi tin nhắn thành
công, thực hiện điều khiển thiết bị qua tin nhắn SMS.
- Cảnh báo tới người dùng và phát tín hiệu ra chuông khi nhiệt độ phòng
tăng cao vượt quá giới hạn cho phép.
- Ngoài ra, mạch điều khiển được thiết kế sẵn sàng cho việc tích hợp thêm
các ngoại vi trong tương lai.
12
1.6 Sơ đồ tổng quan của hệ thống
 Sơ đồ tổng quan của hệ thống:

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Hoàng Minh Sơn –Mạng Truyền Thông Công Nghiệp – NXB Khoa Học Và
Kỹ Thuật – 2006.
[2] Muhammad Ali Mazidi, Rolin D.McKinlay, Danny Causey – PIC
Microcontroller and Embedded Systems – Courier Kendallville, Inc – 2008
[3] Jeremy Bentham – TCP/IP Lean – CMP Book – 2002
[4] Một Số Trang Web Tham Khảo:
 www.picvietnam.com
 www.dientuvietnam.com
 www.eprojects.ljcv.net
 www.google.com.vn