LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KIỂN CÁC THIẾT BỊ CỐ ĐỊNH I ĐẶT VẤN ĐỀ : Với phát triển mạnh mẽ Khoa học Kĩ thuật thập niên gần đây, ngành Bưu Viễn thông tạo bước ngoặc quan trọng lĩnh vực thông tin để đáp ứng nhu cầu người Hiện nay, hệ thống thông tin qua mạng điện thoại tồn cầu hóa, trở nên gần gũi quen thuộc với người Nhờ hệ thống thông tin mà người không bị hạn chế khoảng cách liên lạc Trong lĩnh vực thông tin đáp ứng nhu cầu cần thông tin người Vậy lĩnh vực điều khiển tự động sao? Con người cịn bị hạn chế nhiều khoảng cách lĩnh vực Thật vậy, việc điều khiển có nhiều cách : điều khiển tia hồng ngoại, điều khiển vô tuyến… cách phụ thuộc vào khoảng cách, có tác dụng phạm vi điều khiển gần mà thôi! Với phát triển KHKT, với mức độ nhu cầu người ngày cao, đòi hỏi người phải điều khiển thiết bị điện mà khơng bị hạn chế khoảng cách điều khiển Từ nhóm sinh viên thực hình thành nên ý tưởng đề tài phải thiết kế hệ thống dùng đường truyền có sẵn mạng thông tin qua điện thoại để điều khiển Đề tài anh chị khóa trước nghiên cứu thiết kế có khả thi : “Điều khiển thiết bị điện từ xa điện thoại” dùng vi điều khiển Phạm Minh Huy – Võ Đình Vĩnh Định (6A95KĐĐ) “Thiết kế mạch điều khiển xa điện thoại” dùng IC số Đinh Hoàng Trí – Nguyễn Đại Thắng (94TCKĐĐ) Với kết khả quan việc nghiên cứu thiết kế đề tài khóa trước chắn việc sử dụng điện thoại để điều khiển vấn đề hồn tồn được, có tính khả thi tương lai, phù hợp với xu nhân loại Đó vấn đề mà nhóm sinh viên tực đề tài quan tâm II TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI : Với kết thu việc sử dụng điện thoại điều khiển thiết bị khóa trước chứng minh đề tài vấn đề có thật, có thực tế, thựctại khách quan điều không tưởng Ưu điểm việc dùng đường truyền điện thoại để điều khiển thiết bị phạm vi điều khiển rộng, không bị hạn chế khoảng cách điều khiển, đâu có điện thoại điều khiển thiết bị Người điều khiển nơi mà điều khiển thiết bị nhiều nơi khác nhau, chí điều khiển thiết bị môi trường nguy hiểm, độc hại mà người thâm nhập vào để điều khiển thiết bị dây chuyền sản xuất thay người Vì đề tài vấn đề thực khách quan mà cịn có tầm quan trọng thực trong tương lai III GIỚI HẠN VẤN ĐỀ : Với lượng kiến thức truyền đạt suốt khóa học, với khả thân thời gian cho phép để thực đề tài nên nhóm sinh viên thực có giới hạn cụ thể đề tài để phù hợp với khuôn khổ khả điều kiện ngiên cứu sau : - Dùng vi xử lí 8085 làm hệ thống điều khiển trung tâm - Hệ thống điều khiển thực chức điều khiển thiết bị Không thực chức báo động báo trộm, báo cháy hay tự động trả lời điện thoại - Khơng sử dụng tiếng nói để báo trạng thái thiết bị mà sử dụng âm hiệu nhạc - Chỉ nghiên cứu nguyên lí làm việc hệ thống tổng đài – máy điện thoại để làm liệu cho việc thiết kế mà không nghiên cứu sâu cấu tạo cách thức hoạt động bên tổng đài máy điện thoại - Chỉ điều khiển hệ thống điện thoại hữu tuyến - Bàn phím hiển thị gồm 12 phím số, phím thực chức reset, đặt số password 10 led hiển thị liệu thiết bị mã điều khiển - Dùng IC 74138 giải mã IO/M\ đường thành đường, IC 74245 đệm liệu chiều, IC 74244 đệm liệu chiều, IC 74573 chốt tách liệu – điạ - Điều khiển tối đa thiết bị điện - Ngoài chức điều khiển tắt – mở thiết bị, hệ thống thực chức cài đặt thời gian reset đồng loạt thiết bị điện - Số password dễ dàng cài đặt lại có nhu cầu - Thiết kế bàn phím điều khiển giống bàn phím điện thoại thuận tiện việc thao tác phím - Bộ nhớ hệ thống sử dụng ROM 2764 8Kbyte RAM 6264 8Kbyte Với dung lượng nhớ dư thực vào việc thiết kế chương trình phục vụ chức khác : báo động, tự động trả lời điện thoại, tự động gọi số máy điện thoại cài đặt sẵn,… - Phần mềm sinh viên Trịnh Thị Mỹ Hiền nghiên cứu thiết kế Phần cứng sinh viên Trịnh Quốc Dân nghiên cứu thực IV MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU : Do thực tiễn nay, người bị hạn chế nhiều việc điều khiển tự động thiết bị Do với kết hợp phát triển KHKT ngành Bưu Viễn thơng, với có sẵn đường truyền điện thoại vật dụng cần thiết quen thuộc người nên nhóm sinh viên thực nghiên cứu vấn đề nhằm đưa ý tưởng dùng điện thoại để điều khiển thiết bị trở thành thực giúp người phá bỏ hạn chế khoảng cách lĩnh vực điều khiển tự động, phù hợp với xu ngành tự động điều khiển V KHẢO SÁT TÀI LIỆU LIÊN HỆ : “Điều khiển từ xa điện thoại” dùng vi điều khiển sinh viên thực Phạm Minh Duy – Võ Đình Vĩnh Định (6A95KĐĐ) “Thiết kế mạch điều khiển xa điện thoại” dùng IC số Đinh Hồng Trí – Nguyễn Đại Thắng (94TCKĐĐ) Sau nghiên cứu đề tài này, nhóm sinh viên thực phát nhiều thiếu sót từ hình thành nên ý tưởng phát triển đề tài thành hệ thống có tính khả thi đáp ứng nhu cầu người sử dụng Đề tài khác đề tài trước gì? Các đề tài trước tên thiết kế sau :  Sử dụng vi điều khiển hay IC số  Hệ thống điều khiển thiết bị  Mật mã hệ thống có chữ số, xác suất ngẫu nhiên bấm mật mã cao  Trạng thái điều khiển tải tắt hay mở mà (không định thời được)  Báo trạng thái tắt/ mở thiết bị tiếng nói  Chỉ điều khiển thiết bị điều khiển qua mạng điện thoại mà (tức muốn điều khiển thiết bị bắt buộc phải dùng đến điện thoại) – bất tiện cần điều khiển nơi đặt hệ thống  Không hiển thị liệu thiết bị để quan sát  Không tắt khẩn cấp thiết bị lúc VI GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI SINH VIÊN KHẢO SÁT : Như trình bày trên, đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển xa thiết bị điện có định thời điện thoại hữu tuyến” đề tài mang tính kế thừa mở rộng phạm vi sử dụng phạm vi điều khiển Đây đề tài có tính qui mơ cao, đáp ứng nhu cầu người sử dụng có tính khả thi phù hợp với KHKT đại nước nhà Đề tài nhóm sinh viên nghiên cứu, mở rộng phát triển sau :  Hệ thống điều khiển trung tâm dùng vi xử lý 8085  Hệ thống điều khiển thiết bị  Mật mã hệ thống có chữ số (nâng cao tính bí mật hệ thống xác suất ngẫu nhiên bấm mã thấp)  Trạng thái điều khiển thiết bị chức tắt / mở cịn định thời gian làm việc cho thiết bị  Báo trạng thái thiết bị âm hiệu nhạc (đảm bảo tính kĩ thuật tính kinh tế cho hệ thống)  Ngoài chức điều khiển thiết bị qua điện thoại, cịn điều khiển thiết bị qua phím nhấn đặt hệ thống điều khiển thiết kế giống bàn phím điện thoại  Hiển thị liệu thiết bị thơng qua 10 Led đoạn gồm có : Led : hiển thị số thiết bị cần quan sát điều khiển Led : hiển thị số thời gian cài đặt cho thiết bị, đồng thời hiển thị cho thấy số mật mã cần cài đặt lại 4Led : hiển thị số thời gian làm việc lại thiết bị (đếm lùi)  Khi cần thiết điều khiển tắt khẩn cấp lúc thiết bị  Trong thiết bị chia đơn vị thời gian tính sau :  thiết bị làm việc với thời gian cài đặt từ (1  < 3) với đơn vị tính giây  thiết bị làm việc với thời gian cài đặt từ (1  < 160) với đơn vị tính phút  thiết bị làm việc với thời gian cài đặt từ (1  9999) với đơn vị tính Tùy theo lượng thời gian cài đặt theo đơn vị tính mà người sử dụng cài đặt thiết bị cho hợp lí VII GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ : “Thiết kế hệ thống điều khiển xa thiết bị điện có định thời điện thoại hữu tuyến” Thuật ngữ : “có định thời” nói lên chất hệ thống ngồi chức điều khiển tắt – mở thơng thường cịn cài đặt thời gian làm việc cho thiết bị điện Thuật ngữ : “điện thoại hữu tuyến” : khả thân, tìnhhình nghiên cứu điều kiện thử nghiệm nên đề tài giới hạn sử dụng điện thoại có dây (hữu tuyến) để điều khiển mà không sử dụng điện thoại di động, điện thoại vô tuyến để điều khiển thiết bị điện CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ LUẬN I Dàn ý nghiên cứu: - Thiết kế cấu trúc sơ đồ khối thiết bị - Thíêt kế khối xử lý trung tâm CPU & ngoại vi - Thiết kế phần bàn phím hiển thị - Thi công phần cứng – phần mềm thiết bị - Hướng dẫn sử dụng phần cứng thiết bị II Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu chủ yếu đề tài tên khóa trước sở giảng tổng đài điện thoại III Phương pháp phương tiện nghiên cứu : Phương pháp : - Tham khảo tài liệu: Chủ yếu tài liệu có kiến thức liên hệ đến kỹ thuật số, kỹ thuật điện tử, ngoại vi vi xử lý - Thực nghiệm : Kết nối phần cứng giao tiếp với đường truyền điện thoại để biết cách hoạt động cụ thể IC chuyên dụng lĩnh vực viễn thông; kết nối phần cứng vi xử lí, ngoại vi testboard kết nối với kit VXL 8085 Viết chương trình để thử nghiệm cách hoạt động ngoại vi Phương tiện : Ngoài thiết bị thực tập VXL 8085 trường ĐHSP Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh, dụng cụ đo đạc dao động ký, máy phát sóng, đồng hồ VOM… để thực đề tài phải thiết kế số mạch phụ hay dùng testboard để thử nghiệm ngoại vi khảo sát 8253, 8279, MT8870 IV Thời gian nghiên cứu : Theo phân công môn điện tử, thời gian thực đề tài tính từ ngày 18/12/1999 đến ngày 28/02/2000 LÝ TUYẾT TỔNG QUÁT VỀ TỔNG ĐÀI – MÁY ĐIỆN THOẠI I GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ TỔNG ĐÀI : Định nghĩa tổng đài : Tổng đài hệ thống chuyển mạch có hệ thống kết nối liên lạc thuê bao với nhau, với số lượng thuê bao lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào loại tổng đài, khu vực Chức tổng đài : Tổng đài điện thoại có khả : - Nhận biết thuê bao có nhu cầu xuất phát gọi - Thơng báo cho th bao biết sẵn sàng tiếp nhận yêu cầu thuê bao - Xử lí thông tin từ thuê bao chủ gọi để điều khiển kết nối theo yêu cầu - Báo cho thuê bao bị gọi biết có người cần muốn liên lạc - Giám sát thời gian tình trạng thuê bao để ghi cước giải tỏa - Giao tiếp với tổng đài khác để phối hợp điều khiển Phân loại tổng đài : 3.1 Tổng đài công nhân : Việc kết nối thông thoại, chuyển mạch dực vào người 3.2 Tổng đài điện : Bộ phận thao tác chuyển mạch hệ thống khí, điều khiển hệ thống mạch từ Gồm hai hệ thống chuyển mạch khí : cuyển mạch nấc chuyển mạch ngang dọc 3.3 Tổng đài điện tử : Q trình điều khiển kết nối hồn tồn tự động, người sử dụng khơng thể cung cấp cho tổng đài yêu cầu lời nói Ngược lại, tổng đài trả lời cho người sử dụng khơng thể lời nói Do đó, cần qui định số thiết bị tín hiệu để người sử dụng tổng đài làm việc với 3.3.1 Đĩa quay số : Ơû máy điện thoại có bàn phím số, nhằm gởi số thuê bao bị gọi đến tổng đài 3.3.2 Các âm hiệu : - Tín hiệu mời quay số : Khi thuê bao nhấc tổ hợp để xuất phát gọi nghe âm hiệu mời quay số tổng đài cấp cho th bao gọi, tín hiệu hình sin có tần số 425  25 Hz liên tục - Tín hiệu báo bận : Tín hiệu báo cho người sử dụng biết thuê bao bị gọi tình trạng bận trường hợp thuê bao nhấc máy q lâu mà khơng quay số tổng đài gởi âm hiệu báo bận Tín hiệu báo bận tín hiệu hình sin có tần số 425  25 Hz, ngắt qng 0.5 giây có 0.5 giây khơng - Tín hiệu chng : Tín hiệu chng tổng đài cung cấp cho thuê bao bị gọi, tín hiệu hình sin có tần số 25 Hz điện áp 90V hiệu dụng ngắt quãng tuỳ thuộc vào tổng đài, thường giây có giây khơng - Tín hiệu hồi chng : Tín hiệu hồi chng tổng đài cấp cho thuê bao bị gọi, tín hiệu hình sin có tần số 425  25 Hz hai tín hiệu ngắt qng tương ứng nhịp chng 3.3.3 Phương thức chuyển mạch tổng đài điện tử : Tổng đài điện tử có phương thức chuyển mạch sau :  Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch không gian (SDM : Space Devision Multiplexer)  Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch thời gian (TDM : Timing Devision Multiplexer) : có hai loại - Phương thức ghép kênh tương tự theo thời gian (Analog TDM) gồm có : + Ghép kênh phương thức truyền đạt cộng hưởng + Ghép kênh PAM (PAM : Pulse Amplitude Modulation) Trong kỹ thuật ghép kênh PCM người ta lại chia loại : điều chế Delta điều chế PCM Ngoài ra, tổng đài có dung lượng lớn lớn (dung lượng lên đến cỡ vài chục ngàn số) người ta phối hợp hai phương thức chuyển mạch SDM TDM thành T – S – T, T – S, S – T – S … Ưu điểm phương thức kết hợp tận dụng tối đa số link trống giảm bớt số link trông không cần thiết, làm cho kết cấu toàn tổng đài trở nên đơn giản vì, phương thức ghép kênh TDM ln ln tạo khả tồn thơng, mà thơng thường tổng đài có dung lượng lớn, việc dư link khơng cần thiết Người ta tính thơng thường có tối đa 10% th bao có yêu cầu lúc, nên số link trống cần đạt 10% tổng số thuê bao đủ  Tổng đài điện tử dùng phương thức ghép kênh theo tần số (FDM : Frequence Devision Multiplexer) II GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ MÁY ĐIỆN THOẠI : Các thông số máy điện thoại : - Tổng đài nối với thuê bao qua đườc truyền TIP RING Thông qua đường dây thông tin từ tổng đài qua thuê bao cấp nguồn dòng từ 25 mA đến 40 mA (trung bình chọn 35 mA) đến cho máy điện thoại - Tổng trở DC gác máy lớn từ 20 K - Tổng trở AC gác máy từ 4K đến 10K - Tổng trở DC nhấc máy nhỏ 1K (từ 0,2K  0,6K) Các hoạt động mạng điện thoại: Tổng đài nhận biết trạng thái nhấc máy thuê bao hay gác máy cách sử dụng nguồn chiều 48VDC Khi gác máy tổng trở DC 20K lớn xem hở mạch Khi ngấc máy tổng trở DC giảm xuống nhỏ 1K hai tổng đài nhận biết trạng thái thơng qua dịng DC xuất đường dây Sau đó, tổng đài cấp tín hiệu mời gọi lên đường dây đến thuê bao Quay số : Người gọi thơng báo số muốn gọi cho tổng đài biết cách gởi số máy điện thoại muốn gọi đến cho tổng đài Có hai cách gởi số đến tổng đài : - Quay số xung (Pulse – Dialing) : Được thực cách thay đổi tổng trở DC mạch thuê bao tạo nên xung dòng với số xung tương đương với số muốn quay - Quay số Tone (Tone – Dialing) : Máy điện thoại phát lúc hai tín hiệu với tần số dao động khác tương ứng với số muốn quay (DTMF : Dual Tone Multi Frequence) theo bảng sau : Bảng : phân loại tần số tín hiệu Tone Tần số thấp (Hz) Tần số cao (Hz) 697 1209 697 1336 697 1477 770 1209 770 1336 770 1477 852 1209 852 1336 852 1477 * 941 1209 941 1336 # 942 1477 m Phí Kết nối thuê bao : Tổng đài nhận số liệu xem xét : - Nếu đường dây nối thông thoại bị bận tổng đài cấp tín hiệu báo bận - Nếu đường dây nối thơng thoại khơngbị bận tổng đài cấp cho người bị gọi tín hiệu chng người gọi tín hiệu hồi chng Khi người gọi nhấc máy, tổng đài nhận biết trạng thái này, tổng đài ngưng cấp tín hiệu chng để không làm hư mạch thoại thực việc thông thoại tín hiệu đường dây đến máy điện thoại tương ứng với tín hiệu thoại cộng với giá trị khoảng 300 mV đỉnh – đỉnh Tín hiệu khỏi máy điện thoại chịu suy hao đường dây với mát công suất khoảng 10 dB  25 dB Giả sử suy hao 20 dB, suy tín hiệu khỏi máy điện thoại có giá trị khoảng V đỉnh – đỉnh Ngưng thoại : Khi thuê bao gác máy, tổng đài nhận biết trạng thái này, cắt thông thoại cho máy đồng thời cấp tín hiệu báo bận cho máy cịn lại Tín hiệu thoại: Tín hiệu thoại đường dây tín hiệu điện mang thơng tin có nguồn gốc từ âm q trình trao đổi th bao Trong đó, âm tạo dao động học, truyền mơi trường dẫn âm Khi truyền mạng điện thoại tín hiệu thường bị méo dạng lý : nhiễu, suy hao tín hiệu đường dây xạ sóng đường dây với tần số khác Để đảm bảo tín hiệu điện thoại nghe rõ trung thực, ngày mạng điện thoại người ta sử dụng tín hiệu thoại có tần số từ 300 Hz  3400 Hz III PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG GIỮA TỔNG ĐÀI VÀ MÁY ĐIỆN THOẠI : Tổng đài nhận dạng thuê bao gọi nhấc máy thông qua thay đổi tổng trở mạch vịng đường dây th bao Bình thường thuê bao vị trí gác máy điện trở mạch vòng lớn Khi thuê bao nhấc máy, điện trở mạch vòng thuê bao giảm xuống khoảng từ 150 đến 1500 Tổng đài nhận biết thay đổi tổng trở mạch vòng (tức thay đổi trạng thái thuê bao) thông qua cảm biến trạng thái Tổng đài cấp âm hiệu mời quay số (Dial Tone) coho thuê bao Dial Tone tín hiệu mời quay số hình sin có tần số 425  25 Hz Khi thuê bao nhận biết tín hiệu Dial Tone, người gọi hiểu phép quay số Người gọi bắt đầu tiến hành gửi xung quay số thông qua việc quay số nhấn núy chọn số Tổng đài nhận biết số quay nhờ vào chuỗi xung quay số phát từ thuê bao gọi Thực chất xung quay số trạng thái nhấc máy gác máy thuê bao Nếu đường kết nối thông thoại bị bận thuê bao gọi bị bận thìtổng đài phát tín hiệu báo bận cho thuê bao Aâm hiệu có tần số f = 425  25 Hz ngắt nhịp 0,5s có 0,5 s không Tổng đài nhận biết số thuê bao gọi đến nhận xét : - Nếu số đầu nằm tập thuê bao tổng đài phục vụ gọi nội đài - Nếu số đầu số qui ước gọi tổng đài phục vụ gọi liên đài qua trung kế gửi toàn phần định vị số quay sang tổng đài đối phương để giải mã