Luận Văn Thiết kế và thi công hệ thống Điều khiển thiết bị từ xa bằng điện thoại di động dùng SMS

Giới thiệu
“Ngôi nhà thông minh” là một cụm từ không còn xa lạ đối với nền công
nghệ phát triển hiện nay. Lúc đầu, ý tưởng được thực hiện nhờ vào tia hồng
ngoại để điều khiển từ xa, nhưng khoảng cách bị hạn chế. Về sau, nhiều nghiên
cứu nhằm cải tiến khoảng cách điều khiển mang lại nhiều thành công và có ý
nghĩa thực tiễn như điều khiển thông qua đường dây điện, đường dây điện
thoại Khi công nghệ wireless phát triển, người ta lại nghĩ đến điều khiển qua
mạng không dây_điều khiển từ xa dùng máy tính ra đời. Không dừng lại ở đó,
khi mà các mạng điện thoại đang cạnh tranh gay gắt, chiếc điện thoại trở nên vật
dùng không thể thiếu của mỗi cá nhân, người ta lại nghĩ về một chiếc điện thoại
tích hợp khả năng điều khiển từ xa.
Đi cùng xu hướng phát triển đó, nhóm thực hiện đã chọn đề tài: “Thiết kế và
thi công hệ thống điều khiển thiết bị từ xa bằng điện thoại di động dùng SMS”.
Với đề tài này, nhóm muốn sử dụng điện thoại di động điều khiển thiết bị điện
dân dụng, dùng Module Sim300CZ trên nền mạng GSM để thu SMS điều
khiển.
Nhóm hi vọng với đề tài này sẽ làm cơ sở nghiên cứu cho các nhóm khác sau
này có thể mở rộng, phát triển hơn nữa.

Lời nói đầu
Ngành viễn thông đang đóng vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế của mỗi
quốc gia, nó giúp con người tiến gần hơn với nền khoa học kỹ thuật đang phát
triển như vũ bão của nhân loại hiện nay. Hệ thống truyền thông đã không ngừng
phát triển từ cố định sang di động. Con người có thể liên lạc với nhau dù ở bất
cứ nơi đâu.
Dựa vào đặt tính truyền tin xa và vận dụng đặt tính này, nhóm đã chọn đề
tài: “Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị từ xa bằng điện thoại di
động dùng SMS”, nhằm cải tiến khoảng cách điều khiển trong công nghệ ngôi
nhà thông minh hiện nay. Đề tài tuy còn đơn giản, thiết bị điều khiển không
nhiều, nhưng nhóm mong đây sẽ là tài liệu bổ ích cho những ai quan tâm và
mong muốn phát triển theo công nghệ điều khiển này.
Nhóm cũng rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô, các bạn sinh
viên để cùng nhau có kiến thức sâu hơn và có kinh nghiệm tốt hơn trong việc thi
công phần cứng cho một mô hình điều khiển hoàn chỉnh.

MỤC LỤC
PHẦN A : GIỚI THIỆU . . i
Lời cảm ơn . .iii
Quyết định giao đề tài . . iv
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn . . iv
Nhận xét của giáo viên phản biện . . vi
Lời nói đầu . vii
Mục lục . . viii
Liệt kê hình . .xii
Liệt kê bảng . .xiv
PHẦN B : NỘI DUNG . . 1
Chương 1: Dẫn nhập . . 2
1.1 Giới thiệu đề tài . 2
1.2 Ý nghĩa khoa học của đề tài . 3
1.3 Mục đích nghiên cứu . 3
Chương 2: Cơ sở lý luận . . 5
2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước . . 5
2.1.1 Ngoài nước . . 5
2.1.2 Trong nước . . 6
2.2 Ý tưởng thiết kế . 8
2.3 Đề cương nghiên cứu chi tiết . . 8
2.4 Phương pháp nghiên cứu . . 8
2.5 Phương tiện nghiên cứu . . 8
Chương 3: Lý thuyết liên quan . . 9
3.1 Tổng quan về công nghệ GSM . . 9
3.1.1 Giới thiệu về công nghệ GSM . . 9
3.1.2 Đặc điểm của công nghệ GSM . . 9
3.1.3 Cấu trúc của mạng GSM . . 10
3.1.3.1 Cấu trúc tổng quát . . 10
3.1.3.2 Các thành phần của công nghệ mạng GSM . . 10
3.1.4 Sự phát triển của công nghệ GSM ở Việt Nam . . 11
3.2 Tổng quan về SMS . 12
3.2.1 Giới thiệu về SMS . 12
3.2.2 Cấu trúc một tin nhắn SMS . 12
3.2.3 Ưu điểm của SMS . 13
3.2.4 Tin nhắn SMS chuỗi/tin nhắn SMS dài . 13
3.2.5 SMS center/SMSC . 13
3.2.6 SMS quốc tế . 14
3.2.7 SMS gateway . 14
3.3 Giới thiệu Module Sim300CZ . 15
3.3.1 Đặc điểm của Module Sim300CZ . 15
3.3.2 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân . 17
3.3.3 Các chế độ hoạt động của Module Sim300CZ . 23
3.3.4 Tập lệnh AT của module Sim 300CZ . 23
3.3.4.1 Các thuật ngữ . 23
3.3.4.2 Cú pháp lệnh AT . 23
3.3.4.5 Đọc tin nhắn . 33
3.3.4.6 Gửi tin nhắn . 34
3.4 Giới thiệu vi điều khiển 89C52 . 35
3.4.1 Sơ đồ chân vi điều khiển 89C52 . 36
3.4.2 Tổ chức bộ nhớ trong vi điều khiển 89C52 . 38
3.4.3 Hoạt động truyền dữ liệu của vi điều khiển 89C52 . 39
3.4.3.1 Giới thiệu . 39
3.4.3.2 Thanh ghi điều khiển truyền dữ liệu nối tiếp . 41
3.4.3.3 Các kiểu truyền dữ liệu nối tiếp . 42
3.4.4 Tập lệnh của vi điều khiển 89C52 . 43
3.4.5 Nguồn cung cấp . 43
3.4.6 Mạch dao động . 44
Chương 4: Thiết kế và thi công . 45
4.1 Phương án thiết kế . 45
4.2 Sơ đồ khối . 46
4.2.1 Chức năng từng khối . 46

4.2.2 Nguyên lý hoạt động . 47
4.3 Thiết kế và thi công phần cứng . 49
4.3.1 Sơ đồ nguyên lý và tính toán . 49
4.3.1.1 Module Sim300CZ . 49
4.3.1.2 Khối giao tiếp . 50
4.3.1.3 Khối nguồn . 51
4.3.1.4 Khối vi điều khiển . 52
4.3.1.5 Khối công suất . 52
4.3.1.6 Khối hiển thị LCD . 55
4.3.2 Mạch Layout . 56
4.3.2.1 Module Sim300CZ, khối nguồn, khối giao tiếp . 56
4.3.2.2 Khối vi điều khiển . 56
4.3.2.3 Khối công suất . 56
4.3.2.4 Khối hiển thị LCD . 56
4.3.3 Mạch thực tế . 57
4.3.3.1 Module Sim300CZ, khối nguồn, khối giao tiếp . 57
4.3.3.2 Khối vi điều khiển . 57
4.3.3.3 Khối công suất . 57
4.3.3.4 Khối hiển thị LCD . 58
4.4 Thiết kế và thi công phần mềm . 59
4.4.1 Ý tưởng chương trình . 59
4.4.2 Lưu đồ chương trình chính . 59
4.4.3 Lưu đồ chương trình xử lý tin nhắn . 60
4.4.4 Lưu đồ chương trình điều khiển thiết bị . 60
4.4.5 Lưu đồ chương trình nhận dữ liệu . 61
4.4.6 Lưu đồ chương trình gửi dữ liệu . 62
4.4.7 Lưu đồ chương trình lấy địa chỉ . 62
4.4.8 Lưu đồ chương trình điều khiển thiết bị . 63
4.4.9 Lưu đồ chương trình kiểm tra thiết bị . 63
4.4.10 Lưu đồ chương trình gửi tin nhắn . 64
4.4.11 Khởi tạo cho module SIM300CZ . 64

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài . 66
5.1 Kết quả thực hiện . . 66
5.2 Mô tả hệ thống . 66
5.3 Ưu điểm và khuyết điểm của hệ thống . . 67
5.4 Khả năng ứng dụng thực tế của đề tài . 68
5.5 Hướng phát triển . . 68
PHẦN C : PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO . . 69
Phụ lục I: Mã nguồn chương trình . 70
Phụ lục II: Hướng dẫn sử dụng sản phẩm . 81
Tài liệu tham khảo . 82

CHƯƠNG 1:
DẪN NHẬP
1.1 Giới thiệu đề tài
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 đặc biệt là kỹ thuật điều khiển tự động 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 Điện tử - Viễn thông 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, tuyền
thông nói riêng. Bên cạnh đó còn là sự thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nước
nhà.
Như chúng ta đã biết, gần như các thiết bị tự động trong nhà máy, 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 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 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 các tin nhắn 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 Ngoài ra, hệ thống còn mang tính bảo mật. Nghĩa là chỉ
có chủ nhà hay người biết mật khẩu của ngôi nhà thì mới điều khiển được ngôi nhà
này.
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 và thi công hệ thống điều khiển thiết bị từ xa bằng điện thoại di động dùng 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.

1.2 Ý nghĩa khoa học 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 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 vực này nhưng hiện
nay ở trên thế giới, nhất là các quốc gia thuộc Châu âu hay Mĩ 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 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 tin nhắn SMS nhằm đáp ứng nhu cầu
ngày càng cao của con người. Đề tài lấy cơ sở là tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị.
Việc sử dụng tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị có thuận lợi là tiết kiệm chi phí,
mang tính cạnh tranh và cơ động cao (nghĩa là ở chỗ nào có phủ sóng mạng điện
thoại di động ta cũng có thể điều khiển thiết bị được). 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 Mục đích nghiên cứu
Đồ án được nghiên cứu, khảo sát 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 bằng điện thoại di động” hoàn chỉnh. Hệ thống tích hợp module nhận tin
nhắn sử dụng mạng GSM, module xử lý dữ liệu, module công suất cho các thiết bị
trong nhà. Qua xử lí, dữ liệu sẽ được gửi về thiết bị đầu cuối (mobile) của người điều
khiển để báo cho biết trạng thái của các thiết bị được điều khiển.
Hệ thống điều khiển thiết bị từ xa bằng điện thoại di động dùng tin nhắn SMS có
chức năng như sau:
Có thể kiểm tra trạng thái của thiết bị trước khi điều khiển.Ø
Từ kết quả kiểm tra trạng thái, người dùng có thể dùng lệnh bằng tin nhắn đểØ
điều khiển.
Hệ thống sau khi nhận tin nhắn xuất lệnh điều khiển các thiết bị và tự động báoØ
trạng thái các thiết bị sau điều khiển.
Nhóm thực hiện tiến hành khảo sát Module Sim300CZ, ứng dụng để thi công
mạch cụ thể điều khiển đóng mở 2 bóng đèn tượng trưng cho 2 thiết bị với đặc điểm
sau:
Điều khiển các thiết bị trong nhà (cụ thể là điều khiển một thiết bị công suấtØ
trung bình) bằng tin nhắn SMS tại ví trí có phủ sóng của mạng điện thoại di động đang
hoạt động trong nước như Viettel, Mobile Phone, Vina Phone
Tự động gửi tin nhắn ngược trở lại cho người điều khiển, với nội dung tin nhắnØ
chứa thông tin hoạt động của thiết bị (on/off).
Hệ thống được bảo mật bằng password.Ø