Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại” NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Thái Nguyên, Ngày tháng năm 2012 Giáo viên hướng dẫn ( ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM Thái Nguyên, Ngày tháng năm 2012 Giáo viên chấm ( ký ghi rõ họ tên) GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 1 Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại” LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, việc ứng dụng cho các hệ thống nhúng ngày càng trở nên phổ biến: từ những ứng dụng đơn giản như điều khiển một chốt đèn giao thông định thời, đếm sản phẩm trong một dây chuyền sản xuất, điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều, thiết kế một biển quảng cáo dùng Led ma trận, một đồng hồ thời gian thực….đến các ứng dụng phức tạp như hệ thống điều khiển robot, bộ kiểm soát trong nhà máy hoặc hệ thống kiểm soát các máy năng lượng hạt nhân. Các hệ thống tự động trước đây sử dụng nhiều công nghệ khác nhau như các hệ thống tự động hoạt động bằng nguyên lý khí nén, thủy lực, rơle cơ điện, mạch điện tử số, các thiết bị máy móc tự động bằng các cam chốt cơ khí các thiết bị, hệ thống này có chức năng xử lý và mức độ tự động thấp so với các hệ thống tự động hiện đại được xây dựng trên nền tảng của các hệ thống nhúng. Ngành viễn thông đang đóng một vai trò rất quan trọng đối với 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 viễn thông không ngừng phát triển từ cố định sang di động. Con người có thể liên lạc với nhau dù ở bất kỳ nơi đâu. Dựa vào đặc tính truyền tin xa và vận dụng đặc tính này, nhóm đã chọn đề tài “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại” nhằm cải tiến khoảng cách điều khiển trong gai đoạn công nghệ điều khiển từ xa đang phát triển mạnh hiện nay. Với đề tài này, nhóm muốn sử dụng điện thoại di động để điều khiển thiết bị điện dân dụng, điện thoại được hoạt động trên nền mạng GSM để thu thông tin điều khiển. Đề tài tuy còn đơn giản, thiết bị điều khiển không nhiều nhưng nhóm mong đây sẽ là tài liệu bổ ích cho nhưng ai quan tâm và mong muốn phát triển theo công nghệ điều khiển này. Trong quá trình thực hiện đồ án, chúng em chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn và đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Tuấn Linh đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em thực hiện đồ án này với kết quả tốt nhất. Nhóm sinh viên thực hiện Trương Văn Dương Nguyễn Hữu Đức GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 2 Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại” Trần Quang Duẩn GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 3 Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại” MỤC LỤC GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 4 Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại” PHỤ LỤC HÌNH ẢNH GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 5 Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại” CHƯƠNG I : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 1. GIỚI THIỆU TÀI Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật , công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó đặc biệt là ngành điều khiển tự động đóng vai trò quan trong mọi lĩnh vực của khoa học kỹ thuật, quản lý công nghiệp, cung cấp thông tin…. Như chúng ta đã biết gần như các thiết bị tự động của 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 sư dụng khác nhau tùy thuộc vào sự thiết lập, cài đặt của người dùng. Chúng chưa có sự liên kết nào với nhau về mặt dữ liệu. Nhưng đối với hệ thống điều khiển thiết bị thông qua điện thoại thì khác, các thiết bị được kết nối với nhau để tạo thành một hệ thống các thiết bị hoàn chỉnh qua một thiết bị trung tâm và có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu. Hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua điện thoại có thể diều khiển được những thiết bị từ đơn giản đến phức tạp hơn như bóng đèn, quạt điện, máy điều hòa hay tivi, hệ thống báo động…. Nghĩa là tất cả các thiết bị này được điều khiển cùng trong một bộ điều khiển trung tâm. Bộ điều khiển trung tam này có thể là một máy tính hoàn chỉnh hay một bộ xử lý đã được lập trình sẵn tất cả các chương trình điều khiển. Thông thường, các thiết bị gia đình trong nhà như quạt điện, tủ lạnh, tivi…có thể được điều khiển bật tắt thông qua một cuộc gọi thoại hay chỉ một tin nhắn SMS. Ngoài ra, hệ thống còn mang tính bảo mật, nghĩa là chỉ những ai biết được mật khẩu xâm nhập vào hệ thống mới có thể điều khiển được các thiết bị trong nhà [1]. 2. CÁC YÊU CẦU VÀ RÀNG BUỘC ĐỐI VỚI HỆ THỐNG 2.1 Các yêu cầu đối vối hệ thống - Hệ thống được sử dụng để điều khiển bật/tắt các thiết bị gia đình. - Hệ thống có khả năng điều khiển nhiều thiết bị. - Hệ thống điều khiển được lắp đặt trong nhà. - Sử dụng mạng GSM để truyền các thông tin điều khiển. - Hệ thống làm việc đạt được sự ổn định. GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 6 Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại” - Chế độ bảo mật của hệ thống. - Chi phí cho toàn bộ hệ thống tối thiểu nhất để hệ thống có thể thương mại hóa. 2.2 Các điều kiện ràng buộc Vì hệ thống làm việc ở mạng điện thoại di động GSM nên nó có các ràng buộc sau: - Cường độ tín hiệu của mạng tại nơi đặt bộ điều khiển - Ảnh hưởng của nhiễu đến hệ thống - Điều kiện môi trường: nhiệt độ, độ ẩm… - Chi phí cho hệ thống 2.3 Chức năng của hệ thống điều khiển thiết bị thông qua điện thoại - Kiểm tra trạng thái của thiết bị trước khi điều khiển. - Từ kết quả kiểm tra, người dùng có thể gọi điện đến bên điện thoại thu tín hiệu điều khiển dùng các lệnh để điều khiển thiết bị. - Hệ thống sau khi nhận lệnh sẽ thực hiện việc xử lý lệnh điều khiển và điều khiển các thiết bị. - Thực hiện bảo mật bằng password 2.4 Phương pháp nghiên cứu Trong đề tài này nhóm em đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí về điện tử và truy cập từ mạng internet. - Phương pháp quan sát: khảo sát một số mạch điện thực tế đang có trên thị trường và tham khảo thêm một số dạng mạch từ mạng Internet. - Phương pháp thực nghiệm: từ những ý tưởng và kiến thức vốn có của mình kết hợp với sự hướng dẫn của giáo viên, nhóm em đã lắp ráp thử nghiệm nhiều dạng mạch khác nhau để từ đó chọn lọc những mạch điện tối ưu. Với đề tài này, nhóm em dựa vào sách giáo khoa và những kiến thức được trang bị trong quá trình học tập cùng với sự trợ giúp của máy tính và những thông tin trên mạng Internet. Ngoài ra, còn có những thiết bị trợ giúp trong quá trình thiết kế mạch do nhóm em tự trang bị. GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 7 Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại” 3. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN Để điều khiển thiết bị chúng ta có thể lựa chọn một trong hai phương pháp thu nhận tín hiệu điều khiển đó là: - Sử dụng modul GSM/GPRS. - Sử dụng điện thoại ( MOBILE). Phương án 1 : Dùng bộ MODULE GSM/GPRS M590 để kết nối với vi điều khiển PIC16F877A : chi phí và giá thành khá đắt. Thích hợp cho lập trình lệnh AT dễ dàng và đầy đủ tín năng cho lập trình với lệnh AT. Ngoài ra còn có thể phát triển ứng dụng sâu thêm với GPRS, GPS. Phương án 2: Dùng điện thoại di động (Ericssion T28, T39 …) có chức năng giống với MODULE GSM/GPRS M590 để kết nối với PIC16F877A. Việc lập trình cho điện thoại di động cũng gần tương tự như GSM MODULE nhưng có hạn chế hơn vì một số loại điện thoại chỉ hỗ trợ lệnh AT ở dạng Mode PDU nên lập trình rất phức tạp. Ngoài ra phần kết nối giữa điện thoại di động với khối vi điều khiển cũng rất phức tạp. Phương án lựa chọn : chọn phương án 1 vì MODULE GSM/GPRS M590 hỗ trợ lập trình lệnh AT ở cả 2 chế độ Mode Text và Mode PDU nên việc lập trình đơn giản hơn nhiều so với điện thoại di động. Mặc dù giá thành khá đắt nhưng vì nó hỗ trợ chế độ Mode Text nên việc lập trình đơn giản hơn nhiều so với dùng điện thoại di động vì vậy nhóm em quyết định dùng Module GSM/GPRS M590. Ngoài ra còn có thể phát triển các ứng dụng khác sử dụng GPRS, GPS. . GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 8 Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại” GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 9 Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại” CH ƯƠNG II : THIẾT KẾ HỆ THỐNG 1. THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ 1.1. Sơ đồ tổng quát hệ thống Hình 2.1 Sơ đồ khối tổng thể hệ thống CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI:  Khối giao tiếp SMS Có chức năng gửi nhận tin nhắn SMS cho việc điều khiển các thiết bị. Khối này cần 1 thiết bị điện thoại di động và 1 Module GSM/GPRS M590: - Thiết bị điện thoại di động : dành cho người sử dụng (điều khiển). Người sử dụng cần phải đăng kí dịch vụ viễn thông đối với các nhà cung cấp dịch vụ trong nước. - Module GSM/GPRS M590 : Module này phải được gắn Sim của nhà cung cấp dịch vụ và cũng cần phải có chức năng như một điện thoại di động để kết nối với vi điều khiển PIC16F877A. Cái này được đặt cố định và thường xuyên kết nối với PIC16F877A. GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 10 K h ố i G i a o T i ế p S M S MODULE GSM/GPR S M590 VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A KHỐI ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ KHỐI NGUỒN MOBILE EE THIẾT BỊ [...]... nhúng Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại Hình 3.7 Sơ đồ mô phỏng GVHD: Ths Nguyễn Tuấn Linh 32 Đồ án hệ thống nhúng thoại Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện 2 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 2.1 Lưu đồ thuật toán 2.1.1 Lưu đồ thuật toán tổng quát chương trình chính GVHD: Ths Nguyễn Tuấn Linh 33 Đồ án hệ thống nhúng Thiết kế mạch điều khiển thiết. .. khiển thiết bị thông qua điện thoại GVHD: Ths Nguyễn Tuấn Linh 34 Đồ án hệ thống nhúng thoại Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện 2.1.2 Lưu đồ thuật toán chương trình con cấu hình GSM Hình 3.9 Lưu đồ thuật toán chương trình con cấu hình GSM GVHD: Ths Nguyễn Tuấn Linh 35 Đồ án hệ thống nhúng thoại Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện 2.1.3... thống nhúng Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại Hình 2.3 Sơ đồ đặc tả hệ thống 1.4 Tổng quan về các linh kiện được dùng Với đồ án này chúng em lựa chọn các linh sau sẽ được dùng trong mạch: - Modul GSM/GPRS, tập lệnh AT command - Mạch điều khiển dùng PIC16F877A - Giao tiếp giữa mạch điều khiển và modul qua cổng COM - Cách ly quang OPTO 817... AT+CGCOUNT : đếm gói dữ liệu vào 2.2 Khảo sát vi điều khiển PIC16F877A GVHD: Ths Nguyễn Tuấn Linh 21 Đồ án hệ thống nhúng Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại Hình 2.7 PIC16F877A 2.2.1 Sơ đồ chân của vi điều khiền PIC16F877A Hình 2.8 Sơ đồ chân của vi điều khiển PIC16F877A 2.2.2 Sơ đồ khối của vi điều khiển PIC16F877A Sơ đồ khối của PIC16F877A như... thống nhúng Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại - Hình dạng nhỏ gọn - Được dùng làm công tắc đóng mở Các thông số tính toán của Relay a Hệ số điều khiển rơle K đk = P đk / P tđ Với : + Pđk là công suất điều khiển định mức của rơle, chính là công suất định mức của cơ cấu chấp hành + Ptđ là công suất tác động, chính là công suất cần thiết cung... PIC16F877A Sơ đồ khối của PIC16F877A như hình dưới [4]: GVHD: Ths Nguyễn Tuấn Linh 22 Đồ án hệ thống nhúng Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại Hình 2.9 Sơ đồ khối của PIC16F877A 2.2.3 Một số thông số về vi điều khiển PIC16F877A Đây là vi điều khiển thuộc họ họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit Mỗi lệnh đều được thực thi... clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep Timer2 : Bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler Hai bộ Capture/ so sánh/ điều chế độ rộng xung Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP ( synchronous Serial Port ), SPI và I2C GVHD: Ths Nguyễn Tuấn Linh 23 Đồ án hệ thống nhúng Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại Chuẩn giao tiếp... mạch nguyên lý cho opto: GVHD: Ths Nguyễn Tuấn Linh 25 Đồ án hệ thống nhúng Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại Opto Isolato có tác dụng khi có dòng nhỏ đi qua 2 đầu của led có trong opto làm cho led phát sáng Khi led phát sáng làm thông 2 cực của photo diot, mở cho dòng điện chạy qua 2.3.3 Tranzitor C1815 Tranzitor C1815 là Transistor BJT gồm ba miền tạo bởi hai... connector(RS232) – cổng kết nối dữ liệu Cổng Adapter kết nối nguồn 10 ÷ 30VDC RF Cable kết nối tới anten GSM Cổng kết nối dữ liệu connector DB9 Connector được sử dụng để kết nối tới thiết bị điều khiển, giao thức chuyển đổi RS232 GVHD: Ths Nguyễn Tuấn Linh 14 Đồ án hệ thống nhúng Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại Hình 2.5 : Sơ đồ chân kết nối cổng RS232 Ý... hiện đựợc thì trả về: GVHD: Ths Nguyễn Tuấn Linh 17 Đồ án hệ thống nhúng Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại Ok 0 Tắt chế độ Echo 1 Bật chế độ Echo Nếu lệnh không thực hiện được thì trả về dạng: + CMS ERROR b Các lệnh xử lý cuộc gọi: − Lệnh quay số: ATD Ví dụ: muốn quay số tới số điện thoại 01266609025 thi ta gõ lệnh ATD01266609025; : Enter . nhúng Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 9 Đồ án hệ thống nhúng Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại CH. Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại PHỤ LỤC HÌNH ẢNH GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 5 Đồ án hệ thống nhúng Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua. M590 VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A KHỐI ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ KHỐI NGUỒN MOBILE EE THIẾT BỊ Đồ án hệ thống nhúng Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại Khi người sử dụng