Đồ Án Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị từ xa bằng điện thoại di động

Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị từ xa bằng điện thoại di động

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.

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.

Từ kết quả kiểm tra trạng thái, người dùng có thể dùng lệnh bằng tin nhắn để

điều khiển.

Hệ thống sau khi nhận tin nhắn xuất lệnh điều khiển các thiết bị và tự động báo

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 suất

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 nhắn

chứa thông tin hoạt động của thiết bị (on/off).

Hệ thống được bảo mật bằng password.