Điều khiển từ xa các thiết bị bằng tin nhắn SMS Phạm Thị Mai Sen Trang 1 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 LỜI MỞ ĐẦU 5 LỜI CẢM ƠN! 6 TÓM TẮT 7 ABSTRACT Error! Bookmark not defined. DANH MỤC HÌNH VẼ 8 DANH MỤC BẢNG VẼ 9 CÁC TỪ VIẾT TẮT 10 CHƯƠNG 1 11 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 11 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 11 1.1.1 Giới thiệu về đề tài và nêu lý do lựa chọn luận văn 11 1.1.2 Ý nghĩa khoa học của đề tài. 12 1.1.3 Mục đích nghiên cứu của đề tài 12 1.1.4 Giới hạn của đề tài 13 1.2 CƠ SỞ LÝ LUẬN 13 1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước 13 1.2.1.1 Ngoài nước 13 1.2.1.2 Trong nước 14 1.2.2 Ý tưởng thiết kế 14 1.2.3 Đề cương chi tiết nghiên cứu 14 1.2.4 Phương pháp nghiên cứu 15 CHƯƠNG 2 16 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ GSM VÀ TIN NHẮN SMS 16 2.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 16 2.1.1 Giới thiệu về công nghệ GSM 16 2.1.2 Đặc điểm của công nghệ GSM 16 2.1.3 Cấu trúc của mạng GSM 17 2.1.3.1 Cấu trúc tổng quát 17 Điều khiển từ xa các thiết bị bằng tin nhắn SMS Phạm Thị Mai Sen Trang 2 2.1.3.2 Các thành phần của công nghệ mạng GSM 17 2.1.4 Sự phát triển của công nghệ GSM ở Việt Nam 18 2.2 TỔNG QUÁT VỀ TIN NHẮN SMS 19 2.2.1 Giới thiệu về SMS 19 2.2.2 Cấu trúc một tin nhắn SMS 20 2.2.3 Tin nhẵn SMS chuỗi/ Tin nhắn SMS dài 21 2.2.4 SMS Center/ SMSC 21 2.2.5 Nhắn tin SMS quốc tế 22 CHƯƠNG 3 23 YÊU CẦU CỦA THIẾT KẾ MẠCH VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 23 3.1 YÊU CẦU CỦA THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN 23 3.2 CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 24 3.3 CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH ĐIỆN 24 3.3.1 Giới thiệu modem SIM900 24 3.3.1.1 Modem SIM là gì? 24 3.3.1.2 Modem SIM900 25 3.3.1.3 Đặc điểm của modem SIM900 25 3.3.1.4 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân 27 3.3.1.5 Khảo sát tập lệnh AT của modem SIM900 28 a. Các lệnh khởi tạo Modem GSM SIM900 29 b. Các lệnh xử lý cuộc gọi 30 c. Các lệnh về SMS 31 d. Các lệnh về GPRS 33 e. Một số lệnh khác 34 f. Các lệnh kiểm tra ban đầu 34 3.3.2 Tổng quan về Vi điều khiển Atmega 8 35 3.3.2.1 Giới thiệu về Vi điều khiển Atmega 8 35 3.3.2.2 Những tính năng chính của Atmega 8 36 3.3.2.3 Sơ đồ chân của Atmega 8 37 3.3.2.4 Cấu trúc bộ nhớ của Vi điều khiển Atmega 8 39 Điều khiển từ xa các thiết bị bằng tin nhắn SMS Phạm Thị Mai Sen Trang 3 a. Bộ nhớ chương trình 39 b. Bộ nhớ dữ liệu 40 c. Cổng vào/ ra 44 3.3.2.6 Cấu trúc ngắt của Vi điều khiển Atmega 8 47 a. Khái niệm ngắt 47 b. Trình phục vụ ngắt và bảng vector ngắt 48 c. Các ngắt ngoài 49 3.3.2.7 Bộ chuyển đổi của Vi điều khiển Atmega 8 49 a. Giới thiệu bộ chuyển đổi ADC 49 b. Các thanh ghi của bộ chuyển đổi ADC 52 3.3.2.8 Giao tiếp USART 55 a. Các chế độ truyển nhận dữ liệu của bộ USART 56 b. Các thanh ghi thực hiện truyền – nhận USART 57 3.3.3 Phương án lựa chọn các loại cảm biến 60 3.3.3.1 Cảm biến mở cửa (Công tắc từ) 61 a. Giới thiệu về cảm biến mở cửa MC51 61 b. Cấu trúc của công tắc từ 61 c. Nguyên lý làm việc của công tắc từ 62 3.3.3.2 Cảm biến chuyển động – PIR 63 a. Khái niệm 63 b. Cấu trúc của một cảm biến chuyển động – PIR 63 c. Nguyên lý làm việc của cảm biến chuyển động – PIR 64 3.3.3.3 Cảm biến khí gas MQ-6 66 a. Khái niệm 66 b. Cấu trúc của một cảm biến gas 66 c. Nguyên lý làm việc của cảm biến gas 68 CHƯƠNG 4 69 THỰC HIỆN THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 69 4.1. GIỚI THIỆU 69 4.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG VÀ CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI 69 4.2.1 Sơ đồ khối của hệ thống 69 Điều khiển từ xa các thiết bị bằng tin nhắn SMS Phạm Thị Mai Sen Trang 4 4.2.2 Chức năng của các khối 69 4.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG 70 4.3.1. Module điều khiển 70 4.3.1.1. Khối nguồn 70 4.3.1.2. Khối vi điều khiển 70 4.3.1.3. Khối cảm biến và hiển thị 71 4.3.1.4. Khối công suất 72 4.4 SƠ ĐỒ MẠCH IN MODULE ĐIỀU KHIỂN 74 4.5. SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN 75 4.6. KẾT QUẢ LUẬN VĂN 76 4.7 KẾT LUẬN 78 CHƯƠNG 5 79 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 79 PHỤ LỤC 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 Điều khiển từ xa các thiết bị bằng tin nhắn SMS Phạm Thị Mai Sen Trang 5 LỜI MỞ ĐẦU Điều khiển các thiết bị từ xa là một đề tài rất hay, thu hút được sự chú ý của nhiều người nghiên cứu trong đó có tôi. Điều tôi thấy thích nhất và cũng là một trong những giải pháp hiện nay rất được ưa chuộng là điều khiển các thiết bị điện cũng như giám sát toàn bộ ngôi nhà chỉ với chiếc điện thoại của chủ nhà. Nó có thể áp dụng cho nhiều đối tượng khác nhau trong dân dụng cũng như trong công nghiệp. Lúc đầu, nguồn gốc ý tưởng được thực hiện nhờ vào tia hồng ngoại để điều khiển từ xa, nhưng khoảng cách bị hạn chế. Về sau những 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… Kể từ khi công nghệ Wireless phát triển, người ta lại nghĩ đến điều khiển qua mạng không dây, điều khiển từ xa dùng mạng máy tính ra đời. Không dừng lại ở đó, khi mà các mạng điện thoại di động phát triển rộng khắp mọi vùng lãnh thổ, chiếc điện thoại di động trở thành phổ cập với cuộc sống của người dân hơn, thì người ta lại nghĩ về một chiếc điện thoại tích hợp khả năng điều khiển từ xa. Đây là một hình thức điều khiển thiết bị thuận lợi, tiết kiệm được nhiều thời gian cho việc điều khiển thiết bị và đồng thời vừa tiết kiệm được chi phí lắp đặt khi sử dụng. Ngày nay, nhu cầu sử dụng các hệ thống thiết bị tự động của con người ngày càng tăng. Đó chính là những mặt thuận lợi của việc hình thành và triển khai đề tài của tôi. Xuất phát từ ý tưởng nêu trên và có sự kế thừa, phát huy tôi quyết định chọn đề tài: “ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA CÁC THIẾT BỊ BẰNG TIN NHẮN SMS” để thực hiện. Với đề tài này, tôi muốn sử dụng điện thoại di động để điều khiển thiết bị điện dân dụng trong nhà, dùng Modul SIM 900 trên nền mạng GSM để thu tin nhắn SMS điều khiển. Tôi hi vọng đề tài này của mình sẽ làm cơ sở nghiên cứu cho các bạn khác yêu thích có thể mở rộng và phát triển các chức năng hơn nữa. Điều khiển từ xa các thiết bị bằng tin nhắn SMS Phạm Thị Mai Sen Trang 6 LỜI CẢM ƠN! Em xin gửi lời chân thành cảm ơn tới mỗi ngôi trường thân yêu – nơi mà em đã học tập. Kính lời cảm ơn khoa Sau Đại học – Viện Đại học Mở Hà Nội cùng các thầy cô của Khoa đã truyền thụ cho chúng em những kiến thức chuyên môn quý báu trong ngành Kỹ thuật Điện tử. Bên cạnh đó, thầy cô còn tạo các điều kiện hết sức thuận lợi để em có được một môi trường học tập tốt nhất. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Hoàng Mạnh Thắng - Thầy đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo cho em từng bước, từ khi bắt đầu cho tới khi hoàn thành luận văn. Gia đình đã trở thành nguồn động viên to lớn về vật chất lẫn tinh thần không thể thiếu giúp em thêm nhiệt huyết, tự tin để hoàn thành luận văn này. Cuối cùng là lời cảm ơn chân thành tới các bạn cùng lớp đã có những giúp đỡ kịp thời, những ý kiến đóng góp thật lòng để em có thể xây dựng luận văn hoàn thiện hơn. Hà Nội, Ngày … tháng… năm 2012 Học viên Phạm Thị Mai Sen Điều khiển từ xa các thiết bị bằng tin nhắn SMS Phạm Thị Mai Sen Trang 7 TÓM TẮT Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các thiết bị điện tử ra đời rất phong phú về chủng loại và tính năng sử dụng. Con người luôn luôn muốn có nhiều thiết bị giải trí cũng như các thiết bị sinh hoạt với công nghệ ngày càng hiện đại. Một trong những giải pháp thú vị trong điều khiển là điều khiển các thiết bị điện cũng như giám sát toàn bộ ngôi nhà chỉ với chiếc điện thoại của chủ nhà. Để tìm hiểu về công nghệ trên tôi đã quyết định chọn đề tài “Điều khiển từ xa các thiết bị bằng tin nhắn SMS”. Trong luận văn sẽ giới thiệu các kiến thức và quá trình thực hiện hệ thống trên. Luận văn bao gồm 5 chương: Chương 1: Tổng quan về đề tài Chương 2: Giới thiệu về công nghệ GSM và tin nhắn SMS Chương 3: Yêu cầu thiết kế mạch và phân tích lựa chọn các phương án thiết kế Chương 4: Thực hiện thiết kế và thi công mạch Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài Điều khiển từ xa các thiết bị bằng tin nhắn SMS Phạm Thị Mai Sen Trang 8 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Cấu trúc của công nghệ GSM 17 Hình 2.2 Các thành phần mạng GSM 18 Hình 2.3 Cấu trúc của một tin nhắn SMS 21 Hình 3.1 Modem SIM900 25 Hình 3.2 Sơ đồ chân của Modem SIM900 27 Hình 3.3 Các dòng AVR khác nhau: Tiny, AVR và Mega 36 Hình 3.4 Sơ đồ chân của Atmega 8 38 Hình 3.5 Bộ nhớ của Atmega 8 39 Hình 3.6 Sơ đồ bộ nhớ chương trình có và không có sử dụng Boot Loader 40 Hình 3.7 Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu ở hai chế độ 41 Hình 3.8 Sơ đồ một cổng vào/ra 46 Hình 3.9 Sơ đồ đơn giản của một khối ADC 50 Hình 3.10 Ngõ vào vi sai 52 Hình 3.11 Nguồn clock ADC 54 Hình 3.12 Sơ đồ khối bộ USART 56 Hình 3.13 Hình dạng thực tế của một bộ công tắc từ 61 Hình 3.14 Vị trí lắp đặp công tắc từ 62 Hình 3.15 Nguyên lý hoạt động của công tắc từ 63 Hình 3.16 Bộ cảm biến chuyển động – PIR 63 Hình 3.17 Nguyên lý phát hiện chuyển động ngang của nguồn thân nhiệt 64 Hình 3.18 Thân nhiệt chưa vào vùng cảm biến 65 Hình 3.19 Thân nhiệt đi vào vùng cảm biến 65 Hình 4.1 : Sơ đồ khối của hệ thống 69 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 70 Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển 71 Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị và cảm biến 71 Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý khối công suất 72 Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý module SIM 900 73 Hình 4.7 Sơ đồ mạch in Module điều khiển 74 Điều khiển từ xa các thiết bị bằng tin nhắn SMS Phạm Thị Mai Sen Trang 9 Hình 4.8 Sơ đồ thuật toán 75 Hình 4.9 Mạch thực tế Module điều khiển thiết bị bằng tin nhắn ………………… 76 Hình 4.10 Mạch hoạt động của hệ thống ………………………………………………77 DANH MỤC BẢNG VẼ Bảng 3.1 Bảng địa chỉ của các Port 47 Bảng 3.2 Bảng lựa chọn các hệ số chia cho nguồn clock ADC 54 Điều khiển từ xa các thiết bị bằng tin nhắn SMS Phạm Thị Mai Sen Trang 10 CÁC TỪ VIẾT TẮT GSM Global System for Mobile Communications Mạng thông tin di động toàn cầu SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn ngắn CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng không dây SMSC Short Message Service Center Trung tâm tin nhắn SIM Subscriber Identity Modules Module nhận dạng tin nhắn GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ gói vô tuyến chung PAP Password Authentication Protocol Giao thức xác thực bằng mật khẩu PPP Point-to-Point Protocol Giao thức kết nối điểm tới điểm TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền vận IP Internet Protocol Giao thức liên mạng CSD Circuit Switched Data Chuyển mạch dữ liệu USSD Unstructured Supplementary Service Data Dữ liệu dịch vụ bổ sung phi cấu trúc DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối dữ liệu CPU Central Processing Unit Khối xử lý trung tâm ISR Interrupt Service Routine Trình phục vụ ngắt [...]... hai h ng m c g m tin nh n SMS gi a các nhà i u hành c c b và tin nh n SMS gi a các nhà i u hành qu c t v i nhau Tin nh n SMS gi a các nhà i u hành c c b là tin nh n mà ư c g i gi a các nhà i u hành trog cùng m t qu c gia còn tin nh n SMS gi a các nhà i u hành qu c t là tin nh n SMS ư c g i gi a các nhà i u hành m ng wireless Thư ng thì chi phí nh ng qu c gia khác nhau g i m t tin nh n SMS qu c t thì... a SMS chu i là nó ít ư c h tr nhi u so v i SMS các thi t b có s d ng sóng wireless 2.2.4 SMS Center/ SMSC M t SMS Center (SMSC) là nơi ch u trách nhi m luân chuy n các ho t ng liên quan t i SMS c a m t m ng wireless Khi m t tin nh n SMS ư c g i i t m t i n tho i di ng thì trư c tiên nó s ư c g i t i m t trung tâm SMS Sau ó, trung tâm SMS này s chuy n tin nh n này t i ích (ngư i nh n) M t tin nh n SMS. .. p l nh AT còn h tr các modem GSM/GPRS và i n tho i di ng Bên c nh b l nh AT thông d ng này, các modem GSM/GPRS và các i n tho i di còn ư c h tr b i m t b l nh AT c bi t ng i v i công ngh GSM Nó bao g m các l nh liên quan t i SMS như AT+CMGS (g i tin nh n SMS) , AT+CMSS (g i tin nh n SMS t m t vùng lưu tr ), AT+CMGL (chu i li t kê các tin nh n SMS) và AT+CMGR ( c tin nh n SMS) V i các l nh AT m r ng... … Th ba, tin nh n SMS h tr vi c chi tr các d ch v tr c tuy n 2.2.2 C u trúc m t tin nh n SMS N i dung c a m t tin nh n SMS khi ư c g i i s Trang 20 ư c chia làm 5 ph n như sau : i u khi n t xa các thi t b b ng tin nh n SMS Ph m Th Mai Sen Hình 2.3 C u trúc c a m t tin nh n SMS - Instructions to air interface : Ch th d li u k t n i v i air interface (giao di n không khí) - Instructions to SMSC : Ch... tâm tin nh n SMSC (short message service centre) - Instructions to handset : Ch th d li u k t n i b t tay - Instructions to SIM (optional) : Ch th d li u k t n i, nh n bi t SIM (Subscriber Identity Modules) - Message body : N i dung tin nh n SMS 2.2.3 Tin nh n SMS chu i/ Tin nh n SMS dài M t trong nh ng tr ng i c a công ngh SMS là tin nh n SMS ch có th mang m t lư ng gi i h n các d li u chu i (hay SMS. .. 19 c các tin nh n i u khi n t xa các thi t b b ng tin nh n SMS Ph m Th Mai Sen SMS b t c lúc nào b n mu n, s không g p khó khăn gì khi b n ang hay trên xe bus hay trong văn phòng nhà… - Tin nh n SMS có th ư c g i t i các i n tho i mà t t ngu n N u như không ch c cho m t cu c g i nào ó thì b n có th g i m t tin nh n SMS n b n c a b n th m chí khi ngư i ó t t ngu n máy i n tho i trong lúc b n g i tin. .. ng (netwok) (ch ng h n như SMSC và SMS gateway) trư c khi i t i ích th c s c a nó Nhi m v duy nh t c a m t SMSC là luân chuy n các tin nh n SMS và i u ch nh quá trình này cho úng v i chu trình c a nó N u như máy i n tho i c a ngư i nh n Trang 21 i u khi n t xa các thi t b b ng tin nh n SMS không Ph m Th Mai Sen tr ng thái nh n (b t ngu n) trong lúc g i thì SMSC s lưu tr tin nh n này Và khi máy i n... p d ch v khác - SMS là m t công ngh phù h p v i các ng d ng Wireless s d ng cùng v i nó Nói như v y là do: Th nh t, tin nh n SMS ư c h tr 100% b i các i n tho i có s d ng công ngh GSM Xây d ng các ng d ng wireless trên n n công ngh SMS có th phát huy t i a nh ng ng d ng có th dành cho ngư i s d ng Th hai, các tin nh n SMS còn tương thích v i vi c mang các d li u binary bên c nh g i các text Nó có th... trì các chu n GSM và SMS Như ã nói trên v tên th y ư c là d li u có th y c a SMS là Short Message Service, t c m t ó, có th ư c lưu gi b i m t tin nh n SMS là r t gi i h n M t tin nh n SMS có th ch a t i a là 140 byte (1120 bit) d li u Vì v y, m t tin nh n SMS ch có th ch a : + 160 kí t n u như mã hóa kí t 7 bit ư c s d ng (mã hóa kí t 7 bit thì phù h p v i mã hóa các kí t latin ch ng h n như các kí... dài) ã ra kh c ph c tr ng i này, m t m r ng c a nó g i là SMS i M t tin nh n SMS d ng text dài có th ch a nhi u hơn 160 kí t theo chu n dùng trong ti ng Anh Cơ c u ho t sau: i n tho i di ng cơ b n SMS chu i làm vi c như ng c a ngư i g i s chia tin nh n dài ra thành nhi u ph n nh và sau ó g i các ph n nh này như m t tin nh n SMS ơn Khi các tin nh n SMS này ã ư c g i t i ích hoàn toàn thì nó s ư c k t h . Module điều khiển 74 Điều khiển từ xa các thiết bị bằng tin nhắn SMS Phạm Thị Mai Sen Trang 9 Hình 4.8 Sơ đồ thuật toán 75 Hình 4.9 Mạch thực tế Module điều khiển thiết bị bằng tin nhắn …………………. 107 Điều khiển từ xa các thiết bị bằng tin nhắn SMS Phạm Thị Mai Sen Trang 5 LỜI MỞ ĐẦU Điều khiển các thiết bị từ xa là một đề tài rất hay, thu hút được. việc phát triển ý tưởng đề tài: Điều khiển từ xa các thiết bị bằng tin nhắn SMS này của em. Tóm lại, việc nghiên cứu sử dụng tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị hiện nay tại Việt Nam vẫn còn