ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ HOÀNG THẾ LONG GIAO TIẾP VỚI GSM LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2010 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ HOÀNG THẾ LONG GIAO TIẾP VỚI GSM Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn Thông Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử Mã số : 605270 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Ngô Diên Tập Hà Nội – 2010 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -1- LỜI NÓI ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày nay đã và đang phát trên đà phát triển rất mạnh để nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con ngƣời. Công nghệ thông tin đóng vai trò cốt lõi trong việc nắm bắt, cập nhật thông tin của nhân loại. Hiện nay điện thoại di động đang có những bƣớc tiến vƣợt bậc về công nghệ, ngày càng phổ biến rộng rãi trong đời sống con ngƣời, do nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng đồng thời các thiết bị điện thoại ngày càng phổ biến rộng rãi, trong đó việc sử dụng mạng điện thoại để truyền tín hiệu điều khiển là phƣơng thức rất tiện lợi, tiết kiệm nhiều thời gian cho công việc. Một vấn đề đặt ra là chúng ta cần phát triển những ứng dụng liên lạc vào nhu cầu thực tiễn của con ngƣời, điều khiển tự động dựa trên hệ thống thông tin sẵn có, mang lại nhiều lợi ích cao cho ngƣời sử dụng.
Ví dụ nhƣ giám sát trạng thái, điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua mạng điện thoại, tự động cảnh báo qua mạng điện thoại cố định và di động. Dựa trên những kiến thức đã đƣợc học và tham khảo qua sách vở, mạng internet em quyết định chọn đề tài: "Giao tiếp với GSM ". Do kiến thức còn chƣa sâu, ít kinh nghiệm và thời gian có hạn, nên trong bài luận văn này không tránh khỏi thiếu sót, mong quý Thầy, Cô và các bạn đóng góp ý kiến để bài luận văn đƣợc hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các Thầy, Cô giáo và các bạn đã quan tâm, ủng hộ, giúp đỡ em để từng bƣớc em hoàn thành đề tài này.
Đặc biệt em chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Ngô Diên Tập đã chỉ dẫn cho em rất nhiều về mặt kiến thức, kỹ thuật, đồng thời đƣa ra nhiều định hƣớng, ý tƣởng giúp em hoàn thành luận văn này! Hà Nội, tháng 10 năm 2010 Sinh viên thực hiện Hoàng Thế Long Giao tiếp với GSM Hoàng Thế Long K15Đ2. ĐHCN, ĐHQG Hà Nội TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -2- LỜI CAM ĐOAN Bài Luận văn này do em nghiên cứu, thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS Ngô Diên Tập. Để hoàn thành luận văn này, em chỉ sử dụng những tài liệu liệt kê trong phần tài liệu tham khảo. Em cam đoan không sao chép bất kỳ công trình, thiết kế tốt nghiệp nào khác.
Em xin chịu trách nhiệm về lời cam đoan của mình. Hà Nội, tháng 10 năm 2010 Giao tiếp với GSM Hoàng Thế Long K15Đ2. ĐHCN, ĐHQG Hà Nội TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -3- MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. 3 DANH SÁCH HÌNH VẼ.
4 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT. 5 PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI. 6 PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI. 7 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG.
7 CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ ĐẶC TÍNH CỦA MÔĐEM GSM VÀ CÁCH GIAO TIẾP VỚI MÔĐUN SIM300CZ. Tổng quan về hệ thống thông tin di động toàn cầu – GSM. Các thế hệ phát triển của hệ thống thông tin di động. Lịch sử hình thành GSM.
Tổng quan về mạng thông tin di động số tế bào. Giao diện vô tuyến. Kiến trúc mạng GSM. Dịch vụ số liệu cải tiến GPRS – General Packet Radio Service.
Giới thiệu về Môđem GSM. Tổng quan về môđun SIM300CZ. 25 CHƢƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA128. Tổng quan về vi điều khiển ATMega128.
Cấu trúc bộ nhớ và giao tiếp USART. Cấu trúc bộ nhớ. Giao tiếp USART. 35 CHƢƠNG IV: TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM PHẦN CỨNG .1 Khối chỉnh lƣu nguồn.2 Khối vi điều khiển.3 Khối hiển thị LCD .4 Khối giao tiếp máy tính qua USB và RS-232.5 Khối role đóng ngắt thiết bị.6 Môđun thu phát GSM .7 Chƣơng trình vi điều khiển.8 Một số hình ảnh hoạt động thực tế của hệ thống.
58 Tài liệu tham khảo. 65 Giao tiếp với GSM Hoàng Thế Long K15Đ2. ĐHCN, ĐHQG Hà Nội TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -4- DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.1 Kiến trúc mạng GSM.2 Trạm di động MS.3 Các phân hệ của mạng GSM .4 Phân hệ trạm gốc BSS .5 Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ TRAU .6 Hệ chuyển mạch NSS .7 Kiến trúc chung của hệ thống GPRS .8 Cấp phát địa chỉ IP tĩnh trong GPRS .9 Cấp phát địa chỉ IP động trong GPRS .10 Môđun SIM300CZ .11 Sơ đồ nguyên lý mạch SIM300CZ .1 Vi điều khiển ATMEGA128 .2 Sơ đồ chân vi điều khiển ATMega128 .3 Sơ đồ cấu trúc vi điều khiển ATMega128.4 Bộ nhớ chƣơng trình có và không có sử dụng Boot loader .5 Bản đồ bộ nhớ dữ liệu .6 Thanh ghi dữ liệu UDR0 .7 Thanh ghi điều khiển hoạt động UCSRA0 .8 Thanh ghi điều khiển hoạt động USART0 .9 Thanh ghi UCSRC .10 Cấu trúc hai thanh ghi UBRRL và UBRRH.1 Sơ đồ khối tổng quan hệ thống giám sát, điều khiển.2 Hình ảnh mạch phần cứng .3 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn .4 Mạch phần cứng khối nguồn .7 Mạch phần cứng ATMEGA128 .9 Sơ đồ nguyên lý giao tiếp ATMEGA128 với LCD.10 Mạch nguyên lý USB .11 Mạch phần cứng USB .12 Mạch nguyên lý RS-232 .13 Mạch phần cứng RS-232 .14 Phần cứng rơle .15 Mạch phần cứng SIM300CZ .16 Giao tiếp giữa SIM300CZ với ATMEGA128.17 Bàn phím, mic, tai nghe môđun SIM300CZ .18 Sơ đồ giải thuật hệ thống giám sát, điều khiển thiết bị điện từ xa…………55 Giao tiếp với GSM Hoàng Thế Long K15Đ2. ĐHCN, ĐHQG Hà Nội TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -5- DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT THUẬT TỪ GỐC Ý NGHĨA NGỮ AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ điện thoại di động cao cấp BSC Base Station Controller Điều khiển trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu cơ sở CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã Frequency Division Multiple FDMA Đa truy nhập phân chia theo tần số Access FM Fryquency Moducation Điều chế tần số GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung Global System Mobile Hệ thống truyền thông di động toàn GSM Communication cầu High Speed Downlink Packet HSDPA, Access, High Speed Uplink Packet Gói đƣờng truyền tốc độ cao HSUPA Access International Mobile Subscriber IMSI Bộ nhận dạng trạm gốc quốc tế Identity LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng ME Mobile equipment Thiết bị di động MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động Operation and Maintenance OMS Phân hệ vận hành và bảo dƣỡng SubSystem Public Switched PSTN Mạng điện thoại công cộng toàn cầu Telecommunications Network Thiết bị nhận diện ngƣời đăng ký SIM Subscriber Identity Module thuê bao ĐTDĐ Đa truy nhập phân chia theo thời TDMA Time Division Multiple Access gian Temporary Mobile Subscriber TMSI Nhận dạng trạm di động tạm thời Identity Universal Mobile Hệ thống viễn thông di động toàn UMTS Telecommunication System cầu Universal Synchronous/ Bộ thu, phát đồng bộ bất đồng bộ USART Asynchronous Serial Receiver and phổ dụng Transmitter Wideband - Code Division Đa truy nhập phân chia theo mã trên WCDMA Multiple Access băng rộng Giao tiếp với GSM Hoàng Thế Long K15Đ2.
ĐHCN, ĐHQG Hà Nội TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -6- PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Trong thời đại hiện nay, hệ thống thông tin liên lạc là một trong những vấn đề quan trọng của xã hội, đặc biệt là những ứng dụng của nó trong các lĩnh vực kinh tế, khoa học kỹ thuật. Con ngƣời ngoài nhu cầu liên lạc của mình, còn có nhiều nhu cầu khác nhƣ: tự động trả lời điện thoại khi chủ vắng nhà, giám sát trạng thái, điều khiển các thiết bị điện từ xa qua mạng điện thoại. Hệ thống điều khiển từ xa nắm giữ một vai trò quan trọng trong cuộc sống xã hội ngày nay. Điều khiển từ xa rất đa dạng và phong phú, đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực quân và dân sự.
Việc sử dụng mạng điện thoại để truyền tín hiệu điều khiển là phƣơng thức khá thuận tiện và tiết kiệm nhiều thời gian cho công việc, đồng thời tiết kiệm đƣợc nhiều chi phí. Ngoài ra, ứng dụng của hệ thống điều khiển từ xa qua mạng điện thoại giúp con ngƣời tránh đƣợc những nguy hiểm trong điều kiện môi trƣờng làm việc khó khăn và nguy hiểm. Mạch giám sát trạng thái, điều khiển các thiết bị điện từ xa thông qua mạng điện thoại giúp ta giám sát trạng thái, điều khiển các thiết bị gia dụng khi không có ai ở nhà (có thể ở nhà) hoặc ở những môi trƣờng làm việc nguy hiểm mà con ngƣời khó thể qua lại hoặc trong một dây chuyền sản xuất để thay thế con ngƣời. Giả sử khi trong nhà không có ngƣời, nếu muốn giám sát, điều khiển các thiết bị điện, ta gửi tin nhắn theo cấu trúc mã lệnh đã lập trình vào Modem GSM ở nhà, Modem GSM sẽ thực thi câu lệnh đó và gửi trả lại phản hồi cho ta biết kết quả.
Nhằm thử nghiệm khả năng giao tiếp với Modem GSM để giám sát trạng thái và điều khiển các thiết bị điện từ xa qua hệ thống mạng GSM, đồ án này đi vào thiết kế một mạch giao tiếp với Modem GSM để giám sát trạng thái và điều khiển từ xa các thiết bị điện trong gia đình. ---------------------------------------- Giao tiếp với GSM Hoàng Thế Long K15Đ2. ĐHCN, ĐHQG Hà Nội TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -7- PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Sự phát triển của hệ thống thông tin di động [9] Đầu năm 1960 dịch vụ điện thoại di động mới xuất hiện ở các dạng sử dụng đƣợc và khi đó nó chỉ là các sửa đổi thích ứng của các hệ thống điều vận. Các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này ít tiện lợi và dung lƣợng rất thấp so với các hệ thống hiện nay cuối cùng các hệ thống điện thoại tổ ong điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) đã xuất hiện vào những năm 1980.
Cuối năm 1980 ngƣời ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tƣơng tự không thể đáp ứng đƣợc nhu cầu ngày càng tăng vào thế kỷ sau nếu nhƣ không loại bỏ đƣợc các hạn chế cố hữu của các hệ thống này nhƣ: 1. Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lƣợng thấp.