TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA HỆ THỐNG SMS DÙNG MODULE SIM 908 VÀ VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO Người hướng dẫn : TS VÕ ĐÌNH TÙNG Người thực hiện : NGUYỄN MINH NHẬT Lớp : 08DD2D Khoá : 12 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2014 i LỜITP. CẢMHồ Chí ƠNMinh, ngày tháng năm Tác giả Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy - Cô khoa Điện - Điện Tử, những thầy cô đã tận tình hƣớng dẫn, giảng dạy em trong suốt thời gian vừa qua. Em xin cảm ơn Thầy TS.VÕ ĐÌNH TÙNG đã hết lòng hƣớng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành tốt và đúng tiến độ Đồ Án Tốt Nghiệp về đề tài này. Trong suốt hơn 4 năm học, em đã học hỏi và tiếp thu đƣợc những kiến thức chuyên ngành do thầy cô khoa Điện - Điện tử giảng dạy.
Và hiện tại kết thúc khóa học là đồ án tốt nghiệp để kiểm nghiệm những gì đã học đƣợc. Cuối cùng em gửi tới thầy cô khoa Điện – Điện tử và GVHD lời chúc sức khỏe để sau này hƣớng dẫn và trợ giúp thế hệ sau tiếp bƣớc. TP HCM, tháng 12 năm 2014 Sinh viên thực hiện Nguyễn Minh Nhật i CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và đƣợc sự hƣớng dẫn khoa học của thầy TS Võ Đình Tùng. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chƣa công bố dƣới bất kỳ hình thức nào trƣớc đây.
Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá đƣợc chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo. Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng nhƣ số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình. Trƣờng đại học Tôn Đức Thắng không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có).
Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 12 năm 2014 Tác giả (ký tên và ghi rõ họ tên) ii NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : Nguyễn Minh Nhật Lớp: 08DD2D MSSV: 081472D 1. Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA HỆ THỐNG SMS DÙNG MODULE SIM 908 VÀ VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu): - Tìm hiểu tổng quan mạng GSM và hệ thống tin nhắn SMS. - Tìm hiểu module Sim 908 - Tìm hiểu về vi điều khiển Arduino - Thi công mạch và viết chƣơng trình - Hoàn thiện và viết báo cáo 3.
Ngày giao nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp: 05/09/2014 4. Ngày bảo vệ 50% đồ án tốt nghiệp: 03/11 - 09/11/2014. Ngày hoàn thành và nộp về khoa: 04/01/2015 6. Giáo viên hƣớng dẫn: Phần hƣớng dẫn: 1 TS Võ Đình Tùng 2.
Nội dung và yêu cầu DATN đã đƣợc thông qua Khoa và Bộ môn Ngày tháng năm 2014 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN TRƢỞNG KHOA iii TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ------------------- ---------------------- LỊCH TRÌNH LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Minh Nhật Lớp: 08DD2D MSSV: 081472D Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA HỆ THỐNG SMS DÙNG MODULE SIM 908 VÀ VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO. Tuần / ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 Tìm hiểu tổng quan về công nghệ GSM. 1/10 - 07/10 Tuần 2 Tìm hiểu về cấu trúc tin nhắn SMS. 08/10 - 14/10 Tuần 3 - 4 Tìm hiểu về Modul Sim908 và tập lệnh AT.
15/10 - 28/10 Tuần 5 Tổng quan về vi điều khiển Intel Galieo và phần mềm 29/10 - 05/10 Arduino IDE Tuần 6 - 8 Thiết kế phần cứng ( Mạch nguyên lý và Thi công 06/11 - 19/11 mạch) Tuần 9 – 10 Lập trình điều khiển và giám sát kiểm tra thiết bị. 20/11 - 3/12 Tuần 11 Chạy thử, hiệu chỉnh và hoàn thiện mạch. 04/11 – 10/12 Tuần 12 Tiến hành viết báo cáo luận văn. 11/12 – 16/12 Thời gian còn Chuẩn bị kế hoạch trình bày và bảo vệ luận văn.
lại GV HƢỚNG DẪN iv MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH. VIII DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU. X DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT. XI CHƢƠNG 1.
GIỚI THIỆU VỀ MẠNG DI ĐỘNG GSM .1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GSM .1 Giới thiệu về công nghệ GSM .2 Đặc điểm mạng di động GSM .3 Cấu trúc hệ thống mạng GSM .1 Cấu trúc tổng quát .2 Các thành phần của công nghệ mạng GSM .3 Sự phát triển của công nghệ GSM ở Việt Nam.2 TỔNG QUAN VỀ SMS .1 Giới thiệu về SMS .2 Cấu trúc một tin nhắn SMS .3 Tin nhắn SMS chuỗi/tin nhắn SMS dài .4 SMS center/SMSC .5 SMS quốc tế .7 Ưu điểm của SMS. GIỚI THIỆU VỀ LINH KIỆN.1 TỔNG QUAN VỀ MODULE SIM 908 EASY .1 Giới thiệu về sim908 .2 Đặc điểm Sim908 .3 Tìm hiểu Module Sim908 Easy .1 Đặc điểm của Modul Sim908 Easy .2 Tính năng của Module Sim908 Easy .3 Sơ đồ kết nối chân Module Sim908 Easy .4 Sơ đồ nguyên lý Module Sim908 Easy.5 Giao tiếp nối tiếp .2 TẬP LỆNH AT COMMAND.1 Giới thiệu về tập lệnh AT .2 Cú pháp tổng quát của các lệnh AT mở rộng .3 Mã kết quả của lệnh AT .4 Một số lệnh AT được dùng .3 VI ĐIỀU KHIỂN .1 Khái quát về các vi điều khiển .2 Phân loại vi điều khiển .1 Độ dài thanh ghi .2 Kiến trúc CISC và RISC .3 Kiến trúc Harvard và kiến trúc Vonneumann .3 Cấu trúc tổng quan của vi điều khiển .4 GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO .2 Board vi điều khiển Arduino Uno .1 Vi điều khiển trên Arduino Uno.2 Sơ sơ đồ chân vi xử lý AVR (Atmega328) và schematic Arduino Uno .3 Các chân nguồn và cổng I/O .4 Giới thiệu về Arduino IDE và ngôn ngữ lập trình cho Arduino .3 Đặc tính kỹ thuật của một số vi điều khiển thông dụng .5 CỔNG AND VÀ IC LM 2576 .6 THIẾT BỊ ĐƢỢC ĐIỀU KHIỂN .1 Van điện từ UD .2 Bóng đèn sợi đốt 25W - 40W - 60W - 75W .3 Bóng đèn Compact Philips 11W. TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG .1 Module sim908 Easy .2 Khối điều khiển .3 Khối công xuất .4 Khối thiết bị .2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG .1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống .2 Nguyên lý hoạt động.3 Lưu đồ xử lý tin nhắn mới. THI CÔNG HỆ THỐNG .1 MẠCH LAYOUT VÀ MẠCH HOÀN THIỆN .2 CODE CHƢƠNG TRÌNH .68 TÀI LIỆU THAM KHẢO .70 vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Cấu trúc của mạng GSM .2: Các thành phần mạng GSM .3: Cấu trúc của 1 tin nhắn SMS .4: SMS Gateway với chức năng chuyển tiếp .1: Sim 908 ( Nguồn: http://at-sky.2: Module Sim908 Easy .3: Kết nối anten GPS và anten GSM .4: Sơ đồ chân Module Sim908 Easy .5: Sơ đồ nguyên lý Module Sim908 .6: Sơ đồ chân Module Sim908 Easy .7: Kết nối của giao tiếp nối tiếp .8: Một vài thành viên trong gia đình Arduino .9: Board Arduino Uno R3 .10: Sơ đồ chân vi xử lý AVR (Atmega328) .12: Giao diện lập trình Arduino IDE.14: Cấu tạo cổng And .15: Sơ đồ chân IC LM2596 .16: Đèn sợi đốt .17: Đèn Compact Philip .18: Fan AC Sunon .1: Sơ đồ khối hệ thống .3: Sơ đồ chƣơng trình chính .4: Sơ đồ khởi tạo Module sim908 .5: Sơ đồ thuật toán xử lý tin nhắn mới .6: Xử lý tin nhắn .2: Mạch thực tế .3: Mạch hệ thống hoàn chỉnh .56 ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thông số cơ bản trên Board Aruino Uno .2: So sánh một số vi điều khiển phổ biến .41 x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AT: Attention AMPS: Advanced Mobile Phone Service BDT: Broadband Digital Terminal BSC: Base Station Controler BSS: Base Station System BTS: Base Transceiver Station CDMA: Code Division Multiple Access CSPDN: Circuit Switched Public Data.
Network EDGE: Enhanced Data rates for GSM Evolution ETSI: European Telecommunications Standards Institute FFT: Fast Fourier Transform GPP: Generation Partnership Project GPRS: General packet radio service GSM: Global System for Mobile Communication HLR: Home Location Register IMEI: International Mobile Equipment Identity IMSI: International Mobile Subcriber Identity ISDN: Integrated Services Digital Network xi LTE: Long Term Evolution ME: Mobile Equipment MIMO: Multi-Input Multi-Output MSC: Mobile switching center OMC: Operation and Maintenance Center PIN: Personal Identity Number PSPDN: Packet Switched Public Data Network PSTN: Public Switched Telephone Network SIM: Subscriber Idertity Module SME: Short Messaging Entities SMPP: Short Message Pear to Pear SMS: Short Message Services SMSC: Short Message Service Center TDMA: Time Division Multiple Access VLR: Visitor Location Register WAP: Wireless Application Protocol xii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 1/70 CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ MẠNG DI ĐỘNG GSM 1.1 Tổng quan về công nghệ GSM 1.1 Giới thiệu về công nghệ GSM GSM (Global System for Mobile Communication) là hệ thống thông tin di động số toàn cầu, là công nghệ không dây thuộc thế hệ 2G (second generation) có cấu trúc mạng tế bào, cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệu chất lƣợng cao với các băng tần khác nhau: 400Mhz, 900Mhz, 1800Mhz và 1900Mhz, đƣợc tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) quy định. Bên cạnh công nghệ 2G hiện nay thế giới đã và đang phát triển hệ thống 3G và 4G. Mạng 3G (Third-generation) tiếng Việt gọi là mạng di động thế hệ thứ 3 của chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền cả dữ liệu thoại (nghe, gọi, nhắn tin thông thƣờng) và ngoài thoại nhƣ: tải dữ liệu, gửi Email, tin nhắn nhanh, hình ảnh.Điểm mạnh 3G so với công nghệ trƣớc là cho phép truy cập internet, sử dụng các dịch vụ định vị toàn cầu GPS, truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lƣợng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau.
Mạng 4G, hay 4-G, (fourth-generation) là công nghệ truyền thông không dây thứ tƣ, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tƣởng lên tới 1 cho đến 1,5 Gb/giây. Tên 4G do IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) đặt ra để diễn đạt ý nghĩa rằng công nghệ này vƣợt trội hơn so với 3G. GSM là một hệ thống có cấu trúc mở nên hoàn toàn không phụ thuộc vào phần cứng, ngƣời ta có thể mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau.