BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU THẬP NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU VỀ SERVER LƯU TRỮ SỬ DỤNG DỊCH VỤ GPRS Sinh viên thực hiện Cán bộ hướng dẫn Lê Hoài Nam TS. Nguyễn Chánh Nghiệm MSSV: 1091046 Cần Thơ, 12/2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU THẬP NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU VỀ SERVER LƯU TRỮ SỬ DỤNG DỊCH VỤ GPRS Sinh viên thực hiện Cán bộ hướng dẫn Lê Hoài Nam TS. Nguyễn Chánh Nghiệm MSSV: 1091046 Luận văn được bảo vệ tại: Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Bộ môn Điện tử viễn thông, khoa Công Nghệ, Đại học Cần Thơ ngày 07 tháng 12 năm 2012 Cần Thơ 12/2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ Luận văn được thực hiện bởi: Họ tên: Lê Hoài Nam, MSSV: 1091046, Lớp: Điện tử viễn thông Tựa đề Luận văn: THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU THẬP NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN VỀ SERVER LƯU TRỮ SỬ DỤNG DỊCH VỤ GPRS Luận văn đã nộp và báo cáo tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn tốt nghiệp Đại học ngành Điện tử Truyền thông, Bộ môn Điện tử Viễn thông vào ngày 7 tháng 12 năm 2012. (Quyết định thành lập Hội đồng số: ……/QĐ-CN ngày….tháng… năm 2012 của Trưởng Khoa Công Nghệ) Kết quả đánh giá: Chữ ký của các thành viên Hội đồng: Thành viên 1: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm Thành viên 2: TS. Lương Vinh Quốc Danh Thành viên 3: TS. Ngô Quang Hiếu LỜI CAM ĐOAN Nhận thấy với điều kiện phủ sóng rộng khắp và chất lượng dịch vụ ngày càng được cải thiện bởi các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. Ngày nay, GPRS là kênh truyền dẫn thông tin hiệu quả, vì lý do đó việc ứng dụng công nghệ này để trang bị thêm cho các thiết bị thu thập dữ liệu từ xa là khả quan và cần thiết vì vậy tôi chọn thực hiện đề tài: “Thiết kế thiết bị thu thập nhiệt độ và truyền dữ liệu về server lưu trữ sử dụng dịch vụ GPRS” để làm đề tài luận văn của mình. Trong quá trình thực hiện đề tài, chắc chắn còn nhiều thiếu sót do hạn chế về kiến thức, về thời gian thực hiện cũng như khả năng trình bày. Nhưng, những nội dung được trình bày trong quyển báo cáo này là những hiểu biết và thành quả của tôi đạt được dưới sự hướng dẫn của Thầy Nguyễn Chánh Nghiệm. Tôi xin cam đoan rằng: những nội dung trình bày trong quyển báo cáo luận văn tốt nghiệp này không phải là bản sao chép từ bất kỳ công trình đã có trước nào. Nếu không đúng sự thật, chúng tôi xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường. Cần Thơ, ngày 07 tháng 12 năm 2012 Sinh viên thực hiện Lê Hoài Nam Trang 4 LỜI CẢM ƠN  Hoàn thành luận văn này, đầu tiên con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến đấng sinh thành. Con cảm ơn cha mẹ vì công sinh thành, nuôi dưỡng và luôn lo lắng về mọi điều cho con, từ vật chất, tinh thần và cả niềm tin để cho con có cơ hội học tập và phát triển như ngày hôm nay. Tiếp đến, em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Chánh Nghiệm. Thầy đã tận tình hướng dẫn và luôn dõi theo em trong quá trình thực hiện đề tài. Sự quan tâm của Thầy thực sự là động lực để cho em vượt qua những khó khăn, hạn chế để hoàn thành đề tài tốt nhất. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô đã và đang giảng dạy Trường Đại học Cần Thơ nói chung và toàn thể Thầy Cô đang công tác tại 2 bộ môn Điện tử Viễn Thông và Tự Động Hóa nói riêng. Em cảm ơn Thầy Cô đã truyền đạt những kiến thức thực sự quý báo trong suốt 4 năm ngồi ở giảng đường. Cuối cùng tôi xin ghi nhận và cảm ơn những sự giúp đỡ, động viên của bạn bè trong trong khối ngành Điện tử. Những sự giúp đỡ, gợi ý của các bạn thực sự giúp ích cho tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài này. Xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày 7 tháng 12 năm 2012 Sinh viên thực hiện Lê Hoài Nam Trang 5 MỤC LỤC THUẬT NGỮ VÀ MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT ADC Analog to Digital Converter GPRS General Packet Radio Service I 2 C Inter-Integrated Circuit IC Integrated Circuit LCD Liquid Crystal Display LPM Low Power Mode SPI Serial Peripheral Bus PC Personal Computer UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter TCP Transmission Control Protocol SMS Short Message Services Trang 6 TÓM TẮT Đề tài này được nghiên cứu nhằm mục đích chế tạo thiết bị rẻ tiền phục vụ hiệu quả cho ứng dụng quan trắc môi trường. Để đạt được tiêu chí nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng, đề tài sử dụng vi điều khiển MSP430FR5739 với công nghệ bộ nhớ FRAM của hãng Texas Intruments làm bộ xử lý trung tâm. Thiết bị được chế tạo có thể thu thập dữ liệu nhiệt độ môi trường và truyền dữ liệu định kỳ về một máy chủ thông qua dịch vụ GPRS. Thiết bị có thể thu thập dữ liệu nhiệt độ định thời (tối đa 255 mẫu dữ liệu) theo chu kỳ định trước. Ngoài việc cho phép người dùng cài đặt các thông số cho việc thu thập dữ liệu như chu kỳ lấy mẫu, ngưỡng cảnh báo hết bộ nhớ, thông qua việc gửi tin nhắn SMS đến thiết bị, thiết bị còn định kỳ gửi thông tin trạng thái của thiết bị thông qua tin nhắn SMS. Từ khóa: GPRS, MSP430FR5739, SIM900, SMS, data logger ABSTRACT The goal of this research is to develop an inexpesinve device for effective environmental monitoring applications. MSP430FR5739 microcontroller with FRAM memory technology (Texas Intruments) is implemented to make the device compact and energy efficient. This device can acquire the ambient temperature (255 data points) and allow cyclic temperature data transmission using GPRS. The device does not only allow the administrator configure various settings such as sampling time, warning threshold, via SMS messages but also send SMS messages to the administrator cyclically to notify its status. Keyword: GPRS, MSP430FR5739, SIM900, SMS, data logger . Trang 7 DANH MỤC HÌNH Trang 8 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong vài thập kỷ trở lại đây, biến đổi khí hậu và sự nóng lên trên toàn cầu đang là vấn đề lưu tâm trong toàn xã hội. Thiên tai và các hiện tượng thời tiết cực đoan xuất hiện ở nhiều nơi trên thế giới. Theo như đánh giá của chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu (Nghị quyết số 60/2007/NQ-CP ngày 03 tháng 12 năm 2007 của Chính phủ), biến đổi khí hậu ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trường trên phạm vi toàn cầu: ước tính đến 2080 sản lượng ngũ cốc có thể giảm từ 2-4%, giá sẽ tăng 13–45%, tỷ lệ dân số bị ảnh hưởng của nạn đói chiếm từ 36-50%. Đặc biệt, theo đánh giá của ngân hàng thế giới (2007) thì Việt Nam là một trong 5 quốc gia gánh chịu hậu quả nặng nề nhất từ vấn đề biến đổi khí hậu. Từ thực trạng đó nhu cầu xây dựng mạng lưới quan trắc trên một diện rộng, trong một thời gian dài để theo dõi các thông số của môi trường hết sức cần thiết. Vì sự cần thiết đó tôi chọn thực hiện đề tài: “Thiết kế thiết bị thu thập nhiệt độ và truyền dữ liệu về server lưu trữ sử dụng dịch vụ GPRS”. Mục tiêu hướng đến trong đề tài là thiết kế thiết bị có khả năng thu thập định kỳ dữ liệu môi trường (thông tin nhiệt độ) và truyền dữ liệu thu thập được về server lưu trữ chính thông qua mạng GPRS. 1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Hiện nay trên thị trường có nhiều thiết bị thu thập dữ liệu, quan trắc có hỗ trợ công nghệ truyền dẫn qua mạng GSM/GPRS được sản xuất cả trong và ngoài nước. Bên cạnh đó thì vấn đề nghiên cứu chế tạo thiết bị phục vụ quan trắc có sử dụng công nghệ GSM/GPRS cũng thu hút khá nhiều sự quan tâm của sinh viên khối ngành kỹ thuật tại nhiều trường đại học trên cả nước. Đối với trường Đại học Cần Thơ cũng có nhiều nhóm sinh viên tham gia thực hiện một số đề tài liên quan mang tính thực tiễn. Năm 2011, nhóm sinh viên Huỳnh Quốc Trung và Lê Duy Khánh đã thiết kế “Hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm từ xa” để cập nhật sự thay đổi yếu tố nhiệt độ và độ ẩm không khí trong các nhà xưởng, phòng thí nghiệm đến người SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 9 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm dùng qua tin nhắn SMS. Năm 2012, nhóm sinh viên Nguyễn Bé Vụ và Nguyễn Quyền Anh đã thiết kế “Hệ thống cảnh báo độ pH, nồng độ Oxy, nhiệt độ trong môi trường nước qua SMS”. Hệ thống này giúp người dùng thu thập các thông tin của môi trường nước như nhiệt độ, độ pH và nồng độ Oxi hòa tan trong nước khi cần. Đồng thời hệ thống cũng cho phép người dùng thiết đặt các thông số “ngưỡng báo động” từ xa bằng tin nhắn SMS. Các nghiên cứu này mang tính ứng dụng cao vì giúp một lượng lớn bà con nông dân nuôi trồng thủy sản và những đối tượng chơi thủy sinh. Với ưu điểm của một hệ giám sát điều khiển, các hệ thống đề cập như trên có thể phát đi những cảnh báo kịp thời cho người quản lý khi có sự cố bất thường qua tin nhắn SMS và cũng cho phép người sử dụng gửi yêu cầu cập nhật đến tình trạng thiết bị qua tin nhắn SMS bất cứ lúc nào. Tuy nhiên, nếu áp dụng cho hệ thống quan trắc thì các nghiên cứu trên chưa thực sự phù hợp, vì nếu xét về lâu dài thì việc gửi nhận thông tin bằng tin nhắn SMS sẽ khá tốn kém. Mặt khác, trong quá trình quan trắc khả năng mất thông tin thu thập được tại khu vực cần theo dõi có thể xảy ra do thiết bị hỏng hóc, thất lạc hoặc bị đánh cấp. Do đó ở thiết bị quan trắc cần có cơ chế định kỳ gửi thông tin thu thập được về trung tâm để lưu trữ. Từ những nhận định như trên tôi chọn thực hiện đề tài: “Thiết kế thiết bị thu thập nhiệt độ và truyền dữ liệu về server lưu trữ sử dụng dịch vụ GPRS”. Với việc chọn dùng dịch vụ GPRS làm kênh truyền nhận thông tin giữa thiết bị về server lưu trữ chính sẽ giúp cho hệ thống giảm rất nhiều chi phí. SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 10 [...].. .Luận văn tốt nghiệp 3 CBHD: TS Nguyễn Chánh Nghiệm MỤC TIÊU VÀ CÁCH THỰC HIỆN 1.3.1 Mục tiêu 3.1.1 Mục tiêu của thiết bị thu thập dữ liệu  Thiết bị có khả năng thu thập dữ liệu (nhiệt độ) môi trường định kỳ  Có thể kết nối và gửi dữ liệu định kỳ về server lưu trữ thông qua việc sử dụng dịch vụ internet  Tiêu thụ ít năng lượng trong quá trình hoạt động  Cho phép người dùng... dữ liệu  Sử dụng vi điều khiển MSP430FR5739 để thu thập giá trị nhiệt độ môi trường từ cảm biến nhiệt độ LM35 thông qua bộ chuyển đổi tín hiệu ADC tại những thời điểm định trước  Lưu trữ dữ liệu cảm biến cùng với thời điểm thu thập dữ liệu vào bộ nhớ của chip vi điều khiển  Sử dụng module có tính năng truyền nhận GSM /GPRS để thực hiện công việc kết nối và truyền dữ liệu đến server lưu trữ đồng thời... phụ thu c vào thiết lập mạng và cấu hình GPRS • GPRS STANDBY: Module sẵn sàng truyền dữ liệu GPRS nhưng không có dữ liệu nào được gửi và nhận Trong trường hợp này, năng lượng tiêu thụ phụ thu c vào thiết lập mạng và cấu hình GPRS • GPRS DATA: Xảy ra việc truyền dữ liệu GPRS Trong trường hợp này, năng lượng tiêu thụ liên quan tới việc thiết lập mạng (mức điều khiển nguồn), tốc độ uplink/downlink và câu... module UART, ADC, lưu trữ thông tin và hoạt động tiết kiệm năng lượng  Tìm hiểu và sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35 để thực hiện chức năng cập nhật nhiệt độ môi trường  Lựa chọn sử dụng các module có hỗ trợ GSM /GPRS  Thiết kế và lắp ráp phần cứng  Tìm hiểu và xây dựng mô hình truyền nhận dữ liệu thông qua mạng GPRS  Tìm hiểu thức đăng nhập vào Router mở cổng (PORT) định tuyến dữ liệu SVTH: Lê Hoài... IP và PORT của server lưu trữ đang chờ lắng nghe) Mặc định, ngoài tính năng tự động truyền thông tin về server lưu trữ khi đã lấy được số lượng mẫu cần thiết thì định kỳ, sau mỗi lần đánh thức chức năng truyền nhận GSM thiết bị sẽ cập nhật trạng thái hiện tại và gửi tin nhắn báo tình trạng Pin, và số lượng mẫu đã thu thập được Hình 3.7: Mô tả chức năng tự động kết nối truyền dữ liệu về server SVTH: Lê... sát tính khả thi của việc kết hợp bộ nhớ FRAM và giải pháp truyền nhận thông tin bằng GPRS qua đó để giảm chi phí nghiên cứu thử nghiệm  Truyền dữ liệu thu thập được từ thiết bị về server lưu trữ thông qua mạng internet bằng cách ứng dụng dịch vụ GPRS trên hạ tần của mạng GSM 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu  Tham khảo tài liệu liên quan (các luận văn đã thực hiện)  Tìm hiểu và lập trình vi điều khiển... quản lý  Module GSM /GPRS không được kích hoạt (ở chế độ tắt nguồn) để tiết kiệm năng lượng Vào những thời điểm định kỳ trong ngày, module này được kích hoạt để kết nối và truyền thông tin thu thập được về server lưu trữ bằng cách sử dụng dịch vụ GPRS SVTH: Lê Hoài Nam, MSSV:1091046 Trang 11 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Nguyễn Chánh Nghiệm 3.2.2 Đối với server lưu trữ  Đăng nhập được vào bộ định tuyến... Nghiệm Thiết bị thu thập dữ liệu có nhiệm vụ lấy mẫu nhiệt độ môi trường rồi lưu thông tin đó kèm với thời gian lấy mẫu vào bộ nhớ FRAM của vi điều khiển MSP430FR5739 Khi số lượng mẫu đã lấy bằng với mức ngưỡng đã cài đặt thiết bị sẽ tự động kết nối và truyền thông tin đến server, chức năng này được mô tả trong Hình 3.7 (lưu ý: chỉ xét trong trường hợp trước đó thiết bị đã biết thông tin địa chỉ IP và. .. của server lưu trữ Trong đề tài này thu t ngữ server lưu trữ được dùng để chỉ một máy tính cá nhân chạy trên hệ điều hành Windows có kết nối internet Do đó mục tiêu cụ thể bao gồm:  Nhận và hiển thị thông tin từ thiết bị gửi về  Kết thúc quá trình truyền nhận người dùng có thể lưu trữ thông tin đó dưới dạng file text (định dạng “.txt”) 1.3.2 Cách thực hiện 3.2.1 Đối với thiết bị thu thập dữ liệu. .. để phục vụ việc phân cực cho cảm biến nhiệt độ LM35 .4 KHÁI QUÁT VỀ MẠNG GPRS VÀ GIAO THỨC TCP 4.1 Sơ lược về GPRS Dịch vụ gói vô tuyến gói chung GPRS (General Packet Radio Service) là một công nghệ nhằm cung cấp những dịch vụ gói IP đầu cuối tới đầu cuối qua mạng GSM, cho phép triển khai và cung cấp những ứng dụng internet vô tuyến cho một số lượng lớn người sử dụng dịch vụ viễn thông di động GPRS được . tài: Thiết kế thiết bị thu thập nhiệt độ và truyền dữ liệu về server lưu trữ sử dụng dịch vụ GPRS . Với việc chọn dùng dịch vụ GPRS làm kênh truyền nhận thông tin giữa thiết bị về server lưu trữ. trang bị thêm cho các thiết bị thu thập dữ liệu từ xa là khả quan và cần thiết vì vậy tôi chọn thực hiện đề tài: Thiết kế thiết bị thu thập nhiệt độ và truyền dữ liệu về server lưu trữ sử dụng dịch. thiết. Vì sự cần thiết đó tôi chọn thực hiện đề tài: Thiết kế thiết bị thu thập nhiệt độ và truyền dữ liệu về server lưu trữ sử dụng dịch vụ GPRS . Mục tiêu hướng đến trong đề tài là thiết kế